Biología II 9789706868978, 9706868976

Table of contents :
Portada
Presentación
Dedicatoria
Agradecimientos
Contenido
I. Reproducción y herencia
II. Evolución
III. Estructura y función de las plantas
IV. Procesos en los animales
Contraportada

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Biología II Leonor Oñate Ocaña

Biología II Leonor Oñate Ocaña Revisión técnica Tanya González Martínez Juan Hernández Delgado Facultad de Ciencias UNAM

Australia • Brasil • Corea • España • Estados Unidos • Japón • México • Reino Unido • Singapur

Biología II Leonor Oñate Ocaña Presidente de Cengage Learning Latinoamérica: Javier Arellano Gutiérrez Director general México y Centroamérica: Pedro Turbay Garrido Director editorial Latinoamérica: José Tomás Pérez Bonilla Editor de bachillerato: Felipe de Jesús Castro Pérez Director de producción: Raúl D. Zendejas Espejel Editora de producción: Abril Vega Orozco Diseño de portada: Innovarte Fotografía de portada y contraportada: René Elías Sapién Silva Composición tipográfica: Editec S.A. de C.V.

© D.R. 2008 por Cengage Learning Editores, S.A. de C.V., una Compañía de Cengage Learning, Inc. Corporativo Santa Fe Av. Santa Fe, núm. 505, piso 12 Col. Cruz Manca, Santa Fe C.P. 05349, México, D.F. Cengage Learning™ es una marca registrada usada bajo permiso. DERECHOS RESERVADOS. Ninguna parte de este trabajo amparado por la Ley Federal del Derecho de Autor, podrá ser reproducida, transmitida, almacenada o utilizada en cualquier forma o por cualquier medio, ya sea gráfico, electrónico o mecánico, incluyendo, pero sin limitarse a lo siguiente: fotocopiado, reproducción, escaneo, digitalización, grabación en audio, distribución en Internet, distribución en redes de información o almacenamiento y recopilación en sistemas de información a excepción de lo permitido en el Capítulo III, Artículo 27 de la Ley Federal del Derecho de Autor, sin el consentimiento por escrito de la Editorial. Datos para catalogación bibliográfica: Oñate Ocaña, Leonor. Biología II ISBN-13: 978-970-686-897-8 ISBN-10: 970-686-897-6 Visite nuestro sitio en: http://latinoamerica.cengage.com

Impreso en México 1 2 3 4 5 6 7 11 10 09 08

Presentación •

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Presentación Este libro fue escrito con la intención de brindar a los alumnos que cursan el bachillerato una propuesta didáctica basada en más de 20 años de experiencia docente y en la investigación acerca de los estudios recientes sobre las ideas previas y los mecanismos para lograr el aprendizaje significativo. En este libro los profesores y profesoras encontrarán elementos que les permitirán lograr el cambio conceptual que permita que los estudiantes logren el aprendizaje, y al mismo tiempo, facilitará la comprensión de los temas cotidianos que se relacionan con los contenidos del curso de Biología II, facilitando la integración de los nuevos conocimientos que se traducen en el mejoramiento de la calidad de vida. De esta forma, este texto apoyará en la formación de una cultura general que permita al estudiante comprender y participar activamente en la conservación de los ambientes naturales, además de proporcionar los conocimientos básicos y desarrollar las habilidades científicas para resolver problemas cotidianos. El texto permite la integración de conocimientos de la biología con otras áreas de conocimiento como física, geografía, matemáticas o historia. Así, se presentan casos en donde se analiza: la importancia evolutiva de animales como los tiburones, que han poblado los océanos de la Tierra durante más de 400 millones de años y que no desarrollan tejidos con cáncer. La importancia de la clasificación y la relación evolutiva entre especies productoras de venenos que son medicinas potenciales. La importancia de animales polinizadores y dispersores de semillas, como los murciélagos que intervienen en la producción del agave y la reforestación de la selva. También se consideran estrategias reproductivas como la regeneración y la propagación de plantas, así como las ventajas de la variabilidad resultante de la reproducción sexual. Se valora el conocimiento tradicional destacando las propiedades medicinales de las plantas, así como estrategias de alimentación para mejorar la salud.

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Biología II

También, se plantea una educación centrada en el aprendizaje, bajo metodologías constructivistas que promueven el aprendizaje significativo, el trabajo colaborativo, la reflexión, el razonamiento y el análisis crítico. Durante la lectura de este libro se presentan actividades planteadas a la luz del constructivismo, mismas que permitirán desarrollar las habilidades de pensamiento, comunicación, así como el aprendizaje de procedimientos y métodos de investigación. Es por esto que presento esta propuesta para promover la calidad en la educación, privilegiando la autoevaluación, la evaluación formativa, la coevaluación y la evaluación diagnóstica para la recuperación de concepciones de los estudiantes. Finalmente, el libro destaca los valores éticos del conocimiento y sus aplicaciones a través de actividades formativas como los debates y el análisis de casos. La autora

Dedicatoria •

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Dedicatoria A mis hijos Leonor y Juan José. A los alumnos quienes tienen la oportunidad de crecer, para que la vida les permita contribuir en la superación de nuestra nación. A mi país que me brindó educación y sigue esperando que le devuelva con creces parte de lo que he recibido. A todos mis maestros y todos aquellos que contribuyeron en mi formación. A mis padres, hermanos, amigos, gracias por enseñarme una forma positiva de ayudar a mi país. A todos los jóvenes de México, para ustedes escribí esta obra con la esperanza de contribuir con el desarrollo de nuestro país. Leonor Oñate

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Biología II

Agradecimientos Al Dr. Rodrigo Medellín por el material fotográfico que facilitó. A Joaquín Villanueva Cervantes por las fotos de portada y a René Elías Sapién Silva por varias fotos de interiores. A mi hermano, Luis F. Oñate Ocaña por el apoyo que me brindó. A todos los investigadores y colegas que han prestado parte de su tiempo para apoyarme en el desarrollo de esta obra. A los funcionarios de la UMA San Cayetano, así como a Antonio Gómez de SEMARNAT por todas las facilidades y apoyo que me brindaron. A mi amigo y médico Manuel Loría Casanova por su contribución en el tema de reproducción.

Contenido •

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Contenido Unidad I Reproducción y herencia Examen diagnóstico Reproducción celular Caso de estudio: ¿Cómo se detecta un tejido canceroso? 1.0 Reproducción 1.1 Reproducción celular y reproducción en los organismos 1.2 Ciclo celular y cáncer 1.3 Mitosis 1.4 Reproducción asexual 1.5 Meiosis 1.6 Reproducción sexual 1.7 Ventajas de la reproducción sexual y asexual Caso de estudio: ¿Cuál es la importancia de ser diferente? Examen Reproducción y herencia Examen diagnóstico Herencia Caso de estudio: Diabetes 1.8 La herencia 1.8.1 ¿Cómo surge la genética? 1.9 Teoría cromosómica 1.10 Mutaciones Examen Genética Examen diagnóstico ADN 1.11 Genética molecular Caso de estudio: Enfermedades gastrointestinales 1.12 El código genético 1.13 La genética del siglo XXI

Unidad II Evolución Examen diagnóstico Evolución Caso de estudio: Salmonelosis 2.1 Teorías evolutivas 2.1.1 Primeras teorías sobre la evolución Caso de estudio: Fósiles en la Edad Media Caso de estudio: ¿Cuál es la especie más exitosa que ha aparecido en la Tierra? Caso de estudio: Los tiburones, una máquina perfecta 2.1.2 Más evidencias de la evolución: anatomía y embriología comparadas

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Contenido

Caso de estudio: Anemia falciforme 2.1.3 Teoría de Darwin-Wallace Caso de estudio: ¿Qué tan importante es el hecho de ser diferente? Práctica 1 Elaboración de un modelo de selección natural Caso de estudio: Variabilidad en las poblaciones 2.2 La genética y la evolución 2.2.1 Teoría sintética 2.2.2 Concepto de poza génica 2.2.3 Fuentes de variabilidad en la población y factores causantes de cambio en las poblaciones Práctica 2 Elaboración de un modelo de deriva génica y acervo génico 2.3 Origen de las especies 2.3.1 Concepto de especie Caso de estudio: ¿Qué cubiertos elegirías para comer? Práctica 3 Dime qué comes y te diré cómo eres 2.3.2 Especiación alopátrica y simpátrica Caso de estudio: Alacrán azul Examen de la unidad II

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Unidad III: Estructura y función de las plantas Examen diagnóstico Las plantas Caso de estudio: ¿Por qué son tan importantes las plantas? 3.1 Nutrición y transporte en las plantas 3.1.1 Estructuras vegetales Práctica 4 Estructura de la hoja Caso de estudio: Reproducción del agave Práctica 5: Estructura y función del tallo Práctica 6: Estructura y función de la raíz Caso de estudio: Reproducción vegetativa 3.2 Reproducción en plantas angiospermas 3.2.1 Estructura y función de la flor Práctica 7: Estructura y diversidad de la flor Caso de estudio: Deforestación en las selvas tropicales 3.2.2 El fruto como estrategia adaptativa de dispersión Práctica 8: Diferentes tipos de frutos Examen de la unidad III

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Contenido •

Unidad IV Procesos en los animales Examen diagnóstico 4.1 Digestión Práctica 9: Digestión 4.1.1 Órganos y sus funciones Caso de estudio: Importancia de una dieta balanceada 4.1.2 Anorexia y bulimia Caso de estudio: Salmonelosis 4.2 Sistema respiratorio 4.2.1 Respiración celular y ventilación Caso de estudio: ¿A qué riesgos se exponen los buzos durante una inmersión? Práctica 10: Relación entre la respiración celular y la ventilación 4.2.2 Función de los órganos del sistema respiratorio 4.2.3 Daños al sistema respiratorio: tabaquismo y contaminación Caso de estudio: ¿Por qué no puedo encender una fogata cuando hace frío? Caso de estudio: Enfermedades cardiovasculares 4.3 Sistema circulatorio 4.3.1 Función de cada uno de los componentes de la sangre Práctica 11: Observación de los componentes de la sangre 4.3.2 Órganos del sistema circulatorio 4.3.3 Hipertensión como factor de riesgo cardiovascular Caso de estudio: Control de la temperatura en el cuerpo humano 4.4 Sistema excretor 4.4.1 Sistemas homeostáticos 4.4.2 Órganos del sistema excretor 4.4.3 Función de las nefronas (ultrafiltración, reabsorción, excreción) 4.4.4 Regulación de la función renal (acción de los diuréticos) 4.5 Sistema endocrino 4.5.1 Glándulas endocrinas Caso de estudio: ¿Por qué algunas personas aman el peligro? 4.5.2 Hormonas y su función 4.5.3 Diabetes como ejemplo de desorden hormonal Caso de estudio: Depresión 4.6 Sistema nervioso 4.6.1 Funcionamiento de la neurona 4.6.2 El sistema nervioso central (SNC) 4.6.3 El sistema nervioso periférico

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Contenido

Caso de estudio: Accidentes automovilísticos 4.6.4 Riesgos para el sistema nervioso: uso de drogas y alcohol 4.7 Reproducción y desarrollo 4.7.1 Sistema reproductor masculino y femenino 4.7.2 Enfermedades o infecciones de transmisión sexual 4.7.3 El sistema nervioso periférico

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Unidad I Reproducción y herencia

OBJETIVO El estudiante planteará la importancia que tiene la continuidad a partir del análisis descriptivo de los procesos genéticos que se suceden en los seres vivos, en el nivel molecular y de los organismos, y su relación con el código genético, infiriendo los beneficios y posibles riesgos de las aplicaciones de la genética actual, al asumir una actitud ética y de respeto hacia la preservación de los seres vivos.

Examen diagnóstico

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Examen diagnóstico Reproducción celular Nombre: Número de lista:

Grupo:

Escuela:

I. Subraya la respuesta que consideres correcta a los siguientes reactivos: 1. Marca el inciso que incluya tres procesos relacionados con la reproducción sexual: a) Meiosis, fecundación, desarrollo embrionario. b) Mitosis, fecundación, crecimiento. c) Crecimiento, desarrollo embrionario, mitosis. d) Meiosis, regeneración y crecimiento. 2. La mitosis es un proceso de reproducción que ocurre en: a) Los tejidos embrionarios. b) Los órganos sexuales. c) Las células eucariontes. 3. Indica algunas de las partes de la célula que indican los cambios de la célula en las diferentes etapas de la mitosis. a) El material genético, el núcleo y la membrana celular. b) Las mitocondrias, los flagelos y el retículo endoplásmico. c) Los cloroplastos, el núcleo y los ribosomas. d) La membrana celular, el aparato de Golgi y las mitocondrias. 4. Indica las partes de la célula que están involucradas en la meiosis. a) El material genético, el núcleo y la membrana celular. b) Las mitocondrias, los flagelos y el retículo endoplásmico. c) Los cloroplastos, el núcleo y los ribosomas. d) La membrana celular, el aparato de Golgi y las mitocondrias.

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UNIDAD I •

Reproducción y herencia

5. En los siguientes procesos indica el que corresponda a la reproducción asexual: a) La formación de una flor. b) La regeneración de la cola de una lagartija. c) La unión de un óvulo y un espermatozoide. d) La producción de gametos. 6. En los siguientes procesos señala el que se refiera a la reproducción sexual. a) La regeneración de un miembro del cuerpo. b) La producción de células en el embrión. c) La formación del cigoto al unirse los gametos. d) La formación de células a partir de la mitosis. 7. Indica en qué momento se transmite la información genética de una célula a otra. a) Durante la reproducción sexual solamente. b) Durante la mitosis y durante la reproducción sexual. c) Durante la síntesis de proteínas. 8. La información genética se transmite de padres a hijos a través de: a) Los cromosomas. b) Las células sexuales. c) La reproducción sexual. 9. Los cromosomas son: a) Estructuras de la mitosis. b) Material genético condensado. c) Partes de la célula. 10. Los cromosomas se llaman así porque son: a) X y Y b) Estructuras que se colorean al teñirlas. c) Estructuras que poseen color por sí mismas. 11. Los cromosomas son estructuras que contienen: a) Células en división. b) Membranas celulares. c) Genes.

Examen diagnóstico

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12. Los cromosomas se forman cuando la célula: a) Se va a dividir. b) Está en cualquier etapa. c) Forma parte de un tejido. 13. Los cromosomas que contienen las células son: a) Solamente los cromosomas X y Y. b) Un juego de cromosomas según la especie. 14. La información genética se transmite a las células: a) Solamente durante la reproducción sexual. b) Siempre que hay una división celular y en la fecundación. c) Solamente durante la meiosis. d) Sólo durante la mitosis. 15. El cáncer es una enfermedad en la que las células de un tejido del organismo. a) Mueren de forma anormal. b) Se deforman de manera anormal. c) Se multiplican de manera anormal. d) Disminuyen de forma anormal. 16. La formación de nuevas células en una parte del cuerpo que está creciendo. a) Es un ejemplo de reproducción sexual. b) Es un ejemplo de reproducción asexual. c) Es un ejemplo de crecimiento celular, pero no es una reproducción. 17. Señala en cuál de estos procesos se lleva a cabo la reproducción asexual. a) La recolección de semillas a partir de plantas adultas. b) Cortar una rama de un geranio y sembrarla para obtener una nueva planta. c) Obtener el fruto de una flor, una vez que se llevó a cabo la polinización. d) La producción de un embrión a partir de la inseminación artificial.

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UNIDAD I •

Reproducción y herencia

18. Una vez que se ha formado el cigoto o huevo durante la fecundación: a) Se forman nuevas células por mitosis. b) Se forman nuevas células por meiosis. c) No hay producción de células nuevas. 19. Los organismos que se producen a través de la reproducción sexual son: a) Diferentes a otros seres. b) Idénticos a otros organismos. c) Algunos pueden ser iguales, otros diferentes. 20. Los organismos que se producen a través de la reproducción asexual son: a) Diferentes a otros seres. b) Idénticos a otros organismos. c) Algunos pueden ser iguales, otros diferentes.

Caso de estudio •

Caso de estudio ¿Cómo se detecta un tejido canceroso? El cáncer es una enfermedad que cobra miles de vidas en el mundo. En México, el cáncer es una de las principales causas de muerte, además de la diabetes y las enfermedades cardiovasculares. Para los médicos y los pacientes, la detección de la enfermedad en sus primeras etapas, a través de un diagnóstico temprano, puede significar la diferencia entre la sobrevivencia o la muerte. Para las mujeres, el cáncer de mama y el cáncer cérvico-uterino representan la principal causa de muerte cada año, mientras que para los varones, es el cáncer de próstata el que cobra más vidas. ¿Cómo puede detenerse el cáncer? ¿Qué es lo que provoca que un tejido se vuelva canceroso? Los científicos han descubierto que todas las células tienen un ciclo celular en el que se desarrollan y dividen. Cuando por alguna razón se altera este ciclo celular, la célula no puede controlar el momento en el que debe hacer la mitosis y comienza a dividirse de forma anormal. Este proceso es lo que produce el cáncer. ¿Crees que el conocimiento acerca del ciclo celular podría dar luz acerca de cómo detener este mal que aqueja a tantas personas?

Tejido mamario canceroso.

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UNIDAD I •

Ses

ión 1

1.1

1.0

Reproducción y herencia

Reproducción

Reproducción celular y reproducción en los organismos La reproducción es el proceso a través del cual un ser vivo origina otro nuevo ser. La reproducción es una característica importante de la vida; si los seres vivos no hubieran logrado reproducirse, no se habría mantenido la vida sobre la Tierra. La base de la reproducción de los individuos, sean unicelulares o pluricelulares, es la reproducción celular. De este modo la reproducción permite la continuidad de la vida. Los organismos unicelulares se reproducen cuando se divide la célula a través de la reproducción asexual. Los organismos pluricelulares, por su parte, pueden reproducirse asexualmente, cuando un individuo origina otro idéntico, o sexualmente, cuando dos individuos proporcionan sus células sexuales para dar origen a un nuevo ser que es diferente a los progenitores. Esta característica de la reproducción sexual es importante porque permite que exista variabilidad entre los individuos. Así es como se han originado la diversidad de organismos en nuestro planeta. Al terminar de estudiar este tema podrás explicar los procesos reproductivos a partir de su relación con los mecanismos de división celular y del análisis comparativo que permita distinguir las diferencias y similitudes entre mitosis y meiosis.

1.2

Ciclo celular y cáncer El ciclo celular (ver figura 1.1) es un conjunto de etapas durante las cuales la célula crece y se divide en dos células hijas. El ciclo de vida de una célula tiene dos grandes etapas. La primera se llama interfase y durante este periodo la célula crece y duplica su material genético. Durante la segunda etapa la célula se dividirá, a este periodo

G2 (del inglés Growth 2)

Fase S (Síntesis de ADN)

Fase M (Mitosis)

G1 (del inglés Growth 1)

Células que cesan la división

Figura 1.1 Ciclo celular normal. Una célula normalmente presenta dos fases de crecimiento G1 y G2 divididos por una fase de división.

1.2 Ciclo celular y cáncer •

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se conoce como fase M porque la célula madre se divide en dos células hijas por medio de los procesos de mitosis o meiosis. Cuando las células normales se reproducen, se dividen en un determinado número de veces, hasta que las células envejecen y mueren. Algunas células se dividen indefinidamente, invaden los tejidos vecinos y provocan el cáncer. Algunos científicos creen que estas células tienen mutaciones genéticas que causan el descontrol del ciclo celular. Durante un ciclo celular normal muchas células mueren; pero las células cancerosas no mueren, sino que continúan reproduciéndose sin control.

Interfase Es la fase más larga del ciclo celular. La célula pasa por varios estados denominados G1 o crecimiento 1, S o síntesis de ADN y G2 o crecimiento 2. G1 es el periodo que transcurre entre el fin de una división celular y el inicio de la síntesis de ADN, S es la segunda fase del ciclo en la que se duplica todo el material genético de la célula, y G2 es el segundo periodo de crecimiento en el que se producen ARNs que llevan las instrucciones para armar las proteínas. La interfase termina al iniciar la fase M, que es cuando la célula se empieza a dividir por mitosis o meiosis. Durante la interfase la célula ejecuta sus actividades metabólicas y se replica el material genético o ADN. Cuando se llevan a cabo las divisiones celulares sin control, las células continúan dividiéndose indefinidamente, lo que provoca que el tejido crezca e invada otros órganos y dañe los tejidos. Este proceso que genera divisiones celulares descontroladas se conoce como cáncer. Del mismo modo en que las células pueden regular su reproducción, se regula la muerte celular. La muerte celular está programada por el propio material genético, asegurando así que las células que permanecen vivas se encuentren en buen estado.

Actividad 1 Ya sabes que el cáncer es una enfermedad en la cual las células se reproducen sin control. ¿Qué es lo que ocurre para que la célula interrumpa su ciclo normal?

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UNIDAD I •

Reproducción y herencia

Desarrolla las siguientes actividades: 1. Investiga de forma individual qué son los oncogenes. 2. Reúnete con dos compañeros para comentar la información que encontraron. 3. Escriban una conclusión en la que relacionen el ciclo celular, los oncogenes y el cáncer. Para realizar esta actividad busquen en Internet, pueden apoyarse en las siguientes páginas: http://www.biologia.arizona.edu/cell/tutor/mitosis/mitosis.html http://es.wikipedia.org/wiki/Ciclo_celular http://www.educa.aragob.es/iescarin/departE/biogeo/varios/ biologiacurtis/seccion%203/3%20-%20capitulo%2010.htm

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ión 2

1.3

Mitosis

La mitosis es el proceso de división celular por el cual una célula progenitora produce dos células hijas con la misma información genética. Durante el tiempo en que dura la mitosis el material genético se compacta formando los cromosomas. Por esta razón, los cromosomas pueden observarse cuando se tiñen con algunos colorantes específicos. De esta manera, durante la división pueden observarse los cambios que ocurren en los cromosomas de la célula. Aunque la mitosis es un proceso continuo, se ha dividido de acuerdo con los cambios que presentan los cromosomas y la membrana nuclear. La mitosis es un proceso que ocurre en la división de las células eucariontes, pues los cambios principales se dan a nivel del núcleo celular, ver la figura 1.2. Las células procariontes, que no tienen un núcleo definido ni tampoco compactan su material genético en cromosomas, no muestran los mismos cambios que las eucariontes cuando se dividen, lo cual significa que la mitosis solamente ocurre en las células eucariontes. Antes de iniciarse la mitosis, el material genético ya está duplicado.

1.3 Mitosis •

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Profase Durante la profase el material genético comienza a enrollarse formando los cromosomas, y al mismo tiempo, comienza a desaparecer la membrana nuclear. Cada uno de los cromosomas que están duplicados se llama cromátide. En las células animales los microtúbulos que forman los centríolos se distribuyen hacia los polos opuestos de la célula y se extienden hasta los centrómeros de las cromátides unidas. Esta disposición de los filamentos que parten de los centríolos se muestra como una especie de “estrella” denominada aster. En las células vegetales no hay centríolos, pero aparece una serie de fibras que se asocian al centro de los cromátides llamadas huso acromático. Durante la profase desaparece la membrana nuclear y el material genético se compacta formando cromosomas.

Metafase Una vez que los microtúbulos se han unido a los cromosomas, las cromátides se alinean en la parte media de la célula, debido a que los microtúbulos del huso acromático las acomodan. Durante la metafase los cromosomas se alinean en la parte media de la célula.

Anafase Durante la anafase las fibras del huso se acortan moviendo cada cromátide del par hacia los polos opuestos. Como resultado, las cromátides se separan. En la anafase las cromátidas se separan en los polos opuestos de la célula.

Telofase Durante la telofase las cromátides separadas son rodeadas por la nueva membrana nuclear, el citoplasma se divide en dos a través de la citocinesis y se forma la nueva membrana celular para las dos células hijas. En las

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UNIDAD I •

Reproducción y herencia

células vegetales se forma una placa que divide a las dos células hijas. En el lugar de esta placa se forma una membrana celular para cada célula hija, y posteriormente la pared celular. Por último, el material genético compactado se desenrolla, por lo que ya no se observan los cromosomas. La mitosis concluye con la telofase, cuando se forma la nueva membrana nuclear, desaparecen los cromosomas y se forman las nuevas células. La mitosis resulta en la formación de dos células hijas que contienen exactamente el mismo número y tipo de cromosomas que la célula progenitora. ¿En qué células ocurre la mitosis? La mitosis ocurre en las células que están en crecimiento, como las células del cuerpo de un ser humano en crecimiento. En el embrión también ocurren divisiones celulares mitóticas, pues todas las células desarrolladas a partir del óvulo fecundado, tienen la misma información genética en principio.

Interfase: El ADN se dobla en preparación para la división celular

Profase: la envoltura nuclear desaparece, se forma el huso entre los centríolos Cromátidas del cromosoma Núcleo

Región del centrómero

Cromatina Nucleolo Eje en desarrollo Centriolos Envoltura nuclear Nucleolo

Telofase: el citoplasma se divide y se forma la nueva membrana nuclear alrededor de los cromosomas Anafase: los cromosomas alineados se separan

Cromosomas hijos

La envoltura nuclear se rompe

Metafase: la cromatina se alinea en el ecuador de la célula

Figura 1.2 Mitosis.

1.3 Mitosis •

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¿Cómo regeneran las lagartijas su cola? Seguramente has visto cómo una lagartija “suelta” su cola cuando intentas atraparla. Estos animales tienen la capacidad de seccionar este miembro y después regenerarlo (ver la figura 1.3). La cola de las lagartijas se regenera a través de la mitosis. En tu cuerpo Figura 1.3 La lagartija puede regenerar su cola. también ocurre la regeneración, aunque a diferente nivel. Cuando te cortas o raspas, el tejido de la piel se regenera por medio de la mitosis. La mitosis es un proceso de reproducción celular asexual, en donde una célula progenitora da origen a dos células hijas idénticas.

Actividad 2 Para realizar esta actividad necesitarán una cartulina, dos madejas de estambre de distinto color y plumones. Sigan las instrucciones: 1. Si tienen a su disposición equipo de cómputo y la red, cada uno debe explorar las siguientes páginas electrónicas buscando información sobre la mitosis. http://fai.unne.edu.ar/biologia/cel_euca/ciclo.htm http://es.wikipedia.org/wiki/mitosis http://project.bio.iastate.edu/imagebank/mitosis.jpg 2. Con la información que obtuvieron y las imágenes que observaron, construyan con el material que trajeron, un modelo para representar las figuras mitóticas, es decir, las formas que adopta el material genético de las células durante cada una de las etapas de la división celular por mitosis. 3. Presenten el modelo al resto del grupo.

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1.4

UNIDAD I •

Reproducción y herencia

Reproducción asexual Durante la reproducción asexual un organismo produce descendientes idénticos. Los organismos unicelulares como las bacterias y los protozoarios y algunos organismos pluricelulares, como las plantas, pueden reproducirse asexualmente. Las células de los organismos eucariontes se reproducen asexualmente por mitosis. Entre las bacterias existen varios tipos de reproducción asexual, como son: • La bipartición o fisión binaria, proceso por el cual la célula progenitora se divide en dos células descendientes idénticas en cuanto a tamaño y características, la figura 1.4 muestra la bipartición de una bacteria. • La gemación, proceso durante el cual la célula produce un brote o gema que desarrolla un nuevo individuo. • La esporulación, que es el proceso por el que se producen esporas, generalmente cuando las condiciones del medio no permiten el crecimiento de los organismos. Las esporas son formas de vida latente capaces de resistir condiciones adversas. Cuando las condiciones del medio permiten el desarrollo normal de las bacterias, se desarrolla la célula a partir de la espora. Figura 1.4 Bipartición en bacterias. Las bacterias son organismos procariontes, lo que significa que tienen células sin núcleo definido como resultado de la división celular, producen dos individuos idénticos al progenitor. Este tipo de reproducción no permite la variación entre los individuos, por lo que los cambios ambientales adversos pueden provocar la eliminación de toda la colonia. Esto no significa que todas las bacterias sean siempre idénticas, pues entre estos organismos existe una serie de mecanismos que les permite adquirir y transferir pedacitos de su material genético de una célula a otra en un proceso independiente de la reproducción. Este proceso se llama parasexualidad debido a que las células reciben material genético distinto al propio.

1.4 Reproducción asexual •

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Se sabe que este proceso puede ocurrir entre las células de algunos hongos, especialmente aquellos que parecen no tener reproducción sexual. Muchos organismos eucariontes se reproducen también asexualmente. En los protozoarios, por ejemplo, la población se incrementa cuando los individuos se dividen por mitosis. También hay organismos pluricelulares que se reproducen asexualmente. En las plantas, una pequeña parte del tallo, de la hoja o la raíz, pueden dar lugar a un organismo completo. La reproducción asexual de un individuo que da origen a otro se denomina también reproducción vegetativa, aludiendo a la capacidad de las células vegetales de reproducir un organismo completo a partir de partes de la planta. La figura 1.5 muestra un ejemplo de reproducción asexual vegetativa. En algunos animales también se presenta la reproducción asexual. En ocasiones, un individuo pluricelular da lugar a descendientes de forma asexual, como ocurre en los corales y las esponjas. Algunos animales, como las lagartijas y las estrellas de mar pueden regenerar partes perdidas de su cuerpo. Otros organismos, como las hidras y las planarias (ver la figura 1.6) pueden regenerar un organismo completo a partir de secciones del cuerpo que han sido cortadas.

Figura 1.5 El geranio se reproduce asexualmente al sembrar una parte del tallo.

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UNIDAD I •

Reproducción y herencia

Figura 1.6 Las hidras (izq.) y las planarias (der.) pueden regenerar tejidos a partir de secciones del cuerpo que han sido cortadas.

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ión 3 ¿Qué tan importante es ser diferente? Quizá alguna vez has deseado tener una copia idéntica de ti mismo para que hiciera todas las cosas que no quieres hacer: como arreglar tu cuarto, tirar la basura o hacer las tareas. ¿Te gustaría que existieran copias idénticas de ti? ¿Crees que sería divertido? Muchos organismos, como las bacterias, producen copias idénticas de sí mismos. Sin embargo, la mayoría de los organismos pluricelulares producen descendientes que son distintos porque combinan las características de dos progenitores a través de la reproducción sexual. ¿En qué se beneficia la descendencia al ser diferente? En este subtema tal vez averigües qué tan importante es ser diferente en un mundo que tiene constantes cambios.

Actividad 3 Prueba tú mismo: 1. Corta una hoja pequeña de un geranio y siémbrala. Verás que en un par de semanas se desarrolla una planta nueva. Para trabajar en el laboratorio. 2. Para hacer esta actividad necesitas una cebolla con raíces, un bisturí, porta y cubreobjetos, unas gotas de acetorceína y un micros-

1.5 Meiosis •

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copio. Prepara unos cortes transversales de la raíz y colócalos en el portaobjetos. Después aplícales un par de gotas de acetorceína y observa la muestra al microscopio. 3. Para hacer esta actividad necesitas una charola de disección, unas pinzas, aguja de disección, bisturí, una caja de Petri y un lirio acuático. Busca planarias en las raíces del lirio acuático. Colócalas en la caja de Petri y córtalas por la mitad. Asegúrate de poner en la caja de Petri suficiente agua y restos del lirio. Observa cómo se desarrolla un animal completo a partir de cada corte que hiciste.

1.5

Planaria regenerándose.

Meiosis La meiosis es el proceso de división celular que produce las células sexuales capaces de dar origen a un nuevo individuo, ocurre sólo durante la reproducción sexual dos individuos progenitores producen uno o más descendientes. Para efectuar la reproducción sexual cada individuo produce una célula sexual o gameto, que tiene la mitad del número de cromosomas del progenitor. Cuando las dos células sexuales o gametos se unen durante la fecundación, se restablece el número cromosómico normal característico de los individuos de esa especie. Los gametos se forman a través de la meiosis, que es un tipo de división celular. Durante la meiosis las células producidas reducen a la mitad el número de cromosomas de la especie, quedando haploides. Los gametos se producen en los órganos especializados llamados órganos sexuales. De este modo, no todas las células son capaces de producir gametos, solamente algunas células que se encuentran en los órganos sexuales. La meiosis es un proceso preparatorio para la reproducción sexual; pero no es una reproducción sexual, sino una división celular en la que se obtienen células con la mitad de cromosomas de la especie.

18

UNIDAD I •

Reproducción y herencia

Durante la meiosis se recombina el contenido de las cromátides y se producen cuatro células haploides, es decir, con la mitad del número de los cromosomas de la especie. Las células de los organismos progenitores contienen juegos dobles o diploides de cromosomas antes de una meiosis. Los cromosomas del mismo juego se llaman “homólogos”. Los cromosomas homólogos contienen caracteres hereditarios para las mismas características, aunque pueden ser variaciones de esa característica. Por ejemplo, la característica del cabello se encuentra localizada en un cromosoma específico; pero el cromosoma puede tener la variación de cabello lacio o la variante del cabello rizado. Cuando se inicia la meiosis se duplica el material genético, por lo que los cromosomas homólogos generan una copia idéntica de sí mismos. Los cromosomas que resultan de la copia idéntica se denominan cromátides hermanas, mientras que los cromosomas del mismo juego pero que no son idénticos, se llaman cromosomas homólogos.

Cromosomas homólogos

Cromátides hermanas

Tétrada

Un cromosoma homólogo de cada par proviene de un progenitor, y el otro homólogo del otro progenitor. Cada homólogo está integrado de dos cromátides hermanas idénticas, que se mantienen unidas por una pieza central (centrómero). Los cuatro cromosomas forman una tétrada.

Figura 1.7 Los cromosomas homólogos y las dos cromátides hermanas forman la tétrada.

La meiosis consiste en dos divisiones celulares entre las cuales solamente ocurre una duplicación del material genético. El resultado de la meiosis son cuatro células haploides, con la mitad de los cromosomas de la célula progenitora. A continuación se describe el proceso.

Primera división meiótica Profase I Los cromosomas se condensan y la membrana nuclear desaparece. Los cromosomas homólogos se unen durante la sinapsis, intercambiando

1.5 Meiosis •

Sinapsis

Entrecruzamiento

19

Recombinación terminada

Figura 1.8 Mientras los homólogos están apareados ocurre entre ellos el intercambio de fragmentos del material genético de c/u. Este proceso se llama entrecruzamiento o recombinación genética y da como resultado cromosomas que contienen información diferente entre sí, por tanto se dice que esta forma favorece la variabilidad.

segmentos. Durante este proceso se recombinan las variaciones de los caracteres que contiene cada cromosoma en la llamada recombinación genética o “crossing over”. Durante la profase también se forma el huso acromático y los cromosomas se unen a las fibras del huso.

Metafase I Los cromosomas ya recombinados se alinean en la parte media de la célula.

Anafase I Las fibras del huso se acortan separando los cromosomas homólogos recombinados.

Telofase I Se divide el citoplasma y se forma el nuevo núcleo alrededor de los cromosomas separados. El resultado de la primera división meiótica son dos células diploides que continúan hacia la segunda división meiótica.

Segunda división meiótica Profase II Desaparece la membrana nuclear y se forman las fibras del huso.

20

UNIDAD I •

Reproducción y herencia

Metafase II Las fibras del huso alinean los cromosomas en la parte media de la célula.

Anafase II Las fibras del huso jalan los cromosomas hacia los polos y los separan.

Telofase II Se forma la nueva membrana nuclear rodeando a los cromosomas y se divide el citoplasma. Centrómeros

V V B

B

v v b b

Dos cromosomas homólogos se unen durante la sinapsis.

V V B B

v b

v b

Se realiza la recombinación genética entre un par de cromátides homólogas.

Meiosis I

V B

v b

V B

v b

Meiosis II

V B

v b

V B

v b

Se producen cuatro células haploides, se tienen dos células parentales y dos células recombinantes.

Figura 1.9 Al finalizar la meiosis I, los cromosomas homólogos se separan. Se producen dos núcleos, cada uno con un número haploide de cromosomas. Cada cromosoma a su vez, está formado por dos cromátides. En la segunda etapa de la meiosis, la meiosis II, las cromátides hermanas de cada cromosoma se separan como si fuese una mitosis. Cuando los dos núcleos se dividen, se forman cuatro célular haploides.

1.5 Meiosis •

21

Importancia de la meiosis La meiosis es el origen de la mayor parte de la variabilidad genética que tienen las poblaciones. La variabilidad genética es lo que permite a la población contar con individuos diferentes. Esta variabilidad genética, que se expresa como “diferencias entre los individuos”, proporciona a algunos individuos “diferentes” la capacidad de sobrevivir ante los cambios del medio ambiente. Si todos los individuos de una población fueran iguales, un cambio adverso del medio eliminaría a toda la población. Por el contrario, cuando la población cuenta con organismos diferentes, aumenta la probabilidad de sobrevivencia. También los cambios espontáneos o mutaciones pueden producir variabilidad, pero es la recombinación genética que ocurre durante la Profase I de la primera división meiótica, la que produce la mayor cantidad de variaciones entre los individuos, incluso en aquellos emparentados. La reproducción sexual, cuando los gametos se unen, incrementa todavía más las posibilidades de variabilidad entre los individuos. De este modo, la sexualidad representa un motor de la evolución, al generar los cambios sobre los cuales pueden ser seleccionadas las variaciones de los individuos.

Actividad 4 Formen equipos de tres compañeros y sigan las instrucciones: 1. Comparen la mitosis y la meiosis. Elaboren un cuadro comparativo como el siguiente:

Divisiones celulares

Número de células hijas

Número de cromosomas de las células hijas

Mitosis Meiosis

2. Comparen la reproducción sexual y la reproducción asexual señalando las ventajas y desventajas de cada una. 3. Elaboren una conclusión acerca de la reproducción sexual que responda la pregunta, ¿cuál es la importancia de ser diferente?

22

UNIDAD I •

Ses

ión 4

1.6

Reproducción y herencia

Reproducción sexual

Como ya mencionamos, la reproducción sexual es el proceso en el que dos individuos intervienen para dar origen a un descendiente que posee características de ambos progenitores. La reproducción sexual requiere primero de la formación de los gametos, y después de la unión del gameto femenino y el gameto masculino. Los organismos que se reproducen sexualmente contienen juegos de cromosomas dobles o diploides en los cuales se encuentran codificados los caracteres o genes por pares. En las células sexuales o gametos solamente hay un juego de cromosomas. Las células que tienen un solo juego de cromosomas se llaman haploides. La meiosis reduce el juego de cromosomas a la mitad, asegurando que el individuo resultante de la unión de dos células sexuales reciba dos juegos de cromosomas, es decir, que la célula resultante, llamada cigoto o huevo, sea diploide. Cuando se unen los dos gametos en el proceso denominado fecundación, el cigoto comienza su desarrollo embrionario. El cigoto comenzará a dividirse por medio de la mitosis, por lo que todas las células que se producen a partir del cigoto o huevo son iguales. Cuando se inicia el desarrollo embrionario las células se van dividiendo por mitosis en el proceso denominado segmentación. El embrión FASE HAPLOIDE

Gametos haploides (n = 23) n

Óvulo

Espermatozoide

n

MEIOSIS

FECUNDACIÓN

Adultos diploides (2n = 46) 2n

Cigoto diploide (2n = 46) FASE DIPLOIDE

Figura 1.10 Fases haploide y diploide.

1.6 Reproducción sexual •

23

llega a una etapa denominada mórula, que da lugar a la blástula en la cual se forma un espacio interno llamado blastocele. En esta etapa se inicia la formación del intestino primitivo en el que ya se observan la boca y el ano. A partir de esta etapa, llamada gástrula, se diferencian varias capas de células embrionarias. La figura 1.11 muestra el desarrollo del embrión mediante la mitosis. Nombre de la capa

Tejidos y órganos que origina

Ubicación en el embrión

Endodermo

Capa de células que cubren al intestino recién formado

Forma el aparato digestivo y el aparato respiratorio

Mesodermo

Capa media de células, ubicada entre el endodermo y el ectodermo

Forma los músculos y los huesos, el aparato reproductor y el sistema circulatorio.

Ectodermo

Capa externa del embrión

Forma los órganos de los sentidos, sistema nervioso y la piel

Cuadro 1.1 Comparación de la ubicación y tejidos y órganos que originan las diferentes capas embrionarias. A

Cigoto

Mórula B

Blástula

Figura 1.11 Después de la unión de los gametos durante la fecundación, el cigoto inicia el desarrollo embrionario. Observa la segmentación que da origen a la mórula, la blástula y la gástrula.

24

UNIDAD I •

Reproducción y herencia

Actividad La reproducción sexual incrementa la variabilidad de las poblaciones. Analiza la flora o fauna de tu región y piensa identificando la variación que tienen algunos individuos.

1.7

Ventajas de la reproducción sexual y asexual

¿Cuáles son las ventajas de ser diferente? ¿Será lo mismo que una población cuente con individuos idénticos a que la población tenga organismos distintos? Desde luego, la reproducción asexual tiene muchas ventajas. Por ejemplo: Los organismos con reproducción asexual no necesitan encontrar una pareja para reproducirse. Así, en las profundidades del océano, las esponjas y los corales pueden formar colonias. Los organismos unicelulares y muchos pluricelulares se reproducen asexualmente. Existen especies en las que una fase de la reproducción es asexual y la subsecuente sexual. En las plantas, por ejemplo, la producción de la semilla se lleva a cabo por reproducción sexual; pero la propagación de estolones y otras partes vegetativas se produce asexualmente. En los hongos se encuentran también ambas fases, incluso la formación de esporas puede darse vía sexual o asexual. En las hidras, platelmintos y estrellas de mar (ver figura 1.12), puede presentarse la regeneración de un órgano o de un individuo completo por mitosis. Los organismos que se reproducen dando lugar a organismos idénticos, tendrán respuestas iguales ante los cambios del medio ambiente. Si las características del progenitor no son adecuadas, toda la estirpe morirá. Sin embargo, cuando un individuo se dispone a colonizar un ambiente y sus características lo permiten, tendrá éxito Figura 1.12 Las hidras se reproducen pues él solo puede reproducirse asexualmente. asexualmente por regeneración.

1.7 Ventajas de la reproducción sexual y asexual •

25

Evaluación formativa: Contesten las siguientes preguntas: 1. ¿Qué ventaja tiene una hidra, o una planaria, cuando pueden regenerar todo un organismo a partir de la pérdida de una parte de su cuerpo? 2. ¿Qué ventaja puede tener una lagartija al cortar su cola y regenerarla después?

Reproducción asexual en las plantas Las células de las plantas tienen la capacidad de desarrollar cualquier tipo de tejido. Este rasgo se conoce y se aplica desde la antigüedad en la agricultura. Algunas plantas forman tallos horizontales o estolones que crecen horizontalmente en la superficie del terreno. Estos estolones originan nuevos individuos que son idénticos. En la actualidad, se lleva a cabo la producción de plantas de forma vegetativa, es decir, se toma una parte de la planta adulta y se siembra. La producción comercial de flores, hortalizas, árboles frutales y del agave se realiza mediante la propagación vegetativa de plantas que tienen rasgos seleccionados como la resistencia a enfermedades, mejor crecimiento o mayor calidad en la producción de frutos. Así, las plantas producidas a través de la propagación vegetativa tendrán las mismas características de la planta madre, es decir, serán idénticas genéticamente. Este proceso tiene varias consecuencias, la más importante de ellas es la carencia de variabilidad genética en las pobla- Figura 1.13 Plantando un vástago para ciones sujetas a la propagación. reproducir asexualmente una planta.

26

UNIDAD I •

Reproducción y herencia

Caso de estudio ¿Cuál es la importancia de ser diferente? ¿Qué tan importante es ser diferente? Esta es la pregunta que contestaron en la actividad 4. Los expertos en reforestación eligen los árboles más vigorosos de una población para reproducirlos y plantar árboles descendientes con la mayor probabilidad de sobrevivencia. Una vez elegido el árbol, se seleccionan algunas partes de la planta y se propagan a través del cultivo de tejidos. Aunque es evidente la ventaja de sembrar árboles descendientes de un ejemplar exitoso, a veces ocurren cambios ambientales que eliminan a todos los organismos. En 1980 fueron plantados en varias ciudades de la República Mexicana árboles del género Ficus. Estos árboles murieron en 1994, después de una helada que azotó el norte y centro del país.

Arboles del género Ficus.

Examen •

Examen Reproducción y herencia Nombre: Número de lista:

Grupo:

Escuela:

I. Contesta las siguientes preguntas: 1. ¿De qué forma puedes asegurar que una planta “hija” tenga exactamente las mismas características que una planta progenitora? 2. ¿Cómo podrías producir dos plantas idénticas? II. Señala las principales diferencias entre la reproducción sexual y la reproducción asexual en el siguiente cuadro: Asexual

Sexual

Progenitores que intervienen Variación en los descendientes Tipos de reproducción

III. Subraya la respuesta correcta. 1. Identifica en los siguientes procesos el que corresponda a la reproducción de un nuevo ser: a) Cuando un ser vivo origina a otro nuevo. b) Cuando un ser vivo produce gametos. c) Cuando un organismo aumenta de tamaño. d) Cuando un organismo evoluciona.

27

28

UNIDAD I •

Reproducción y herencia

2. Identifica en los siguientes procesos el que corresponda a la reproducción asexual: a) Formación de los gametos por meiosis. b) Regeneración de la cola de una lagartija. c) Producción de la flor en las plantas. d) Unión de los gametos femenino y masculino. 3. Identifica en los siguientes procesos el que corresponda a la reproducción sexual: a) Cuando se origina un nuevo ser a partir de una parte de un organismo. b) La producción de dos células a través de la mitosis. c) La formación del cigoto cuando se unen el espermatozoide y el óvulo. d) La formación de las células del embrión a partir del cigoto. 4. El proceso por el que las células normales se vuelven cancerosas ocurre cuando: a) Las células se degradan sobreviniendo la muerte de éstas. b) Se altera el ciclo celular y se pierde el control de la división celular. c) Las mutaciones provocan la muerte del organismo. d) Se altera el proceso de meiosis. 5. Una de las enfermedades más comunes en México relacionada con deficiencias en el ciclo celular es: a) El cáncer. b) La diabetes. c) La salmonelosis. d) La hemofilia. 6. La importancia de la reproducción radica en que: a) Se producen descendientes distintos. b) Se mejoran las características de los hijos. c) Se intercambia materia y energía. d) Permite la continuidad de la especie.

Examen •

7. Durante la interfase del ciclo celular, la célula realiza las siguientes actividades: a) Funciones metabólicas y síntesis del ADN. b) División celular por mitosis y meiosis. c) Condensación de cromosomas. d) Producción de gametos. 8. El resultado de la división celular por mitosis es: a) La formación de cuatro células idénticas a la progenitora. b) La formación de dos células iguales a la progenitora. c) La formación de cuatro células distintas a la progenitora. d) La formación de dos células diferentes a la progenitora. 9. Durante la mitosis ocurren en este orden los siguientes eventos: a) Se divide el citoplasma, se condensan los cromosomas, los cromosomas se separan. b) Se condensan los cromosomas, se divide el citoplasma y los cromosomas se separan. c) Se separan los cromosomas, se divide el citoplasma y los cromosomas se condensan. d) Se condensan los cromosomas, los cromosomas se separan y se divide la célula. 10. Una de las ventajas más importantes de la meiosis es: a) Asegura que todos los descendientes sean iguales. b) Asegura la evolución de los descendientes. c) La variabilidad genética de los descendientes. d) El éxito de la reproducción de los organismos. IV. Reúnanse en equipos de tres estudiantes para contestar las siguientes preguntas: 1. ¿Qué proceso reproductivo aseguraría la continuidad de la especie cuando los individuos de una población quedan aislados después de una tormenta? 2. ¿Qué es la recombinación genética y en qué momento se produce? 3. ¿Cuál es la diferencia entre cromosomas homólogos y hermanos?

29

30

UNIDAD I •

Reproducción y herencia

4. ¿Cuál es la diferencia entre una célula haploide y una célula diploide? 5. Retoma el caso de la reforestación de varias ciudades de la República Mexicana con árboles del género Ficus. Describe las ventajas y desventajas de plantar árboles con poca variabilidad ante los cambios ambientales repentinos. V. Caso: Una de las bebidas más famosas en el mundo es el tequila. México es famoso por ser el país de origen de esta bebida que se obtiene del agave. En los últimos años la producción del agave ha disminuido, lo que ha causado daños económicos a los productores. El doctor Rodrigo Medellín, investigador del Instituto de Ecología, informa que el problema del agave es que la mayor parte de la producción proviene de la reproducción vegetativa de la planta. El doctor Medellín indica que la planta del agave es naturalmente polinizada por ciertas especies de murciélagos, mismos que transfieren el polen de una flor a otra de agave cuando se alimentan de su néctar, por lo que ha sugerido cuidar las poblaciones de estos murciélagos. 1. Explica: ¿en qué se beneficiaría la producción de agave si intervienen los murciélagos? 2. Comenten con el grupo sus respuestas y concluyan. ¿Qué importancia tiene para los organismos reproducirse de manera sexual y cuáles son las ventajas y desventajas de reproducirse asexualmente? VI. Formen equipos de cuatro estudiantes para llevar a cabo las siguientes actividades: 1. Comparen las respuestas que dieron en el examen diagnóstico con los conocimientos que adquirieron durante la unidad, analizando las diferencias. 2. Analicen: ¿qué proceso llevaron a cabo para cambiar de idea respecto a lo que pensaban antes de estudiar la unidad I? 3. ¿Cómo podrían mejorar su aprendizaje? 4. Comenten sus respuestas con el resto del grupo.

Examen diagnóstico

•

Examen diagnóstico Herencia Nombre: Número de lista:

Grupo:

Escuela:

Con este examen podrás identificar cuáles son algunas de tus ideas sobre la forma en que heredamos las características biológicas, cómo influye la probabilidad en la transmisión de la herencia, las mutaciones y los cromosomas. Al terminar la unidad recordarás las ideas que tenías y analizarás la forma en que cambiaron tus creencias sobre estos temas. I. Subraya la respuesta correcta: 1. ¿Cuál es la probabilidad de obtener “águila” cuando lanzas una moneda al aire? a) 80 por ciento. b) 30 por ciento. c) 50 por ciento. d) 10 por ciento. 2. ¿Cuál es la probabilidad de obtener un 6 cuando lanzas un dado? a) 1/4 b) 1/3 c) 1/8 d) 1/6 3. La información genética se transmite de una célula progenitora a una célula descendiente a través de: a) Los cromosomas. b) Las células sexuales. c) La reproducción sexual. 4. Los cromosomas que contiene cualquier célula son: a) Los cromosomas X y Y. b) Un juego de cromosomas según la especie.

31

32

UNIDAD I •

Reproducción y herencia

5. Los cromosomas de los individuos machos son: a) Solamente cromosomas Y del par sexual. b) Solamente cromosomas X del par sexual. c) Cromosomas X y Y, además de los cromosomas que no forman parte del par sexual. d) Cromosomas XX del par sexual. 6. Los cromosomas de las hembras son: a) Solamente cromosomas Y del par sexual. b) Solamente cromosomas X del par sexual . c) Cromosomas X y Y, además de los cromosomas que no forman parte del par sexual. d) Cromosomas XX del par sexual. 7. Elige la mejor explicación de que un individuo tenga el rasgo o carácter de “ojos claros” cuando sus progenitores tienen los ojos oscuros: a) El ambiente provocó un cambio en el color de los ojos. b) Uno de los abuelos tiene los ojos claros por eso apareció el rasgo en la tercera generación. c) Ocurrió una mutación en los ojos. d) Se hereda el rasgo de los progenitores que, aunque no tengan los ojos claros, deben tener el rasgo en sus genes. 8. Los genes de un individuo que tiene el cabello lacio son: a) Todos de cabello lacio. b) Puede tener genes de cabello rizado pero predominó el cabello lacio. c) El cabello lacio no tiene nada que ver con los genes. 9. Los caracteres que tenemos como individuos, provienen de nuestros padres cuando: a) Transmiten sus genes a través de la reproducción. b) Recibimos su sangre en el momento de la reproducción. c) Heredamos sus rasgos durante la convivencia diaria. d) Se mezclan las características del padre y la madre durante la reproducción.

Examen diagnóstico

•

10. El parecido que existe entre los hijos y sus progenitores se debe a que: a) Somos de la misma especie. b) La convivencia que nos hace parecernos cada vez más. c) Los descendientes heredan los genes de sus progenitores. 11. Los cromosomas: a) Son estructuras que se forman en la interfase. b) Se forman durante la profase. c) Siempre están presentes en las células. 12. Los cromosomas de un organismo son diferentes entre sí porque: a) Las hembras tienen todos sus cromosomas diferentes a los machos. b) Cada cromosoma tiene distintos genes que codifican diferentes características. c) Cada célula del organismo recibe diferente número y tipo de cromosomas en la mitosis. d) Cada célula del organismo recibe diferente número y tipo de cromosomas en la meiosis. 13. Los genes sólo se encuentran en: a) Las células sexuales. b) Todos los cromosomas. 14. Los cromosomas que se encuentran en las células son: a) En forma de X y de Y. b) De forma de tubo aunque puede haber variaciones. c) En forma de círculo. d) En forma de hélice. 15. La presencia en una familia de un niño con síndrome de Down se debe a que: a) Uno de los dos progenitores tiene una mutación en sus genes. b) Durante el embarazo la mujer tuvo problemas y se alteraron sus genes. c) En la familia existe la mutación en los cromosomas que apareció en el niño. d) Uno de los gametos tenía más cromosomas.

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34

UNIDAD I •

Reproducción y herencia

Ses

ión 5

Caso de estudio Diabetes La diabetes se encuentra entre las dos primeras causas de muerte en México. Nuestro país se distingue entre las primeras 10 naciones con mayor número de pacientes diabéticos. Recientes investigaciones médicas buscan encontrar una relación entre la herencia y esta enfermedad, determinando también la importancia de los hábitos alimenticios. ¿Qué es lo que hace pensar a los científicos que esta enfermedad se hereda de padres a hijos? ¿Se puede saber si una persona podría desarrollar la enfermedad? ¿De qué manera actúa la diabetes en el organismo? En este tema reconocerás algunos patrones que se observan en la transmisión de las características heredadas de los padres a los hijos analizando distintos casos, además de la diabetes.

1.8 La herencia •

1.8

35

La herencia La herencia es el conjunto de caracteres que se transmiten de padres a hijos. Seguramente has observado el parecido entre los miembros de una familia. Muchas veces los caracteres como el color de los ojos se heredan a los hijos de aquellas personas que tienen los ojos claros; pero a veces no. ¿Por qué? Muchas han sido las interrogantes que ha resuelto el estudio de la herencia a través de la ciencia que la estudia, la genética. Por ejemplo, ¿por qué algunas veces los hijos se parecen al padre? ¿Por qué a veces se parecen a la madre, al abuelo o a un tío? Las características biológicas que heredamos de nuestros padres se transmiten a través de los cromosomas, y dentro de éstos se encuentran los genes. Así, las características que heredamos están determinadas por los genes. La herencia que transmite la madre al hijo y la que transmite el padre forman en conjunto el “par de genes”. Cada miembro del par se denomina alelo. De este modo, cada rasgo morfológico o fisiológico está controlado al menos por un par de genes. Todos los genes que contiene un individuo son parte del genotipo, es decir el conjunto de genes del organismo. En ocasiones, el alelo que proporcionó uno de los progenitores se manifiesta en el organismo, mientras que el alelo heredado por el otro progenitor no se expresa. Cuando dos individuos se reproducen sexualmente para originar un descendiente, cada uno de ellos provee al hijo de un juego de cromosomas que albergan los pares de genes de cada característica. Por esta razón, el par de genes que hereda el descendiente puede contener diferentes variaciones del carácter. Por ejemplo, en el ser humano el cabello lacio es una variante del carácter cabello. El cabello rizado es otra variedad del mismo carácter. De esta manera, los genes controlan un carácter y éste puede tener variedades. Cuando en un mismo par de genes los dos alelos son iguales se le llama homocigóticos; pero si los alelos son diferentes, se nombra heterocigóticos. ¿Por qué a veces una de las variaciones es la que se manifiesta en el individuo, mientras que la otra variante permanece oculta? ¿Por qué ocurre esto? La ciencia de la genética puede explicar esto y ¡muchas cosas más!

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UNIDAD I •

Reproducción y herencia

1.8.1 ¿Cómo surge la genética? La herencia mendeliana Las primeras ideas sobre la forma en que los padres heredan rasgos a los descendientes ya habían surgido en la antigua Grecia. Por otro lado, en todas las culturas de la humanidad se han realizado cruzamientos de plantas y animales con el fin de obtener ejemplares que cuenten con características deseables. La creación de razas de perros ilustra cómo el ser humano tuvo un amplio conocimiento sobre cómo seleccionar a los individuos con caracteres deseados para utilizarlos como pie de cría, ver figura 1.14. Así, las razas de perros sabuesos se fueron criando al cruzar animales con orejas largas y olfato muy fino. El rasgo o carácter inquieto del cocker spaniel se debe a que sus ancestros fueron elegidos precisamente por esa característica tan útil en un animal de caza. El perro de aguas o french poodle se desarrolló pensando en proteger el cuerpo de la hume- Figura 1.14 Las razas dad y al mismo tiempo ayudarlo a flotar en de perros se criaron el agua. Así, fueron criándose las distintas seleccionando los individuos razas de perros de las que seguramente co- con caracteres deseados. noces muchas. A pesar de todo este conocimiento empírico, las explicaciones formales sobre la transmisión de los caracteres tuvieron que esperar hasta que Gregor Mendel (ver figura 1.15) desarrolló sus primeras investigaciones sobre la herencia del chícharo. En 1865 presentó los resultados de sus investigaciones con más de 30 variedades de plantas de chícharo ante la Sociedad de Historia Natural de Brünn, en Austria. Mendel había logrado producir variedades de plantas en las que las semillas, la vaina, la longitud del tallo y la posición de las flores, variaban. Figura 1.15 Gregor Mendel.

1.8 La herencia •

37

Mendel cruzó plantas de chícharo de semilla verde con plantas de semilla amarilla, y obtuvo descendientes de semilla amarilla. Aparentemente, la variación de la semilla verde se había “perdido”. Sin embargo, cuando Mendel cruzó a los descendientes obtuvo un porcentaje pequeño de chícharos con semilla verde. Mendel llamó dominante al carácter manifestado en la descendencia de la primera generación y recesivo al carácter que permaneció oculto. La figura 1.16 muestra los resultados del experimento.

X

P A/A : l/l Amarilla, rugosa

gametos

F1

a/a : L/L Verde, lisa

A:l

a:L

A/a : l/L Amarilla, lisa

Autofecundación o interfecundación

proporción F2

315 amarillas, lisas

9

108 verdes, lisas

3

101 amarillas, rugosas

3

32 verdes, rugosas

1

556 semillas

16

Figura 1.16 Cruzamiento de Mendel de un chícharo de cáscara amarilla con un chícharo de cáscara verde.

Mendel notó que los rasgos de los progenitores no desaparecen ni se mezclan, sino que permanecen intactos, aunque ocultos, y pueden manifestarse en cualquier descendiente. De este modo, Mendel postuló la ley de la segregación: “los dos factores hereditarios sobre un mismo carácter no se fusionan ni se mezclan, sino que permanecen diferenciados durante la vida del individuo y se segregan, es decir, se separan y se reparten en el momento de la formación de los gametos”. En la actualidad sabemos que muchos de los caracteres en animales, plantas y seres humanos, se comportan de este modo: un par de genes para una característica, con un alelo dominante y un alelo recesivo.

38

UNIDAD I •

Reproducción y herencia

Cuando los dos alelos del par son iguales, es decir, son homocigóticos, el carácter recesivo se manifiesta en el fenotipo. La mayor parte de los individuos de una especie tienen pares de genes heterocigóticos; con alelos recesivos y dominantes. Sin embargo, existe la probabilidad de que hereden a su descendencia el mismo rasgo de un par de genes, resultando homocigóticos. Como cualquier otro rasgo, las enfermedades genéticas se manifiestan cuando el par de alelos son homocigóticos. Por esto es que los descendientes de padres que tienen parentesco presentan una alta probabilidad de heredar las enfermedades que tiene la familia.

Prueba tú mismo: Si lanzas una moneda al aire, ¿cuál es la probabilidad de que caiga “águila”?, ¿qué probabilidad hay de que caiga “sol”? Tal vez esperes, como la mayoría de las personas, que la mitad de lanzamientos resulten en “águila” y la mitad en “sol”. Prueba lo que pasa: 1. Escribe en la columna los resultados que esperarías obtener al lanzar una moneda 10 veces y lo que esperarías si la lanzas 50 veces. 2. Lanza una moneda al aire 10 veces y reporta los resultados en el cuadro. 3. Lanza la moneda 50 veces y anota en el cuadro tus resultados. 4. Contesta: a) ¿Fueron tus resultados experimentales iguales a lo que esperabas? b) ¿Qué resultados se parecen más a lo que esperabas, cuando lanzaste la moneda 10 veces o cuando la lanzaste 50 veces? 5. Comenta con un compañero lo que encontraste y concluyan: ¿Qué significado tiene la probabilidad de que ocurra un evento? ¿Qué implicaciones tiene la probabilidad de ocurrencia de un evento con la transmisión de caracteres de padres a hijos?

1.8 La herencia •

Ses

ión 6

Actividad 5

Antes de realizar esta actividad, investiga si los siguientes caracteres son dominantes o recesivos: cabello rizado-cabello lacio; cabello negro-cabello rubio; ojos café-verdes; pestañas largas-cortas, lóbulo de la oreja. Para esta actividad es necesario tener un espejo. 1. Reúnanse en equipos de cinco estudiantes. 2. Determinen cuál es la variación que tienen de cada carácter: terminación del cabello en pico de viuda (V)-terminación recta (v); cabello lacio (R)-cabello rizado (r); cabello negro (N)-cabello rubio (n); pestañas largas (L)-cortas (l), lóbulo de la oreja separado (S)lóbulo unido (s), capacidad para enrollar la lengua (E)-no puede enrollarla(e). 3. Anoten en el cuadro la información obtenida, con el número de alumnos que tienen cada variación de cada carácter. Número total V Terminación del cabello (V o v) R Cabello (rizado-lacio) N Cabello (oscuro-claro) L Pestañas (largas-cortas) S Lóbulo (separado-unido) E Lengua (enrolla-no enrolla)

4. Reúnanse con el grupo para compartir su información. 5. Elaboren un cuadro para todo el grupo y saquen el porcentaje de cada cuadro.

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40

UNIDAD I •

Reproducción y herencia

6. Comenten en el grupo, ¿cuál será la variación dominante para cada carácter? Comparen sus comentarios con la investigación que hicieron antes de la actividad. 7. Concluyan: ¿Tiene alguna relación la frecuencia con que se presenta el carácter en la población, con que sea dominante o recesivo? Entonces, ¿puedes inferir qué caracteres son dominantes y cuáles recesivos basándote en la frecuencia?

Ses

ión 7

La segunda ley de Mendel

$

Gametos

Con la intención de comprender cómo se comportaba la herencia de varios caracteres, Mendel realizó cruzas de chícharos de semilla amarilla y superficie lisa con chícharos de semilla verde y superficie rugosa. En la primera generación obtuvo todas las plantas con chícharos amarillos con superficie lisa. Cuando Mendel cruzó dos ejemplares de esta ge% Gametos neración híbrida (ver figura 1.17), RY Ry ry rY se encontró con que los caracte1 1 1 1 4 4 4 4 res amarillo y liso se encontraban RR YY RR Yy Rr Yy Rr YY RY 1 1 1 1 indistintamente en individuos con 1 16 16 16 16 4 semilla verde o rugosa. Es decir, RR Yy RR yy Rr yy Rr Yy los caracteres que originalmente 1 1 1 1 Ry 16 16 16 16 1 estaban juntos, se segregan en la 4 descendencia. De este modo, MenRr Yy Rr yy xx yy xx Yy ry 1 1 1 1 del obtuvo un alto porcentaje de 1 16 16 16 16 4 plantas con semilla amarilla lisa, Rr YY Rr Yy rr Yy rr Yy menor porcentaje de plantas con 1 1 1 1 rY 16 16 16 16 1 semilla verde lisa y plantas con se4 milla amarilla rugosa, y un porcen9 :3 :3 :1 taje mínimo de plantas con semilla Lisas y amarillas Rugosas y amarillas verde rugosa. La proporción que Lisas y verdes Rugosas y verdes encontró Mendel en sus resultados fue de 9:3:3:1. Estos resultados Figura 1.17 Cruzamiento de dos caracteres: fueron la base para postular la secolor de la semilla y estructura de la cubierta de gunda ley o ley de la distribución la semilla.

1.8 La herencia •

41

independiente, que dice que los factores hereditarios mantienen su independencia a través de las generaciones agrupándose al azar en los descendientes.

Dominancia incompleta o codominancia Mendel también cruzó chícharos de tallo alto con chícharos de tallo enano, encontrando que el híbrido tiene el tallo mediano. A este tipo de herencia le llamó dominancia incompleta, que puede definirse como la herencia en la que el heterocigótico tiene un fenotipo diferente a los homocigóticos de alelos distintos.

Actividad 6 Contesta las siguientes preguntas: 1. ¿Cuál es la probabilidad de obtener una planta de chícharo alta con semilla verde a partir del cruzamiento de plantas heterocigóticas para el carácter altura del tallo y color de la semilla? 2. ¿Cuál es la diferencia entre genética y herencia? 3. De acuerdo con los resultados de Mendel, indica en qué casos hay dominancia y en cuáles hay dominancia incompleta o codominancia: Color de la semilla (amarillo-verde): Cobertura de la semilla (lisa-rugosa): Tamaño del tallo (alto-enano): 4. Explica por qué dos plantas de chícharo con semilla amarilla pueden tener un descendiente con semilla verde. Prueba tú mismo. Investiga: 1. ¿Cuál es tu tipo sanguíneo? 2. ¿Cuántos alelos determinan el tipo sanguíneo? 3. Los tipos sanguíneos en el ser humano son: Y están determinados por los siguientes alelos: A, B, o. Las letras mayúsculas significan que el alelo es dominante, la minúscula significa que es recesivo.

42

UNIDAD I •

Reproducción y herencia

4. Escribe el genotipo de los siguientes tipos sanguíneos: Sangre tipo A: Sangre tipo B: Sangre tipo AB: Sangre tipo O: 5. Explica por qué motivo un individuo con sangre tipo A no puede recibir sangre tipo B; sin embargo, el individuo sangre A puede donar a otra persona con sangre tipo AB. 6. Completa el siguiente cuadro escribiendo el genotipo, fenotipo y compatibilidades de los tipos sanguíneos. Investiga en internet el porcentaje de la población mexicana con cada tipo sanguíneo. Tipo

Genotipos

A

Fenotipos Glucoproteína “A”

Puede recibir de AyO

Puede donar

Porcentaje Porcentaje USA en México

A y AB

B AB O

Ses

ión 8

Sin glucoproteínas

1.9

Teoría cromosómica

Teoría cromosómica de la herencia Cuando Mendel desarrolló sus experimentos no se comprendía todavía que los genes eran contenidos por los cromosomas, pues todavía no se observaban los cromosomas ni se comprendía su comportamiento. La teoría cromosómica de la herencia estableció que los genes están en los cromosomas, gracias a la observación de que los cromosomas se separaban durante la división celular.

1.9 Teoría cromosómica •

43

Entre 1873 y 1903 se lograron grandes avances en el conocimiento de los cromosomas: 1. Schneider y Strasburger observaron la separación de unos filamentos finos durante la división celular; Flemming observó la división longitudinal de los cromosomas en la mitosis. 2. Los filamentos observados se nombraron cromosomas o “cuerpos coloreados” debido a que se pudieron teñir gracias a los trabajos de Robert Feulgen. 3. Weismann, Flemming y Strasburger determinaron que los cromosomas son los factores de la herencia. 4. Las leyes de Mendel se asociaron al comportamiento de los cromosomas. Con estos avances se propuso que los genes se encuentran en los cromosomas y son la base de la herencia. La conclusión de casi cuatro décadas de investigación estuvo a cargo del genetista Thomas Hunt Morgan, quien publicó en 1915 el libro El mecanismo de la herencia mendeliana, donde señala que: Los factores hereditarios o genes propuestos por Mendel, se localizan en los cromosomas. Sin embargo, diversas investigaciones demostraron que la ley de la distribución independiente de Mendel no siempre se cumple, pues algunos caracteres parecen estar ligados y se transmiten juntos.

Herencia ligada al sexo Morgan encontró que el carácter de color de ojos blancos en la mosca de la fruta, Drosophila melanogaster (ver figura 1.18), aparece más en los machos que en las hembras. En los cultivos de moscas que Morgan usaba para investigar, apareció un macho de ojos blancos. Cuando Morgan realizó cruzamientos sucesivos de este carácter, encontró una proporción de descendientes muy similar a las proporciones mendelianas. Sin embargo, Morgan se encontró con que la mayoría de los portadores del carácter de los Figura 1.18 La mosca drosophila ojos blancos eran machos. melanogaster es un organismo ideal ¿Cómo podría explicarse este fenómeno? para realizar estudios en genética.

44

UNIDAD I •

Reproducción y herencia

Determinación del sexo. Sistema XY En la mayoría de los seres vivos que presentan sexos separados, es decir, individuos que son machos e individuos que son hembras, un par de cromosomas, llamados “par sexual”, controla las características de hembra o de macho. Generalmente el par sexual se compone de dos cromosomas que son iguales en las hembras, llamados “XX” y un par de cromosomas que son diferentes en los machos, llamados “XY”. Esta determinación del sexo se denomina “Sistema XY”. De este modo, el par sexual en todas las especies es un par formado por dos unidades diferentes en los machos, por lo que se denominan heterocromosomas. En algunas especies el par sexual es XX en la hembra y XY en el macho; pero existen variaciones. Los cromosomas de la especie que no Macho pertenecen al par sexual, son iguales en apariencia y se denominan autosomas. El ser humano, por ejemplo, contiene 22 pares de autosomas o cromosomas somáticos y un par sexual, denominado “par 23”. En las mujeres los cromosomas Hembra del par sexual son iguales, por lo que se Figura 1.19 Cromosomas de la mosca dice que el par es XX, mientras que en Drosophila melanogaster los varones el par es XY. Cuando Morgan encontró la alta frecuencia de machos de ojos blancos en su cultivo de moscas, notó que el carácter estaba en el cromosoma X. Esto explica el alto porcentaje de machos con ojos blancos, que al tener solamente un cromosoma X, expresan sus genes. Por otro lado, el alelo de ojos blancos sólo puede expresarse en homocigosis, esto es, los dos cromosomas X deben tener el alelo de ojos blancos. Los descubrimientos de Morgan permitieron conocer más acerca de las enfermedades ligadas al género en el ser humano, como es el caso de la hemofilia y el daltonismo. La hemofilia es una enfermedad provocada por un gen recesivo en la que la sangre no puede coagularse. Esta enfermedad se debe a la carencia de sustancias que permiten la coagulación, como la protombina. Las personas que padecen hemofilia pueden desangrarse ante cualquier golpe que no dañaría a una persona normal. El gen de la hemofilia se encuentra en el cromosoma X, por lo que es mucho más frecuente en hombres que en mujeres; pero las mujeres pueden portarlo y transmitirlo a sus hijos varones.

1.9 Teoría cromosómica •

45

El daltonismo es una condición en la que no se distinguen los colores. La mayoría de las personas que padecen daltonismo son varones. ¿De qué tipo de herencia crees que se trate? La hemofilia y el daltonismo son enfermedades ligadas al sexo, es decir, los genes que provocan el daltonismo y la hemofilia se localizan en el cromosoma X.

Actividad 7 Revisa la siguiente figura, identificando en la genealogía de la Reina Victoria la línea que produjo descendientes hemofílicos. Eduardo Duque de Kent (1767-1820)

Victoria Princesa de Saxe-Coburg (1786-1861) Reina Victoria de Inglaterra (1819-1901)

Leopoldo Duque de Albania (1853-1884)

Federico III Emperador de Alemania (1831-1888) Beatriz (1857-1944)

Eduardo VII Rey de Alicia (1843-1878) Inglaterra (1841-1910)*

Alix (Alexandra) (1872-1918)

Victoria (1814-1901)

Nicolás II Zar de Rusia (1868-1918)

Alexis Olga María (1895-1918) (1899-1918) (1904-1918)

Irene (1866-1953)

Victoria (1887-1969)

Alfonso XIII Rey de España (1886-1911)

Tatiana Anastasia (1897-1918) (1801-1918)

Mujer normal

Mujer normal pero confirmada como portadora (heterocigótica)

Varón normal

* Entre sus descendientes se encuentra la actual familia británica.

Genealogía de la reina Victoria.

Contesta: ¿Por qué no hay mujeres hemofílicas en esta genealogía? Comenten sus respuestas en el grupo.

Varón afectado

46

UNIDAD I •

Reproducción y herencia

Alelos múltiples Existen otras características que no están gobernadas por la herencia mendeliana ni por la herencia ligada al sexo. Algunos caracteres tienen más de un par de alelos diferentes. Por ejemplo, el tipo sanguíneo en el hombre está gobernado por un par de genes; pero hay al menos tres alelos distintos, el alelo A, el B y el O. Entre estos alelos además se presenta dominancia, pues A es dominante con respecto a “O” que es recesivo. También, el alelo B es dominante con respecto a O. Sin embargo, entre A y B existe codominancia o dominancia incompleta.

Herencia poligénica Existen caracteres que son gobernados por más de un par de genes. Es el caso del color de ojos (ver figura 1.20) y el color de la piel en los seres humanos.

Figura 1.20 El color de ojos en humanos varía debido a los distintos alelos que controlan este carácter.

Epistasis La epistasis es un fenómeno en el que una proteína codificada por un gen controla la expresión de otro gen. Este proceso se llama control génico.

Pleiotropía Algunos genes tienen efectos sobre varios caracteres, lo que se denomina efecto pleiotrópico. El ejemplo más común es el albinismo en los mamíferos. El gen que controla la pigmentación no sólo tiene efecto en el pelo, sino también afecta a los ojos.

Ses

ión 9

1.10

Mutaciones

En ocasiones pueden ocurrir cambios en los genes que se conocen como mutaciones. Siempre que se presenta una mutación, ésta pasa a los descendientes. El término mutación fue aplicado por vez primera por De Vries en 1901, para señalar cambios bruscos en los caracteres de una especie. Posteriormente, Muller demostró que los rayos X provocan mutaciones,

1.10 Mutaciones •

47

mientras que Morgan demostró que las mutaciones pueden ser cualquier cambio heredable. El concepto de mutación cambió al reconocer que no siempre son cambios bruscos. Las mutaciones pueden ser provocadas por los rayos X, la luz ultravioleta, el calor, las radiaciones, los rayos cósmicos y por muchas sustancias químicas llamadas teratogénicas. Las mutaciones que ocurren en los genes se llaman puntuales, mientras que las mutaciones que se dan a nivel de los cromosomas se llaman estructurales. Cuadro 1.2 Mutaciones estructurales. Completa el cuadro dibujando cada tipo de mutación estructural.

Nombre de la mutación

En qué consiste

Inversión

Un segmento del cromosoma se corta y se une con un orden distinto.

Translocación

Cuando se pierde un segmento del cromosoma y el segmento se une a otro cromosoma.

Delección

Una parte del cromosoma se pierde.

No disyunción

Los cromosomas no se separan en la anafase y queda un cromosoma de más (trisomía).

Dibujo

48

UNIDAD I •

Reproducción y herencia

Algunos ejemplos de mutaciones puntuales son: anemia falciforme, hemofilia, fibrosis quística y enfermedad de Huntigton. Cuando la mutación se debe a que hay un cromosoma de más en el par se llama trisomía. Si falta un cromosoma se llama monosomía. El síndrome de Down tiene su origen en la no-disyunción del cromosoma 21 durante la meiosis. Como resultado, uno de los gametos que originaron el nuevo ser habría tenido dos cromosomas en el par 21. Al momento de la fecundación, el cigoto recibe tres cromosomas en el par 21. A esto se le llama trisomía del par 21. Como consecuencia de la no-disyunción, un gameto queda con dos cromosomas y otro gameto queda sin cromosoma. En el caso del par sexual, cuando el cigoto se forma a partir de un gameto normal y un gameto que carece de cromosoma, el cigoto queda incompleto, es decir, con un solo cromosoma. A esto se le llama monosomía del par sexual. El síndrome de Turner, ocurre en las niñas cuando se presenta solamente una X. Cuando se presenta una trisomía en el par sexual XXY, el problema se denomina Síndrome de Klinefelter.

Ses

ión 10

Actividad 8

De forma individual: 1. Investiga qué causa las enfermedades Síndrome de Edwards, diabetes, fibrosis quística, anemia falciforme, síndrome de Marfan y otra que elijas. Revisa la información acerca de los síntomas de estas enfermedades. Reúnanse en equipos de tres. 2. Comparen los síntomas, las causas y el número de cromosoma en que se localiza la mutación para las enfermedades de este cuadro.

1.10 Mutaciones •

3. Con la información recabada completen el siguiente cuadro, siguiendo los ejemplos: Síntomas

Causa

Cromosoma o gen

Síndrome de Edwards

Problemas y malformaciones desde el desarrollo embrionario. Malformación y retraso mental.

Trisomía provocada Cromosoma 18 por la nodisyunción en el cromosoma 18.

Diabetes tipo 1

Destrucción de las células del páncreas que producen la insulina, sustancia que metaboliza la glucosa.

Mutación en el gen que controla el sistema inmunológico.

Diabetes tipo 2

No se produce insulina, proteína que metaboliza la glucosa.

Mutación en el gen Gen SCL39A8 que interviene en el transporte de Zn. El Zn regula la secreción de insulina.

Fibrosis quística

Anemia falciforme Síndrome de Marfan Libre

Gen SUMO-4

49

50

UNIDAD I •

Reproducción y herencia

Puedes elegir otra enfermedad, como: Tay-Sachs, insensibilidad a los andrógenos, SRY, enfermedad de Huntington, Dwarfismo, galactosemia, VHL. 4. Reúnanse en el grupo para compartir sus resultados y elaboren un cuadro con la información de todas las enfermedades que encontraron. 5. Investiguen si existen factores de riesgo para estas enfermedades. Algunos sitios que pueden ser útiles para la investigación son: http://www.aaksis.org/SpanBockIntro.cfm http://www.aeped.es/infofamilia/temas/craneosinostosis.htm http://www.vhl.org/aboutvhl/ http://www.vhl.org/press/presskit/vhlfaonepage.pdf http://www.geocities.com/HotSprings/2677/

Ses

ión 11 ¿Cómo pueden detectarse las enfermedades genéticas? Las enfermedades genéticas provocadas por una mutación puntual, se detectan de modo indirecto, con la historia familiar o por los síntomas que muestra la persona. También pueden detectarse con un mapeo cromosómico de alto costo. Las enfermedades genéticas ocasionadas por mutaciones estructurales pueden detectarse con el estudio del cariotipo. El cariotipo es el juego de cromosomas de un individuo. Todas las personas tenemos los mismos cromosomas y del mismo tipo. La única diferencia en el cariotipo se presenta entre las mujeres y los varones, puesto que el par sexual debe ser XX en las mujeres y XY en los hombres. El ser humano tiene 23 pares de cromosomas, en donde los primeros 22 pares son iguales en todas las personas, solamente el par 23 es distinto. El cariotipo puede conocerse a través de una técnica en la que se preparan las células y se tiñen los cromosomas con acetorceína. La muestra se observa al microscopio y se toma una fotografía de los cromosomas. Por último, un experto identifica los cromosomas por sus características y los ordena de acuerdo con el número que tienen asignado. El especialista busca todos los cromosomas en la fotografía, asegurándose que todos los cromosomas estén representados. Si alguno de los pares cromosómicos no aparece, entonces se confirma el síndrome específico.

1.10 Mutaciones •

Actividad 9 Elaboración de un cariotipo 1. Elige una de las figuras del siguiente esquema para identificar los 23 pares cromosómicos del ser humano. 2. Recorta cada par, acomódalos y pégalos. 3. Describe el cariotipo señalando el sexo del individuo y si encuentras algún síndrome, escríbelo.

3 21

14

4

10

2

9

21

6

7

3

13

10

2 14

4

9

6

7

13

8

22

22

8

16

16

1

1

23

23

5

18

11

12

20

15

19

17

5

18

11

12

20

15

19

17

Revisa las respuestas que contestaste en el examen diagnóstico y contesta: 1. ¿Cuántas respuestas cambiarías ahora que terminaste de estudiar este tema? 2. ¿Qué ideas o conceptos cambiaron después de estudiar el tema? 3. ¿Qué fue lo que hiciste para que cambiara tu forma de pensar acerca de este tema?

51

Notas

Examen •

Examen Genética Nombre: Número de lista:

Grupo:

Escuela:

Ses

ión 12 I. Relaciona las siguientes columnas: ( ( ( ( ( ( ( ( ( (

) ) ) ) ) ) ) ) ) )

Variación de los genes Alelos distintos en el par de genes Alelos iguales en el par de genes Rasgos que se expresan en el individuo Tipo de genes que tiene un individuo Número y tipo de cromosomas de un organismo Rasgos que se transmiten a la descendencia Estructuras que tienen los caracteres hereditarios Alelo que se expresa en el heterocigótico Alelo que sólo se expresa en homocigosis

1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10.

genes herencia homocigóticos dominante cariotipo genotipo fenotipo alelo recesivo heterocigóticos

II. Resuelve los siguientes casos: 1. ¿Cuál es la probabilidad de obtener un chícharo de semilla verde si cruzas dos chícharos de semilla amarilla heterocigóticos? 2. ¿Cómo puedes saber que un chícharo de semilla amarilla es heterocigótico o es homocigótico? 3. Imagina que cruzas un labrador de raza pura con un ovejero inglés raza pura. Cómo esperarías la descendencia de F2. ¿A quién se parecerían? Concéntrense en dos rasgos (el color y largo del pelaje). Nota: F1 = Primera generación F2 = Cruza de híbridos

53

54

UNIDAD I •

Reproducción y herencia

III. Realiza una cruza de dos líneas puras, pero sabiendo que los alelos son codominantes. Ejemplo: flor roja ⫻ flor blanca. El híbrido resulta ser rosa. Resumen de los resultados de F1 y F2: Fenotipos

Genotipos

F1 F2

IV. Subraya la respuesta correcta. 1. Los cromosomas están formados por: a) Estructuras X y Y que se condensan durante la reproducción. b) Cadenas de ADN enrolladas que se condensan al inicio de la división celular. c) Genes que se encuentran dentro de las células cuando están en interfase. d) Juegos de genes X y Y que se encuentran en el núcleo. 2. El cariotipo está formado por: a) Los cromosomas que provienen de los dos progenitores. b) Cromosomas X y Y que marcan las diferencias entre hembras y machos. c) El ADN que forma los cromosomas y puede tener mutaciones. d) El tipo de núcleo que tienen las células. 3. El conjunto de cromosomas que tiene un individuo se le nombra: a) Genes. b) Cromosomas X y Y. c) Sistema XY. d) Cariotipo. 4. Se denomina herencia ligada al sexo al carácter que se encuentra en: a) El par XY. b) El cromosoma X. c) Los genes sexuales. d) Los genes de los cromosomas.

Examen •

5. Elige la opción en la que se presenten dos enfermedades ligadas al sexo: a) Cáncer y hemofilia. b) Anemia falciforme y daltonismo. c) Hemofilia y daltonismo. d) Sida y cáncer. 6. Elige la opción en la que se presenten tres enfermedades genéticas. a) Sida, cáncer y daltonismo. b) Paludismo, daltonismo y cáncer. c) Gripe, sida y diabetes. d) Anemia falciforme, diabetes y fibrosis quística. 7. La mutación en la que un segmento del cromosoma se corta y se une a otro cromosoma se llama: a) Translocación. b) Inversión. c) Delección. d) No disyunción. 8. La mutación en la que se pierde un segmento del cromosoma se llama: a) Translocación. b) Inversión. c) Delección. d) No disyunción. 9. El resultado de la no-disyunción de los cromosomas durante meiosis provoca: a) Una mutación puntual o estructural. b) La pérdida de un segmento de los cromosomas. c) La pérdida del cariotipo en la célula. d) Una trisomía o una monosomía. 10. Elige entre las opciones la descripción del cariotipo que corresponda a una niña con síndrome de Down. a) 23 pares cromosómicos, par 21 con trisomía y par sexual XX. b) 22 pares cromosómicos, par 23 con trisomía y par sexual XX. c) 23 pares cromosómicos, par 21 con trisomía y par sexual XY. d) 22 pares cromosómicos, par 18 con trisomía y par sexual XX.

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Notas

Examen diagnóstico

•

Examen diagnóstico ADN Nombre: Número de lista:

Grupo:

Escuela:

I. Subraya la respuesta correcta: 1. La información genética se transmite de padres a hijos a través de: a) El ADN b) Las células sexuales c) La célula 2. Los cromosomas están formados por el ADN condensado que se compacta durante: a) La interfase. b) La profase. c) La metafase. d) La telofase. 3. Los compuestos que contienen la información genética de un organismo son: a) Las proteínas. b) Los carbohidratos. c) Los ácidos nucleicos. 4. El ADN es una molécula formada por: a) Carbohidratos. b) Proteínas. c) Vitaminas. d) Ácidos nucleicos. 5. El ácido desoxirribonucleico recibió este nombre debido a que: a) Es el principal material del que se compone el núcleo. b) Es el material más ácido que existe en las células. c) Es la biomolécula ácida más importante en el citoplasma. d) Produce la membrana nuclear de la célula.

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UNIDAD I •

Reproducción y herencia

6. Los ácidos nucleicos están formados por moléculas llamadas: a) Proteínas. b) Nucleótidos. c) Ácidos. d) Vitaminas. 7. Las moléculas formadas por un azúcar pentosa, un grupo fosfato y una base nitrogenada se llaman: a) Vitaminas y prótidos. b) Azúcares fosfatados, bases fosfatadas y ácidos. c) Adenina, timina, guanina y citosina. d) Desoxirribonucleótidos y ribonucleótidos. 8. Las bases nitrogenadas que contienen los ácidos nucleicos son: a) Adenina, guanina, citosina, timina y uracilo. b) Propinina, guacina, cimina y adenina. c) Desoxirribosa y ribosa. d) Azúcar y fosfato. 9. El ADN está formado por: a) Una cadena de desoxirribonucleótidos. b) Una cadena de ribonucleótidos. c) Dos cadenas de ribonucleótidos. d) Dos cadenas de desoxirribonucleótidos. 10. Las proteínas que produce nuestro organismo se forman cuando: a) El ARN copia al ADN, que es el que tiene la información genética. b) El ADN copia al ARN, que es el que tiene la información genética. c) El ADN hace copias de la proteína. d) El ARN hace copias de la proteína. II. Contesta las siguientes preguntas. 1. ¿Cuál es la relación entre el ADN, el cromosoma y el gen?

2. ¿Cuál es la relación entre el ADN y las proteínas?

1.11 Genética molecular •

Ses

ión 13

1.11

59

Genética molecular

Ya sabes que los caracteres que se transmiten de padres a hijos se encuentran en los genes que están en los cromosomas. También sabes que los cromosomas son esos filamentos que se observan coloreados durante la división celular. Recuerdas que en la división celular los cromosomas se separan, lo que reconfirmó las leyes de Mendel a principios del siglo pasado. En este tema conocerás que los cromosomas están formados por el ADN, y explicarás de qué forma la estructura y función del ADN actúa en la expresión y transmisión de los caracteres. Así, relacionarás lo que has aprendido sobre los mecanismos de transmisión de los caracteres con la estructura y función de las moléculas biológicas responsables de la herencia. De este modo, retomaremos el caso del cáncer y la diabetes para comprender cómo actúan estas enfermedades a nivel molecular. Además, conocerás y resolverás el siguiente caso:

Caso de estudio Enfermedades gastrointestinales En México las enfermedades gastrointestinales son uno de los problemas de salud más serios y se encuentran dentro de las primeras causas de muerte, especialmente entre los niños. La salmonelosis es una enfermedad gastrointestinal provocada por una bacteria, llamada salmonella (ver figura 1.21). Cuando la bacteria ataca al organismo, el sistema inmunológico se activa formando anticuerpos específicos que reconocen a la salmonella y la destruyen. Poco a poco el organismo va controlando la enfermedad, o al menos es lo que parece. Repentinamente, el organismo recae por una infección causada por la misma bacteria, pero que ya no es reconocida por los anticuerpos. Las nuevas bacterias son diferentes, por lo que el organismo debe formar anticuerpos distintos, Figura 1.21 Salmonella.

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UNIDAD I •

Reproducción y herencia

capaces de identificar y destruir a las nuevas salmonellas. ¿Por qué los anticuerpos no reconocen a la salmonella? ¿Qué cambios ocurrieron en el ADN de la salmonella? En este tema reconocerás la estructura del ADN y algunos cambios en la regulación del ADN, además comprenderás de qué forma el conocimiento del ADN puede contribuir al mejoramiento de la salud de la población.

La estructura de la doble hélice: el ADN ¿Cómo se descubrió que los cromosomas estaban formados por ADN? Una vez que por medio de los estudios sobre la célula se llegó a la conclusión de que el núcleo era el responsable de la formación de las células descendientes y que se reconfirmaron los trabajos de Mendel, adjudicando a los cromosomas el papel de transmisores de la herencia, todos los estudios se encaminaron hacia determinar la naturaleza de los cromosomas y del núcleo. ¿De qué se componían estos filamentos? ¿Contenía el núcleo otros elementos además de los cromosomas? A fines del siglo XIX se hicieron varios descubrimientos casi simultáneos al recopilar las observaciones del papel que desempeñan los cromosomas durante la mitosis: • Friedrich Meischer aisló los núcleos celulares y encontró una sustancia a la que llamó nucleína. • Zacharías demostró que la nucleína aislada por Meischer era la sustancia que formaba los cromosomas. • Los trabajos de Flemming, quien observó la división longitudinal de los cromosomas en la mitosis; R. Feulgen quien tiñó los cromosomas, y Weissmann que asoció los cromosomas con la herencia. A principio del siglo XX continuaron las investigaciones y se encontró lo siguiente: • Kossel y Levene estudiaron la nucleína, descubrieron que contenía nitrógeno y azúcar desoxirribosa. También determinaron su carácter ácido, por lo que le dieron el nombre de ácido desoxirribonucleico.

1.11 Genética molecular •

61

• En 1940, Chargaff descubrió que el ADN contiene la misma cantidad de adenina que de timina y la misma proporción de guanina que de citosina. • En 1944, Avery, McLeod y McCarty probaron que el ADN es el principal componente del material genético, pues las proteínas presentes en los cromosomas solamente contribuyen en la formación de los filamentos. • En 1953, James Watson y Francis Crack presentaron el modelo de la doble hélice para explicar la estructura del ADN. A partir de este descubrimiento la investigación se dirigió hacia la comprensión de los procesos de síntesis del ADN; a conocer la estructura del ARN y la relación de las proteínas y los ácidos nucleicos en la transmisión y expresión de los caracteres en los seres vivos. ¡La nueva era de la genómica se desarrollaba a pasos agigantados!

Estructura del ADN El ADN o ácido desoxirribonucleico, contiene la información genética para la síntesis de las proteínas del ser vivo. El ácido desoxirribonucleico es el principal componente de los cromosomas de los organismos eucariontes y el único componente del material genético de los procariontes. El ADN es la molécula que almacena la información genética del individuo. Los ácidos nucleicos están formados por cadenas de nucleótidos. El ADN está formado por dos cadenas de nucleótidos, y cada nucleótido está formado por un azúcar de cinco carbonos llamado desoxirribosa, una base nitrogenada y un fosfato. La base nitrogenada del nucleótido que formará las cadenas del ADN puede ser una adenina, una citosina, una timina o una guanina. El carbono del azúcar que se une con la base nitrogenada se numera como 1, de forma que el carbono 3 tiene un grupo OH y el carbono 5 está unido al grupo fosfato.

Base nitrogenada fosfato

azúcar

Figura 1.22 Estructura de un nucleótido.

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UNIDAD I •

Reproducción y herencia

Los nucleótidos del ADN se denominan desoxirribonuP cleótidos y forman cadenas al C 5 unirse el grupo fosfato de un 1 nucleótido (5’) con el OH del CH 3 carbono 3 del siguiente nuAzúcar cleótido, de esta forma: Una cadena de ADN se forma a través de estos en5 A laces 3’-5’ entre un nucleóti3 OH do y otro. Las dos cadenas que forman al ADN se unen a través de las bases nitrogeFigura 1.23 Unión 5’ 3’ entre los nucleótidos. nadas. La adenina se une a la timina mediante dos puentes de hidrógeno, mientras que la citosina se une a la guanina por tres puentes de hidrógeno. De este modo se conforma la doble cadena que forma al ADN. Por otro lado, las cadenas de nucleótidos tienen una dirección opuesta, es decir, una cadena lleva la dirección 3’-5’, mientras la otra tiene la dirección 5’-3’. A esto se le llama “antiparalelo”. Observa en la figura la disposición del fosfato, que en la cadena de la derecha inicia en dirección 5’, donde está el fosfato. La cadena de la izquierda en cambio, tiene el extremo OH del carbono 3’. En la estructura interna de la doble cadeP ADN C G na de ADN se forman puentes de hidrógeno Azúcar P P entre los compuestos T A que forman los nuG C cleótidos. Estos puenP T A P T A T tes de hidrógeno proA C G A T vocan que la cadena P P se tuerza ligeramente, C Fosfato G formando una estructura helicoidal. Por P P A esta razón se le llamó T Cadena de al ADN “la doble héazúcar y fosfato Base lice”. Figura 1.24 Unión de las dos cadenas de nucleótidos que forman el ADN.

1.11 Genética molecular •

63

Actividad 10 Modelo de ADN Para esta actividad necesitarás: cinco piezas de fomi de un mismo color, tijeras, engrapadora y plumón. 1. Reúnanse en equipos de cuatro personas, entre todos tendrán suficiente fomi de colores diferentes. 2. Recorten 20 pentágonos de un mismo color, 20 círculos de un mismo color y 5 piezas de un color de las siguientes cuatro figuras:

T

A

C

G

3. Construyan una doble cadena de ADN señalando la dirección 3’-5’ y 5’-3’ de cada cadena en la doble hélice. 4. Guarden todo el material que les sobre para la actividad 12 sobre replicación.

Ses

ión 14

¿Cómo se forman los cromosomas a partir del ADN?

En los organismos procariontes, como es el caso de las bacterias, no se forman cromosomas. El ADN es circular, único y no se asocia a las proteínas. En los eucariontes en cambio, el ADN se encuentra asociado a proteínas que lo enrollan y hay varios filamentos de ADN. Cuando la célula se encuentra en la interfase, el ADN se encuentra extendido sin formar cromosomas. Sin embargo, cuando se inicia una

64

UNIDAD I •

Reproducción y herencia

mitosis, durante la profase, las cadenas del ADN se enrollan asociándose a las proteínas para dar lugar al superenrollamiento que resulta en los cromosomas, de la siguiente forma: 1. El ADN se enrolla alrededor de las proteínas llamadas histonas. Las histonas H1, H2A, H2B, H3 y H4 integran a su vez estructuras en forma de disco plano llamadas octámeros porque tienen dos unidades de histona de cuatro histonas diferentes. El ADN se va enrollando en la estructura de las histonas formando los nucleosomas (ver la figura 1.25). En cada nucleosoma hay ocho unidades de histonas (octámero) y 200 pares de bases de ADN. En la estructura de la cromatina la subunidad que se repite es el nucleosoma.

Figura 1.25 Histonas enrollando el ADN para formar nucleosomas.

30 nm

2. Los nucleosomas se enrollan formando solenoides que se van enrollando formando supersolenoides que tienen un diámetro de 30 nm, ver la figura 1.26.

Médula octámero de histonas 10 nm

ADN

ADN Histona HI Histona HI Nucleosoma

Figura 1.26 Los nucleosomas se enrollan formando solenoides.

Octámero histonas

1.11 Genética molecular •

65

3. Los solenoides se enrollan en una superestructura que da lugar a las fibras de los cromosomas metafásicos, ver la figura 1.27.

ADN Nucleosomas Armazón protéico

30 nm solenoide

ADN

Nucleosomas

Armazón solenoide 30 nm

Cromosoma metafásico

Figura 1.27. Estructura del cromosoma y del ADN que lo conforma.

Doble hélice de ADN

ADN 2 nm

Proteínas

30 nm

300 nm

700 nm

Cromosoma 1400 nm

Figura 1.28 Superenrollamiento del ADN para formar cromosomas.

66

UNIDAD I •

Reproducción y herencia

Actividad 11 1. Dibuja un cromosoma dentro de una célula. Antes de dibujar, diseña el cromosoma (mismo que está empaquetado en el interior del ADN) y se encuentra dentro del núcleo de la célula eucarionte. 2. Si ya lo entendiste, dibuja una célula eucarionte, señala la ubicación del núcleo y esquematiza el material genético mostrando el ADN y su estructura. Muestra alguna parte del ADN empaquetada formando parte del cromosoma. Representa otra parte del mismo cromosoma desenrollada señalando el ADN y su estructura. 3. Marca un gen “hipotético”, es decir, un segmento de ADN que codificará una proteína. Este segmento se encuentra dentro de la larga cadena enrollada que forma el cromosoma. En un cromosoma hay muchos genes. 4. Investiga el mapa del genoma humano. Indica algunos de los caracteres que tienen los cromosomas 1, 8 y 23.

Ses

ión 15

1.11.1 Replicación del ADN

La producción de una copia idéntica del ADN se denomina “síntesis del ADN” o simplemente “replicación”. El proceso sigue ciertas reglas básicas que son: 1. La replicación es semiconservativa, esto es, la doble hélice recién formada estará compuesta por una hebra original y otra recién sintetizada. 2. Las dos cadenas que forman el ADN sirven como patrón para que se forme una hebra complementaria. Como resultado, las dos hebras originales se separan y se forma una hebra nueva complementaria a las hebras originales. 3. Los nucleótidos se unen uno por uno de acuerdo con la complementariedad de bases, es decir, si la hebra patrón tiene el nucleótido adenina, entonces se unirá un nucleótido que tenga timina, y viceversa; mientras que si la hebra molde tiene guanina se unirá citosina.

1.11 Genética molecular •

67

4. Cuando se inicia la replicación, se duplica todo el ADN, siguiendo la ley del todo o nada, es decir, una vez que se empieza a sintetizar el ADN se replica todo. 5. Los nucleótidos nuevos se unen siempre al extremo 3’ de la cadena en crecimiento. El nucleótido que se va a unir trae consigo tres fosfatos en el extremo 5’. El rompimiento del enlace fosfato, genera la energía para que se una el extremo OH 3’ de la cadena en crecimiento y el fosfato 5’ del nucleótido. De este modo, la cadena crece en sentido 5’-3’. 6. La cadena de ADN no puede iniciarse por sí sola, requiere de un cebador o “primer” de ARN. 7. La replicación se inicia en uno o varios puntos de iniciación llamados replicones. El replicón se forma cuando las enzimas helicasas rompen los puentes de hidrógeno adenina-timina y citosina-guanina. 8. La replicación es discontinua y bidireccional. Discontinua significa que una de las hebras crece rápidamente, mientras la otra crece por segmentos. Bidireccional significa que, aunque la adición de nucleótidos se da siempre en la misma dirección, uniendo el nuevo nucleótido al extremo 3’, las cadenas crecen en las dos direcciones porque el ADN es antiparalelo. Esto se debe a que las dos cadenas tienen una dirección opuesta y la dirección de crecimiento requiere que una de las cadenas se forme de manera continua, en la dirección 5’-3’ y la otra tiene que formar fragmentos discontinuos, lo que se explicará con detalle en la sección “horquilla de replicación”. 9. El ARN complementario al ADN une uracilo en donde hay adenina y guanina en donde hay citosina y viceversa.

Enzimas de la replicación Para que se pueda lograr la replicación, es necesario que las enzimas faciliten el proceso. Las enzimas que intervienen en la síntesis del nuevo ADN se agrupan de la siguiente forma: • Enzimas helicasas, que rompen los enlaces a-t y c-g, separando las dos cadenas. • Enzimas primasas, que forman el ARN cebador o “primer”. • Enzimas polimerasas, que son la ARN polimerasa y la ADN polimerasa, estas enzimas unen el nucleótido a la cadena en crecimiento. La ARN polimerasa permite el crecimiento del cebador y

68

UNIDAD I •

Reproducción y herencia

la ADN polimerasa logra el crecimiento de la hebra de ADN. La ADN polimerasa I retira el cebador. • Enzimas topoisomerasas, son enzimas que desenrollan la hélice liberando la energía del giro de la molécula de ADN que está en espiral. Algunas topoisomerasas pueden cortar la cadena para hacer pasar la hebra y facilitar el desdoblamiento de la espiral. • Enzimas ligasas, unen los fragmentos de ADN. • Enzimas exonucleasas, retiran el ARN cebador de cada fragmento.

Horquilla de replicación La replicación se inicia con la separación de las dos cadenas de nucleótidos y el punto de inicio se llama replicón. La síntesis se inicia cuando la primasa forma un ARN cebador o ARN primer uniendo en dirección 5’-3’ los ribonucleótidos complementarios a la hebra de ADN. Una vez formado el cebador, la ADN polimerasa une los desoxirribonucleótidos al primer y se inicia la síntesis de la hebra continua en dirección 5’-3’, ver la figura 1.29.

Fragmentos de Okazaki A partir del sitio en que se inició la síntesis del ARN primer con dirección 5’-3’, se va abriendo la hebra de ADN en la dirección opuesta. Al mismo tiempo se van forOrigen mando pequeños fragmentos de ADN que no pueden crePC 3‘ cer de modo continuo porque La burbuja crece la burbuja se va abriendo en la 3‘ hacia acá 3‘ 5‘ 5‘ dirección contraria de su crecimiento. Algo similar ocurre en la Figura 1.29 Horquilla de replicación mostrando la otra hebra de ADN, que lleva dirección 5’-3’ de crecimiento. dirección contraria, por lo que el ARN cebador que se forma, crece en sentido opuesto pero también con dirección 5’-3’. En la figura 1.30 puedes ver la burbuja de replicación o replicón, dividida en dos secciones a manera de espejo, para mostrar lo que se ha llamado horquilla de replicación. La hebra de ADN original que se encuentra colocada arriba tiene una dirección 5’-3’. Cuando se forma la burbuja, separándose el ADN, se

1.11 Genética molecular •

69

Replicación bidireccional Origen

5‘

PC

5‘

5‘

PC

5‘

3‘

3‘ 3‘

5‘

Cebador “Primer”

3‘ 5‘

3‘

3‘ 5‘

Fragmento de Okazaki

5‘

Hélice conductora

Hélice retardada

PC = Punto de crecimiento (Horquilla de replicación)

Figura 1.30 La replicación que se inicia en la burbuja de replicación es bidireccional. En esta figura se muestran los fragmentos de Okazaki.

inicia la formación del primer justo en el origen de replicación marcado por la línea negra. El ARN lleva dirección hacia la izquierda pues crece con dirección 5’-3’. Del otro lado del punto de inicio los fragmentos no pueden crecer de manera continua, pues la burbuja se va abriendo en dirección contraria a la dirección de crecimiento. De este modo se forman pequeños fragmentos que crecen en la dirección 5’-3’. Estos fragmentos llamados de Okazaki, se forman también en la hebra de abajo. En la hebra de abajo la dirección de crecimiento 5’-3’ puede hacerse conforme la hebra se abre a la derecha. Hacia la izquierda el crecimiento debe hacerse por fragmentos. El ARN cebador se va removiendo por la acción de la polimerasa I que actúa como exonucleasa, al tiempo que la ligasa une los fragmentos de ADN.

Ses

ión 16

Actividad 12

Para esta actividad necesitarán: una cartulina y el modelo de ADN elaborado en la actividad 10. Reúnanse en equipos y sigan estas instrucciones: 1. Investiguen en Internet cómo se lleva a cabo la replicación. Apóyense en las siguientes páginas electrónicas: http://es.wikipedia.org/wiki/Replicaci%C3%B3n_de_ADN

70

UNIDAD I •

Reproducción y herencia

www.icampus.ucl.ac.be/courses/SBIM2520/document/genemol/ biomolespa/Enzimas/replication.html www.ucm.es/info/genetica/grupod/Replicacion/Replicacion.htm 2. A partir del modelo de ADN que elaboraron en la actividad 10, elaboren una cadena de ADN idéntica. 3. Preparen el tema de replicación para exponer al grupo mostrando el modelo de ADN que elaboraron. 4. El modelo elaborado.

Ses

ión 17

1.11.2 ARN y síntesis de proteínas

El ARN o ácido ribonucleico es también un ácido nucleico. El ARN está formado por una sola cadena de ribonucleótidos, a diferencia del ADN. Los ribonucleótidos que forman el ARN contienen un azúcar ribosa, en vez del azúcar desoxirribosa que tiene el ADN. Por otro lado, las bases nitrogenadas que contiene el ARN son adenina, citosina, guanina y uracilo. En el ARN nunca hay timina. El ARN presenta por lo menos tres tipos diferentes en estructura y función, que son: el ARN mensajero, el ARN de transferencia y el ARN ribosomal. La estructura del ARN se puede resumir como sigue: 1. El ARN está formado por una cadena de ribonucleótidos. 2. Cada ribonucleótido está formado por un azúcar ribosa, una base nitrogenada y un grupo fosfato. 3. Las bases nitrogenadas del ARN son: adenina, uracilo, guanina y citosina. 4. El ARN está formado por una sola cadena de ribonucleótidos.

ARN mensajero Está formado por una cadena de ARN que se copia directamente del ADN. El ARN mensajero se forma en el núcleo de las células eucariontes cuando se inicia la transcripción al principio de la síntesis de proteínas. EL ARN

1.11 Genética molecular •

Codón

Mensajero ARN

Figura 1.31 Formación del ARN mensajero a partir de la copia de una cadena de ADN.

71

mensajero contiene la información sobre la secuencia de bases del ADN, que en la estructura del ARN mensajero corresponde al ribonucleótido complementario. En la síntesis de proteínas cada tres ribonucleótidos del mensajero codifican un aminoácido específico. La figura 1.31 ilustra la formación del ARN mensajero. ARN transferencia (tARN)

ARN de transferencia Está formado por una cadena de ARN que se pliega formando tres lóbulos, ver la figura 1.32. En el lóbulo central se encuentra el triplete que se unirá al codón del ARN mensajero, denominado anticodón. El ARN de transferencia es el encargado de traducir la información codificada en el ARN mensajero durante la síntesis de proteínas. Existen tantos ARN de transferencia como anticodones correspondiendo a cada codón del código genético.

Anticodón (Se pega al ARNm)

Sitio que lleva el aminoácido

Glu

Figura 1.32 Estructura de un ARN de transferencia.

ARN ribosomal El ARN ribosomal está formado por varias subunidades que forman un complejo tridimensional. El ARN ribosomal acopla el codón de la cadena de ARN mensajero con el anticodón del ARN de transferencia, según se muestra en la figura 1.33.

72

UNIDAD I •

Reproducción y herencia

Elongación (Traducción) P

A

AUGCCGUAUGCU UAC

AUGCCGUAUGCU U A C GGC

Met

Pro Anticodón

Met

G G C

Pro

ARNt entrante

Figura 1.33 Traducción del ARN mensajero en la síntesis de proteínas.

Actividad 13 Completa el siguiente cuadro comparando la estructura del ADN y el ARN. ADN

ARN

Azúcar Bases nitrogenadas Número de cadenas Diferentes tipos Funciones

Ses

ión 18

Síntesis de proteínas

El ADN de todos los organismos contiene la información genética para que sean sintetizadas todas las proteínas del ser vivo y se lleven a cabo sus funciones. El ADN lleva la secuencia de nucleótidos que serán copiados por el ARN mensajero durante la transcripción. El ARN mensajero

1.11 Genética molecular •

73

Traducción (Síntesis proteica)

Replicación ADN

Transcripción (Síntesis de ARNm)

ARNm

Ribosoma

Proteína ADN

ARNm

Proteína

Figura 1.34 Esquema que muestra la relación entre el ADN y el ARN.

formado a partir del ADN será traducido por el ARN de transferencia a una secuencia de aminoácidos para producir la proteína específica. La síntesis de proteínas se lleva a cabo a través de la transcripción (síntesis de ARN mensajero) y la traducción (síntesis de polipéptido). La síntesis del ARN sigue algunas de las reglas de la síntesis del ADN; por ejemplo: • Los nucleótidos se unen uno por uno. • Los nucleótidos se unen por el extremo 3’ de la cadena en crecimiento. • Cada nucleótido que se va a unir contiene tres fosfatos que al romperse generan la energía necesaria para que se una al extremo 3’ de la cadena en crecimiento. • La ARN polimerasa es responsable de la unión de los ribonucleótidos que harán crecer la cadena. • Los ribonucleótidos que se van a unir se eligen por complementaridad de bases, en donde el ADN tiene nucleótido de adenina, se une nucleótido de uracilo, donde hay guanina, se pega citosina y viceversa. Sin embargo, algunas diferencias de la síntesis de proteínas y la replicación son: • La síntesis de proteínas no sigue la ley del todo o nada, sino que hay una señal de inicio y una señal de terminación de la formación del ARN mensajero.

74

UNIDAD I •

Reproducción y herencia

• La cadena de ARN se inicia por sí misma sin necesidad de un cebador. • No existe analogía con los fragmentos de Okazaki, pues el ARN formado es de una sola cadena y solamente se lee una de las hebras del ADN. • Hay tres tipos diferentes de ARN: el ARN mensajero que es copiado del ADN, el ARN de transferencia, de los cuales existe uno diferente para cada codón del ARN mensajero, y el ARN ribosomal, que permite el acoplamiento entre el codón del ARN mensajero y el anticodón del ARN de transferencia. La síntesis de proteínas se lleva a cabo en las siguientes etapas: la transcripción y la traducción.

Transcripción Es la síntesis de ARN mensajero a partir de un segmento del ADN. El producto final de ARN mensajero en procariontes se traduce en varios polipéptidos. En eucariontes el ARN mensajero es procesado, es decir, son eliminados algunos segmentos. Los segmentos del ARN mensajero que son eliminados se llaman intrones y los segmentos que quedan en el ARN mensajero y que finalmente se traducen en aminoácidos se llaman exones. Durante la transcripción intervienen diferentes enzimas capaces de detectar el sitio de inicio de la síntesis de ARN mensajero por medio de una señal de iniciación. Posteriormente se lleva a cabo la elongación uniendo los ribonucleótidos complementarios a la cadena de ADN, hasta que la señal de terminación provoca que el ARN deje de pegar ribonucleótidos. El ARN mensajero en eucariontes se retira del núcleo a través de los poros de la membrana y viaja por el retículo endoplásmico hasta el sitio en donde los ribosomas llevan a cabo la traducción.

Traducción Durante este proceso el ARN mensajero se une a los ARN de transferencia correspondientes para formar un polipéptido específico. La clave con la que se unen los codones del ARN mensajero es el código genético. Los codones del ARN mensajero se unen con los anticodones del ARN de transferencia por complementaridad de bases, es decir el codón AUG se une al anticodón UAC y el aminoácido que se pega es la metionina.

1.11 Genética molecular •

75

El codón UUU se une al anticodón AAA y se pega fenilalanina. La traducción también tiene una señal de inicio determinada por el ribosoma. Los factores de iniciación reconocen el sitio AUG, con el que empieza la cadena de ARN. En procariontes todos los codones AUG dentro del ARN mensajero generarán un sitio de inicio de polipéptido, por lo que se dice que el ARN mensajero es policistrónico en procariontes. En eucariontes existe sólo un sitio de reconocimiento que es el inicio de la cadena de ARN mensajero, en donde se encuentra el codón AUG con el extremo. La señal de terminación está dada por los codones. Las personas que padecen la enfermedad llamada anemia falciforme, tienen la hemoglobina que compone los glóbulos rojos en forma de media luna. Una de las cadenas de aminoácidos de la hemoglobina falciforme tiene una valina en lugar de un ácido glutámico. La forma de los glóbulos rojos falciformes impide que se desplacen rápidamente por los vasos sanguíneos más finos, por lo que resulta ineficiente el transporte de oxígeno en el organismo.

Glóbulo rojo falciforme.

UNIDAD I •

Reproducción y herencia

a2 b1 Glu 6

Glu 6 b2 a1

aa

6

aa 7

aa5

aa4

aa3

aa2

Figura 1.35 En la hemoglobina falciforme el aminoácido llamado ácido glutámico (Glu 6) es sustituido por otro aminoácido, la valina.

aa1

76

aa 7 -ARN-t 7 entrante

Sede A

ARN-t4 saliente

Sede P C

C

C C

A

U U U A G C 5‘

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

Codón Codón Codón aa 2 aa 3 aa1

G

3‘ Movimiento del ribosoma

Codón Codón Codón Codón aa 4 aa 5 aa 6 aa 7

Figura 1.36 Síntesis de proteínas. Observa cómo el ribosoma acopla el codón del ARN mensajero al anticodón del ARN de transferencia. El ARN de transferencia lleva el aminoácido especificado en el código genético en el extremo opuesto al anticodón.

1.11 Genética molecular •

Actividad 14 Síntesis de proteínas En esta actividad aprenderás cómo se unen los aminoácidos en las proteínas y por qué la secuencia de nucleótidos del ADN determina la estructura de las proteínas. Sigue las instrucciones: 1. Lee la secuencia de desoxirribonucleótidos (cada uno representado por una letra). 2. Recorta el ARN mensajero. Son tres tiras que deben quedar unidas. 3. Une cada ARN de transferencia al ARN mensajero, acoplando tres nucleótidos del ARN mensajero con los tres nucleótidos del ARN de transferencia. Nota: En el ARN no hay timina, por lo que la adenina se une al uracilo. 4. Después de unir los ARN de transferencia al ARN mensajero anota la secuencia de aminoácidos. Contesta: 1. ¿Cómo se forma el ARN mensajero? 2. ¿Cuántos aminoácidos existen en las proteínas de los seres vivos?

3. ¿Qué es el código genético? 4. El código genético es UNIVERSAL porque y DEGENERADO porque

La cadena de ADN que se leerá: T-A-C-C-C-A-T-A-G-C-A-A-C-T-T-G-T-C-A-C-A-A-C-G-C-G-A-A-G-G-CA-C-A-C-G-T-C-A-A-T-C

77

78

UNIDAD I •

Reproducción y herencia

Escribe el ARN MENSAJERO que se formará a partir de este ADN de acuerdo al siguiente juego:

Cisteína

A

AUG-metionina GGU-glicina AUC-isoleucina GUU-valina GAA-ácido glutámico CAG-glutamina UGU-cisteína UGC-cisteína (2) GCU-alanina

C

A

1.12 El código genético •

79

UCC-serina GUG-valina AGU-serina UAG-stop

Ses

ión 19

1.12

El código genético

El código genético es la clave de tres letras o tripletes del ARN mensajero que significa un aminoácido específico, la figura 1.37 muestra este código. El anticodón es el triplete complementario al codón. El ARN de transferencia contiene los anticodones y el aminoácido específico del código. El ARN mensajero contiene los codones, mientras el ARN de transferencia contiene los anticodones. Las combinaciones de tres letras para cuatro bases nitrogenadas distintas son por lo menos 64. De estos 64 tripletes, 3 son señales de “stop”, mientras que las 61 restantes tienen como significado uno de los 20 aminoácidos que forman las proteínas. Así, algunos aminoácidos son codificados por varios codones.

Características del código genético 1. Es universal, pues en todos los seres vivos es el mismo, salvo unas raras excepciones. 2. Está formado por tripletes o codones que son tres ribonucleótidos del ARNm. 3. Es degenerado, pues existen codones que se repiten para el mismo aminoácido.

80

UNIDAD I •

Reproducción y herencia

El código genético U U

C

C

UAA Alto UAG

U C A G

CCU

CAU

CGU

CCC

CAC CAA

Arginina

U C A G

AAU AGU Asparagina Serina AAC AGC AAA AGA Arginina Lisina AAG AGG

U C A G

UCU UCC

UUG Leucina UUA

UCA UCG

CUU CUC

Leucina

CUG

G UGU Cisteína UGC UGA Alto UGG Triptofano

UUU FenilaUUC lanina

CUA

A

CCA CCG

Serina

Prolina

A

ACU AUU AUC IsoIeucina ACC Treonina ACA AUA AUG Metionina ACG

G

GUU GUC Valina GUA GUG

GCU GCC Alanina GCA GCG

UAU Tirosina UAC

CAG

GAU GAC GAA GAG

Histidina Glutamina

Ácido Aspártico Ácido Glutámico

CGC CGA CGG

GGU GGC Glicina GGA GGG (c)Chemis

U C A G

Figura 1.37 El código genético.

Revisa tus respuestas del examen diagnóstico y contesta: 1. ¿Cuántas respuestas cambiarías ahora que terminaste de estudiar este tema? 2. ¿Qué ideas o conceptos cambiaron después de estudiar el tema? 3. ¿Qué fue lo que hiciste para que cambiara tu forma de pensar acerca de este tema?

Examen •

Examen Genética molecular Nombre: Número de lista:

Grupo:

Escuela:

Ses

ión 20 I. Relaciona las siguientes columnas: (

) Molécula formada por azúcar, fosfato y base nitrogenada

1. ADN

(

) Son la adenina, la guanina, la citosina y la timina

2. ARN

( ) Son la adenina, la guanina, la citosina y el uracilo

3. Helicasas y topoisomerasas

( ) Formado por dos antiparalelas cadenas de nucleótidos

4. Proteínas

( ) Formado por una cadena de nucleótidos

5. Bases nitrogenadas del ADN

( ) Contienen y transmiten la información genética

6. Bases nitrogenadas del ARN

( ) Moléculas que sintetiza el ARN con información de ADN

7. Nucleótido

(

8. Adenina/timina, citosina/guanina

) Apareamiento de bases que se presenta en el ADN.

( ) Acomodo que presenta el ADN cuando la célula se divide

9. Cromosomas

( ) Enzimas que intervienen en la replicación

10. Ácidos nucleicos

81

82

UNIDAD I •

Reproducción y herencia

II. Subraya la respuesta correcta. 1. La información genética se transmite de padres a hijos a través de: a) El ADN b) Las células sexuales c) La célula 2. Proteínas sobre las que se enrolla el ADN cuando se forman los cromosomas: a) Timina b) Hemoglobina c) Histonas d) Solenoides 3. Elige la opción que se refiere a que cuando se replica el ADN la nueva hebra se compone por una hebra original y la nueva. a) Replicativa b) Original c) Conservativa d) Semiconservativa 4. Elige la característica de las bases nitrogenadas que refiere a la unión que se presenta entre ellas para unir la doble cadena de ADN: a) Complementaridad b) Unión c) Separación d) Enlace covalente 5. El ácido desoxirribonucleico recibió este nombre debido a que: a) Es el principal material del que se compone el núcleo. b) Es el material más ácido que existe en las células. c) Es la biomolécula ácida más importante en el citoplasma. d) Produce la membrana nuclear de la célula. 6. La replicación del ADN se lleva a cabo siguiendo la dirección: a) 3’-5’ pues el nucleótido se une en el extremo OH. b) 5’-3’ pues el nucleótido se une en el extremo OH. c) 3’-5’ pues el nucleótido se une en el extremo fosfato. d) 5’-3’ pues el nucleótido se une en el extremo fosfato.

Examen •

7. Para que se inicie la replicación debe ocurrir antes lo siguiente: a) Se replica de forma continua y se forman fragmentos de Okazaki. b) Se produce un cebador de ARN y se forman los fragmentos de Okazaki. c) Se produce el ARN mensajero y se unen los nucleótidos. d) La doble hebra se separa y se forma un primer de ARN. 8. La consecuencia principal de que el ADN se replique en una sola dirección y que las dos hebras sean antiparalelas es: a) La formación de los fragmentos de Okazaki. b) La intervención de las enzimas cebadoras. c) La complementariedad de las bases nitrogenadas. d) La separación de las hebras de ADN. 9. La síntesis de proteínas requiere de los siguientes procesos en este orden: a) Transcripción y traducción. b) Replicación y traducción. c) Transcripción y replicación. d) Traducción y transcripción. 10. El proceso durante el cual la doble hebra de ADN se separa para ser copiado por el ARN mensajero que se sintetiza a partir del apareamiento de bases del ADN, se llama: a) Replicación. b) Traducción. c) Transcripción. d) Síntesis de proteínas. 11. A diferencia de la replicación, durante la síntesis de proteínas: a) Se hace una copia completa del ADN. b) Solamente se copia un fragmento del ADN. c) La dirección de crecimiento es 5’-3’. d) La dirección de crecimiento es 3’-5’.

83

84

UNIDAD I •

Reproducción y herencia

12. A diferencia de la replicación, durante la síntesis de proteínas: a) No se forman fragmentos de Okazaki, pues sólo se copia una hebra de ADN. b) Es conservativa, pues la hebra del ADN se copia idéntica en el ARN. c) Los nucleótidos se unen uno por uno, a diferencia de la replicación. d) La dirección de crecimiento del ARN es indistinta, pues se copian las dos hebras de ADN. 13. Los tripletes de ARN mensajero formados durante la transcripción correspondiente a un aminoácido específico se denominan: a) ARN mensajero T. b) ARNt. c) Código genético. d) Genoma. 14. El código genético es el mismo en todos los seres vivos, salvo raras excepciones, por ello es: a) Universal. b) Específico. c) Degenerado. d) Único. 15. El código genético presenta codones que se repiten para un mismo aminoácido, por ello es: a) Universal. b) Específico. c) Degenerado. d) Único. III. Contesta las siguientes preguntas: 1. ¿Cuál es la relación entre el ADN, el cromosoma y el gen? 2. ¿Cuál es la relación entre el ADN y las proteínas? IV. Compara la estructura del ADN y del ARN a través de un cuadro.

Examen diagnóstico

•

Examen diagnóstico La genética del siglo XXI Nombre: Número de lista:

Grupo:

Escuela:

I. Elige la respuesta correcta. 1. Los conocimientos acerca de la información genética de los seres vivos han llegado hasta nuestros días al punto de: a) Conocer los genes y cómo funcionan, pero aún no se pueden hacer cambios en los genes. b) Conocer a tal grado la ubicación de los genes que ya se han podido extraer genes de algunas especies para insertarlos en especies distintas. 2. Los cambios que se han realizado en la información genética de plantas y animales tienen como consecuencia: a) La creación de monstruosidades híbridas que no son ni una especie ni otra y pueden tener un peligro potencial aunque no lo conozcamos. b) La creación de variedades resistentes a enfermedades que mejoran la producción de alimentos, aunque todavía no tenemos conocimiento de las consecuencias de estos cambios. 3. Los avances que ha generado la ingeniería genética traerán como consecuencias: a) Beneficios en la agricultura y ganadería que podrían ayudar a resolver los problemas de hambre. b) La aparición de virus extraños que provoquen enfermedades sin precedentes.

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UNIDAD I •

Reproducción y herencia

4. Sobre la biotecnología puede decirse que: a) El uso del conocimiento acerca de la biología se ha llevado a cabo en muchas regiones y por muchas culturas, por ejemplo la elaboración del pan es tan antigua como las primeras civilizaciones humanas. b) El empleo de los conocimientos de biología es relativamente reciente, apenas hace medio siglo, y cuando se describió la estructura del ADN, comenzó a aplicarse la biotecnología. 5. La tecnología del ADN recombinante se refiere a: a) Modificar el ADN de un organismo cambiando sus genes entre sí con el fin de crear una nueva especie a partir de la anterior. b) Introducir los genes de otra especie a una bacteria, con el fin de que ésta comience a producir la proteína deseada. 6. El Proyecto genoma humano tiene como principal objetivo: a) Elaborar los mapas genéticos de cada uno de los seres humanos existentes con el fin de conocernos mejor y mejorar nuestra calidad de vida. b) Elaborar el mapa genético de cada cromosoma de la especie, con el fin de conocer la ubicación de cada rasgo, es decir, el gen que produce cada proteína. 7. Los principales logros del Proyecto genoma humano son: a) Comparar el genoma humano con el genoma de otras especies para poder usarlo en beneficio de la humanidad. b) Conocer los rasgos que se encuentran en cada cromosoma, especialmente en las enfermedades genéticas. 8. Entre las aplicaciones que se han realizado con la ingeniería genética se encuentra: a) La detección de la fibrosis quística, el desarrollo de la tecnología para elaborar huellas genéticas y la producción bacteriana de insulina humana. b) La formación de nuevas especies, la reintroducción de especies extintas y la creación de nuevas proteínas para mejorar la salud de los seres humanos.

Examen diagnóstico

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9. Entre los logros del Proyecto genoma humano que se han dado a conocer están: a) Poder cambiar los genes de las personas que padecen alguna enfermedad. b) Conocer el mecanismo de acción de algunas proteínas. 10. El desarrollo de la biotecnología trajo consigo problemas éticos como: a) Los debates acerca de los riesgos que trae consigo la alteración del genoma de las especies desde el punto de vista moral. b) La posibilidad de desarrollar nuevas ideas en torno a la conducta del hombre. II. Completa cada frase de modo que represente tu forma de pensar acerca de ese tema: 1. Los productos transgénicos son 2. Los científicos que intentan clonar seres vivos 3. Los organismos genéticamente modificados 4. La ingeniería genética sirve para III. Subraya las actividades humanas que se incluyen dentro de la biotecnología: Agricultura Ganadería Producción del pan Producción de la cerveza Conservación de los alimentos Uso de fertilizantes para mejorar las cosechas Uso de insecticidas y fungicidas para el control de plagas Mejoramiento de plantas Modificación del material genético de bacterias, plantas y animales

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Reproducción y herencia

Caso de estudio Siembra de maíz La siembra del maíz es una labor que el campesino hace con entrega y respeto a la tierra. El campesino calcula el tiempo para comenzar la siembra, e inicia el ritual pidiendo permiso a la tierra para que su cosecha sea productiva, y reza una oración a los cuatro puntos cardinales. Comienza aflojando la tierra con una yunta formada por sus bestias, ya sean mulas, caballos o bueyes. Una vez que termina de barbechar hace surcos con el arado por toda su parcela. Cuando termina de hacer los surcos pisa la siembra con la coa (una zarza con punta en el extremo de abajo) hace pequeños orificios depositando 4 o 5 semillas de maíz y los va tapando con el pie, dejando un paso de distancia entre uno y otro hasta cubrir toda la tierra que ha preparado. Después deja que la naturaleza haga su tarea y cuando la lluvia hace su aparición moja las matas de maíz que empiezan a germinar asomando sus pequeños tallos verdes. El agua corre entre los surcos dando vida a las matas de maíz y otras plantas silvestres. En un par de meses, cuando las matas de maíz están invadidas por la hierba, el campesino toma nuevamente el arado tirado por las bestias y remueve la tierra quitando toda la hierba que crece entre el maíz, y luego va marcando los surcos. Cuando termina su labor regresa a destapar todas las matas de maíz que han quedado enterradas para dejarlas crecer libremente. Al tercer mes de que el maíz ha sido sembrado, las matas ya han alcanzado de cincuenta a sesenta centímetros de altura. El agua de lluvia corre a través de los surcos, misma que es aprovechada por el maíz. Con el agua de la lluvia reincide la hierba que crece entre las matas y el campesino que cuida celosamente su trabajo quita nuevamente toda la hierba. Las matas de maíz alcanzan una altura de metro y medio, y los surcos de tierra son aprovechados para que al pie de cada mata se le coloque un montón de tierra. Aproximadamente al quinto mes de sembrado el maíz, se desarrollan las espigas y en unos días estarán dando como fruto el olote y a mediados de septiembre se tiene maíz tierno (elotes) los cuales son aprovechados para consumo humano en diferentes platillos. En el mes de octubre el campesino cosecha el maíz, fruto de nueve largos meses de duro trabajo, y aprovecha los elementos de la naturaleza, obtendrá así también todo el forraje para alimentar a sus animales.

1.13 La genética del siglo XXI •

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José Luis Venegas Pérez, profesor de físico culturismo e hijo de campesinos. Noviembre de 2007

Sembradío de maíz.

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1.13

La genética del siglo XXI

El siglo XXI promete un gran desarrollo para la genética, especialmente en las aplicaciones de todos los conocimientos al servicio del bienestar del ser humano. La agricultura, la ganadería y la salud se verán influenciadas favorablemente debido a la clonación genética, la secuenciación del ADN, la manipulación genética y otros aspectos de la biotecnología. Muchas de las enfermedades que hoy nos aquejan serán controladas, tendremos suficiente información sobre los genes y los cromosomas; podremos manipular animales, plantas y bacterias para que fabriquen distintas sustancias en beneficio del ser humano. El uso de la biotecnología para mejorar los cultivos al producir variedades resistentes a las plagas ya está reduciendo los costos de producción y el uso de plaguicidas que afectan tanto al ambiente como a la salud de productores y consumidores. El gen Bacillus thuringiensis

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UNIDAD I •

Reproducción y herencia

(Bt) insertado en el algodón, disminuyó el uso anual de más de 30 000 toneladas de insecticidas al año, lo que evitó dañar el ambiente por envenenamiento de otras especies de plantas y animales, así como el daño a la salud de los productores. Del mismo modo, muchos cultivos podrían mejorar su rendimiento en condiciones de sequía, de altas y bajas temperaturas, y de suelos con pocos nutrientes o salitrosos. En el futuro las necesidades alimentarias se incrementarán a más de 75 por ciento, por lo que las naciones subdesarrolladas, en donde muchas personas mueren de hambre, podrían resultar beneficiadas. Lamentablemente la población de estos países no conoce los beneficios de la biotecnología, por lo que se restringe la posibilidad de que ingresen los cultivos transgénicos. Solamente las sociedades privilegiadas podrían darse el lujo de negar la posibilidad de usar los transgénicos, a pesar de los rezagos económicos que generarían. En la mayor parte del mundo debería considerarse el uso de los transgénicos como un aliado para resolver los problemas del hambre y no como enemigo de la población.

“Los transgénicos son cultivos de uso en la agricultura, mejorados genéticamente, es decir, modificados a través de la transferencia a esos cultivos de uno o de un limitado número de genes para conferirles capacidades de resistencia a los insectos y herbicidas específicos, que han sido el resultado de la investigación científica, principalmente en la ingeniería genética, la biología molecular y la agronomía.” Dr. Víctor Villalobos Arámbula.

1.13.1 Biotecnología La biotecnología es la aplicación de todo el conocimiento relacionado con la biología para beneficio del ser humano. La aplicación de todo lo que se sabe acerca del mundo vivo, proviene desde los albores de la humanidad. El desarrollo de la agricultura y la ganadería, que dieran principio a la cultura, fue la biotecnología. En el mundo antiguo ya se aplicaban las propiedades de las plantas para aliviar las enfermedades del ser humano. En nuestro país, las culturas antiguas desarrollaron un amplio conocimiento sobre los usos de las plantas. Así, se aplicó el conocimiento sobre los seres vivos, en particular las nociones sobre genética en la obtención de productos biológicos.

1.13 La genética del siglo XXI

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Las culturas más antiguas ya usaban levaduras en la elaboración del pan y la cerveza, por lo menos hace 10 000 años, y aunque sus conocimientos eran empíricos, el uso de estos saberes para su beneficio daba inicio de alguna forma a la “biotecnología”. La manipulación de los alimentos se ha llevado a cabo desde entonces, este hecho ha incrementado el conocimiento y generado nuevas aplicaciones. A mediados del siglo pasado la producción de alimentos se vio incrementada por la aplicación de nuevas tecnologías para mejorar el rendimiento de los sistemas agrícolas y ganaderos. A estos cambios radicales se les llamó “Revolución verde” por la comunidad internacional. Por un lado se utilizaron fertilizantes que mejoraban la fertilidad del suelo y por otro se controlaron las plagas por el empleo de insecticidas, herbicidas y fungicidas. Además, se seleccionaron genéticamente las plantas más adecuadas y se produjeron variedades de arroz, trigo y maíz. De esta forma la producción se incrementó de forma espectacular y se creía que pronto desaparecerían el hambre y la desnutrición. A pesar de los buenos resultados en la producción de alimentos, surgieron complicaciones inesperadas, como la contaminación de los alimentos por el uso de agroquímicos, la aparición de plagas resistentes a los plaguicidas, los costos más elevados que tuvieron que absorber los pequeños agricultores, la transformación de los ambientes naturales en sistemas de cultivo de un solo tipo o monocultivos, la pérdida de la biodiversidad, la erosión y la desertificación del suelo, los altos costos de la irrigación Figura 1.38 La biotecnología podría cubrir las y el cambio en los patrones de necesidades alimentarias de la humanidad. consumo de la población. En la actualidad se llevan a cabo mejoramientos genéticos en plantas y animales de importancia alimenticia. La modificación del genoma de los seres vivos se ha hecho desde 1978, cuando la ingeniería genética ya había modificado el genoma de bacterias, al introducir el gen humano de la insulina. Desde entonces se han realizado modificaciones en el material genético de bacterias y de muchos otros organismos de importancia económica y científica. De este modo, la ingeniería genética aplica los conocimientos sobre los procesos celulares, la herencia y la

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UNIDAD I •

Reproducción y herencia

expresión de los genes para producir sustancias que permitan tratar las enfermedades y mejorar los procesos de producción para incrementar los niveles de calidad de vida del ser humano.

Tecnología del ADN recombinante Seguramente recuerdas que las bacterias se reproducen asexualmente, por lo que el material genético de la descendencia no se recombina. En las bacterias existe un proceso que permite intercambiar fragmentos de ADN de una bacteria a otra. Este fenómeno se denomina parasexualidad. Al descubrirse la parasexualidad en las bacterias, los científicos comenzaron a explotar el potencial de ellas para mezclar sus genes con otros organismos y recibir genes de otras especies. Entonces se comenzaron a crear los primeros organismos transgénicos, recombinando genes de distintas especies. En los años 70 se desarrollaron rápidamente las tecnologías del ADN recombinante, de modo que en 1978 se logró producir insulina humana a través de la recombinación genética de genes humanos en bacterias. El temor era inminente en la sociedad, como se explica a continuación. La conferencia Asilomar en 1975 planteaba los riesgos de estos procesos y la necesidad de generar una ética sobre la manipulación genética. A finales del siglo XX, millones de granjeros cultivaron plantas transgénicas con enormes beneficios para la economía. Sin embargo, el temor por las consecuencias de comer transgénicos ha generado multitud de ideas y movimientos que se oponen al consumo de estos alimentos. Un alimento transgénico proviene de seres vivos genéticamente modificados o GM. Los alimentos GM o transgénicos también podrían mejorar la salud de la población, pues los hongos que atacan a las cosechas de cultivos naturales producen toxinas que son cancerígenas, mientras que los transgénicos Figura 1.39 Los producen plantas que no son atacadas por hongos ni nealimentos cesitan de fungicidas. Las plantas GM resistentes a las genéticamente plagas proporcionan ventajas pues no necesitan ser tratamodificados presentan dos con insecticidas. ¿Crees que los productos GM serán características capaces de reducir el impacto ambiental que provocan seleccionadas por el los plaguicidas? humano.

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Algunos científicos piensan que el uso de los GM resolverá todos los problemas de hambre del mundo sin afectar los ecosistemas, pero otros grupos temen que los efectos causen daños que todavía no han sido valorados. “Con frecuencia, debido al manejo no profesional de la información en torno a los cultivos transgénicos, la opinión pública tiene una percepción equivocada y en muchas ocasiones, de rechazo hacia ellos, sin que medie una explicación sustentada en argumentos técnicos y bases científicas que justifiquen esa actitud. Tal situación, que se da en muchos países, amerita ser analizada de manera crítica con el fin de dimensionar este desarrollo tecnológico que, como toda tecnología, conlleva beneficios y riesgos potenciales”. Dr. Víctor Villalobos Arámbula ¿Cómo se producen los animales o plantas genéticamente modificados? Para alterar genéticamente un organismo se requiere: 1. 2. 3. 4.

Definir el rasgo que va a modificarse. Obtener el gen del rasgo que se quiere insertar. Obtener un gen capaz de insertarse en el ADN. Obtener un gen marcador capaz de indicar que el gen se insertó con éxito. 5. Utilizar una técnica específica para insertar los tres genes.

Actividad 15 1. Investiga de forma individual: ¿Qué es un transgénico? ¿Cuáles son los riesgos y ventajas de los organismos transgénicos o genéticamente modificados? 2. Organicen un debate: ¿Es conveniente el uso de alimentos transgénicos?, ¿cuáles son los riesgos?, ¿cuáles son las ventajas? Para esta actividad se recomienda la lectura del libro Los transgénicos escrito por el Dr. Víctor Villalobos, de Ediciones MundiPrensa.

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Reproducción y herencia

Logros y limitaciones del Proyecto genoma humano

El Proyecto genoma humano se inició en 1990 con el objeto de unir los esfuerzos internacionales para acelerar el conocimiento sobre la secuencia del ADN de todos los cromosomas humanos. La meta más importante de secuenciar el genoma humano era conocer el sitio específico de cada cromosoma que produce los caracteres del ser humano y ubicar los genes que provocan las enfermedades hereditarias. El Proyecto Genoma Humano se consolidó cuando el Departamento de Energía y el Instituto Nacional de Salud de Estados Unidos (NHI National Health Institute por sus siglas en inglés) unieron sus esfuerzos para iniciar este programa. Al mismo tiempo se unieron países como Francia, Alemania y Japón, entre otros. Otras organizaciones independientes iniciaron sus estudios sobre el genoma humano, como Celera Genomics, al mando de Craig Venter, acelerando las investigaciones del genoma humano. Venter anunció en 1998 que concluiría el genoma humano para el año 2001. En 1992 se detectaron anomalías genéticas como la fibrosis quística y la hemofilia en embriones humanos y se relacionó la huella genética de los soldados muertos en combate con sus familiares. En 1995 se aplicó la técnica de las huellas genéticas en el caso del homicidio de la esposa del futbolista O. J. Simpson y se presentó la secuencia del genoma de la bacteria Mycoplasma genitalium, considerada el organismo con el genoma más corto. En este mismo año la revista Nature publicó un mapa de por lo menos 75 por ciento del genoma humano. En 1996 fue secuenciado el genoma de la bacteria Methanococcus jannaschii, y con este resultado se confirmó la existencia de una tercera rama evolutiva de bacterias relacionadas con el origen de la vida. En este mismo año se comercializó un biochip para analizar las mutaciones del virus del sida. En 1997, Wilmut y su equipo de investigación del Instituto Roslin clonaron al primer mamífero, obtuvieron a la oveja Dolly y provocaron una ola de asombro y protestas en todo el mundo. En 1999 se obtuvo un ratón más inteligente con la manipulación de genes relacionados con la memoria, mientras que en ese mismo año murió el paciente Gelsinger, de 18 años, después de recibir un tratamiento de terapia génica. Así como es sorprendente saber todos los logros del Proyecto Genoma Humano es importante reconocer que el conocimiento de la

1.13 La genética del siglo XXI

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secuencia del ADN sólo inicia la era de la genómica. En este siglo veremos el inicio de una nueva era de investigaciones mucho más complejas denominadas “proteómicas”, en las que se requerirá el conocimiento de la estructura y función de la proteína específica producida por una secuencia de ADN. Los avances en este campo son muy lentos, mientras tanto, el conocimiento de la secuencia no tiene ninguna aplicación si no se conoce cuál es el mecanismo de acción de la proteína específica. De este modo el proteoma es el conjunto de proteínas que produce el organismo a través de la secuencia del ADN del genoma. El proteoma está compuesto al menos por 45 000 genes, en donde cada gen corresponde al menos a una proteína. En este siglo XXI, uno de los retos más interesantes de la biología será el esclarecimiento del proteoma humano. Cabe señalar que la formación de una proteína depende del individuo, de su estado de desarrollo, del tipo de célula y de las condiciones ambientales, por lo que la variabilidad proteómica es mucho mayor que el contenido del genoma humano.

Actividad 16 Comenten en equipos: 1. ¿Cuáles fueron los logros del proyecto genoma humano? 2. ¿Cuáles son las tendencias de la era genómica, la terapia génica y la era proteómica? 3. Compartan al grupo sus comentarios y escriban una conclusión en el pizarrón.

Recuerda el caso de la diabetes. ¿Cómo puede beneficiarse un diabético a partir de la biotecnología?

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UNIDAD I •

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Reproducción y herencia

1.13.2 Aplicaciones de la biotecnología

Industria En la industria farmacéutica se requiere la mayor eficiencia en el proceso de extracción de las sustancias químicas que producen los microorganismos y otros seres vivos. De este modo, para la industria farmacéutica la ingeniería genética permite obtener grandes cantidades de un producto. A través de la biotecnología ha sido posible introducir un gen en bacterias que son fáciles de cultivar. Al contener un gen determinado, la bacteria comienza a producir la proteína deseada. Por ejemplo, el gen de la insulina humana se introdujo en 1978 en bacterias. Desde entonces la industria farmacéutica obtiene insulina humana a partir de bacterias. Este proceso resulta mucho más económico que Figura 1.40 La biotecnología pone la ciencia al obtener insulina de los seres servicio del hombre. humanos. La telaraña está formada por el material más resistente, ligero y elástico que se conoce. Los científicos están tratando de reproducir las fibras elásticas y resistentes de la telaraña para fabricar hilo quirúrgico, microconductores y fibras ópticas. La biotecnología sería capaz de usar este hilo para fabricar chalecos antibalas y ropa para deportistas de alto rendimiento. Para conseguir la tela de la araña, ¿es preciso conseguir millones de arañas? ¿Se te ocurre otra opción? ¿Qué te parecería si se inyectan los genes de la araña que producen la telaraña en bacterias que producirían las Figura 1.41 El material más resistente y elástico del mundo es la telaraña. fibras deseadas?

1.13 La genética del siglo XXI

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Agricultura y ganadería Plantas y animales genéticamente modificados Las necesidades alimentarias de una población que crece de forma exponencial deberán ser cubiertas por el desarrollo de la agricultura y la ganadería. De esta forma, será necesario producir mayor cantidad de alimento procurando no alterar los ecosistemas. Ante los problemas de la contaminación, se requerirán sistemas agroeconómicos poco agresivos, que no utilicen insecticidas, fungicidas ni fertilizantes. Mientras tanto, con la presión de producir más alimentos a menor costo, previendo los desastres naturales y sus efectos en las cosechas, los agricultores tendrán que utilizar cultivos diseñados genéticamente. ¿Qué ventaja tendría sembrar hortalizas resistentes a las heladas en una región en la que las temperaturas bajan tanto que destruyen las cosechas ocasionando graves daños económicos? ¿Cuáles serían las ventajas de cultivar jitomates resistentes a los suelos salitrosos? ¿Qué ventajas podría tener introducir nutrientes adicionales a los alimentos a través de la modificación genética de los organismos?

Medicina Los antibióticos, sustancias producidas por hongos, se han usado para eliminar a las bacterias desde que Alexander Fleming en 1928 descubrió la penicilina. El uso de los antibióticos para controlar enfermedades como la neumonía y la tuberculosis frenaron radicalmente la mortandad por infecciones bacterianas. Actualmente se producen antibióticos sintéticos que son mejorados en el laboratorio. Por otro lado, las vacunas que en otra época debían ser inyectadas a los niños, hoy pueden consumirse en las frutas y en las hortalizas. Esto se debe a que las plantas transgénicas o GM contienen el gen del virus que produce la enfermedad. Al ingerir la planta se induce la respuesta inmunológica de forma que el organismo produce la defensa natural contra la enfermedad. De esta misma forma podrá protegerse al ganado y a los animales domésticos.

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UNIDAD I •

Reproducción y herencia

Evaluación formativa: 1. Reúnanse en equipo para analizar: ¿Cuáles son los riesgos y ventajas del uso de microorganismos, plantas y animales genéticamente modificados? 2. Organicen un debate sobre el tema: ¿Es conveniente para el país permitir el ingreso de alimentos GM?

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1.13.3 Bioética

El desarrollo de la ingeniería genética trajo como consecuencia el surgimiento de posibilidades de modificación del entorno y de las especies útiles al hombre. Además, el uso potencial de la biotecnología plantea la posibilidad de modificar al hombre, tanto en su destino como los cambios en las especies que le rodean. La posibilidad de crear clones, por ejemplo, abre en el área del derecho una necesidad urgente de modificar los códigos y normas morales que aseguren los derechos humanos de aquellos seres que serán los “clones” y, por tanto, “hijos de nadie”. Este problema requiere de la regulación y control de los alcances de la ciencia, de forma que se garanticen los derechos y la dignidad del ser humano. La bioética también estudia la posibilidad de que la ciencia pretenda controlar el destino, las capacidades, los fenotipos y la diversidad de razas humanas que existen. De este modo, se cuestiona: si el hombre quiere mejorar su genoma, ¿cuáles serán los mejores genes? ¿Hacia dónde podemos y debemos modificar la información genética de un individuo? ¿Tenemos derecho a cambiar nuestra naturaleza básica con el fin de tener mejores expectativas de vida? Cuando la ciencia sea capaz de mejorar los rasgos de una persona, no solamente cuidando su salud, sino también cumpliendo los caprichos sobre cómo mejorar “la raza” o “cambiar la imagen”, cuando la ciencia pueda prolongar la vida al modificar unos cuantos genes de las personas, cuando la ciencia, la biotecnología y el progreso estén al servicio del mejor postor, ¿quién podrá detener la ambición del ser humano?

1.13 La genética del siglo XXI

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Es entonces cuando la bioética deberá regular la conducta tanto de los científicos como de aquellos que busquen corromper la labor altruista de la ciencia, que debería estar al servicio de la humanidad y no de unos cuantos. La vida humana deberá ser protegida y dignificada, a pesar de los avances científicos que prometen resolvernos todos los problemas. Las discusiones sobre el aborto, los métodos anticonceptivos, la clonación humana, la criónica, la circuncisión, la eutanasia, la homosexualidad, la inseminación artificial, la investigación con células madre, la vida artificial, el tratamiento del dolor, el suicidio y la donación de órganos, entre otros, serán los temas que nos preocupen en los próximos años. La religión, la ética, las tendencias políticas y la población en general, estarán enfrentando fuertes debates relacionados con estos temas actuales que se han generado a partir de los avances de la ciencia y la tecnología, como los que se presentan en el cuadro 1.3. Tema

Definición

Tema de debate

Aborto

Interrupción del embarazo.

¿Es correcto el aborto?

Clonación

Creación de una copia idéntica de otro ser.

¿Es ético clonar? ¿Qué derechos tendrá el clon?

Circuncisión

Corte del prepucio del pene.

¿Es la circuncisión una mutilación de tejidos sanos y funcionales?

Funcionalidad conductual

La conducta adecuada a la sociedad.

¿Atenta contra la libertad y la dignidad humana el control de la conducta por la sociedad?

Criónica

La preservación del cuerpo bajo congelación.

¿Es correcto preservar la vida criogénicamente con el fin de prolongarla?

Derechos de los animales

La libertad de los animales de vivir en ambiente natural y recibir un buen trato.

¿Es correcto usar a los animales para beneficio del hombre?

Donación de órganos

Proporcionar un órgano vital.

¿Es correcto tratar de prolongar la vida a través de las donaciones?

Drogas

Sustancias que alteran la conciencia o evitan el dolor.

¿Es legal el uso de las drogas?

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UNIDAD I •

Reproducción y herencia

Eutanasia

Provocar la muerte de un paciente con el fin de evitarle el sufrimiento.

¿Es correcto acelerar la muerte del paciente cuando el médico debe proteger la vida?

Vida artificial

Sistemas artificiales similares a organismos vivos.

¿Es ético mantener vida artificial?

Tratamientos genéticos

Mejoramiento de la calidad de vida con cambios genéticos.

¿Es correcto cambiar la naturaleza del ser con fines de mejorar la vida?

Inseminación artificial

Introducción del esperma en el útero utilizando técnicas médicas.

¿Es correcto interferir en el proceso natural de reproducción?

Células madre

Células no diferenciadas del embrión.

¿Es correcto interferir en el proceso natural de la vida insertando células madre?

Anticonceptivos

Método que impide la concepción.

¿Es correcto interferir en la reproducción?

Organismos genéticamente modificados

Organismos que han recibido genes de otra especie, quedando genéticamente modificados.

¿Es correcto interferir en los procesos naturales de evolución?

Suicidio

Quitarse la vida.

¿Es correcto quitarse la vida?

Dolor

Sensación de malestar y sufrimiento.

¿Hasta dónde es correcto aliviar el dolor?

Cuadro 1.3 Debates de temas relacionados con la bioética.

Actividad 17 Organicen un debate acerca de alguno de los temas relacionados con el aborto, los métodos anticonceptivos, la clonación humana, la criónica, la circuncisión, la eutanasia, la homosexualidad, la inseminación artificial, la investigación con células madre, la vida artificial, el tratamiento del dolor, el suicidio y la donación de órganos.

Examen • 101

Examen Genética del siglo XXI Nombre: Número de lista:

Grupo:

Escuela:

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ión 25 I. Revisa el examen diagnóstico señalando los cambios que darías a tus respuestas después de estudiar el tema.

II. Escribe algunos de los beneficios de la aplicación de los avances en la biotecnología. III. Subraya la respuesta correcta: 1. La capacidad de las bacterias para intercambiar fragmentos de ADN entre ellas se aplica en: a) La medicina para impedir que el ADN de bacterias produzca enfermedades. b) La ingeniería genética para insertar genes de otras especies. c) La recombinación genética del ADN de un organismo. 2. Una de las aplicaciones más importantes para la humanidad de la tecnología del ADN recombinante en las bacterias es: a) La producción de insulina humana. b) La producción de insecticidas y fungicidas. c) La revolución verde. 3. Los alimentos genéticamente modificados o transgénicos se producen cuando: a) Se extraen los genes de una especie. b) Se producen bacterias de cepas inofensivas al hombre. c) Se inserta en el genoma de un organismo un gen de otra especie.

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UNIDAD I •

Reproducción y herencia

4. Entre los logros del Proyecto genoma humano se encuentran: a) La detección de enfermedades como la hemofilia y el sida. b) La detección de la fibrosis quística y la hemofilia. c) La prevención de enfermedades como la sífilis y la diabetes. 5. Una de las aplicaciones del Proyecto genoma humano es: a) El uso de las huellas genéticas para identificación de personas. b) La formación de organismos genéticamente modificados. c) La biotecnología aplicada en la producción de vinos y cervezas. IV. Contesta: 1. ¿De qué forma se han beneficiado los diabéticos con la biotecnología? 2. Señala algunas aplicaciones de la biotecnología en la industria. 3. ¿De qué forma se podrían obtener fibras de un material resistente, ligero y elástico a través de la biotecnología? ¿Cuál sería su aplicación? 4. ¿Crees que la biotecnología pueda contribuir a resolver el problema del hambre en el mundo? Argumenta tu respuesta.

Unidad II Evolución

OBJETIVO El estudiante planteará argumentos sobre los procesos evolutivos que han dado lugar a la biodiversidad actual, a partir del análisis de las principales teorías evolucionistas, al reconocerse a sí mismo como parte de esa diversidad biológica y al asumir una actitud de respeto a las diversas formas de vida con las que comparte un origen común.

Examen diagnóstico

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Examen diagnóstico

Evolución Nombre: Número de lista:

Grupo:

Escuela:

Durante esta evaluación entenderás las ideas que tienes acerca de la evolución. También te darás cuenta de lo que piensas sobre el origen de los cambios que se presentan en las poblaciones y el papel que desempeñan las variaciones individuales de los organismos que integran a una población. I. Escribe lo que piensas sobre las siguientes expresiones: 1. Las especies cambian o son fijas:

2. Las especies fueron creadas por un Ser supremo o las especies son el producto de la evolución:

3. Las especies cambian con el fin de mejorar, o las especies cambian sin ninguna finalidad específica:

4. El parecido que existe entre algunos animales, como los mamíferos y los seres humanos, se debe a:

5. Las rocas que tienen huellas de animales o plantas que vivieron en el pasado prueban que las especies:

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UNIDAD II •

Evolución

II. Subraya la respuesta que se aproxime más a lo que piensas: 1. Las ballenas no tienen dientes, sino estructuras llamadas “ballena”, porque: a) En el ambiente en que viven no necesitan dientes. b) La presencia de los dientes fue cambiando lentamente hasta que desaparecieron por completo. c) Apareció en algún individuo la “ballena” como una mutación o cambio. 2. Los mamíferos que viven en sitios muy fríos, en los cuales hay nieve, son de color blanco porque: a) Para sobrevivir en ese ambiente necesitan ser de este color porque así se confunden con la nieve y los depredadores no los pueden atacar. b) Los individuos de color blanco sobreviven y se reproducen heredando el carácter blanco, mientras los de color oscuro son eliminados por los depredadores. c) Los animales eran de color oscuro, pero poco a poco se fueron aclarando para confundirse con la nieve. 3. La evolución o cambio en las especies ocurre cuando: a) Un individuo cambia lenta y gradualmente por la acción del ambiente, hasta transformarse en una nueva especie. b) En un individuo surge un cambio que le da una ventaja para sobrevivir y generar más descendientes. c) En la población ocurren los cambios necesarios para adaptarse al ambiente. 4. Los topos son ciegos porque: a) Los ojos se atrofiaron al no usarlos, pues en las madrigueras subterráneas no necesitan ver. b) Los individuos sin ojos tuvieron una ventaja para sobrevivir porque así sus ojos no se infectarían. Al sobrevivir, heredaron esta característica a sus descendientes. c) Se adaptaron al ambiente oscuro de sus madrigueras subterráneas.

Examen diagnóstico

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5. Existen bacterias resistentes a los antibióticos que se emplean para eliminar las infecciones, lo que se explica porque: a) Las bacterias se hicieron resistentes lentamente, como una respuesta adaptativa a las características del antibiótico. b) Las bacterias que lograron sobrevivir al antibiótico se reprodujeron y heredaron la resistencia a sus descendientes. c) Aparecieron repentinamente bacterias resistentes, pues esto ocurre en la naturaleza. 6. Algunos animales depredadores tienen la capacidad de correr, volar o nadar rápidamente porque: a) Necesitan alcanzar a su presa, en consecuencia surgió la capacidad de ser veloces, y con el tiempo los individuos más lentos se fueron haciendo más rápidos. b) La musculatura se desarrolló por su empleo para alcanzar a la presa, de modo que los individuos fueron cambiando y mejoraron su velocidad. c) Los individuos más veloces sobrevivieron porque alcanzaban a sus presas, se reprodujeron y heredaron esta característica a sus descendientes, por lo que los nuevos individuos de la población serían más rápidos. 7. El pico de las aves de distintas especies está adaptado al tipo de alimentación que tienen. Así, las aves rapaces tienen picos filosos, corvados y grandes, mientras que las aves que consumen néctar como las especies de colibríes, tienen los picos delgados y pequeños. Esto se explica porque: a) Los picos de las aves cambian lentamente hasta que se adaptan mejor a su tipo de alimentación. b) Las aves que tuvieran el pico adecuado a su alimentación sobrevivirían y al reproducirse heredarían la característica a sus descendientes. c) Los picos se irían desarrollando de acuerdo con el uso. Si se emplea para atrapar una presa, el pico se desarrolla grande, pero si se emplea sólo para chupar el néctar, el pico se hizo delgado y largo.

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UNIDAD II •

Evolución

8. Los árboles como las coníferas, que son capaces de vivir en ambientes secos y fríos, se desarrollan en esos lugares porque: a) Siempre han vivido ahí, por lo que sus características aparecen en función del ambiente y los organismos están adaptados al sitio que habitan. b) La necesidad de sobrevivir en ambientes secos y fríos provocó el cambio evolutivo y los árboles se adaptaron al lugar. c) Los individuos capaces de tolerar la sequía y el frío, sobrevivieron y crearon descendencia que heredó sus características. 9. Las ranas verdes arborícolas adquirieron su color porque: a) El ambiente las forzó a ser verdes, pues viven entre los árboles. b) Los individuos verdes sobrevivieron a los depredadores al confundirse con el ambiente y se reprodujeron y heredaron el color verde. c) Los individuos fueron cambiando poco a poco hasta adaptarse al ambiente arborícola. 10. En el caso de la pregunta 9: el color verde de las ranas es una variación que: a) Apareció en las ranas porque les era necesario adaptarse al ambiente. b) Ya existía en la población de ranas, pero fue seleccionado porque proporcionaba una ventaja. c) Cambió poco a poco en respuesta al ambiente arborícola. III. Subraya la frase que coincida con lo que piensas: 1. Es bien sabido que en el ser humano el dedo meñique desaparecerá porque no se usa y porque los órganos que no se utilizan desaparecen. 2. Los cambios en los organismos ocurren como una necesidad interna de mejorar. 3. Los cambios evolutivos ocurren porque el ambiente los induce, es decir, el ambiente provoca los cambios para que el organismo se adapte.

Examen diagnóstico

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4. Cuando un órgano no se utiliza se atrofia y desaparece, como el pelaje del cuerpo en el ser humano. 5. Los órganos que se utilizan se desarrollan más. 6. Los cambios en los organismos se producen para mejorar la especie. 7. La evolución tiene un fin que es lograr la perfección. 8. Los cambios evolutivos se presentan en los individuos de forma instantánea. 9. El cambio evolutivo se presenta en el individuo, no en la población. 10. El cambio evolutivo se presenta en la población, no en el individuo. IV. Contesta las siguientes preguntas: 1. ¿Cuál es la diferencia entre individuo, población y especie?

2. ¿Qué significa adaptación?

3. ¿Cuál es la causa de las variaciones en la población?

4. ¿Cuál es la relación entre la diversidad biológica y la evolución?

5. ¿Qué relación existe entre una jerarquía taxonómica o nivel de agrupación y el ancestro común de un grupo?

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UNIDAD II •

Evolución

V. Subraya la respuesta creas quemás es la correcta: Subraya la respuesta que que se aproxime a lo que tú crees sobre la célula 1. Los organismos más evolucionados son: a) Los que viven en el mar. 1. La es:viven en la tierra. b) célula Los que a) conjunto de partículas que forman a los seres vivos c) elLos que vuelan. b) la unidad mínima de los vivos d) Los que pueden vivir enseres el mar y en la tierra. c) otra respuesta: _____________________________________ 2. Son__ seres más primitivos los que: a) Son de una sola célula, como las bacterias. b) Los pluricelulares que no tienen cerebro. no tienen tienen forma: esqueleto, es decir, los que no son verte2. c) Los Las que células brados. a) redondeadas o esféricas d) cuadradas Los que seyparecen b) esféricasmenos al ser humano. 3. Son organismos más avanzados: a) Los peces, los insectos, las bacterias. b) El ser humano y los mamíferos. c) Todos los animales terrestres.

Caso de estudio •

Caso de estudio Salmonelosis ¿Recuerdas el caso de la salmonelosis? La salmonella puede cambiar la estructura de su flagelo después de algunas generaciones, al engañar al sistema inmunológico y provocarle al paciente una reinfección más severa. Al igual que esta bacteria, muchos organismos que causan enfermedades a plantas, animales y al hombre, han desarrollado mecanismos de sobrevivencia que les permiten resistir los insecticidas, fungicidas y antibióticos. ¿Por qué algunas bacterias son resistentes a los antibióticos? ¿Cómo “se hicieron” resistentes? En esta unidad encontrarás algunas respuestas para que comprendas cómo cambian las especies.

Salmonella

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UNIDAD II •

Ses

ión 2

2.1

Evolución

Teorías evolutivas

La historia del concepto de “evolución” como cambio de las especies está íntimamente ligada al concepto de “origen de la vida”. ¿Los seres vivos “fueron creados” por un Ser supremo o se originaron por un proceso de evolución prebiótica? Si los seres vivos fueron creados por un Ser supremo, ¿sus descendientes son copias “imperfectas” del tipo original pero no cambian, o por el contrario, pueden mutar de modo que con el tiempo se “crean” especies distintas? Para los griegos antiguos las especies cambiaban. Sin embargo, el concepto que ellos tenían acerca de la evolución partía de la idea de que un ser superior había creado un “tipo perfecto” de cada especie. A partir de la especie “tipo” se formaban copias que eran imperfectas o modificadas. Este concepto de cambio no es el mismo que el cambio evolutivo. A pesar de los antecedentes del pensamiento de “cambio” de las especies, las ideas que predominaron durante la historia de la humanidad hasta el siglo XIX fueron “ideas fijistas”, esto es, que las especies son fijas, en consecuencia no cambian. El fijismo estuvo fuertemente apoyado por las ideas religiosas que consideraban que un Dios había creado a los seres vivos, por tanto no admitían el concepto de “cambio” de las especies. De forma contradictoria, existía la creencia de que los seres inferiores podían nacer de la materia inerte por “generación espontánea”. La generación espontánea ha sido una creencia generalizada en distintas culturas durante la historia de la humanidad. Muchos sabios de la antigüedad, como Aristóteles, Plinio y Galeno escribieron acerca de la forma en que nacían los gusanos, los piojos y otros animales como las ranas, a través de la generación espontánea. Algunos pasajes bíblicos apoyan la idea de la generación espontánea como el documento del “Libro de los jueces” en donde se señala que se engendraron abejas a partir del cadáver de un león, o el libro del “Éxodo”, en donde se señala que “salen culebras de las varas”, “salen ranas del agua” y “golpea la tierra y se vuelve piojos”. Durante el siglo XVII la humanidad vivió un profundo cambio en su forma de pensar al desafiar las ideas supersticiosas, autoritarias y controladas por la religión que dominaban la época. Algunos personajes de ese tiempo, como Descartes, Galileo Galilei y Bacon, desarrollaron una forma de contrastar las ideas para probar su veracidad al someterlas a un mé-

2.1 Teorías evolutivas •

113

todo científico. En ese tiempo, Redi aplicó el método científico poniendo a prueba la generación espontánea, al demostrar que los seres vivos provienen de otros seres vivos. Louis Pasteur también contribuyó a demostrar que los seres vivos no se producen por generación espontánea, sino que la vida proviene de la vida. Surge entonces el cuestionamiento: ¿De dónde proviene la vida? Si la vida proviene de la vida, ¿los seres vivos surgieron de un acto de creación único? Entonces, no existiría la posibilidad de creación de nuevas especies. ¿Qué pruebas hicieron pensar que los seres vivos han cambiado a lo largo de la historia de la Tierra?

Actividad 18 El objetivo de esta actividad es que los alumnos analicen los argumentos a favor de que las especies cambian. No es importante que definan cómo cambian, sino que reúnan la mayor cantidad de evidencias de que existe el cambio. 1. Formen equipos de cuatro integrantes. 2. El equipo se divide en sección A, que propondrá argumentos para defender la idea de que las especies son fijas y la sección B, que argumentará a favor de que las especies cambian. 3. Cada sección elaborará argumentos o explicaciones para defender la postura que las especies son fijas o la idea de que las especies cambian, a partir de las imágenes siguientes: Ejemplo: I. Observa las siguientes imágenes de individuos de la misma especie:

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UNIDAD II •

Evolución

Los individuos de las imágenes son diferentes en tamaño, colores y otros rasgos. La especie puede conformarse por individuos distintos y con el tiempo pueden ser distintos los individuos que forman la población, en consecuencia, pueden tener variaciones en sus características. Argumentos: Las especies son fijas pues:

Las especies cambian porque:

II. Compara cada par de imágenes en donde una corresponde a una parte de un organismo antiguo que formó un fósil y la otra a un organismo actual.

Fósil Tiburón actual

Trilobite

Cangrejo herradura

2.1 Teorías evolutivas •

Araña fósil

Tarántula

Escriban: a) Argumentos que expliquen la existencia de estos fósiles y su parecido con los organismos actuales:

b) Argumento en defensa de que las especies son fijas:

c) Argumento a favor de que las especies cambian:

III. Anoten en un cuadro como el siguiente, los argumentos que generaron las secciones A y B para sostener que las especies son fijas o que las especies cambian. A favor de que las especies son fijas

A favor de que las especies cambian

IV. Escriban una conclusión sobre el cambio en las especies en donde utilicen los argumentos que encontraron a favor o en contra del cambio en las especies.

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UNIDAD II •

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Evolución

2.1.1 Primeras teorías sobre la evolución

Una de las evidencias de cambio en las especies que más han maravillado a la humanidad desde la antigüedad, son los fósiles, dicho en otras palabras las rocas en las que se pueden reconocer restos de organismos que vivieron en épocas remotas. Algunos griegos del mundo antiguo como Xenófanes de Colofón, Heródoto y Empédocles consideraron como fósiles o evidencias de vida antigua a las rocas que tenían marcas o apariencia de seres vivos. En los siglos XV y XVI, Leonardo Da Vinci y Nicolás Steno señalaron a los fósiles como restos de organismos antiguos que habían dejado marcas como prueba de su existencia. Estos científicos dedujeron que los fósiles podrían servir para reconstruir la historia de la Tierra, a través de la comparación, y llegaron a la conclusión de que en el pasado una región montañosa había estado cubierta por el mar. En el siglo XVIII, Buffon escribió en el libro Histoire Naturelle donde indicaba que los fósiles eran restos de organismos que vivieron en el pasado y que eran distintos a los organismos actuales, estableciendo como un hecho que los seres vivos cambian. Para muchos científicos de ese tiempo, como Cuvier, la presencia de fósiles de organismos distintos a los actuales se debió al catastrofismo que planteaba la ocurrencia de eventos que habrían eliminado a todos los seres de una época. Para Cuvier, los seres vivos habrían sido creados en diferentes ocasiones. Sin embargo, Buffon también notó que los estratos de la tierra más superficiales contienen fósiles de organismos más parecidos a los seres actuales. Esto significa que mientras ha pasado más tiempo, las diferencias entre los organismos son mayores y viceversa: en un menor tiempo encontramos menos diferencias entre las especies actuales y las especies del pasado. Las observaciones de Buffon señalaban claramente una relación de parentesco entre los organismos fósiles y los actuales, a diferencia de las Figura 2.1 Georges ideas de Cuvier. Louis Leclerc Buffon.

2.1 Teorías evolutivas •

117

Caso de estudio Fósiles en la Edad Media En la Edad Media se pensaba que los fósiles de dientes de tiburón tan abundantes en la isla de Malta, Italia, eran piedras mágicas lanzadas desde el cielo durante las tormentas. Al comparar las “piedras mágicas” con los dientes de tiburones actuales, Nicolás Steno, Boccone, Gessner y Da Vinci demostraron que son dientes de tiburón petrificados.

Buffon fue el primero en proponer que las especies actuales surgieron de un cierto número de tipos originales que variaron por la acción del medio ambiente. Saint-Hilaire también relacionó los fósiles con los organismos actuales, señalando que en las especies ocurren cambios a partir de las alteraciones en el tipo original. Estas ideas fueron precursoras de la teoría de la evolución propuesta por Lamarck. Un fósil es cualquier evidencia de vida antigua con una edad mínima de 10 000 años.

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UNIDAD II •

Evolución

¿Cómo se forma un fósil? La probabilidad de que las partes de un organismo logren preservarse es muy baja y es mucho más difícil que las partes preservadas queden expuestas. Para que un organismo logre formar un fósil habría sido necesario que el cuerpo se cubriera con sedimentos rápidamente después de morir, de modo que no fuera destruido ni esparcido por algún depredador, de este modo, las condiciones de la muerte del organismo determinan la posibilidad de preservación. Algunas condiciones del ambiente facilitaron la preservación de los organismos para formar fósiles. Por ejemplo, en los sitios bajos rodeados por montañas es fácil encontrar materiales acarreados por el viento y el agua. El sedimento acumulado en el fondo de los ríos o lagos cubre rápidamente a los organismos y cuando se seca debido a los cambios de clima, los sedimentos forman rocas que quedan marcadas con los restos o que preservan partes duras como huesos, dientes y conchas. Así, las características del organismo también facilitan su preservación. Los organismos que poseen partes duras han dejado más fósiles que aquellos de cuerpos blandos. Existen más fósiles de las conchas de moluscos que fósiles del cuerpo blando de estos mismos animales. De esta misma manera, encontramos menos fósiles de animales de cuerpo blando como las medusas o platelmintos, que de mamíferos o peces, pues éstos poseen un esqueleto. Darwin en su libro El origen de las especies, señaló como una dificultad para encontrar los “eslabones perdidos” la baja proporción de fósiles en la naturaleza. En el cuadro 2.1 se presentan algunos procesos de fosilización.

Cuadro 2.1 Procesos de fosilización Nombre Congelación

Formación

Ejemplo

El individuo se congela y permanece congelado hasta nuestros días.

Mamut congelado

2.1 Teorías evolutivas •

Cuadro 2.1 Procesos de fosilización (continuación) Nombre Duripártica

Formación

Ejemplo

Las partes duras como dientes, huesos y conchas se preservan hasta el presente.

Conchas

Impresión Molde o vaciado

Alguna parte del animal o planta se cubre con sedimento que con el paso del tiempo forma una roca en donde queda marcada como una huella la estructura del ser vivo. En ocasiones la roca sirve como molde que puede recibir sedimento que forme otra roca o vaciado con las características del organismo que formó el molde. Huella dinosaurio

Encapsulamiento en ámbar

Un organismo queda atrapado en la resina de un árbol. La resina se petrifica formando el ámbar.

Mosquito en ámbar

Permineralización El agua y las sales minerales penetran al cuerpo del organismo, reemplazan la estructura original y el organismo se petrifica. Tronco petrificado

Carbonización

La materia orgánica del ser vivo es sustituida por una delgada película de carbón.

Helechos

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UNIDAD II •

Ses

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Evolución

Caso de estudio

¿Cuál es la especie más exitosa que ha aparecido en la Tierra? Durante mucho tiempo se ha considerado al ser humano como el pináculo de la evolución. Muchos autores argumentan que la inteligencia del ser humano hace la diferencia entre las demás especies y por eso es la especie humana la que domina al resto de los seres vivos del planeta. Entre todas las especies vivientes, se asegura que el ser humano es el mejor, el más evolucionado y el más avanzado. Sin embargo, una manera de medir el éxito en las especies es el tiempo en que han existido. ¿Cuánto tiempo ha estado presente la especie humana en el planeta? La línea que dio origen al ser humano apareció en los últimos dos millones de años de la historia de la Tierra. Mientras tanto, uno de los grupos más sorprendentes, que llevan más de 400 millones de años sobre el planeta, es el grupo de los tiburones. Desde que aparecieron, su forma casi no ha cambiado. En esta sesión te enterarás cuándo surgieron los principales grupos de plantas y animales, cuánto tiempo han subsistido y qué grupos están relacionados con ellos.

La historia de la Tierra contada por los fósiles Leonardo da Vinci y Nicolás Steno comprendieron que los fósiles ayudarían a conocer los eventos ocurridos en la Tierra; además, las capas del suelo más recientes contenían fósiles de organismos que vivieron hace poco. Al mismo tiempo, los fósiles que se localizan en las capas del suelo más antiguas corresponden a los seres que vivieron en épocas muy remotas. Así, la historia de la Tierra se ha dividido en Eras caracterizadas por los organismos que existieron, mismos que se denominan fósiles guía. Un fósil de esta clase permite identificar un periodo de la historia de la Tierra porque es muy abundante en los estratos de una época y que repentinamente desaparece en los estratos más recientes. Los artrópodos trilobites (ver la figura 2.2), son fósiles guía del Paleozoico, mientras que los moluscos amonoideos y los nautiloideos son importantes fósiles guía de las eras Mesozoica y Paleozoica.

2.1 Teorías evolutivas •

121

Figura 2.2 Amonoideos, nautiloideos, trilobites respectivamente.

No todos los fósiles son fósiles guía. Algunos fósiles son muy abundantes en estratos de diferentes eras, por lo que no pueden servir para ubicar un periodo de tiempo restringido. Los fósiles más antiguos que se conocen son los estromatolitos de la formación Warrawoona, en Australia, con una edad de 3500 millones de años. Los estromatolitos se formaron por el esqueleto de carbonato de calcio de las bacterias cianofitas. Hace 2400 millones de años hubo una glaciación debida probablemente a la aparición de la fotosíntesis. Los paleontólogos piensan que la fotosíntesis redujo el nivel de CO2 en la atmósfera, con lo que bajó el efecto invernadero y disminuyó la temperatura. Hace 1800 millones de años aparecieron los primeros eucariontes en el registro fósil. La aparición de los organismos pluricelulares está marcada por fósiles de 1000 millones de años de antigüedad. Posteriormente, se encuentra la extraña fauna de Ediacara con una antigüedad de 650 millones de años con seres que se diversificaron y desaparecieron abruptamente sin dejar descendencia, la figura 2.4 muestra la fauna de Ediacara. Durante este tiempo existió un supercontinente llamado Riodinia (ver la figura 2.3) que comenzó a fragmentarse a principios de la era Paleozoica. Durante el Precámbrico se formó la Tierra, surgieron los primeros seres vivos, y aparecieron los procariontes y los eucariontes. A finales del Precámbrico ya existían seres pluricelulares. El Precámbrico terminó cuando aparecieron los primeros trilobites y al mismo tiempo se inició el periodo Cámbrico de la era Paleozoica hace aproximadamente 570 millones de años. Los primeros vertebrados apa-

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UNIDAD II •

Evolución

Compilado por Peter R. Johnson 1419 A.H 1998 A.D India

La zona de expansión de suelo oceánico de 750 a 725 ma provocó la separación de Laurasia y el bloque continental que pertenecía al este de Gondwana.

Australia

Madagascar Antártica oriental

Siberia Kalahari

Laurentia

Ecuador

N O

E S

Congo

Zona de expansión separando Laurasia del bloque continental que pertenecía al este de Gondwana.

Amazonia

África oriental

Báltica

Cratones arqueanos mesoprote-rozoicos. Cinturones orogénicos grenvilianos.

Figura 2.3 Supercontinente Riodinia.

Figura 2.4 Fauna de Ediacara.

2.1 Teorías evolutivas •

123

recieron hace 510 millones de años, diversificándose los peces durante el Ordovícico. En este tiempo, las primeras plantas terrestres aparecieron hace 450 millones de años durante el Silúrico y en el Devónico aparecieron los primeros amonoideos, insectos y anfibios. Durante el Carbonífero se formaron extensos bosques de helechos que dieron lugar a los depósitos de carbón que se han utilizado como combustible en la era moderna. En este tiempo se originaron los insectos voladores y los fragmentos del antiguo continente Riodinia se unieron para dar lugar al supercontinente Pangea que terminó de formarse durante el Pérmico. En esta época se incrementó el dióxido de carbono en la atmósfera, aumentando la temperatura global del planeta. Al final del Pérmico se incrementó la actividad volcánica y se extinguieron los trilobites y 95 por ciento de la fauna marina de la era Paleozoica. Con esto termina la era Paleozoica y se inicia la era Mesozoica. La era Paleozoica se caracterizó por el desarrollo y diversificación de la vida en el mar. El Paleozoico se conoce como la edad de los peces. Las plantas y los animales conquistaron la tierra firme durante esta era. La era Mesozoica se inició con la diversificación de 16 grupos de reptiles, entre los que se encuentran los plesiosaurios, ictiosaurios y dinosaurios (ornitisquios y saurisquios), así como la fragmentación de la Pangea en Laurasia y Gondwana, dando lugar al mar de Tethys. Durante el Jurásico aparecieron las aves del grupo de los ornitisquios, representadas por no más de ocho fósiles de Archaeopteryx localizados en la región alemana de Baviera, la cual en ese tiempo debió tener un clima tropical. Durante la era Mesozoica dominaron las gimnospermas con grupos abundantes de ginkgoales, gnetales y cicadales que hoy se encuentran muy reducidos en especies. La era Mesozoica finalizó con la extinción masiva de 12 de los 16 órdenes de reptiles que se habían desarrollado, entre ellos, los grandes dinosaurios de los cuales evolucionaron las aves. Al inicio de la era Cenozoica sólo quedaron algunas especies de quelonios, cocodrilos y lagartijas, así como una especie de esfenodón o tuátara (ver figura 2.5), que habita en Nueva Zelanda y que pertenece al orden Rincocephala. El grupo de las lagartijas tuvo éxito al diversificarse y dar lugar a las serpientes. Se presume que la causa de la extinción de los dinosaurios

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UNIDAD II •

Evolución

fue por la caída de un meteorito en la región que en la actualidad se conoce como Yucatán; el meteorito generó una nube de polvo que enturbió la atmósfera, oscureció el ambiente y al mismo tiempo que impidió el paso de la luz, todo lo anterior provocó que murieran los organismos fotosintéticos. La desaparición de grandes cantidades Figura 2.5 Tuátara, habita en Nueva Zelanda. de plantas debió originar un desequilibrio ecológico que culminó con la desaparición de los grandes reptiles. La era Mesozoica se conoce como la edad de los reptiles. Al final de la era Mesozoica aparecieron las plantas con flores o angiospermas y los ceratópsidos, enormes reptiles herbívoros con cuernos que se extinguieron al finalizar el Cretácico. El supercontinente Pangea continuó fragmentándose, lo que causó levantamientos montañosos debido a los choques de las placas americanas y pacíficas, dando origen a la cordillera de los Andes y la Sierra Madre Oriental.

Caso de estudio Los tiburones, una máquina perfecta Los tiburones son la máquina perfecta de sobrevivencia, su forma hidrodinámica les permite ser nadadores tan veloces que capturan a sus presas con facilidad y su enorme mandíbula provista de varias hileras de dientes filosos que puede proyectarse hacia el frente, lo que proporciona una mordida mortal de la que pocas víctimas

2.1 Teorías evolutivas •

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pueden salvarse. Por si fuera poco, se encuentran entre los animales más saludables, pues nunca se ha observado un tejido cancerígeno procedente de los escualos. ¿Qué organismo está más evolucionado? ¿Tiene sentido señalar a un ser como el más avanzado y a otro como el más primitivo? Averigua cuánto tiempo han existido los tiburones en la Tierra. Contrasta el tiempo en que los escualos han habitado los mares contra el tiempo en que el hombre ha estado en el planeta. ¿Quién es más exitoso?

Los fósiles de la era Cenozoica son más abundantes y se parecen cada vez más a los organismos recientes. En el principio del Cenozoico se diversificaron los grupos de aves y mamíferos, dando lugar a los órdenes actuales. Durante la fase final de esta era se formó Centroamérica, uniendo la región Neotropical de Sudamérica con la región Neártica de Norteamérica, que estuvo unida a Eurasia formando la región Paleártica. Este evento generó el desplazamiento de varias especies de la flora y fauna de Norteamérica hacia Sudamérica y viceversa. Finalmente, se formó el Eje Neovolcánico en la región central de México, provocando que muchas especies no pudieran infiltrarse hacia la región Neártica ni a la región Neotropical, sin embargo, este evento promovió la formación de nuevas especies debido al aislamiento.

Actividad 19 1. Reúnanse en equipos de cuatro estudiantes. 2. Cada uno elegirá una era para investigar: Precámbrico, Paleozoico, Mesozoico o Cenozoico. 3. Se reunirán para completar el cuadro sobre fósiles de plantas y animales, característicos de cada era con la información que obtuvo cada uno y con los datos que se proporcionan en este texto. 4. En una cartulina preparen el cuadro para presentarlo al grupo. 5. Elijan un fósil de vertebrado de cada era y compárenlos. Por ejemplo, un pez del Paleozoico, un dinosaurio del Mesozoico y un mamífero del Cenozoico. Marquen las diferencias entre todos.

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UNIDAD II •

Evolución

6. Elaboren un texto breve en donde señalen la relación entre los fósiles más recientes y su parecido con las especies actuales, destacando las diferencias que encontraron en los ejemplos de la sección 5. 7. Finalmente, expongan al grupo su trabajo y concluyan respondiendo las preguntas: ¿A qué era pertenecen los fósiles que se parecen más a los organismos actuales? ¿A qué era pertenecen los fósiles que se parecen menos a los organismos actuales? Expliquen por qué. Era Periodos Precámbrico Inferior Medio Superior Paleozoica Mesozoica Cenozoica

Antigüedad

Eventos importantes

Animales

Plantas

8. Comparen el esqueleto de estos dos peces. Cochito o “trigger fish” es un pez actual que habita en aguas del Golfo de California. El fósil de picnodonte proviene del cañón de Tlayúa, en Puebla, México. Este fósil data del Cretácico y muestra una importante etapa en el desarrollo de los peces. Las vértebras de este pez no estaban muy calcificadas, por lo que no se aprecian en el fósil. El 95 por ciento de los peces actuales son teleósteos, pues tienen los centros vertebrales muy calcificados, mientras que en el Cretácico, hace 110 millones de años, la mayoría de los peces no tenían sus vértebras muy osificadas. Luis Espinosa, director del Museo de Geología de la UNAM, México.

Cochito del Golfo de California, se muestra el pez y su esqueleto.

2.1 Teorías evolutivas •

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Picnodonte procedente de la cantera de Tlayúa, en Puebla (110 millones de años).

Ses

ión 5

2.1.2 Más evidencias de la evolución: anatomía y embriología comparadas Una de las evidencias más claras de la evolución es la relación que tienen algunas partes del cuerpo de los organismos de distintas especies. Se debe a Geoffroy Saint-Hilaire el reconocimiento de que las especies varían a partir de partes del cuerpo de un plan original o ancestro común. Buffon ya había planteado la relación que existe entre las semejanzas y los órganos de seres de distintas especies, así como su parentesco evolutivo. Al comparar la estructura y función de los órganos de las plantas y animales pueden observarse las similitudes de forma, posición y estructura. El esqueleto de los vertebrados es similar en cuanto a su estructura, pues está formado de hueso; es similar en su forma, pues contiene huesos muy similares: las vértebras son de la misma forma, los huesos largos y las costillas también. En el esqueleto de los vertebrados encontramos también similitud de posición, esto es, que los huesos se encuentran en el mismo sitio relativo al esqueleto, aunque pueden variar de tamaño y forma. En los esqueletos de la actividad 19 encontrarás huesos similares en los distintos animales.

Anatomía comparada La anatomía comparada es la ciencia que encuentra similitudes y diferencias entre las estructuras que forman a los organismos. Cuando un órgano de un organismo se compara con otro órgano de otra especie

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UNIDAD II •

Evolución

y se encuentra semejanza en cuanto a su forma, estructura y posición, ambos órganos constituyen una homología. Los órganos homólogos provienen del mismo órgano ancestral, por tanto son evidencia de ancestría común. También existen órganos que pueden tener una función similar, pero no tienen similitud de forma, posición ni estructura. Estos órganos no son homologías, sino que se consideran órganos análogos, desarrollados a partir de estructuras muy diferentes y ancestros distantes. Las alas de una mariposa y las de un murciélago, no contienen ninguna similitud de forma, estructura ni posición, aunque tienen la misma función, que es volar. Estos órganos son análogos porque no proceden del mismo ancestro ni tienen relación evolutiva. Los órganos homólogos tienen el mismo origen, mientras que los órganos análogos no se originaron del mismo ancestro pero tienen la misma función. En algunos organismos se pueden encontrar estructuras vestigiales que se asemejan en estructura, forma y posición a un órgano de otra especie. Por ejemplo, en el esqueleto de una ballena pueden encontrarse los huesos vestigiales de las extremidades inferiores o cintura pélvica. Aunque las ballenas no tienen extremidades posteriores, esto se considera como evidencia de la ancestría común entre las ballenas y otros mamíferos.

Barbas o ballenas en la boca

Extremidades torácicas

Figura 2.6 Esqueleto de ballena que muestra los huesos pélvicos.

2.1 Teorías evolutivas •

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“Los miembros de una misma clase se parecen unos a otros, independientemente de sus costumbres de vida, en el plan general de su organismo. Esta semejanza se expresa al decir que los diversos órganos son homólogos” ... “¿Puede haber algo tan singular y admirable como el hecho de que las estructuras de la mano del hombre, formada para asir y agarrar, la pata delantera del topo para cavar, la pata del caballo, la aleta de la marsopa y el ala del murciélago, estén todas construidas dentro de un mismo modelo y posean huesos similares en idénticas posiciones relativas?” Darwin, 1859.

Evidencias de la embriología comparada Al comparar los embriones de organismos de un mismo grupo, como los vertebrados, podremos notar a lo largo de su desarrollo cambios similares en los diferentes embriones. Los vertebrados, por ejemplo, presentan el mismo patrón de desarrollo porque descienden de un tronco común. En todos los embriones, por ejemplo, podemos encontrar los miotomos, o secciones del cuerpo. En todos los embriones podemos observar las hendiduras branquiales, características del grupo de los cordados.

Recuerdas el caso del cáncer que se analizó en la primera unidad. Los tiburones no presentan cáncer, ¿crees que la comparación de la división celular en los tiburones y la división celular en las células cancerígenas pueda ayudar a los científicos a controlar el cáncer en seres humanos?

Entre los organismos que tienen relaciones de parentesco, existe similitud en la secuencia de aminoácidos de la misma proteína, lo cual representa una evidencia bioquímica. De la misma forma, las secuencias de nucleótidos en el ADN de los organismos relacionados evolutivamente es similar. Por otro lado, el parecido de la estructura de los cromosomas entre especies distintas es una evidencia genética de ancestría común y, por consiguiente, de evolución.

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UNIDAD II •

Evolución

Actividad 20 I. Observa los siguientes esquemas. 1. Identifica los huesos que corresponden a la extremidad anterior o pata delantera. Caballo Topo Murciélago

Marsopa

Hombre

2. Colorea de: — Azul el hueso que corresponde al húmero en todos los esqueletos. — Verde el hueso que corresponda a la cúbito o ulna en todos los esqueletos. — Rojo el hueso que corresponda al radio en todos los esqueletos. — Amarillo los huesos que correspondan a la mano o cárpales. — Rosa las falanges de todos los esqueletos.

2.1 Teorías evolutivas •

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II. Compara los embriones de las siguientes imágenes de embriones y describe las similitudes y diferencias entre ellos:

III. Compara las secuencias de nucleótidos de la siguiente imagen y escribe las diferencias. ¿Cuál de las secuencias de nucleótidos es más parecida a la secuencia del hombre?

Secuencias de ADN alineado de ψ η-globina Homo sapiens Pan troglodytes Gorilla gorilla Pongo pygmaeus

Patrones de bandas de los cromosomas Homo sapiens Pan troglodytes Gorilla gorilla Pongo pygmaeus

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UNIDAD II •

Evolución

Comparación de secuencias de nucleótidos y de patrones de banas en los cromosomas de diferentes especies. IV. Comparación de cromosomas. Compara los cromosomas de la imagen anterior y señala el patrón de bandas que se parezca más al cromosoma del hombre. V. Observa la similitud de los cromosomas del humano y el chimpancé en la imagen siguiente. Comparación de los cromosomas de humanos y chimpancés HC

HC HC HC

HC H C HC

HC

HC

C HC H H C H C H

1

2

3

4

5

6

7

C

HC H

C

HC

H C HC HC HC

HC H C

8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22

HC

X

Nota C = Chimpancé H = Hombre

VI. Reúnanse en equipos de tres estudiantes para elaborar un resumen acerca de las evidencias de la evolución utilizando la información que generaron en esta actividad.

Y

2.1 Teorías evolutivas •

133

Caso de estudio Anemia falciforme La anemia falciforme es una enfermedad hereditaria de origen africano, donde la hemoglobina que forma los eritrocitos tiene forma de media luna. Los eritrocitos falciformes no transportan bien el oxígeno y bloquean el flujo sanguíneo a las extremidades y a los distintos órganos. Como resultado, las personas padecen anemia y dolor crónico en distintas partes del cuerpo. Esta enfermedad es más común entre la población del centro de África y es rara en América. Para muchas personas, la distribución de la anemia falciforme es una prueba de la evolución. ¿Por qué es más frecuente la anemia falciforme en África que en América?

Hemoglobina

Eritrocito normal

Eritrocito falciforme

Ses

ión 6

2.1.3 Teoría Darwin-Wallace A finales del siglo XVIII y principios del siglo XIX los naturalistas y geólogos habían reunido suficientes evidencias para asegurar que las especies cambian. Con los antecedentes de las obras de Buffon en 44 tomos, Histoire Naturelle y los estudios de anatomía comparada de Cuvier, era difícil negar la evolución. Buffon dejó muy claro en sus escritos que las especies cambian y que todas las plantas y todos los animales, proceden de un ancestro común que cambió durante las diversas eras de la historia

134

UNIDAD II •

Evolución

de la Tierra. Buffon también destacó que las especies se reproducen en mayor cantidad que los recursos disponibles, por lo que los individuos tienen que luchar por su existencia. Asimismo, notó las diferencias entre los individuos de la misma especie, argumentos que posteriormente utilizaría Darwin para plantear su teoría sobre la evolución a través de la selección natural. La obra de Buffon influyó notablemente en su tiempo y dejó claro que las especies cambian, por lo que la discusión se dirigió hacia las explicaciones sobre cómo cambian las especies. Los estudios de los geólogos JaFigura 2.7 Charles mes Hutton y Charles Lyell sobre geología proporcioDarwin. naron una base para comprender los cambios que han ocurrido en la Tierra y su relación con los fósiles. Una de las teorías más populares sobre cómo cambian las especies fue postulada por Jean Baptiste Lamarck en 1801 y fue expuesta formalmente en la obra Philosophie Zoologique, en 1809. Lamarck retomó la idea propuesta originalmente por Buffon en el sentido de que el ambiente provoca las variaciones en las especies, así como la creencia de que un impulso interno lleva a los organismos hacia la perfección. Para Lamarck, los individuos cambian en respuesta a las presiones del ambiente heredando los cambios a sus descendientes. A esto se le llama herencia de caracteres adquiridos. Lamarck compartía la creencia de la época de que los órganos que se usaban más se desarrollaban más, mientras que aquellas estructuras que no se usaban, se atrofiaban. De esta idea surge la ley del uso y desuso de órganos bajo la influencia del ambiente, que finalmente causa los cambios en el individuo y que a su vez, el organismo es capaz de heredar a su descendencia. Aunque Lamarck nunca pudo probar que los individuos heredan caracteres adquiridos durante su vida, ni tampoco encontró evidencias de que el ambiente provocara cambios en las poblaciones, hizo una importante contribución a la evolución al establecer que los cambios en las especies provienen de la descendencia con modificación. Además, Lamarck estableció por vez primera el término biología, al unificar en una sola ciencia todas las ramas del conocimiento de los seres vivos que se consideraban aisladas. De este modo, Lamarck estableció la unidad entre los seres vivos y la biología como ciencia que las estudia.

2.1 Teorías evolutivas •

135

La teoría de evolución a través de la selección natural Charles Darwin formuló la teoría de la evolución a través de la selección natural, después de un largo viaje que inició en 1831 a bordo del Beagle, y con el conocimiento de la obra de Thomas Malthus, Ensayo sobre los principios de la población y los Principios de geología de Charles Lyell. Darwin también conocía los trabajos de Buffon, las ideas de Geoffrey Saint-Hilaire, los estudios de anatomía comparada de Cuvier y los trabajos del naturalista alemán Alexander von Humboldt. Darwin describió la selección natural como la manera en que cambian las especies en su obra, El origen de las especies a través de la selección natural, publicada en 1859, ver la figura 2.8. A Darwin le impactó la lectura de Malthus quien planteaba que la causa de la pobreza y la carencia era la sobrepoblación. Para Malthus, cuando el crecimiento de la población es exponencial, se genera la escasez de alimentos y la Figura 2.8 Portada de El lucha por conseguir los recursos. Darwin apli- origen de las especies có los principios de Malthus destacando que a través de la selección los individuos de la población debían competir natural, escrito por entre ellos para conseguir los recursos y po- Charles Darwin en 1859. der sobrevivir. En esta competencia, sobrevivirían aquellos organismos que tuvieran una ventaja. Al sobrevivir, los individuos con el carácter ventajoso heredan esta característica a su descendencia. Los individuos sin la ventaja morirían y no dejarían descendencia. De esta forma la proporción de individuos en la población cambiaría poco a poco, siendo seleccionados los individuos con la variación ventajosa. A esto se le llama reproducción diferencial.

En el caso de la anemia falciforme, los eritrocitos falciformes que no transportan bien el oxígeno son muy resistentes al ataque de enfermedades como la malaria. La variación del eritrocito falciforme proporciona una ventaja al individuo para sobrevivir en los lugares en donde existe la malaria.

136

UNIDAD II •

Evolución

Para Darwin la ventaja de la variación depende del ambiente, es decir, el ambiente selecciona las variaciones ventajosas. Una variación que resulta ventajosa en un ambiente determinado podría no ser conveniente en otras condiciones, por lo que la evolución no tiene una dirección específica. Darwin utilizó muchos ejemplos para sostener su teoría, Figura 2.9 Los ejemplares de la raza dachshund son entre los cuales destaca la anaun ejemplo de selección artificial logía entre la selección natural, con la selección artificial que el ser humano usó creando diferentes razas a partir de una línea ancestral. La creación de razas de perros muestra cómo se fueron seleccionando las variedades que deseaban los humanos. Así, se crió la raza dachshund o perro salchicha, con su cuerpo alargado y patas cortas (ver la figura 2.9), características que requerían para la cacería del tejón. Las razas de sabuesos y otros cazadores se criaron al cruzar animales con orejas largas y olfato muy fino, además de ser animales muy nerviosos capaces de reaccionar impulsivamente ante los estímulos. Esta característica del “perro nervioso o inquieto” es muy útil para un animal de caza. Darwin escribe: “Los criadores aplican la selección utilizando los ejemplares mejores que poseen. Así, la persona que muestra preferencia por el perro pachón procura obtener individuos excelentes de esta variedad para lograr los tipos mejores. Este proceso, continuado por cientos de años, modificaría y mejoraría toda raza que se sometiera a su acción”. De esta forma, la selección “artificial” estaría eligiendo las variedades “mejores”, en condiciones naturales, el ambiente es el que “elige” la variación que proporciona una ventaja. “Una de las peculiaridades más notables de nuestras razas domesticadas es que observamos en ellas la adaptación no a la conveniencia del animal o la planta, sino al empleo, al provecho del hombre”, Darwin, 1859.

2.1 Teorías evolutivas •

137

La teoría de evolución de Darwin plantea estos principios básicos: 1. Los individuos de una población tienen variaciones individuales heredadas de sus progenitores. 2. Dependiendo del ambiente, una variación puede representar una ventaja para el individuo. Esto es, el ambiente “selecciona” la variación que sobrevivirá. 3. Los individuos que tienen la variación “ventajosa” sobreviven. 4. Los individuos sobrevivientes se reproducen heredando la variación ventajosa a su descendencia. 5. La proporción de individuos en la población cambia, disminuyen los individuos sin la variación ventajosa y aumenta la proporción de aquellos que tienen la ventaja. En resumen, la teoría de evolución a través de la selección natural propuesta por Darwin plantea la reproducción diferencial de los individuos de la población. La teoría de la evolución es la teoría más importante que sustenta la biología. La mayoría de los biólogos están de acuerdo en que ninguna teoría biológica está mejor apoyada en evidencias que la teoría de la evolución. Además, la teoría de la evolución unifica la biología, como lo señaló Lamarck al nombrar esta ciencia, dando cohesión a todas las formas vivientes que están relacionadas a través de ancestros comunes; en otras palabras, todos los seres vivos provienen de un tronco común. Recuerda el caso: la bacteria salmonella engaña al sistema inmunológico del organismo parasitado, al cambiar la estructura de su flagelo después de algunas generaciones. Esta característica permite a la bacteria reproducirse sin ser detectada por el sistema inmunológico, proporcionándole una ventaja. ¿Cómo crees que apareció esta característica en estos organismos? Las aportaciones de Darwin a la biología pueden resumirse en los siguientes puntos: • Unificó la biología, pues la teoría de la evolución postula que todas las especies están relacionadas en patrones de ancestrodescendencia. • Estableció que los fósiles son prueba de evolución y evidencia de descendencia con modificación.

138

UNIDAD II •

Evolución

• Demostró que los órganos homólogos de las especies están construidos con un mismo modelo, lo que nuevamente es prueba de descendencia con modificación. • Presentó suficientes evidencias de que las especies producen mayor descendencia que la que sobrevive, debido a esto los individuos tienen que competir por los recursos. • Postuló la teoría de la selección natural, que consiste en la presencia de variaciones ventajosas que permiten al individuo sobrevivir y posteriormente heredar sus características a la descendencia. • Estableció que los individuos nacen con las variaciones, por tanto, las variaciones no son provocadas por el ambiente.

Dic. 1831 América del Norte

Oct. 1836 Europa Asia

Sept. 1835 Isla Galápagos

África América del Sur

Ecuador

Abril 1832

Australia

Julio 1834 Enero 1836 Islas Falklands Marzo 1833 Marzo 1834

Figura 2.10 Ruta que siguió el Beagle, embarcación inglesa cuya misión fue detallar el estudio topográfico de las costas de Sudamérica y sus islas. Darwin viajó en esta nave.

2.1 Teorías evolutivas •

139

La teoría de la selección natural había sido descrita por Alfred Russell Wallace durante los cuatro años anteriores a la aparición de El origen de las especies, en dos artículos publicados en 1855 y 1858, en donde el naturalista y geógrafo describió la evolución como el cambio de las especies ocasionado por la selección natural. Wallace fue un naturalista que estudió la fauna del archipiélago malayo, además reconoció las diferencias en el origen de la biota de la región y marcó la llamada línea de Wallace que separa la biota australiana y la asiática. Para encontrar la línea de Wallace, busca en el mapa las islas Célebes y Borneo, marcando la línea que las separa en el estrecho de Macasar hacia el mar de las Célebes. Busca las islas de Bali y Lombok, continuando la línea entre ambas.

100

10

Tahilandia

Vietnam

120

110

Filipinas

140

130

10

Malasia Borneo 0

0

Sulawesi (Célebes)

Sumatra Jakarta Java

Timor oriental

10

0 0

200

400 km 200

400 mi

110

Figura 2.11 Mapa de Indonesia.

120

130

Australia

140

140

UNIDAD II •

Ses

ión 7

Evolución

Caso de estudio

¿Qué tan importante es el hecho de ser diferente? ¿Recuerdas cuál es la importancia de que la población cuente con individuos distintos? En la unidad anterior revisamos el caso del agave, planta que se usa para obtener el tequila. Esta planta se cultiva reproduciéndose asexualmente y cuando una plaga ataca al cultivo, elimina a todos los organismos porque son idénticos. La variabilidad dentro de una población permite que algunos individuos logren sobrevivir a condiciones adversas. Una situación muy similar se vivió en algunas ciudades de la República Mexicana en las cuales se plantaron árboles de Ficus que no resistieron las heladas ni la plaga del hongo de la “muerte súbita”. En esta sección integrarás la información que revisaste en la primera unidad sobre genética. ¿Es importante ser diferente? ¿Puede esta variabilidad provocar cambios evolutivos? ¿Cuál es la fuente de la variación individual en las poblaciones?

Práctica 1

•

Práctica 1 Elaboración de un modelo de selección natural Nombre: Número de lista:

Grupo:

Escuela:

Para esta actividad necesitarán traer una tela de colores, 50 × 50 cm y ½ kg de chochitos de colores.

Objetivo Durante esta práctica simularás la acción de la selección natural en una población haciendo la analogía entre las variaciones individuales y el color de los chochitos de colores, entre el ambiente y la tela. Con este modelo comprenderás que las variaciones no son provocadas por el ambiente, aunque éste es el que determina cuáles variaciones serán ventajosas y que permitirán sobrevivir al individuo.

Material Una tela de colores de 50 × 50 cm (mantel floreado) ½ kg de chochitos

Desarrollo 1. Formen equipos de tres estudiantes. 2. Separen los chochitos por color, eligiendo cinco tonalidades diferentes. 3. Tomen diez chochitos de cada color y anoten en el cuadro este dato como número de inicio. 4. Coloquen la tela sobre la mesa de trabajo y dejen caer al azar los 50 chochitos. 5. Recuperen los chochitos que hayan caído sobre un color muy diferente, dejando los chochitos que cayeron en una parte de la tela de un color similar. Cuenten los chochitos que quedaron de cada color y anoten en el cuadro en la columna “sobrevivientes”.

141

142

UNIDAD II •

Evolución

Subraya 6. la Reúnan respuesta de nuevo que selos aproxime chochitos más que a lo quedaron que tú crees en lasobre tela, agreganla célula do dos chochitos del mismo color para cada chochito que quedó. Anoten el número total de chochitos de cada color en la columna “primera 1. La célula generación”. es: el conjunto partículas quelaforman a los seres vivos5. 7. a) Dejen caer lasde chochitos sobre tela y repitan el paso b) la unidad mínima de los seres vivos 8. c) Repitan el paso 6 y_____________________________________ anoten el número total de chochitos de cada otra respuesta: color __ en la columna “segunda generación”. 9. Repitan todo el proceso para obtener la “tercera generación”.

Resultados 2. Las células tienen forma: 1. a) Completen el cuadro con los datos obtenidos. redondeadas o esféricas b) cuadradas y esféricas Población original (Número Colores individuos)

1a. generación (Número individuos)

2a. generación (Número individuos)

3a. generación (Número individuos)

Rojo Blanco Verde Amarillo Azul

2. Elaboren una gráfica representando los cambios en el número de “individuos” o chochitos de cada color.

Discusión Elaboren un texto en el que contesten: a) ¿Qué color predomina en la “población” de chochitos? b) ¿Existe alguna relación entre el color de la tela y el color que tiene más “individuos”? c) Si la tela fuera blanca con manchas rojas y verdes, ¿qué cambios esperarían en la población de chochitos? d) ¿Qué relación encuentran entre esta actividad y el proceso de la selección natural propuesto por Darwin?

Conclusión 1. De acuerdo con sus resultados, y considerando que las variaciones en los chochitos se refieren al color y que el “ambiente” se refiere a

Práctica 1

•

la tela y sus coloraciones, elijan la frase correcta para elaborar una conclusión: • Las variaciones en el color fueron provocadas por los colores del ambiente. • Las variaciones en el color ya existían en la población, no fueron provocadas por el ambiente; pero las variaciones que sobrevivieron dependieron de los colores del ambiente. 2. Elaboren un resumen breve mencionando la frase que eligieron y contesten ¿qué pasaría si se fragmentara el ambiente y después de mil generaciones quedaran aislados los chochitos?

143

Notas

2.1 Teorías evolutivas •

145

Figura 2.12 El camuflaje es un patrón de coloración que se confunde con el paisaje. ¿Puedes distinguir a los animales de su entorno?

Evaluación formativa: 1. Expliquen cómo adquirió la salmonella la capacidad para cambiar la estructura de su flagelo. Apliquen el modelo de la selección natural. 2. Elaboren una hipótesis para describir el proceso a través del cual fue seleccionada la mutación que provoca la anemia falciforme. 3. Reúnanse en equipos de tres estudiantes para explicar el siguiente caso: ¿Han observado alguna vez un perro subiendo por las escaleras de un puente peatonal para cruzar una avenida peligrosa? ¿Han escuchado que los perros criollos son más inteligentes que los perros de raza? ¿A qué se debe esto?

146

UNIDAD II •

Evolución

Caso de estudio Variabilidad en las poblaciones Es cierto que la variabilidad dentro de las poblaciones contribuye al cambio evolutivo; sin embargo, algunos organismos se reproducen asexualmente al generar una descendencia que es idéntica. Recuerda el caso de las hidras y las esponjas. Un mecanismo importante para su dispersión es la capacidad de reproducirse asexualmente. Las lagartijas, al regenerar la cola, presentan una ventaja que les permite sobrevivir. El animal desprende parte de su cola de forma que el movimiento del pedazo distrae al depredador, gracias a este truco la lagartija escapa y logra sobrevivir. De esta forma la regeneración de una parte del cuerpo es una ventaja evolutiva.

Ses

ión 8

2.2

La genética y la evolución

2.2.1 Teoría sintética Uno de los problemas que tuvo Darwin para sustentar la teoría de la evolución a través de la selección natural, fue la explicación del origen de las variaciones y la forma en que se heredan a la descendencia. Con el redescubrimiento de la genética a fines del siglo XIX y principios del siglo XX se entendió la forma en la que se heredan y distribuyen las variaciones en la descendencia, lo que fortaleció la teoría de la evolución darwiniana. Los avances en genética aceleraron la investigación logrando descubrimientos que corroboraron la existencia de unidades transmisoras de la herencia o genes. Además, investigadores como Morgan, de Vries, Correns y Tschermack hicieron descubrimientos que confirmaron las leyes de Mendel a principios del siglo XX. Walter Flemming observó la división longitudinal de los cromosomas en la mitosis, mientras que Weissmann asoció los cromosomas con la herencia a fines del siglo XIX. Con esto se comprobó que los genes se segregan en unidades o alelos. Estos impactantes conocimientos sobre la herencia y las variaciones individuales sirvieron como base para apoyar la teoría de la evolución darwiniana y formular una nueva visión de la selección natural, conocida como Síntesis moderna o Teoría sintética.

2.2 La genética y la evolución •

147

Así como Darwin planteó que la selección natural elige las variaciones ventajosas, la moderna síntesis establece que el cambio evolutivo ocurre cuando se modifica la frecuencia de los alelos en una población, a través de varias generaciones, y explica la forma en que se heredan las variaciones y cómo se relaciona la variación de los individuos dentro de la población. Este cambio puede ser causado por diferentes mecanismos: selección natural, deriva genética, mutación, migración (flujo genético) y la recombinación genética ocurrida durante la meiosis. De esta forma, la teoría sintética establece que todos los individuos de una población contienen un acervo de genes o poza génica, que son todos los caracteres y todas las variaciones de cada carácter dentro de la población. Cuando se selecciona una variación cambia el acervo de genes, pues habrá más genes de la variación seleccionada mientras que irán disminuyendo los alelos de las variaciones desventajosas. Al aplicar los nuevos conocimientos de la genética, se comprende la evolución como un cambio en la frecuencia de los genes de la población a través de muchas generaciones. A pesar de que esta relación aclara muchas dudas respecto al cambio evolutivo, surge una inquietud: ¿No provocaría este cambio en las proporciones de genes menor variabilidad? ¿Si el acervo génico es el mismo, cómo cambian las especies y cómo se adquieren nuevas características? Recuerda el caso, ¿qué tan importante es ser diferente? Si una población tiene individuos iguales, responderán de la misma forma ante cambios del ambiente. Si los cambios son radicales, la población podría desaparecer. Sin embargo, en las poblaciones con alta variabilidad, existe mayor probabilidad de que sobrevivan ante los cambios rápidos.

2.2.2 Concepto de poza génica* Todos los individuos de la misma especie que viven en una región determinada, forman parte de una población; todos los individuos de la población contienen el mismo número de cromosomas y el mismo tipo de genes. Los genes de los individuos contienen variaciones o alelos y el conjunto de alelos distintos de todos los tipos de genes que se localizan en el material genético de todos los individuos de la población, cons* También se conoce como acervo génico, o pool génico.

148

UNIDAD II •

Evolución

tituye una reserva genética o acervo de genes. Los alelos o variaciones de los genes de la población pueden aumentar, disminuir o mantener su frecuencia en función de cambios como: la deriva génica, la mutación o la recombinación cromosómica. Para que el acervo génico de la población se mantenga en equilibrio no debe haber cambios. Por ejemplo, cuando la población es muy numerosa los cambios no son significativos, pero si la población es pequeña cualquier variación se fijará rápidamente. Si llegan individuos de la misma especie que provengan de otra localidad, los alelos serán diferentes y estas variaciones cambiarán el acervo génico de la población. Por un lado, si existen alelos que proporcionen ventaja para la sobrevivencia, el porcentaje de estos alelos en la población irá cambiando paulatinamente. Por un lado, si ocurren cambios ambientales, la población estará sometida a la acción de la selección natural y, en consecuencia, variarán las proporciones de los alelos.

Figura 2.13 La selección natural elige los caracteres que tienen una ventaja para sobrevivir en el ambiente.

2.2.3 Fuentes de variabilidad en la población y factores causantes de cambio en las poblaciones Además de los cambios en las frecuencias génicas debidas al tamaño de la población, la migración y los alelos ventajosos que provocan diferencias en el acervo génico o poza génica de la población, existen otras fuentes de variabilidad que son la recombinación genética, el flujo génico, la deriva génica y las mutaciones.

2.2 La genética y la evolución •

149

La recombinación genética es el entrecruzamiento de los cromosomas para intercambiar alelos de los cromosomas homólogos generando infinidad de combinaciones de alelos en los cromosomas. En los organismos con reproducción asexual se presenta una fuente importante de variabilidad cuando intercambian plásmidos de una célula a otra o cuando un vi- Figura 2.14 Esta araña se confunde con la rus inserta su material genético flor del limonero. en una bacteria. El flujo génico es el paso de genes de una población a otra a través de la migración. El flujo génico depende del tamaño y distribución de la población, de la cantidad de individuos que emigran y de los inmigrantes, y del grado de aislamiento de la población. La deriva génica es un cambio al azar en las proporciones de los alelos de la población. Cuando una población es muy pequeña, los cambios azarosos de las proporciones tienden a disminuir la variabilidad genética; pero cuando la población es grande, los cambios azarosos incrementarán la variabilidad de los individuos. De este modo, la variabilidad es un elemento clave para que la selección natural dirija el cambio evolutivo. Las mutaciones son también fuente de variabilidad en las poblaciones. Las mutaciones son cambios en la información genética que muchas veces son letales. Las mutaciones son provocadas por la radiación, las sustancias químicas mutagénicas o de forma aleatoria. La variación que provocan las mutaciones y la variación causada por los procesos descritos es la piedra angular del cambio evolutivo y la causa principal de la diversidad biológica.

Notas

Práctica 2

•

Práctica 2 Elaboración de un modelo de deriva génica y acervo génico Nombre: Número de lista:

Grupo:

Escuela:

Para esta sesión deberás traer dos recipientes de plástico y una venda o tela para cubrir los ojos, además de 30 frijoles negros, 30 bayos y 30 blancos.

Objetivo En esta práctica simularás el proceso de deriva génica que ocurre en la población.

Introducción Los individuos de una población contienen alelos distintos de los genes característicos de la especie. En una población la proporción de los alelos puede variar al azar. En esta práctica vas a simular el proceso partiendo de una población que tiene una proporción idéntica de tres alelos. Elabora una hipótesis acerca de los cambios que esperarías si los alelos se eligieran al azar.

Material Dos recipientes de plástico Una venda o tela para cubrir los ojos 30 frijoles negros 30 frijoles bayos 30 frijoles blancos

Desarrollo 1. Reúnanse en equipos de tres estudiantes. 2. Coloquen todos los frijoles en uno de los recipientes de plástico y revuélvanlos bien. 3. Uno de ustedes se colocará la venda en los ojos.

151

152

UNIDAD II •

Evolución

4. El estudiante vendado tomará un par de frijoles del recipiente y los colocará en el otro recipiente. 5. Se repite el proceso hasta completar 15 pares de frijoles. 6. Cuenten la cantidad de frijoles de cada tipo y escríbanlo en el cuadro.

Resultados 1. Completen el cuadro anotando los resultados. 2. Calculen el porcentaje de los frijoles de cada color. 3. Elaboren un reporte señalando los cambios que obtuvieron.

Frijoles

Número de frijoles al inicio del proceso

Porcentaje

Negros

30

33 por ciento

Bayos

30

33 por ciento

Blancos

30

33 por ciento

Número de frijoles elegidos “al azar”

Porcentaje

Discusión Contrasten los resultados obtenidos con la hipótesis planteada y comenten la importancia de este proceso. Concluyan escribiendo un texto breve en el que se describa el proceso de la deriva génica.

2.3 Origen de las especies •

153

Evaluación formativa: 1. Investiga en las siguientes direcciones electrónicas: http://www.invsalud.udg.mx/insalud6/editorial6.html http://www.fmdiabetes.com/v2/paginas/index.php http://www.invdes.com.mx/anteriores/Junio2001/htm/diabem. html http://www.invdes.com.mx/anteriores/Marzo2001/htm/diabe. html a) ¿Cuál es la causa de la diabetes? b) ¿Cuál es la frecuencia de la diabetes en los mexicanos? 2. Investiga en Internet si existe algún factor genético en la herencia de los mayas y la diabetes en la siguiente dirección: http://www.imbiomed.com/1/1/articulos.php?method=show Detail&id_articulo=3104&id_seccion=348&id_ejemplar=355&id_ revista=23 Consulten además el siguiente documento de Rosado, G., Álvarez J. y González A., 2001., “Influencia de la herencia maya sobre el riesgo de diabetes mellitus tipo 2”. Rev. Endocrinol. Nutr 2001: 9(3): 122-125. 3. Investiga qué plantas medicinales se han utilizado para controlar la diabetes. 4. En un cartel reporta la información que obtuviste y pégalo en el salón de clase.

Ses

ión 9

2.3

Origen de las especies

2.3.1 Concepto de especie El concepto de especie ha cambiado a través de la historia de la humanidad. Cuando se pensaba que las especies no cambiaban y que habían sido creadas por un Ser superior, la noción de especie era un conjunto de individuos que son copias de un “tipo” perfecto. El tipo habría sido

154

UNIDAD II •

Evolución

el primer individuo de esa especie creado por un Dios. Este concepto de especie cambió radicalmente con la aceptación de la teoría de la evolución. Actualmente se considera que una especie es el conjunto de individuos que comparten el mismo ancestro común y pueden reproducirse generando descendientes fértiles. La teoría de la evolución postula que las especies cambian originando nuevas especies cuando se van diferenciando las poblaciones que las forman. Con el cambio, una especie puede originar dos o más especies que tienen el mismo origen o ancestro. A eso se le llama “ancestría común”. La teoría de la evolución define el cambio evolutivo como la “descendencia con modificación”. En la siguiente sección se explicará de qué forma se dividen las poblaciones.

Caso de estudio ¿Qué cubiertos elegirías para comer? Si fueras a un restaurante y pidieras una hamburguesa... ¿Qué cubiertos necesitarías? Si pidieras espagueti... ¿Con qué preferirías comerlo? ¿Qué instrumento usas para comer sushi? ¿Podrías comer a gusto un medallón de res sin cubiertos? Por un momento imagina que fueras un pez y que estuvieras nadando en el agua tratando de alcanzar tu alimento... ¿Cómo lo atraparías? ¿Has visto cómo una rana atrapa a una mosca? ¿Has visto como cazan las arañas? Muchas de las características de los organismos se fueron desarrollando por adaptación. Las variaciones del aparato bucal de los individuos pudieron ser la diferencia entre la sobrevivencia y la muerte frente a la competencia para atrapar el alimento. Los individuos con la variación ventajosa sobrevivieron y dejaron descendencia, heredando sus rasgos a los hijos. Tal vez así se desarrollaron los órganos adaptativos para la alimentación como los dientes en los vertebrados, las barbas en las ballenas, las trompas enrolladas en forma de popote de las mariposas o las lenguas pegajosas de muchos anfibios y reptiles.

2.3 Origen de las especies •

155

Adecuación y adaptación La acción de la descendencia con modificación y el mecanismo de la selección natural preservando las modificaciones más aptas en un ambiente determinado, produce una adaptación. Una adaptación es cualquier carácter ya sea un órgano, un rasgo morfológico, un proceso fisiológico o una conducta que se ha producido por la acción de la selección natural. Las adaptaciones ocurren durante el tiempo geológico y dependen de la selección de una variación que proporciona una ventaja en un ambiente determinado. Por otro lado, la adecuación es el resultado de la capacidad de un individuo para tolerar un rango de condiciones del medio ambiente en cualquier momento de su vida. La adecuación es en sí una adaptación, ya que esta capacidad proporciona una ventaja que fue seleccionada en el tiempo evolutivo, pero no es lo mismo adecuación que adaptación. En el lenguaje común suele decirse que un individuo se adaptó a las nuevas condiciones, cuando el término correcto es decir que se adecuó o aclimató. La adaptación se lleva a cabo a través de la selección natural durante un tiempo geológico, mientras que la adecuación es un proceso de equilibrio con el medio, que trae como resultado que el organismo pueda sobrevivir dentro de un rango de variaciones en las condiciones del ambiente. La adecuación puede compararse con la plasticidad fenotípica, que permite al individuo la expresión de sus genes dentro de un rango de condiciones. La evolución no es un proceso estático que concluya con la perfección en las adaptaciones de una especie al medio, puesto que éste va cambiando. Cuando una especie desarrolla una adaptación para la depredación, por ejemplo, las variaciones de los individuos de la población de presas son seleccionadas también. Un ejemplo excelente es el caso revisado en la unidad III sobre la acción de la salmonella que “engaña” al sistema inmunológico al variar el gen que produce el flagelo. En ocasiones, la dinámica de

156

UNIDAD II •

Evolución

la relación recíproca entre las especies puede favorecer a los individuos que tienen variaciones que ayudan a la otra especie, ejerciéndose una presión de selección mutua que trae como consecuencia el desarrollo de adaptaciones específicas de la relación recíproca, por ejemplo las formas y colores de las flores polinizadas por animales, a este fenómeno se le conoce como coevolución.

Práctica 3

•

Práctica 3 Dime qué comes y te diré cómo eres Nombre: Número de lista:

Grupo:

Escuela:

Para esta práctica cada equipo de cuatro integrantes deberá traer: un popote, una cuchara, un palillo, unas pinzas de pan, 50 gramos de chocolate en polvo, una bolsa pequeña de malvaviscos, 250 gramos de chochitos de dulce, un jugo del sabor que les guste y un cronómetro.

Introducción Estamos acostumbrados a ver que los seres vivos tienen estructuras adecuadas al ambiente en que viven. Así, las aves tienen alas para volar, los caballos tienen patas con las que corren velozmente y los tiburones cuentan con una mandíbula con dientes capaces de cercenar a la presa de inmediato. ¿Cómo pudieron desarrollarse estas estructuras a través de la evolución? En esta práctica probarán cuál es el “órgano más adecuado” de acuerdo con el tipo de alimentación, para obtener sus propias conclusiones.

Objetivo Relacionar los “instrumentos de alimentación” con el alimento, al encontrar las relaciones más adecuadas.

Material Un popote Una cuchara pequeña Un palillo Unas pinzas de pan 50 gramos de chocolate en polvo Una bolsa pequeña de malvaviscos 500 gramos de chochitos de dulce Un jugo del sabor que les guste Cuatro recipientes de plástico para colocar los alimentos Un cronómetro

157

158

UNIDAD II •

Evolución

Desarrollo 1. Reúnanse en equipos de cuatro estudiantes. 2. Coloquen una muestra del alimento que trajeron en cada uno de los recipientes. Asegúrense de que la muestra alcanzará para repetir el experimento cuatro veces. 3. Cada uno de ustedes tomará uno de los “instrumentos de alimentación”: el estudiante 1 el popote, el 2 la cuchara, el 3 el palillo y el 4 las pinzas de pan. 4. Cada uno tomará su turno y tratará de consumir el contenido de cada recipiente, usando su “instrumento de alimentación”. 5. Alguno de ustedes debe tomar el tiempo con el cronómetro. Es probable que alguno de los compañeros acabe muy rápido con el contenido del recipiente y que otro tarde más. Por tanto, decidan cuánto tiempo máximo darán: 5 o 10 segundos puede ser el adecuado. 6. Anoten en el cuadro el tiempo que tardó cada uno en consumir la muestra.

Resultados Instrumento

Chocolate en polvo

Malvaviscos

Chochitos de dulce

Jugo

Popote Cuchara Palillo Pinzas de pan ¿?

Contesten: 1. ¿Cuál fue “el par”: instrumento de alimentación/alimento que obtuvo menor tiempo? 2. Busquen una analogía de cada “instrumento de alimentación” con una adaptación del aparato bucal en animales.

Práctica 3

•

3. Tomen un malvavisco y córtenlo a la mitad. 4. Intenten consumir con este nuevo “instrumento de alimentación” el contenido de cada recipiente. 5. Anoten los resultados y comparen con los demás “instrumentos de alimentación”. 6. El parecido con la lengua de un camaleón o de una rana, ¿será tan sólo una coincidencia?

Discusión Analicen sus resultados señalando cuál instrumento fue mejor y describan en un texto sus impresiones acerca de las adaptaciones a la alimentación.

Conclusión Redacten un texto breve, mencionando la importancia de las adaptaciones, contestando la frase con la que se nombró la práctica.

159

160

UNIDAD II •

Evolución

2.3.2 Especiación alopátrica y simpátrica

Caso de estudio Alacrán azul El veneno del alacrán azul que habita la isla de Cuba es utilizado con éxito en el tratamiento contra el cáncer. En México y Centroamérica no existe esta especie de alacrán, pero sabemos que todos los alacranes tienen una relación de parentesco con un ancestro común, ¿crees que el veneno de una especie de alacrán distinta podría ser usado con los mismos fines?

Alacrán azul

Especiación y mecanismos de aislamiento Una especie es un conjunto de individuos que se reproducen entre sí creando una descendencia fértil. La especiación es la formación de nuevas especies. De acuerdo con la teoría de la selección natural, las especies se van formando cuando las poblaciones que las integran se diferencian y quedan aisladas. Cuando ocurre el aislamiento, cada población continúa sus cambios sin que exista flujo génico entre ellas. El resultado de este proceso es la formación de una divergencia o una separación que culmina en la formación de nuevas especies a partir de una ancestral. Las especies recién formadas se denominan “especies hermanas” porque comparten la misma especie ancestral. Las divergencias entre las especies pueden ser genéticas, es decir, a nivel de la secuencia del ADN que se refleja en cambios en las proteínas, por lo que son imperceptibles; también pueden ser morfológicas, reflejadas en el cambio de las estructuras del cuerpo, claramente visibles. La especiación puede ocurrir cuando la población queda separada geográficamente, a ésta se le llama especiación alopátrica. Sin embargo, también ocurre la fragmentación de la población cuando se encuentran

2.3 Origen de las especies •

161

distribuidas en la misma área, lo que se denomina especiación simpátrica. Los procesos que provocan esta separación son los mecanismos de aislamiento que son: 1. Aislamiento geográfico La población formada por los individuos de una especie habita en una zona que es fragmentada por un evento geográfico o geológico. La fragmentación puede ser provocada por el cambio en la elevación del subsuelo, la formación de un río o la apertura de una cuenca oceánica. Como resultado, los individuos de la población permanecen aislados a uno y otro lado de la barrera. Al cabo de muchas generaciones será diferente el acervo génico en cada población. Después de miles de años, los individuos de las dos poblaciones se han diferenciado, generando especies distintas originadas por un mismo ancestro. La figura 2.15 representa un ejemplo de aislamiento geográfico.

Aa

Aa AA Aa

aa

AA

AA

Aa

Aa

AA AA

aa Aa

Aa

Aa

Aa aa

Población originaria Frecuencia de A = p = ˝⁄ = 0.61 ˝ Frecuencia de a = q = ˝⁄ = 0.39 ˝ Figura 2.15 Aislamiento geográfico.

Población fundadora p = ˝⁄ = 0.33 ˝ p = ˝⁄ = 0.67 ˝

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UNIDAD II •

Evolución

Recuerda que durante la historia de la Tierra los continentes han cambiado su conformación. Imagina lo que ocurrió con los grupos de plantas y animales terrestres cuando el supercontinente Pangea se fragmentó aislando a las poblaciones de distintas especies. ¿Crees que este evento pudo formar nuevas especies? 2. Aislamiento reproductor En ocasiones las variaciones entre los individuos de una población impiden el éxito reproductivo. Los mecanismos de aislamiento reproductor pueden impedir el apareamiento (precigóticos), que el cigoto sobreviva (aislamiento cigótico) o evitar que el descendiente sea fértil (poscigóticos). a) Aislamiento precigótico: impide que los individuos logren aparearse. Esto puede ocurrir por razones mecánicas, porque a veces las diferencias en tamaño y forma entre los individuos impiden la cópula. b) Aislamiento cigótico: en ocasiones la cópula se logra pero el cigoto no se desarrolla o no sobrevive. c) Aislamiento poscigótico: en algunos casos se logra el acoplamiento y el desarrollo del embrión, pero el descendiente es estéril, como el caso de la mula. 3. Aislamiento ecológico Por ejemplo, en ocasiones, las variedades de una especie se van aislando llevando a cabo sus actividades en sitios diferentes de una misma región. 4. Aislamiento etológico Los cambios de conducta del cortejo son determinantes para que la hembra no acepte al macho. Durante el cortejo la hembra puede detectar si su pareja es la apropiada para tener a sus crías. De alguna manera la especie tiene mecanismos por los que las conductas inapropiadas son indicadores de baja adecuación en el organismo.

Examen • 163

Ses

ión 10

Examen

Unidad II Nombre: Número de lista:

Grupo:

Escuela:

Subraya la respuesta correcta: 1. La idea de que las especies cambian porque los individuos que existen en la Tierra son copias imperfectas de los tipos perfectos creados por un Dios, fue un pensamiento de: a) Los griegos antiguos b) Lamarck c) Cuvier d) Darwin e) Buffon 2. La idea de que las especies no cambian, sino que existieron varios eventos de creación después de que los seres que vivieron en el pasado fueron destruidos por catástrofes, era defendida por: a) Los griegos antiguos b) Lamarck c) Cuvier d) Darwin e) Buffon 3. Para Buffon, Lamarck, Saint Hilaire, Darwin, Leonardo da Vinci, Empédocles, Heródoto y Xenófanes los fósiles eran: a) Restos de organismos que vivieron en el pasado que prueban que los seres vivos cambian. b) Restos de organismos que vivieron en el pasado, pero que no están relacionados con los seres vivos actuales. c) Rocas desarrolladas en formas caprichosas que no tienen relación con los seres vivos porque no son iguales a los organismos actuales.

164

UNIDAD II •

Evolución

d) Pruebas de las creaciones de seres vivos que ocurrían después de las catástrofes que eliminaron toda la vida de la Tierra en épocas pasadas. 4. Para que se forme un fósil es necesario: a) Que las partes del cuerpo no se dispersen y que el sedimento las cubra rápidamente. b) Que el organismo tenga partes duras y que muera en tierra firme. c) Que el organismo no se descomponga fácilmente. d) Que el organismo se cubra del material magmático que forma las rocas ígneas. 5. La anemia falciforme representa un ejemplo de evolución porque: a) El eritrocito falciforme representa una ventaja al resistir la infección de la malaria. b) El eritrocito falciforme representa una forma evolucionada del eritrocito normal. c) En África existen más casos de anemia falciforme que en América. 6. La obra de Thomas Malthus, Ensayo sobre los principios de la población impactó a Darwin porque: a) Explica la forma en que se heredan los cambios evolutivos. b) Plantea la lucha de los individuos por los recursos. c) Presenta muchos ejemplos de cambio en las especies. 7. Un antecedente para el desarrollo de la teoría evolutiva de Darwin es la obra de Lamarck, porque: a) Habla de cambio en las especies provocado por el ambiente. b) Trata los mecanismos a través de los cuales se seleccionan las variaciones. c) Presenta ejemplos de competencia entre los individuos de la población. 8. Algunos rasgos de la teoría evolutiva de Lamarck son: a) La ley del uso y desuso de órganos y la herencia de caracteres adquiridos. b) La lucha por la existencia y la selección natural. c) La variación dentro de las especies y la acción del medio ambiente.

Examen • 165

9. Para Lamarck el ambiente tiene un efecto decisivo en la evolución, porque: a) Causa los cambios en los individuos. b) Selecciona las variaciones que son ventajosas. c) Provoca la reproducción diferencial de los individuos. 10. Para Darwin, el ambiente tiene un efecto importante en la evolución, porque: a) Determina los cambios en los individuos. b) Selecciona las variaciones que son ventajosas. c) Provoca los cambios en la población. 11. La selección natural es a las variaciones ventajosas como: a) La selección artificial es a la mejor variación. b) El ambiente es a las variaciones desventajosas. c) La selección artificial es a las variaciones desventajosas. d) Las mutaciones son a la evolución. 12. Los principios básicos de la selección natural propuesta por Darwin se resumen en: a) Variaciones ventajosas en los individuos y reproducción diferencial heredando la variación. b) Variaciones ventajosas provocadas por el ambiente y mejoramiento de la especie. c) Variaciones provocadas por el uso y desuso de órganos y herencia a los descendientes. 13. La teoría de la evolución es importante, porque: a) Establece la relación de parentesco entre todas las formas vivientes del planeta. b) Explica los mecanismos por los cuales mejoran las especies. c) Es una evidencia de los procesos de fosilización que ocurrieron en la Tierra. 14. La característica de la bacteria salmonella de cambiar su flagelo después de varias generaciones representa: a) Una ventaja para el individuo mientras trata de sobrevivir los ataques del sistema inmunológico. b) Una variación ventajosa ya que el flagelo permite a la salmonella moverse con mayor rapidez.

166

UNIDAD II •

Evolución

c) Una mutación provocada por el ambiente hostil dentro del organismo parasitado. 15. La acción del ambiente en la evolución se puede expresar así: a) El ambiente es la causa del cambio en las especies. b) El ambiente solamente selecciona las variaciones que resultan ventajosas. c) El ambiente sólo es una consecuencia del cambio de las especies. d) El ambiente provoca el cambio en las especies hacia la perfección. 16. Algunas pruebas de que las especies cambian son: a) La similitud de los órganos análogos y la estructura de los sedimentos. b) La presencia de fósiles, la similitud de posición y forma de los órganos homólogos. c) El ambiente, las variaciones y la evolución de los órganos análogos. d) Los eslabones perdidos y los fósiles intermedios entre una especie y otra. 17. Las variaciones se originan a través de: a) Cambios en el ambiente, en los individuos y la poza génica. b) La necesidad de los organismos hacia la perfección. c) Las mutaciones, la recombinación cromosómica durante la meiosis y la deriva génica. d) La poza o acervo génico, la separación cromosómica durante la mitosis y la división celular. 18. Las variaciones se heredan a los organismos cuando: a) El organismo se reproduce. b) El ambiente produce los cambios en los individuos. c) Responden a los cambios del ambiente. d) Adquieren característícas durante su vida y las heredan a los hijos.

Examen • 167

19. Algunos de los organismos que vivieron durante la era Mesozoica fueron: a) Las plantas con flores, los trilobites y el hombre. b) Los grandes reptiles, las aves primitivas y las gimnospermas como las cícadas. c) Los primeros anfibios, los primeros vertebrados y la fauna de Ediacara. d) Los insectos gigantes, los primeros helechos y las primeras plantas vasculares. 20. Algunos organismos o grupos que aparecieron durante la era Paleozoica son: a) Las aves, angiospermas y peces. b) Los grandes reptiles, las cícadas y los primeros mamíferos. c) Los peces, anfibios y helechos. d) Los mamíferos, aves y dinosaurios. II. Escribe el número que relacione el proceso de formación del fósil con el fósil mencionado. ( ) Se preservan los dientes, huesos y conchas. ( ) Se conservan los tejidos blandos en congelación. ( ) Una parte del organismo se cubre con el sedimento y se forma una roca. ( ) El organismo queda atrapado en la resina de un árbol y la resina forma un mineral. ( ) El agua y las sales minerales penetran en el organismo y reemplazan los tejidos. 1. Congelación. 2. Permineralización o petrificación. 3. Fosilización en ámbar. 4. Preservación duripártica. 5. Huella, molde o vaciado. III. Señala la era a la que pertenece cada uno de los siguientes fósiles: Trilobite Planta vascular primitiva

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UNIDAD II •

Evolución

Ceratópsido Humano Arqueopteryx IV. Observa las siguientes imágenes marcando los órganos homólogos y los análogos.

Ala de murciélago y ala de ave.

Ala de mariposa y ala de colibrí.

Aleta pectoral del delfín y brazo del humano.

Examen • 169

1. Contesta la pregunta sobre el caso del alacrán azul: ¿Qué razones evolutivas existen para creer que el veneno de otras especies de alacranes pudiera ser útil en el tratamiento del cáncer?

2. Considerando lo que aprendiste acerca de la evolución, elabora una hipótesis evolutiva para explicar cómo se formaron a partir del mismo ancestro, dos especies de ardillas: una arborícola y otra terrestre.

3. Define: acervo génico, deriva génica y mutación.

V. Revisa el examen diagnóstico y señala cuáles respuestas cambiarías ahora que ya aprendiste este tema y por qué: VI. Recuerda los siguientes casos y contesta. 1. En el caso de la reforestación con árboles de Ficus, ¿qué harías para mejorar la sobrevivencia de este árbol en las zonas heladas del país?

2. En el caso del agave, explica por qué se requiere la reproducción asexual para la sobrevivencia de esta planta.

3. En el caso de los tiburones, ¿son primitivos o avanzados? Contesta la pregunta sustentando tu respuesta con los argumentos que aprendiste en el tema de la evolución.

4. En el caso de la anemia falciforme. ¿Por qué es tan abundante en África, donde hay malaria y no es tan frecuente en América, en donde no hay malaria?

Notas

Unidad III

Examen diagnóstico •

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Examen diagnóstico Las plantas Nombre: Número de lista:

Grupo:

Escuela:

Ses

ión

El objetivo de este examen es recuperar las ideas que tienes sobre la nutrición y el transporte en las plantas, así como las estructuras que tienen y sus funciones. I. Subraya la respuesta que consideres correcta: 1. A través de la fotosíntesis, las plantas: a) Respiran. b) Se alimentan. c) Obtienen oxígeno. d) Producen dióxido de carbono. 2. Las plantas se alimentan cuando: a) Llevan a cabo la fotosíntesis. b) Absorben agua y sales minerales. c) Respiran y obtienen dióxido de carbono y producen oxígeno. d) Obtienen oxígeno y producen dióxido de carbono. 3. La fotosíntesis es el proceso mediante el cual: a) La energía química se transforma en energía luminosa y produce oxígeno. b) La energía luminosa se transforma en energía química para producir alimentos. c) La energía luminosa produce el oxígeno que se requiere para obtener glucosa. d) Las plantas respiran, obtienen dióxido de carbono y producen oxígeno.

174

UNIDAD III •

Estructura y función de las plantas

4. Las plantas se caracterizan por: a) Poseer células especializadas para la fotosíntesis. b) Producir células especializadas para respirar oxígeno. c) Tener raíces, tallos, hojas y flores. d) Producir semillas de las que se desarrolla un árbol. 5. Cuando se siembra en la tierra un pedazo o trozo de una planta, se lleva a cabo: a) La reproducción sexual. b) La reproducción asexual. c) La germinación. d) La reproducción sexual y asexual. 6. Las plantas se reproducen: a) Sólo sexualmente. b) Sólo de modo asexual. c) De forma sexual y asexual. d) Por germinación. 7. La reproducción sexual en las plantas se presenta en: a) La semilla. b) La hoja. c) El tallo. d) La flor. 8. El embrión de las plantas con flor se localiza en: a) La semilla. b) La hoja. c) El tallo. d) La flor. 9. Las plantas realizan las funciones de respiración y fotosíntesis: a) La fotosíntesis durante el día y respiración en la noche. b) Respiración durante el día y fotosíntesis en la noche. c) Durante el día y la noche llevan a cabo la fotosíntesis y respiración. d) La respiración se lleva a cabo tanto en el día como en la noche, pero la fotosíntesis sólo durante el día.

Examen diagnóstico •

175

10. En relación con la alimentación en las plantas: a) Se alimentan absorbiendo dióxido de carbono y oxígeno. b) Absorben los nutrientes que se encuentran en el suelo. c) Las plantas no se alimentan. d) Absorben la energía luminosa para elaborar sustancias a partir del dióxido de carbono. 11. Las plantas absorben agua y sales minerales a través de: a) Las flores. b) Las hojas. c) Las raíces. d) Los tallos. 12. Las plantas necesitan conducir el agua y las sales minerales en todas ellas, por lo que el órgano especializado para la conducción es: a) La flor. b) La raíz. c) El tallo. d) La hoja. II. En la siguiente lista de palabras marca las que sean plantas o formen parte de una planta: a) Corazón. b) Semilla. c) Piel. d) Raíz. e) Pino. f) Tallo. g) Pasto. h) Elote. i) Aguacate. j) Camote. k) Hoja. l) Suelo.

176

UNIDAD III •

Estructura y función de las plantas

III. Subraya la frase que se parezca a lo que piensas. a) La fotosíntesis se realiza durante el día y la respiración durante la noche. b) La fotosíntesis es un intercambio de gases. c) La fase oscura de la fotosíntesis se realiza en la noche, en el día se hace la fase luminosa. d) La clorofila produce el color verde a las plantas. e) Las hojas absorben los nutrientes que necesita la planta. f) Durante la fotosíntesis la planta utiliza la energía del sol para elaborar alimentos. g) El agua y los minerales que absorben las plantas del suelo proporcionan energía para sus funciones vitales. h) Las plantas no están vivas porque no se mueven. i) Las plantas respiran en la noche y producen oxígeno en el día. j) Todas las plantas crecen a partir de una semilla y forman árboles. k) Todas las plantas crecen en el suelo. l) Las plantas también absorben el agua a través de las hojas.

3.1 Nutrición y transporte en las plantas

• 177

Caso de estudio ¿Por qué son tan importantes las plantas? Las selvas tropicales son los ecosistemas que albergan la mayor diversidad del planeta. En las selvas de México los distintos grupos indígenas utilizan más de 400 especies como alimento, como materia prima para la elaboración de artesanías o utensilios y remedios populares. Algunas plantas que se han usado por siglos en la medicina tradicional, como la hierba del indio y la del cáncer, son investigadas por la industria farmacéutica con el fin de encontrar medicamentos eficaces contra los tumores cancerígenos. ¿Acaso el conocimiento de la estructura de las plantas puede ser una especie de seguro de vida para el ser humano? Hierba del indio.

3.1

Nutrición y transporte en las plantas Las plantas son organismos capaces de producir sus propios alimentos a través de un proceso llamado fotosíntesis. Durante la fotosíntesis, las plantas y otros organismos verdes capturan energía luminosa de la radiación solar y la transforman en energía química. La energía obtenida en esta transformación energética sirve para producir moléculas orgánicas, como la glucosa, a partir del dióxido de carbono del aire. Todos los organismos que utilizan la luz solar para elaborar sus alimentos a través de la fotosíntesis se llaman autótrofos y fotótrofos, pues producen sus propios alimentos (autótrofos) a través de la fotosíntesis (fotótrofos). Algunos de los organismos fotosintéticos son unicelulares, como las algas cianofitas y las algas protofitas. En los primeros la fotosíntesis se lleva a cabo en el citoplasma y en los segundos en organelos especializados como los cloroplastos. Otros organismos como los musgos son pluricelulares pero no forman tejidos ni órganos especializados para la nutrición. Los musgos tienen en sus células cloroplastos en donde se lleva a cabo la fotosíntesis. Las plantas superiores desarrollaron tejidos y órganos especializados para llevar a cabo sus funciones vitales como nutrición, respiración,

178

UNIDAD III •

Estructura y función de las plantas

transporte y reproducción. En las plantas, la hoja es el órgano especializado en la fotosíntesis. La disposición de este órgano en la planta, que se extiende desde el tallo hacia el espacio aéreo, permite la máxima exposición con la luz solar. Por otro lado, la forma plana de la hoja maximiza el área en la que se pueden encontrar las células fotosintéticas. En las plantas terrestres se desarrollaron estructuras especializadas para el transporte del agua a todo el organismo. La forma tubular del tallo, y los pequeños conductos o vasos que contiene, permiten la circulación del agua y los diferentes nutrientes desde el suelo hacia toda la planta. Entre estos organismos se encuentran las gimnospermass que son plantas que producen conos y las angiospermas, que son las plantas que producen flores. Las plantas con flor se dividen en monocotiledóneas y dicotiledóneas. Entre ambos grupos existen diferencias muy notorias en los tallos, hojas y raíces. En el siguiente cuadro encontrarás algunas diferencias entre ambos grupos:

Grupo

Semilla

Hojas

Tallo

Ejemplos

Monocotiledóneas

Con un solo cotiledón.

Hojas envolventes, sin peciolo y con nervadura paralela.

Tallos herbáceos la mayor parte, las palmas forman árbol pero el engrosamiento del tallo es anormal.

Maíz

Dicotiledóneas

Formada por dos cotiledones.

Hojas con nervadura ramificada.

Tallos herbáceos, semileñosos y leñosos.

Frijol

En esta unidad conocerás las estructuras que contienen las plantas y las relacionarás con las funciones que llevan a cabo. Principalmente se han analizado las angiospermas, pero existen otros tipos de plantas como es el caso de las briofites.

3.1 Nutrición y transporte en las plantas

• 179

Actividad 21 Las funciones vitales en las plantas En esta actividad relacionarás los órganos de las plantas y sus funciones. 1. Observa el siguiente esquema.

2. Relaciona los órganos de la planta e identifica la función que desarrollan y anota sus nombres en el esquema y en el cuadro, como en el ejemplo. Órgano vegetal Raíz

Esquema

Función que desarrolla Absorbe sustancias que requiere la planta, como agua y sales minerales. Sostiene a la planta y distribuye el agua, sales minerales y sustancias orgánicas al resto de la planta. Absorbe luz solar y produce sustancias orgánicas. Permite el paso del dióxido de carbono a la planta. Especializado en la reproducción sexual.

180

UNIDAD III •

Estructura y función de las plantas

En las selvas tropicales la vegetación es exuberante. El espacio aéreo se cubre casi en su totalidad por hojas grandes que compiten por espacio para captar la luz solar que se pierde entre tanta vegetación. La gran diversidad de plantas que hay en la selva favorece la presencia de herbívoros que se alimentan de las hojas de las plantas. Muchas de las plantas almacenan toxinas en las hojas como un mecanismo de defensa y las toxinas se usan como remedios medicinales. Las hojas del cedro rojo se hierven para tratar la diarrea, el dolor de estómago y los parásitos intestinales, mientras que las hojas del zapote se usan para bajar la presión y contra el piquete de alacrán.

Ses

ión

3.1.1 Estructuras vegetales

Hoja La hoja es un órgano plano y ancho que se extiende para recibir los rayos solares. La estructura ancha de la hoja permite maximizar el área capaz de captar la radiación, mientras que la forma plana permite que la luz penetre a todas las células, en cuyo interior se encuentran los cloroplastos que hacen posible el proceso de la fotosíntesis. Las hojas tienen como principal función la fotosíntesis, pero también son el sitio de entrada y salida del oxígeno, del dióxido de carbono y del agua hacia el aire. En muchas plantas los tallos verdes también realizan la fotosíntesis.

Estructura de la hoja La hoja está formada por: • El peciolo, que es un filamento delgado que parte del tallo y da lugar al limbo. El peciolo contiene los tubos o vasos que continúan del tallo de la planta y que surten de agua y sales minerales a la hoja que han sido absorbidos desde la raíz, y los que conducen productos de la fotosíntesis. • El limbo, que es la parte ancha y plana de la hoja. La parte superior del limbo se llama haz z y contiene pequeñas ramificaciones de los conductos vasculares que provienen del peciolo. Estos haces vasculares se ramifican formando la nervadura que se distingue

3.1 Nutrición y transporte en las plantas

• 181

como líneas en la hoja. En algunas plantas como el maíz y el pasto común, las hojas tienen una nervadura paralela, pues los conductos corren desde el peciolo hasta el extremo del limbo, mientras que otras tienen la nervadura ramificada. El limbo de la hoja puede variar de forma y bordes. Así, algunas hojas son ovaladas, redondas o lanceoladas. Otras tienen el limbo diviFigura 3.1 Hojas con el limbo dividido. dido (ver figura 3.1), o lo tienen en forma de corazón, de lanza o formando dos o más lóbulos. El borde del limbo también es muy variable, pues se encuentran bordes aserrados, lisos, lobulados o partidos. En la parte inferior del limbo llamada envés, se encuentran los estomas, los cuales están formados por un par de células oclusivas que permiten la entrada y salida de gases de la hoja.

Tipos de hojas De acuerdo con la disposición en el tallo, las hojas pueden clasificarse en: • Aisladas, cuando están distribuidas Figura 3.2 Nervadura ramificada en el tallo una en cada nudo de cre- en una hoja peciolada. cimiento. • Verticiladas, cuando se encuentran en un mismo punto del tallo, distribuidas en foro ma circular. • Pecioladas, cuando tienen un filamento o peciolo que parte del tallo. • Opuestas, cuando dos hojas surgen del mismo punto del Yema axilar tallo en direcciones opuestas. • Alternas, cuando las hojas surP gen del tallo en niveles difeFigura 3.3 Esquema de una hoja y sus partes. rentes, variando la dirección.

182

UNIDAD III •

Estructura y función de las plantas

La planta del tabaco presenta hojas grandes que crecen a una pequeña distancia del suelo. La planta requiere gran cantidad de luz solar para su crecimiento, por lo que se talan los árboles para conseguir el mejor desarrollo de esta planta. Así, se ha sacrificado la selva para obtener mayores cantidades de esta planta que se utiliza en la elaboración de los cigarrillos.

Las hojas pueden clasificarse de acuerdo con la forma del limbo en: • Ovaladas, en forma ovoide. • Acorazonadas, en forma de corazón. • Lanceoladas, en forma de lanza. • Sagitadas, en forma de saeta. • Palmeadas, cuando se divide el limbo. • Aciculares, en forma de aguja muy delgadas. De acuerdo con la nervadura del limbo las hojas pueden ser: • Paralelinervas, cuando la nervadura es paralela partiendo desde el peciolo hacia el extremo del limbo. • Perinerva, cuando la nervadura se ramifica a partir de un nervio central. • Radial, cuando la nervadura se va ramificando a partir de nervaduras principales hacia nervaduras secundarias en forma de red.

Algunas larvas de mariposas comen hojas de la hierba del indio, o Aristolochia y almacenan las toxinas en la etapa adulta como mecanismo de defensa contra los depredadores. Figura 3.4 Variedad en las hojas.

3.1 Nutrición y transporte en las plantas

• 183

Fotosíntesis Durante la fotosíntesis el pigmento verde de las plantas, llamado clorofila, absorbe la energía luminosa para producir energía química que se usa en la elaboración de glucosa y otros carbohidratos, ver la figura 3.5. La fotosíntesis se lleva a cabo en dos fases: • La fase luminosa, en la que ocurren reacciones que se desencadenan con la acción de la luz solar. • La fase oscura, que no requiere de la luz solar para llevarse a cabo. Toda la vida en el planeta depende directa o indirectamente de la fotosíntesis, pues en este proceso se produce el intercambio de energía a materia; es decir, la energía luminosa se convierte en materia, formando compuestos en los que se almacena la energía. La fotosíntesis se lleva a cabo en algunas bacterias y algas además de las plantas. Para que tenga lugar este proceso se requiere de una sustancia capaz de absorber la luz: la clorofila. Esta sustancia es un pigmento verde que es muy abundante en las células de las hojas. Los cloroplastos y su contenido de clorofila, le imparten a la hoja y a los tallos verdes su tono característico. Al observar al microscopio la hoja de una planta, se pueden ver los cloroplastos.

Figura 3.5 Fotosíntesis.

Notas

Práctica 4

•

185

Práctica 4 Estructura de la hoja Nombre: Número de lista:

Grupo:

Escuela:

Para esta práctica necesitarás una hoja de lechuga, una rama de pino y una hoja de Elodea.

Introducción Durante la evolución, las plantas desarrollaron órganos especializados para las diferentes funciones vitales. La hoja es uno de los órganos más importantes y más diversificados en las plantas. En esta actividad advertirás la estructura de una hoja y parte de la variación que se presenta en la naturaleza, al comparar una hoja de lechuga, una de pino y una de Elodea.

Objetivo Observar la estructura de varias hojas, para identificar los cloroplastos y estomas.

Material Microscopio Dos portaobjetos y cubreobjetos Una hoja de lechuga orejona Una hoja de Elodea Una rama de pino

186

UNIDAD III •

Estructura y función de las plantas

Desarrollo 1. Toma la hoja de lechuga y pártela por la parte media (o costilla), de forma que obtengas una capa delgada de su epidermis. 2. Coloca la muestra sobre el portaobjeto y observa al microscopio para identificar los estomas y cloroplastos. 3. Sobre un portaobjetos coloca una hoja de Elodea. 4. Observa al microscopio las células e identifica la pared celular, el citoplasma y los cloroplastos. 5. Toma la rama de pino e identifica las hojas.

Resultados 1. Dibuja los estomas que observaste en la lechuga. 2. Dibuja los cloroplastos que observaste en la Elodea. 3. Dibuja las hojas de pino. 4. Completa el siguiente cuadro y compara la estructura de las hojas que observaste: Hoja

Forma y tamaño

Capas de células

Lechuga Elodea Pino

Conclusiones Elabora un texto breve y compara las similitudes y diferencias entre las hojas que observaste.

Caso de estudio •

187

Uso de plantas medicinales. La Aristolochia o hierba del indio se usa contra el reumatismo, diabetes, diarrea y tumores. La hierba del cáncer, Cuphea aequipetala, originaria de México y muy conocida en Chiapas, se usa para curar úlceras en la boca, golpes, afecciones de la piel, lavados vaginales, diarrea, problemas del hígado y contra tumores cancerosos.

Evaluación formativa: 1. Acude a un parque cercano y consigue 20 hojas distintas entre las que están en el suelo. 2. Reúnete con otros tres compañeros y clasifiquen sus hojas de acuerdo con la forma del limbo, si tienen o no peciolo, el borde de la hoja y su nervadura. 3. Peguen en una cartulina las hojas en la forma que las clasificaron. 4. Coloquen la cartulina en una de las paredes del salón.

Caso de estudio Reproducción del agave ¿Recuerdas el caso de la reproducción del agave? El cultivo del agave se ha extendido a través de la reproducción vegetativa, cuando se siembra una parte de la planta adulta. El tallo o los estolones son capaces de desarrollar una planta completa. En esta sesión conocerás cómo son los tallos, qué tipos de tallos han desarrollado las plantas y algunas de las funciones que cumple el tallo en la planta.

Planta de agave.

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UNIDAD III •

Estructura y función de las plantas

Ses

ión

Tallo Las primeras plantas terrestres enfrentaron el problema de suministrar agua a todo el cuerpo y en consecuencia desarrollaron un órgano capaz de sostener las diferentes estructuras del organismo y proporcionar el agua y las sales minerales necesarios. Así, el tallo desarrolló el sistema vascular a base de tubos compuestos por células que conducen tanto el agua como las sales minerales. Estos tubos dieron lugar al xilema, que distribuye el agua y las sales minerales, además del floema, que distribuye los carbohidratos y otras sustancias producidas en la fotosíntesis. Algunos tallos son verdes pues llevan a cabo la fotosíntesis, pero otros contienen lignina, la cual es un compuesto orgánico que forma la madera. Los tallos que producen lignina forman los troncos de los árboles, a partir de los cuales crecen las ramas que sostienen las hojas. En las plantas superiores encontramos tallos, pero no existen en los organismos como los musgos.

Tipos de tallos Tallos herbáceos: son tallos verdes que no producen madera, presentan solamente crecimiento primario, es decir, crecen a lo largo, ver la figura 3.6. Tallos semileñosos: son tallos que desarrollan un crecimiento a lo largo y ancho. Sin embargo, el crecimiento del tallo a lo ancho, o crecimiento secundario, está limitado por lo que no forman árboles, sino son arbustos, ver la figura 3.6. Tallos leñosos: son los tallos que crecen a lo largo y ancho. El crecimiento secundario del tallo desarrolla círculos de lignina o madera que forman los troncos de los árboles. Los círculos de crecimiento permiten estimar la edad de la planta. Además de los tallos verdes o herbáceos, los tallos semileñosos y los leñosos, existe una diversidad de tallos en las plantas. Algunos tallos crecen paralelos al suelo, formando estoloness de los cuales parten los rizomas. Otros

Figura 3.6 Tallos herbáceo y leñoso.

3.1 Nutrición y transporte en las plantas

• 189

tallos almacenan alimento como el almidón, formando los tubérculos. Otros tallos forman bulbos, como en la cebolla, que son regiones del tallo que almacenan nutrientes y se encuentran bajo tierra. Las células de las plantas tienen la capacidad de desarrollar cualquier tipo de tejido. Esta característica ha permitido la propagación vegetativa de plantas desde la antigüedad. Los estolones o tallos horizontales se emplean mucho para la propagación de las plantas.

El ahuehuete El ahuehuete es un árbol muy resistente a las plagas, como la del gusano barrenador que afecta los pinos y el cedro. El ahuehuete o viejo de río, es un árbol que requiere mucha agua para crecer, por lo que crece en las riberas de ríos y lagos. El ahuehuete ha sido utilizado en la elaboración de postes y muebles por las cualidades de su madera que es suave, ligera y fácil de pulir. También se han aplicado las propiedades medicinales de su corteza que se usa como diurético, contra el dolor de dientes, reumatismo, enfermedades de la piel y úlceras. Al ahuehuete se le ha nombrado “árbol nacional” por encontrarse casi en cualquier rincón del país. Uno de los ahuehuetes más famosos es el árbol de la Noche Triste, en donde, según la leyenda, en 1520, Cortés lloró por la derrota de sus tropas ante los mexicas.

Figura 3.77 Ahuehuete o mejor conocido como el árbol de la Noche Triste.

Notas

Práctica 5

•

191

Práctica 5 Estructura y función del tallo Nombre: Número de lista:

Grupo:

Escuela:

Para esta actividad tendrás que traer: un clavel, una rama de pino, un helecho, un musgo y una rama de piracanto o algún otro arbusto con tallo lignificado.

Objetivo Comparar la estructura de diferentes tallos y contrastar la estructura del tallo con el cuerpo o talo de vegetales inferiores que no tienen tallo.

Material Microscopio Porta y cubreobjetos Bisturí Un clavel Una rama de pino Un helecho Un musgo Una rama de piracanto

Desarrollo 1. Corta una rodaja fina del tallo del clavel y obsérvala al microscopio. 2. Identifica en los círculos observados el tejido vascular del tallo. 3. Corta la fronda del helecho y la ramita del musgo.

192

UNIDAD III •

Estructura y función de las plantas

4. Observa al microscopio y haz un dibujo de cada uno de los cortes. 5. Corta con cuidado una rodaja del tallo del piracanto y obsérvala al microscopio. 6. Corta una rodaja de la rama del pino y obsérvala al microscopio. 7. Completa el siguiente cuadro y señala en el esquema el floema y el xilema de las plantas que contienen tejido vascular.

Planta

Esquema

Presencia de tejido vascular

Coloración del tallo

Musgo

Helecho

Clavel

Piracanto

Pino

Conclusión Compara las estructuras presentes en cada uno de los vegetales que observaste y contrasta las similitudes y diferencias, particularmente la presencia del tejido vascular.

3.1 Nutrición y transporte en las plantas

• 193

Evaluación formativa 1. Investiga en Internet el uso medicinal que se da a los siguientes árboles y completa el siguiente cuadro. Planta

Características

Parte usada

Propiedades

Preparación Se cuece la corteza y se consume en ayunas.

Cuachalalate

Árbol de 4 a 6 m de altura. La corteza contiene triterpenos.

Corteza.

Astringente se usa para sanar heridas en las encías, contra infecciones estomacales y problemas renales. Se usa contra el cáncer, tifoidea, tifo y la malaria. Disminuye el colesterol en la sangre.

Encino

Árboles o arbustos, la corteza contiene taninos.

Corteza.

Astringente

Gobernadora

194

UNIDAD III •

Planta Hierba del cáncer

Huizache

Pino

Pochote

Estructura y función de las plantas

Características

Parte usada

Propiedades

Preparación

3.1 Nutrición y transporte en las plantas

Planta

Características

Parte usada

Propiedades

• 195

Preparación

Ahuehuete o sabino

Tepozán

2. Con la ayuda de los compañeros completen la información que no consiguieron.

196

UNIDAD III •

Estructura y función de las plantas

Recuerda el caso del Ficus, árbol apreciado porque crece rápidamente y produce muchas hojas, pero no es resistente a las heladas, y su raíz es susceptible a la enfermedad llamada “muerte súbita” provocada por el hongo Phymatotrichum omnivorum. Una vez que se inicia el ataque del hongo, las hojas se decoloran tornándose amarillentas y días después muere la planta. Las raíces de las monocotiledóneas pueden ser afectadas por este hongo, pero estas plantas son muy resistentes, por lo que no mueren.

Ses

ión

Raíz La raíz es un órgano en forma de cilindro que fija a la planta al suelo y contiene un conjunto de vasos conductores que permiten el flujo del agua y las sales minerales hacia el tallo. La raíz crece hacia dentro de la tierra, por lo que se dice que tiene geotropismo positivo. Las células de la raíz no tienen cloroplastos y son muy absorbentes.

Estructura de la raíz La raíz presenta en su extremo superior un cuello, que es la parte donde se une al tallo. En la base del cuello se ramifican las raíces secundarias a partir de la raíz principal. En la parte inferior de la raíz algunas células de la epidermis se alargan formando pelos absorbentes, llamados pelos radicales, las cuales absorben el agua y las sales minerales del suelo. En el extremo o ápice de la raíz se encuentra la cofia y un meristemo o zona de crecimiento, ver la figura 3.8.

Periciclo

Pelos radicales

Xilema Floema Endodermis

Epidermis

Cortex Cofia

Figura 3.8 Vista transversal de una raíz.

3.1 Nutrición y transporte en las plantas

• 197

La raíz contiene un cilindro central delimitado por las células de la endodermis que contienen suberina. Al centro del cilindro que rodea la endodermis se encuentran los vasos de conducción, el xilema que conduce el agua y las sales minerales y el floema que conduce los nutrientes, ver la figura 3.9.

¿Cómo funciona la raíz? La parte central de una raíz contiene un cilindro de células endodérmicas que están selladas por un compuesto impermeable llamado suberina. Cuando el agua penetra a la raíz es forzada a desplazarse hacia el centro del cilindro, y penetra en las células o vasos conductores, mientras las células bombean las sales minerales al interior de la endodermis.

Cortex Espacios intercelulares Endodermis Xilema Floema

Figura 3.9 Corte de una raíz.

La raíz molida del cedro rojo se utiliza para tratar los problemas dentales.

198

UNIDAD III •

Estructura y función de las plantas

Tipos de raíz De acuerdo con su forma, existen dos tipos de raíces: • La raíz típica, compuesta por un eje principal o raíz primaria de la que parten raíces secundarias y los pelos absorbentes. Un ejemplo de este tipo de raíz es la zanahoria. • La raíz fibrosa, que no posee un eje principal, más bien está formada por muchas raíces de igual tamaño que parten del cuello de la raíz, en el punto donde se une al tallo. De acuerdo con el ambiente en que se desarrollan, las raíces pueden encontrarse bajo tierra, en el agua o en el aire. • Las raíces hipógeas crecen bajo tierra. • Las raíces aéreas o adventicias, crecen por encima de la tierra, a veces sobre otro árbol, como las raíces de las orquídeas, ver la figura 3.10. • Las raíces acuáticas, que crecen fuera del suelo, como las raíces del mangle, mismas que se muestran en la figura 3.10.

Figura 3.10 Raíces aéreas y acuáticas.

Práctica 6

•

199

Práctica 6 Estructura y función de la raíz Nombre: Número de lista:

Grupo:

Escuela:

Para esta sesión deberás traer: una flor blanca, una zanahoria, un pelador y una ramita de hierbabuena con todo y raíz.

Objetivo Conocer la estructura y función de la raíz.

Material Una planta con flor blanca con todo y raíz Una zanahoria Una ramita de hierbabuena Microscopio Porta y cubreobjetos Bisturí Pelador de papas Vaso de precipitados Azul de metileno o cualquier otro colorante como la anilina

Desarrollo 1. Coloca 50 ml de agua en el vaso de precipitados y agrega cinco gotas de azul de metileno. 2. Coloca la flor blanca con todo y raíz dentro del vaso; déjalo dos días. 3. Dibuja la raíz de la hierbabuena y la zanahoria.

200

UNIDAD III •

Estructura y función de las plantas

4. Cuenta los filamentos de cada raíz (hierbabuena y zanahoria) anota en el cuadro. 5. Mide el grosor de la zanahoria y compáralo con los filamentos de la raíz de la hierbabuena. 6. Con el pelador corta una rebanada transversal delgada de zanahoria y obsérvala al microscopio.

Resultados 1. Completa el cuadro Raíz

Esquema

Grosor de las raíces

Número de raíces

Hierbabuena

2. Describe la apariencia de la flor blanca, antes de colocarla en la disolución de azul de metileno, después de dos días. 3. Investiga acerca de la variedad de tubérculos y raíces que almacenan alimento: la yuca, el camote, la zanahoria.

Conclusión Redacta un texto en el que describas: a) los diferentes tipos de raíces y b) la importancia de la raíz en la absorción del agua y las sales minerales hacia toda la planta.

3.2 Reproducción en plantas angiospermas •

201

Caso de estudio Reproducción vegetativa ¿Recuerdas el caso de la reproducción vegetativa? Los expertos en reforestación eligen los árboles más vigorosos de una población para reproducirlos de manera que los descendientes tengan la mayor probabilidad de sobrevivencia. En contraste, la reproducción vegetativa provoca una disminución en la variabilidad genética, lo que puede ser fatal cuando ocurren cambios ambientales que dañan a los organismos. Esto sucedió con los árboles de Ficus y con el agave. No obstante, la posibilidad de reproducirse sexual y asexualmente representa una ventaja para las plantas. En esta unidad conocerás la forma en que se reproducen las plantas superiores, particularmente las angiospermas o plantas con flor. La flor es el órgano sexual de las angiospermas y la reproducción sexual es lo que asegura a la población su variabilidad genética, lo que es una ventaja para la sobrevivencia de la especie.

Ses

ión

3.2

Reproducción en plantas angiospermas

3.2.1 Estructura y función de la flor Al mismo tiempo que desaparecían los dinosaurios y muchos otros grupos de reptiles, a finales de la era Mesozoica, en el periodo Cretácico, aparecieron y se diversificaron las plantas con flor. Actualmente este grupo de plantas representan 90 por ciento de las especies terrestres. Se cree que el cambio en las condiciones ambientales y la coevolución de estas plantas con algunos animales provocaron la rápida aparición de nuevas especies de angiospermas. La flor está formada por estructuras que eran hojas y se modificaron resguardando los órganos reproductores. En esta sesión conocerás el órgano reproductor de las angiospermas: la flor.

202

UNIDAD III •

Estructura y función de las plantas

Estructura de la flor La flor está formada por cuatro conjuntos de estructuras llamadas verticilos. • El verticilo más externo se llama cáliz z y está formado por los sépalos, hojas modificadas que envuelven al resto de los verticilos. • El siguiente verticilo se llama corola y está formado por los pétalos, que son hojas modificadas que carecen de tejido fotosintético. En general los pétalos poseen diferentes coloraciones que van desde los amarillos, anaranjados, rojos y lilas. • El tercer verticilo floral está formado por los estambres, que son los órganos sexuales masculinos de la flor. El conjunto de estambres se denomina androceo. Cada estambre está formado por un filamento que es una estructura alargada y una antera en el ápice, que contiene los granos de polen, los cuales tienen células sexuales masculinas llamadas anterozoides. • El cuarto y último verticilo floral se encuentra en el centro de la flor y es el órgano sexual femenino que se llama pistilo que está formada por carpelos. El conjunto de carpelos se llama gineceo. El pistilo tiene forma de botella con la base ensanchada. En esta parte se localiza el ovario de la flor, el cual es el órgano sexual femenino de la flor y produce los óvulos en una serie de cámaras que dividen el ovario. El ovario continúa en una estructura tubular llamada estilo que se extiende hacia la parte superior terminando en una abertura pequeña llamada Figura 3.11 Diversidad en las estigma. flores.

3.2 Reproducción en plantas angiospermas •

203

Variedades del plan general de la flor En algunas flores los sépalos y pétalos están fusionados en tépaloss que forman un perigonio. Algunas flores contienen solamente el androceo o sólo el gineceo, es decir, son dioicas. Las flores pueden encontrarse solitarias o por grupos llamados inflorescencias. Las flores de las plantas de la familia de las compuestas contienen grupos de flores rodeadas por un disco de pétalos. Así, las margaritas, los cardos y otras flores compuestas son en realidad grupos de inflorescencias y no una sola flor. Algunas flores pueden tener los sépalos unidos (gamosépalas) o separados (dialisépalas), los pétalos también pueden estar unidos (gamopétalas, ver figura 3.12) o separados (dialipétalas). Por otro lado, algunas flores muestran una simetría en su estructura, mientras otras, como las orquídeas, son asimétricas.

La polinización La polinización es el transporte del polen desde la antera de la flor hasta el pistilo de otra flor o de la misma. Una vez que el polen llega al pistilo, penetra por éste hasta el ovario, en donde los anterozoides fecundan a los óvulos que se encuentran ahí. La polinización puede darse en la misma planta o en plantas distintas (fecundación cruzada). El polen puede ser transportado por el viento (polinización anemófila), por animales (polinización zoófila, ver la figura 3.14) o por el agua (polinización hidrófila).

Figura 3.12 Flor gamopétala.

Figura 3.13 El alcatraz tiene tépalos, que son los sépalos y pétalos unidos.

Figura 3.14 Polinización zoófila.

204

UNIDAD III •

Estructura y función de las plantas

Importancia ecológica y evolutiva de la flor

Figura 3.15 Los insectos intervienen en la polinización.

Desde que las angiospermas aparecieron a principios del Cretácico, se diversificaron rápidamente, según muestra la gran cantidad de fósiles que se han encontrado de ese tiempo hasta el reciente. Aparentemente el problema de la reproducción se resolvió con la atracción por parte de la flor hacia animales como los insectos, las aves y los mamíferos. La flor, por un lado proporciona muestras de alimento a los animales que buscan otras flores similares para saciar su apetito. En el paso de una flor a otra, el cuerpo del insecto, el ave o el mamífero se llena de polen que transporta de una a otra flor. En este proceso, importante para los animales por representar un mecanismo para la obtención del alimento, la planta resolvió el problema de la reproducción: el encuentro de los gametos logró la máxima eficiencia, ver la figura 3.15. ¿Recuerdas el caso del agave? Los murciélagos nectívoros polinizan la planta, permiten la reproducción sexual de la planta y mantienen la variabilidad genética en la población. La interacción aparentemente coordinada entre algunas especies de animales y las angiospermas, se conoce como coevolución, ver figura 3.16. Darwin, al citar a su abuelo Erasmus Darwin, ya había señalado la relación existente entre la asimetría de las orquídeas, que permitían que los abejorros pudieran acomodarse para libar el néctar. Para explicar esta coevolución, algunos científicos plantean que las plantas respondieron ante el ataque de los insectos fitófagos al desarrollar sustancias tóxicas. Al parecer, estos mecanismos de defensa no fueron suficientes, por lo que las plantas desarrollaron como estrategias de protección del polen y las semillas las hojas modificadas, es decir, se produjo la flor.

Figura 3.16 La coevolución desarrolló complejas relaciones entre la flor y diferentes animales.

Las sustancias tóxicas producidas por las plantas han sido aprovechadas por la medicina tradicional para combatir algunas enfermedades.

Práctica 7

•

205

Práctica 7 Estructura y diversidad de la flor Nombre: Número de lista:

Grupo:

Escuela:

Para esta práctica necesitarás cinco variedades distintas de flores, reúnanse en equipos de tres estudiantes, de modo que cada equipo cuente con 15 variedades de flores.

Objetivo Conocer parte de la diversidad de flores.

Material Cinco flores distintas Bisturí Pinzas planas Aguja de disección Porta y cubreobjetos Microscopio

Desarrollo 1. Observen cada una de las flores e identifiquen las estructuras florales. 2. Dibujen cada una de las estructuras florales y coloquen su nombre. 3. Señalen las diferencias entre los verticilos de cada una de las flores. 4. Comparen las diferentes estructuras que observaron en cada flor con lo que encontraron los otros equipos.

Resultados Dibuja las flores y señala las diferencias entre ellas.

Conclusiones Redacten un texto donde describan la diversidad de flores.

Notas

3.2 Reproducción en plantas angiospermas •

207

Caso de estudio Deforestación en las selvas tropicales La tasa de deforestación en las selvas tropicales ha provocado la pérdida de enormes extensiones de la selva original. Tan sólo en el área de los Tuxtlas en Veracruz, se ha perdido más de 90% de la selva a causa de la ganadería y la siembra del tabaco. El doctor Rodrigo Medellín, investigador del Instituto de Ecología de la UNAM, indica que las poblaciones de murciélagos frugívoros contribuyen a la regeneración de la selva. Selva de los Tuxtlas.

Evaluación formativa: 1. Investiga qué clase de fruto consumen cinco animales frugívoros y cinco animales nectívoros. 2. Durante la siguiente sesión vas a ir comparando la estructura del fruto que consume cada uno de los animales investigados. Asimismo, compararás las modificaciones alimenticias de los animales nectívoros. 3. Relaciona la estructura del aparato bucal de los animales que investigaste con la estructura del fruto o la flor que consumen.

3.2.2

El fruto como estrategia adaptativa de dispersión

Después de que se lleva a cabo la fecundación, las paredes del ovario de la flor se engrosan para dar lugar al fruto que servirá para dispersar el embrión. El embrión forma parte de la semilla, que está protegida por el fruto. A medida que los óvulos van formando las semillas, el ovario crece y los verticilos externos se marchitan y caen. El fruto está formado por una cubierta que corresponde a la pared del ovario o pericarpio y esta estructura puede ser seca o carnosa. La

208

UNIDAD III •

Estructura y función de las plantas

estructura del fruto determina la forma en que serán dispersadas las semillas. De este modo, las semillas de los frutos secos, como el diente de león, son dispersados por el viento, mientras que en los frutos carnosos, como la manzana, las semillas son dispersadas por los animales. Algunos frutos secos poseen estructuras capaces de lanzar las semillas a grandes distancias, otros frutos son dispersados por el agua. A través de la evolución del fruto, las angiospermas desarrollaron la capacidad de dispersión. La figura 3.17 muestra una amplia diversidad de frutos. ( )

g

Silícua (b)

g (Diente de león) (c)

Lomento (Rabanillo) Drupas

Epicarpo

(Melocotón)

Pumo (Manzana)

Figura 3.17 Diversidad de frutos.

(Tomate)

Cinorrodón (Rosal)

(Limón)

(Mora)

Balausta (Granada)

Sicono (Higo)

3.2 Reproducción en plantas angiospermas •

209

Evaluación formativa: 1. Señala las modificaciones que proporcionan alguna ventaja a las angiospermas para vivir en el ambiente terrestre en: a) El tallo. b) La hoja. c) La flor. d) El fruto. 2. Relaciona la rápida diversificación y dispersión de las angiospermas en la Tierra con el desarrollo del fruto. La planta llamada Cecropia es típica de la vegetación secundaria de la selva, ver figura 3.18. Esta planta crece en los espacios abiertos de selva donde se ha perdido la vegetación. La aparición de las cecropias permite que otras plantas crezcan regenerando poco a poco la selva. Figura 3.18 Cecropia.

Importancia ecológica y evolutiva del fruto El fruto representa una atracción para los animales dispersores de semillas. Mientras el animal come el fruto va depositando las semillas en el suelo. Algunas plantas, como la Cecropia dependen completamente de la ingestión de las semillas por parte de algunas especies de murciélagos frugívoros. Cuando el murciélago come el fruto las semillas pasan por su tracto digestivo y se dispersan cuando el animal las excreta. Las semillas son lanzadas al aire y caen en un radio de dispersión considerable, lo que permite que la cecropia produzca nuevas plántulas. La cecropia es una planta que crece en los sitios abiertos de la selva, iniciando la regeneración de sus zonas deforestadas.

Notas

Práctica 8

•

211

Práctica 8 Diferentes tipos de frutos Nombre: Número de lista:

Grupo:

Escuela:

El fruto protege a las semillas y asegura su dispersión; en esta práctica compararás algunos frutos al observar sus semillas, estructura y modo de dispersión. Para esta práctica necesitarás: ¼ kg de uvas, un diente de león, una manzana, un aguacate, una naranja, una fresa y un plátano.

Objetivo Conocer diferentes tipos de frutos.

Material Una naranja Un diente de león Un aguacate Un jitomate Un plátano Una fresa 1/4 de uvas

Desarrollo 1. Observa cada uno de los frutos; descríbelo en el cuadro y dibújalo. 2. Compara los distintos frutos. 3. Clasifica el fruto de acuerdo con tus observaciones. 4. Relaciona la flor de la planta con el fruto.

212

UNIDAD III •

Estructura y función de las plantas

Resultados 1. Compara los tipos de frutos y destaca el tamaño, carnosidad y tamaño de la semilla.

Fruto Naranja

Fruto seco de diente de león

Flor de diente de león

Aguacate

Esquema

Tamaño

Agregado o único

Tamaño y forma de la semilla

Práctica 8

Fruto

Esquema

Tamaño

silvestre

Plátano

Fresa

2. Anota la clasificación que hiciste.

Agregado o único

•

Tamaño y forma de la semilla

213

Notas

3.2 Reproducción en plantas angiospermas •

215

Evaluación formativa: 1. Elabora una lista de diez frutos. 2. Investiga las propiedades alimenticias y medicinales de los frutos que elegiste. 3. Reúnete con tres compañeros y compartan la información que obtuvo cada uno. 4. Investiguen si alguno de los frutos que eligieron tiene una aplicación médica contra el cáncer o la diabetes. 5. Preparen un cartel con la información obtenida, destacando los frutos que ayudan a mejorar los síntomas de enfermedades como el cáncer y la diabetes. 6. Peguen el cartel afuera de la escuela para que puedan verlo autoridades, estudiantes y padres de familia.

Uso medicinal del aguacate: se utilizan las semillas, la cáscara y las hojas contra la disentería y los parásitos intestinales. Uso del tejocote: se usa toda la planta como diurético, contra las várices, contra la tos y otros padecimientos de las vías respiratorias. El zapote blanco se usa contra el insomnio, la diarrea, las úlceras y la presión.

Notas

Examen •

217

Examen Unidad III Nombre: Número de lista:

Grupo:

Escuela:

I. Subraya la respuesta correcta: 1. Las plantas producen sus alimentos cuando: a) Llevan a cabo la fotosíntesis. b) Llevan a cabo la respiración. c) Llevan a cabo la absorción de agua y las sales minerales. d) Obtienen energía química y la transforman en luminosa. 2. Los organismos que utilizan la luz solar para elaborar su alimento se llaman: a) Fotótrofos. b) Quimiótrofos. c) Heterótrofos. d) Autótrofos. 3. Las plantas terrestres desarrollaron un órgano especializado para el transporte del agua desde el suelo hasta las partes aéreas de la planta, el cual se llama: a) Hoja. b) Raíz. c) Flor. d) Tallo. e) Fruto. 4. Las plantas terrestres tienen un órgano que la fija al suelo y le permite absorber el agua y las sales minerales, el cual se llama: a) Hoja. b) Raíz. c) Tallo. d) Fruto. e) Flor.

218

UNIDAD III •

Estructura y función de las plantas

5. El órgano especializado en realizar la fotosíntesis en las plantas se llama: a) Hoja. b) Raíz. c) Tallo. d) Fruto. e) Flor. II. Revisa nuevamente el examen diagnóstico y modifica las respuestas que notes que están mal. Escribe un texto breve señalando cuáles son los conceptos que corregiste.

III. Recuerda los casos revisados durante la unidad sobre el agave, el cáncer cérvico uterino y la deforestación en los Tuxtlas: a) El caso del agave. ¿Cómo resolverías el problema de las plagas que afectan la producción del tequila? b) ¿Cuál es la importancia de conocer la estructura y función de las plantas? IV. Elabora un mapa conceptual que muestre la función y estructura del tallo, de la hoja, de la raíz y la flor. V. Elaboren una lista de acciones para la protección de la selva de los Tuxtlas. Justifiquen cada acción y señalen las principales recomendaciones para proteger la selva al aplicar lo aprendido en esta unidad. VI. Contesta el caso con el que iniciamos la unidad sobre la importancia de las plantas: ¿Qué plantas como la hierba del indio y la hierba del cáncer, podrían ser investigadas por la industria farmacéutica para encontrar medicamentos eficaces contra los tumores cancerígenos?

Unidad IV Procesos en los animales

OBJETIVO El estudiante explicará los procesos fisiológicos básicos de los animales vertebrados a partir de la comparación entre el ser humano (mamífero) con al menos otro representante de los vertebrados (peces, anfibios, reptiles, aves), por medio de la investigación documental y la realización de actividades experimentales, al reconocerlos como adaptaciones producto de la evolución y desarrollar actividades que permitan la preservación de su propia vida en un ambiente de cooperación y respeto.

Examen diagnóstico

•

221

Examen diagnóstico Nombre: Número de lista:

Grupo:

Escuela:

El objetivo de este examen es que el estudiante reflexione acerca de las ideas que tiene sobre los procesos animales de nutrición, respiración, excreción, sistema endocrino, sistema nervioso y reproducción. I. Subraya la frase que coincida con lo que piensas: 1. El cuerpo contiene numerosos órganos que funcionan en conjunto para mantener la vida. 2. Las hormonas son sustancias que provocan la excitación sexual. 3. Los alimentos proporcionan salud y energía. 4. Las proteínas proporcionan fuerza al organismo. 5. Los alimentos sirven para crecer. 6. Las hormonas son sustancias que regulan las funciones celulares. 7. Algunas funciones como la producción de orina, el crecimiento y el ritmo cardíaco son controladas por las hormonas. 8. Los carbohidratos están formados por células. 9. Los alimentos están hechos de moléculas. 10. Los alimentos están hechos de células. II. Subraya la respuesta que creas es la correcta: 1. Un alimento es: a) Un compuesto orgánico que los organismos pueden utilizar como fuente de energía para realizar los procesos metabólicos. b) Cualquier sustancia útil que se introduce en el cuerpo de un organismo, como el agua, los minerales y el dióxido de carbono.

222

UNIDAD IV • Procesos en los animales

2. Un alimento es: a) Una sustancia que se degrada con la respiración para obtener energía. b) Un material esencial para la vida. c) Un material para construir el cuerpo. d) Todo lo que necesitan las plantas y los animales para mantenerse vivos. 3. El aparato digestivo en el ser humano y en los animales: a) Es un saco hueco que se encuentra en el interior del cuerpo. b) Es un depósito en donde se localiza la sangre, los alimentos y los desechos. c) Es un tubo en el que pasan los alimentos para degradarse y absorber los nutrientes. d) Es una bolsa interna que recibe el agua y los alimentos para desecharse como heces y orina. 4. Son partes del aparato digestivo: a) Intestinos, estómago, boca, vejiga urinaria. b) Intestinos, estómago, boca, recto, páncreas e hígado. c) Estómago, boca y uretra. d) Estómago, boca, intestinos, vejiga urinaria y ano. 5. Las principales aberturas del sistema digestivo son: a) La boca y el ano. b) El orificio de entrada, la boca, y dos orificios de salida: uno para las heces y otro para la orina. 6. En la nutrición intervienen en conjunto los siguientes aparatos o sistemas: a) El sistema digestivo, circulatorio, excretor y respiratorio. b) El sistema digestivo y el excretor. c) El sistema digestivo, sistema reproductor y excretor. d) El sistema digestivo y el sistema reproductor.

Examen diagnóstico

•

223

7. La respiración celular es: a) Un intercambio de gases entre el dióxido de carbono y el oxígeno. b) La degradación de los alimentos para obtener energía. c) Cuando se toma el oxígeno del aire y se desecha dióxido de carbono. d) Cuando se inhala y exhala el aire por los pulmones. 8. Para la obtención de energía se requiere de: a) Alimentos y oxígeno. b) Alimentos solamente. c) Oxígeno solamente. d) Proteínas y vitaminas solamente. 9. Los órganos en donde se lleva a cabo el intercambio de gases en los vertebrados terrestres son: a) Branquias. b) Tráqueas. c) Pulmones. d) Nariz. 10. Los carbohidratos que ingerimos en las comidas: a) Sólo sirven para engordar, por eso no debemos comerlos. b) Son importantes en la dieta, debemos ingerirlos para estar sanos. c) Podemos sustituirlos por proteínas para no engordar. d) Pueden faltar en las comidas, pues no son necesarios, lo importante es comer sin importar el tipo de alimento que se ingiera. III. Contesta las siguientes preguntas: 1. ¿Qué pasa con los alimentos cuando los comes? 2. ¿Por qué se dice que las frutas y las verduras son buenos alimentos? 3. ¿Cómo sirven al cuerpo las vitaminas? 4. ¿Qué es una neurona y cómo funciona?

224

UNIDAD IV • Procesos en los animales

IV. Subraya la respuesta que se aproxime más a lo que piensas: 1. La respiración celular es: a) La inhalación y exhalación de gases. b) El intercambio de oxígeno y dióxido de carbono. c) La degradación de los alimentos para obtener energía. d) La producción de oxígeno. 2. Para reducir el riesgo del incremento del calentamiento global, hay que: a) Eliminar el plomo de las gasolinas. b) Reducir el uso de energéticos que producen dióxido de carbono. c) Evitar la contaminación atmosférica. d) Impedir que se siga adelgazando la capa de ozono. 3. El adelgazamiento de la capa de ozono está relacionado con: a) El calentamiento global. b) La pérdida de la biodiversidad. c) La presencia de plomo en las gasolinas. d) La producción de sustancias clorofluorocarbonadas. 4. El cuerpo sano es aquel que: a) No está enfermo. b) Está en equilibrio con sus funciones vitales. 5. Cuando tu cuerpo necesita agua, te da sed porque existen mecanismos que regulan el equilibrio hídrico, éste es un ejemplo de: a) La forma en que el organismo se abastece de agua. b) La necesidad de agua que tenemos todos los organismos. c) Procesos para mantener el equilibrio entre el medio interno y externo. d) La forma en que funciona el cuerpo humano. 6. Cuando te da hambre, tu cuerpo: a) Ha ingerido bastante, lo que favorece el gusto por la comida. b) Necesita energía para poder realizar sus actividades. c) El cerebro envía señales químicas que producen la sensación de hambre. d) No está aprovechando bien la comida ingerida con anterioridad.

Examen diagnóstico

•

225

7. La orina se produce en el: a) Sistema digestivo. b) Sistema circulatorio. c) Sistema excretor. d) Sistema reproductor. 8. La orina se produce porque: a) Desechamos los líquidos que ingerimos con los alimentos. b) Desechamos del organismo las sustancias tóxicas disueltas en agua. c) El organismo desecha el exceso de agua. d) Desechamos el agua que se produce durante el metabolismo. 9. La reproducción sexual ocurre en: a) Animales solamente. b) Animales y plantas. c) Plantas solamente. d) Todos los seres vivos. 10. Una persona sana es aquella que: a) Se ve bonita, delgada y sin panza. b) Mantiene en equilibrio todas sus funciones vitales. c) No está enferma de nada. d) Come bien, es decir, ingiere una dieta balanceada. 11. La regulación del funcionamiento del cuerpo se realiza a través del sistema: a) Nervioso. b) Digestivo. c) Circulatorio. d) Endocrino. 12. Las sustancias que regulan las reacciones metabólicas y mantienen el equilibrio entre el medio interno del cuerpo humano se denominan: a) Reguladores. b) Inhibidores. c) Hormonas. d) Neuronas.

226

UNIDAD IV • Procesos en los animales

13. La aparición de los caracteres sexuales secundarios en el varón se debe a la acción de: a) La progesterona. b) La testosterona. c) El estradiol d) La luteinizante. 14. Las neuronas están formadas por: a) Un cuerpo celular y membranas ramificadas o de dendritas. b) Un cuerpo, un axón largo y dendritas cortas ramificadas. c) El sistema nervioso central. d) Los nervios y la médula espinal. 15. Respecto al alcoholismo, el tabaquismo y la drogadicción: a) Provocan dependencia, daños temporales y secuelas a largo plazo. b) No provocan dependencia, daños temporales y secuelas a largo plazo. c) Provocan dependencia pero no causan daños a los órganos vitales. d) Puedes dejarlos cuando quieras o cuando consideres que ya te van a hacer daño. V. Contesta lo siguiente: 1. ¿Cuál es la relación entre los músculos y el sistema nervioso? 2. ¿Cuál es la relación entre el sistema nervioso y las funciones de los aparatos digestivo y respiratorio? 3. ¿En qué forma se regula la producción de orina? VI. Expresa tu opinión acerca de las siguientes ideas: 1. Los bebés provienen de un niño en miniatura que se encuentra dentro del espermatozoide. Cuando se unen los gametos el bebé se desarrolla y crece. 2. Para que ocurra la reproducción sexual tanto en plantas como en animales debe haber contacto físico entre los individuos.

Examen diagnóstico

•

227

3. Los machos son más grandes y más fuertes que las hembras. 4. La reproducción asexual se presenta en los organismos hermafroditas. 5. Los gemelos pueden formarse a partir de un óvulo y dos espermatozoides. 6. Los gemelos idénticos pueden ser de sexos distintos. 7. Fumar es causa de cáncer. 8. El alcoholismo provoca daños en el cerebro.

Notas

4.1 Digestión •

229

Introducción Así como las plantas desarrollaron tejidos y órganos especializados para llevar a cabo sus funciones vitales, también los animales desarrollaron tejidos, órganos y aparatos o sistemas para regular las funciones vitales. En esta unidad estudiarás los procesos biológicos en los animales.

Ses

ión 1

4.1

Digestión

De la misma forma en que las plantas se nutren mediante la fotosíntesis al elaborar sus propios alimentos, los animales nos alimentamos a través de la ingestión utilizando alimentos ya formados. Así como las plantas tienen cloroplastos en las células de sus tejidos fotosintéticos, las personas tenemos un aparato digestivo que permite digerir los alimentos que consumimos. Recuerda que los seres vivos contienen moléculas orgánicas como carbohidratos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos. La digestión es el proceso por el cual los alimentos que ingiere el animal se descomponen para obtener sustancias simples que usa el organismo para la obtención de energía o de moléculas orgánicas más complejas. Por ejemplo, las proteínas que se ingieren se transforman en aminoácidos, y los aminoácidos obtenidos se usan en la construcción de otras proteínas propias del animal. A nivel celular, la digestión ocurre con enzimas líticas que rompen los enlaces que unen moléculas simples, como por ejemplo los monosacáridos que forman los polisacáridos o aminoácidos que forman las proteínas. En los organismos pluricelulares la digestión requiere de la transformación del alimento ingerido en trozos más pequeños, mediante la digestión mecánica y de la descomposición de los nutrientes a través de la acción de las enzimas digestivas, mediante la digestión química. En el inicio de la historia evolutiva de los animales se desarrollaron los organismos pluricelulares a partir de unicelulares coloniales. Los animales como las esponjas presentan una pared corporal con varias capas de células. Entre estas capas se encuentran las células ameboides o amebocitos que atrapan las partículas alimenticias del agua, pues las esponjas no tienen aparato digestivo. De este modo, en las esponjas se lleva a cabo solamente la digestión química a nivel de los amebocitos (ver la figura 4.1).

230

UNIDAD IV • Procesos en los animales

Salida de agua Elementos estructurales similares al vidrio Celula amibiótica Poro Matriz de fluido Células con superficie plana

Cavidad central

Entrada de agua Flagelo

Micronill

Núcleo

Mesoglea Boca Cavidad gastrovascular

Cavidad gastrovascular

Epidermis

Pólipo Gastrodermis Cnidocito

Nematocisto

Medusa

4.1 Digestión •

Cerebro

231

Ojos

Faringe

Lóbulo sensorial Nervio ventrolateral Intestino

Boca

Corazones Sistema nervioso

Segmentos del cuerpo

Boca Órganos de la reproducción

Ojo compuesto

Sistema digestivo

Órganos excretores

Pata

Nervio óptico

Piezas bucales

Collar esofágico

Antena Cabeza Tórax

Ganglios Ganglios cerebroides torácicos

Abdomen

Estructura del cuerpo de un artrópodo

Ganglios abdominales

Sistema nervioso ganglionar de los artrópodos Aorta

Corazón

Recto Ano

Faringe Intestino Mandíbulas

Buche

Estómago Glándula Ciegos Tubos de Labio salival estomacales Malpighi Aparato digestivo, circulatorio y excretor de los artrópodos.

232

UNIDAD IV • Procesos en los animales

Aparato respiratorio de artrópodos

Branquias Tráqueas

Tráqueas

Sacos pulmonares

Figura 4.1 Comparación de una esponja, celenterados, platelmintos, un anélido y varios artrópodos.

En los celenterados, como las hidras, anémonas de mar y medusas, se encuentra un saco gástrico que contiene un estómago con una única abertura que funciona como boca cuando ingresa el alimento y como ano cuando se expulsan los desechos. En los gusanos planos ya existe un aparato digestivo completo en forma de tubo con una abertura para el ingreso del alimento y un ano para la salida de los desechos. En otros grupos de animales como anélidos, moluscos, artrópodos y cordados se encuentran modificaciones al plan general del “tubo digestivo” que hacen más eficiente el proceso de la digestión, ver la figura 4.1. Recuerda el caso de la diabetes, enfermedad que se encuentra entre las primeras causas de muerte en México. Nuestro país, desafortunadamente, se distingue entre las primeras diez naciones con mayor número de pacientes diabéticos. Aunque existe una relación entre la herencia y la diabetes, este padecimiento se encuentra determinado además por la importancia de los hábitos alimenticios. ¿Los hábitos alimenticios pueden inducir o retrasar el desarrollo de esta enfermedad? ¿De qué manera actúa la diabetes en el organismo? En este tema reconocerás algunos hábitos alimenticios que se relacionan con la diabetes y conocerás la forma de nutrirte de manera adecuada para mejorar tu calidad de vida, para evitar así el riesgo de padecer esta enfermedad y otras como la obesidad, bulimia y anorexia.

Práctica 9

• 233

Práctica 9 Digestión Nombre: Número de lista:

Grupo:

Escuela:

Para esta práctica necesitarás traer un paquete de galletas Marías.

Introducción Los alimentos están formados por moléculas orgánicas que los organismos utilizan para obtener energía y moléculas más sencillas. Cuando el alimento pasa por la boca, los dientes inician la digestión mecánica y la saliva la digestión química transformando las moléculas orgánicas complejas, como el almidón, en carbohidratos simples. En esta práctica demostrarás la acción de las digestiones mecánica y química en la boca. El cambio de carbohidratos complejos a carbohidratos simples se detecta usando el reactivo de Benedict para identificar los carbohidratos simples. El cambio del almidón a azúcares simples en la galleta, lo notarás con un cambio en la coloración hacia tonos verde, amarillo o naranja, lo que indica la presencia de azúcares simples. El lugol identifica la presencia de almidón.

Objetivo Demostrar la función de la boca en el proceso de digestión. Formen equipos de tres estudiantes.

Material Un paquete de galletas Marías Mortero Tres tubos de ensayo Gradilla Pipeta graduada de 5 ml Lugol Reactivo Benedict

234

UNIDAD IV • Procesos de los animales

Cristalizador Mechero Soporte universal

Desarrollo 1. Muelan tres galletas Marías en el mortero, agreguen un poco de agua. 2. Numeren los tubos de ensayo. 3. Coloquen la mitad de la muestra en el tubo de ensayo 1 y la otra parte en el tubo 2. 4. Mastiquen tres galletas Marías y viertan la masa formada en el tubo de ensayo 3. 5. Añadan tres gotas de lugol al tubo 1. 6. Coloquen dos mililitros de reactivo Benedict a los tubos 2 y 3. 7. Calienten a baño María los tubos 2 y 3. 8. Observen los cambios de coloración en cada uno de los tubos y márquenlos en el cuadro.

Resultados 1. Anoten sus observaciones en el cuadro: Observaciones Tubo 1 Tubo 2 Tubo 3

2. Describan los cambios en cada tubo.

Discusión y conclusiones 1. Comenten en equipo las diferencias que encontraron en las reacciones de cada tubo. Escriban un texto breve en el que resalten la importancia de la saliva para la digestión.

4.1 Digestión •

235

Ses

ión 2 Los tiburones tienen un esófago y un intestino delgado muy cortos. En cambio el hígado del tiburón representa más de 20 por ciento del peso total del animal.

4.1.1 Órganos y sus funciones En los vertebrados el tubo digestivo presenta órganos especializados para las digestiones mecánica y química. El aparato digestivo está formado por un conjunto de órganos que son: boca, faringe, esófago, estómago, intestinos y ano. Además, los órganos que componen el aparato digestivo Papilas presentan glándulas anexas que producen gustativas grandes sustancias que degradan las moléculas orgáPapilas nicas. gustativas Los tiburones tienen la boca en la parte pequeñas ventral de la cabeza, con varias hileras de dientes triangulares y filosos. Cuando el tiburón muerde, la mandíbula inferior se proyecta hacia adelante. El esófago, el intestino y el estómago de los tiburones son tubos corFigura 4.2 La lengua acomoda el tos; el intestino desemboca en el recto que alimento para la masticación. expulsa las heces. El aparato digestivo de los vertebrados se distingue por la presencia de las siguientes partes: • La boca, es el orificio de entrada al tubo brados la boca está rodeada por dientes que sirven para la masticación; la digestión mecánica se inicia masticando el alimento, lo que causa que se fragmente la comida. Las glándulas salivales producen las enzimas que inician la digestión química; la lengua mueve el alimento acomodándolo para la masticación, y el resultado final es el “bolo alimenticio”, ver las figuras 4.2 y 4.3.

digestivo. En los verte-

Figura 4.3 La boca es el orificio de entrada al tubo digestivo.

236

UNIDAD IV • Procesos en los animales

Fosas nasales Velo palatino Úvula Epiglotis

Cavidad oral Lengua Velo palatino Faringe Epiglotis

Laringe Laringe Esófago

Figura 4.4 La faringe comunica la boca con el estómago.

• La faringe, es el conducto que comunica la boca con el esófago y permite el paso del aire hacia los pulmones, ver la figura 4.4. En la faringe se encuentra la epiglotis que es una “válvula” que regula el paso correcto del bolo hacia las vías digestivas, y el paso del aire hacia las vías respiratorias. • El esófago (ver la figura 4.5), es un tubo de unos cuantos centímetros de largo que conduce el bolo alimenticio al estómago a través de movimientos de contracción muscular involuntaria llamados peristalsis.

Boca

Garganta Epiglotis

Esófago

Diafragma, fuerte lámina muscular que separa al tórax del abdomen

Borde que se forma en la entrada de la tráquea durante la degustación Sección transversal

Figura 4.5 El esófago une la faringe con el estómago.

Estómago

4.1 Digestión •

• El estómago (ver la figura 4.6), es un saco en donde se producen los jugos gástricos, mismos que están integrados por una mezcla de ácido clorhídrico y enzimas digestivas, que continúan con la digestión del bolo alimenticio. Como resultado de la digestión de este bolo se obtiene una masa llamada quimo que pasa hacia el intestino delgado.

237

Esófago

Cardias

Píloro Intestino delgado

• En el ser humano el intestino delgado (ver figura 4.7), es un tubo de siete Figura 4.6 Estómago: es el saco donde se metros de largo aproxima- realiza la digestión del bolo alimenticio. damente, dividido en tres segmentos: duodeno, yeyuno e íleon. La bilis y los jugos pancreáticos se vierten en el intestino delgado para concluir con la digestión del quimo que llegó del estómago y finalizar la digestión. Posteriormente se absorben los nutrimentos. El quimo se transforma en quilo y continúa su travesía. La sustancia resultante está formada Estómago por azúcares simples, aminoácidos, ácidos grasos y glicerol que pasan al hígado y a diferentes partes del cuerpo. Las vitaminas, algunos minerales y el agua también son absorbidos en esta región. Intestino delgado

Figura 4.7 El intestino delgado concluye con la digestión del quimo.

238

UNIDAD IV • Procesos en los animales

Colon ascendente

Colon transverso

Colon descendente

Apéndice Recto

Figura 4.8 El intestino grueso forma el bolo fecal que será expulsado por el recto.

• El intestino grueso (ver figura 4.8), es un conducto grueso que mide cerca de metro y medio, y se divide en tres regiones: ciego, colon y recto. En este tubo se absorben agua y sales, formándose el bolo fecal que será expulsado por medio de la defecación a través del ano. En el ciego, donde se ubica el apéndice, hay una una bolsa pequeña que en ocasiones se inflama ocasionando la apendicitis.

• El recto, que es el final del tubo digestivo, está conectado al ano, por donde son expulsados los desechos de la digestión. El hígado, la vesícula biliar y el páncreas también participan en la digestión, por lo que son consideradas como glándulas anexas del aparato digestivo. • El hígado produce la bilis y la vierte al intestino (vía vesícula biliar) para promover la degradación de las grasas. • La vesícula biliar recibe y almacena la bilis. • El páncreas produce los jugos que ayudan a degradar los carbohidratos y proteínas.

Actividad 22 Observa los siguientes cuadros comparativos que muestran el tubo digestivo de tres organismos diferentes: El tiburón. Una rana. El ser humano.

4.1 Digestión •

Estómago

Aletas dorsales

Columna vertebral

Riñón

Ojo

Abertura branquial Corazón

Hígado

Aleta pectoral

Aleta caudal Intestino Aleta pélvica

Figura 4.9 Aparato digestivo de un tiburón.

Columna vertebral Médula espinal

Urostilo

Tímpano

Cerebro Narina

Esófago

Riñón

Cloaca Ano Corazón Hígado

Estómago Pulmón Cuerpos grasos Celoma Intestino Vejiga urinaria

Figura 4.10 Aparato digestivo de una rana.

239

240

UNIDAD IV • Procesos en los animales

Parótidas

Lengua

Cavidad oral Faringe Epiglotis Esófago

Glándulas submaxilares y sublinguales Tráquea Pulmones

Diafragma Hígado

Estómago Páncreas Colon tranverso

Duodeno I.D. Colon ascendente Apéndice

Yeyuno I.D. Ileon I.D.

Recto

Figura 4.11 Aparato digestivo del ser humano.

1. Describe la estructura del aparato digestivo de un tiburón, un ave y un ser humano, y completa el cuadro con tus observaciones.

4.1 Digestión •

241

2. Describe las similitudes y diferencias que se presentan en el aparato digestivo. Tiburón

Rana

Ser humano

Boca Presencia de dientes Cómo son esos dientes Faringe

Esófago

Estómago

Intestino delgado Intestino grueso

3. Redacta un texto breve en el que destaques algunos rasgos del aparato digestivo de los tiburones y su importancia en la adaptación.

242

UNIDAD IV • Procesos en los animales

Ses

ión 3

Caso de estudio Importancia de una dieta balanceada Muchas enfermedades pueden evitarse al consumir una dieta balanceada. La obesidad es una enfermedad provocada por una alimentación deficiente y malos hábitos alimenticios. La obesidad agrava el cuadro de las enfermedades cardiovasculares, que son la primera causa de muerte en nuestro país. Con una buena alimentación, pueden evitarse otras enfermedades como las que se presentan en el aparato respiratorio. Cuando comes bien y consumes verduras y frutas que contengan vitamina C, como el limón, piña, guayaba, jitomate y naranja, puedes disminuir el riesgo de enfermarte de gripe o catarro.

Persona obesa.

4.1 Digestión •

243

4.1.2 Anorexia y bulimia El sistema digestivo puede sufrir algunos trastornos derivados de los malos hábitos alimenticios y trastornos emocionales. Ciertos padecimientos son el resultado de una dieta deficiente en algún nutrimento. La desnutrición infantil, por ejemplo, es causada por la deficiencia alimenticia del niño que en muchas ocasiones se inicia desde el periodo de gestación, cuando la madre sufre desnutrición. Otras enfermedades, en cambio, son provocadas por el desequilibrio en la ingesta de nutrimentos, como el exceso de carbohidratos y grasas en la comida. Algunas enfermedades del sistema digestivo están relacionadas con los factores hereditarios y se acentúan con una alimentación inadecuada. ¿Cuáles son los alimentos que requerimos los seres vivos? Las moléculas orgánicas que ingerimos nos sirven para obtener la energía necesaria para nuestras funciones vitales y, al mismo tiempo, formar parte de las estructuras celulares, tejidos y órganos del cuerpo. El organismo requiere una diversidad de sustancias en diferentes proporciones, de acuerdo con la edad, el estado del desarrollo, la actividad física y los caracteres hereditarios. De esta forma, un ser humano en crecimiento o una mujer embarazada tendrán mayores requerimientos que una persona adulta sedentaria. Un deportista de alto rendimiento o una bailarina, requerirán una ingesta mayor de carbohidratos que un profesionista que desempeña labores en una oficina. La alimentación balanceada conforme con las necesidades del organismo, asegura el correcto funcionamiento del cuerpo y la salud. De la misma forma, el cuerpo necesita distintos nutrimentos a lo largo del día, en diferentes etapas de la vida y en distintas épocas del año. El cuerpo requiere de suficientes carbohidratos que proporcionen la energía necesaria para el desempeño de las actividades matutinas. Muchas veces las personas olvidan que el desayuno es el alimento más importante del día, mientras que proporcionan a su cuerpo un exceso de alimento por la noche, cuando los requerimientos energéticos disminuyen debido a que se reduce la actividad.

El valor energético de los alimentos se mide en calorías. Las grasas proporcionan más calorías por gramo que las proteínas y los carbohidratos.

244

UNIDAD IV • Procesos en los animales

Los carbohidratos simples o azúcares que contienen las frutas y los dulces representan una fuente de energía directa. Los carbohidratos complejos, como el almidón que contienen la papa, el arroz y el maíz, se descomponen en carbohidratos simples y representan una fuente de energía que puede usarse durante el día. Un buen desayuno debería aportar suficientes carbohidratos simples y complejos para el desempeño de las actividades. Se recomienda ingerir entre 45 y 65 por ciento del total de calorías de carbohidratos en la dieta diaria. Los lípidos son moléculas que almacenan energía, dan forma al cuerpo, contribuyen a regular su temperatura, forman hormonas y son componentes de las membranas que recubren las neuronas y otras células. La ingesta de lípidos tiene una gran importancia en el funcionamiento de las células del cuerpo; pero el exceso de lípidos causa obesidad y enfermedades en el sistema circulatorio. En la dieta diaria debe consumirse una porción de grasas que contribuyen al buen funcionamiento del organismo mientras no se ingieran en exceso. Se recomienda ingerir menos del 30 por ciento de grasas en la dieta diaria. Los lípidos también se llaman grasas y pueden obtenerse de fuentes animales o vegetales. Las grasas saturadas, de origen animal, son sólidas a temperatura ambiente y son difíciles de digerir, mientras que las grasas insaturadas, de origen vegetal, son líquidas a temperatura ambiente y son de fácil digestión. Las proteínas son los compuestos orgánicos más abundantes en las células. Las proteínas cumplen una variedad de funciones como el movimiento, la respuesta inmunológica, la construcción de estructuras celulares, la regeneración de células y tejidos, y la regulación de las reacciones químicas. Cuando no es adecuada la ingesta de proteínas, el organismo presenta deficiencias en la regeneración de los tejidos y en el crecimiento. Se recomienda una ingesta del 10 a 35 por ciento de proteínas en la dieta diaria. Las proteínas están formadas por cadenas de aminoácidos. En el caso de las proteínas animales contienen todos los tipos de aminoácidos, mientras que las proteínas vegetales carecen de algunos de los aminoácidos esenciales, por lo que debemos consumir proteínas animales y vegetales en la dieta diaria. Además de las proteínas, lípidos y carbohidratos, nuestro organismo necesita agua, sales minerales y vitaminas para su correcto funcionamiento (ver la figura 4.12). Las frutas, verduras, carne, leche y huevo proporcionan las vitaminas necesarias para que el organismo pueda desarrollar sus funciones.

4.1 Digestión •

Grasa, aceite y dulces USE MUY POCO

Leche, yogurt y queso 2-3 PORCIONES

Vegetales 3-5 PORCIONES

Carne, pollo, pescado, frijoles, huevo, nueces 2-3 PORCIONES

Frutas 2-4 PORCIONES

Pan, cereal, arroz, pasta 6-11 PORCIONES

Figura 4.12 Pirámide nutrimental para llevar una dieta balanceada.

Actividad 23 1. Investiga la función de una de las siguientes vitaminas: vitaminas C, A, D, E, K y B. 2. Reúnanse en equipos de tres estudiantes para compartir la información sobre diferentes vitaminas. 3. Investiguen los alimentos que proporcionan cada una de las vitaminas que investigaron.

245

246

UNIDAD IV • Procesos en los animales

4. Reúnanse con otro equipo para completar la información y elaboren el siguiente cuadro:

Vitamina

Funciones en el organismo

Alimentos que la contienen

Consecuencias en la salud por la deficiencia de esta vitamina

A

C

D

E

B

K

Ácido fólico

5. Elaboren una conclusión describiendo las enfermedades que pueden evitarse con una dieta balanceada que contenga todas las vitaminas. 6. Resuman la información obtenida en un cartel que pegarán en el salón de clases.

4.1 Digestión •

247

Evaluación formativa 1. Calcula el consumo diario de calorías con el siguiente cuadro, multiplicando tu peso por el valor de la tasa calórica y por el número de horas en que realizas cada actividad. Suma el total de cada actividad para calcular las calorías que gastas al día. Actividad

Tasa calórica

Dormir

1.2

Comer, leer, estudiar

1.7

Vestirse, bañarse, tomar clase

3.3

Caminata

5.0

Trotar

7.2

Correr, nadar, jugar básquet, fútbol

11.5

2. Elabora una dieta balanceada asegurando las proporciones recomendadas para el consumo de carbohidratos, proteínas y lípidos de acuerdo con el total de calorías que resultaron. Para esto puedes consultar la página de la FAO o una tabla de calorías. www.innsz.mx www.salud.gob.mx/unidades/cdi/nom/m015ssa24.html www.portalfitness.com/nutricion/tabla_calorias.htm www.sedespa.gob.mx/sedespa/prodesma/12.htm

248

UNIDAD IV • Procesos en los animales

Ses

ión 4

Actividad 24. El laberinto de los alimentos

Individual 1. Ayuda a Pepito a encontrar el alimento que necesita en el laberinto: Escribe en tu cuaderno: ¿Cuál es el reto de Pepito? 2. ¿Ya encontró Pepito todos los alimentos que necesitaba? Ahora, escribe cuál fue la estrategia que usó para resolver el problema. 3. Reúnanse en equipos de cuatro estudiantes para intercambiar opiniones acerca de la manera en la que cada uno encontró las rutas. 4. Comenten en equipo: ¿Qué estrategia utilizarían para encontrar los alimentos que deben consumir? 5. Pueden seguir esta estrategia o proponer la suya. Aquí marcamos los pasos para lograr el reto “Cómo encontramos los alimentos que necesitamos”. 6. Numérense del 1 al 4. 7. Se dividen el trabajo de la siguiente forma: a) El alumno 1 buscará en la biblioteca o en las páginas de Internet una tabla que le indique las necesidades calóricas para jóvenes de su edad. Utiliza también las tablas que se presentan en el texto del bloque 2 y las siguientes páginas de Internet. www.innsz.mx www.salud.gob.mx/unidades/cdi/nom/m015ssa24.html www.portalfitness.com/nutricion/tabla_calorias.htm www.sedespa.gob.mx/sedespa/prodesma/12.htm b) El alumno 2 elaborará un cuestionario para conocer la edad y talla de los demás compañeros. El cuestionario también debe informar sobre las actividades de cada uno. Por ejemplo, si practica un deporte o si trabaja.

4.1 Digestión •

Te proporcionamos un ejemplo de cuestionario que puede darte algunas ideas para hacer el propio. Alumno

Edad

Género

Estatura

Actividades

Calorías sugeridas

1 2 3 4

c) El alumno 3 buscará información acerca del valor nutritivo de los alimentos. Puedes utilizar las tablas que presenta el texto; pero además busca en los libros de la biblioteca y en las páginas de Internet siguientes: www.innsz.mx www.salud.gob.mx/unidades/cdi/nom/m015ssa24.html www.sedespa.gob.mx/sedespa/prodesma/12.htm d) El alumno 4 buscará las tablas de vitaminas en el texto, en libros de la biblioteca y en páginas de Internet como: http://www.innsz.mx/nutricion/idrinn.pdf 8. Una vez que tengan todo lo que necesitan, describan una propuesta sobre los alimentos que cada uno de ustedes debería “encontrar” para nutrirse, así como copiar un cuadro como el siguiente para anotar su propuesta. Alumno 1 Ingesta recomendada en calorías Desayuno Almuerzo Comida Cena Otros

Alumno 2

Alumno 3

Alumno 4

249

250

UNIDAD IV • Procesos en los animales

9. Marquen con plumones de colores la presencia de las vitaminas A (amarillo), C (rojo), D (azul), E (verde) que incluye la dieta propuesta para cada uno. 1 Alimento con almidón 2 Grasas saturadas

3 Proteínas

4 Frutas con vitamina C

5 Fuente de vitamina A 6 Ácido fólico

7 Carbohidratos simples 8 Grasas insaturadas 9 Pescados

4.1 Digestión •

251

Caso de estudio Salmonelosis Entre las enfermedades gastrointestinales que representan una de las primeras causas de muerte en los niños, se encuentra la salmonelosis provocada por la Salmonella. Una vez que esta bacteria ataca al organismo, el sistema inmunológico produce anticuerpos específicos que eliminan a la Salmonella. Sin embargo, súbitamente la bacteria modifica su ADN a través de la inversión y luego los anticuerpos ya no la reconocen. En esta sesión reconocerás la bulimia y la anorexia como trastornos de la alimentación que están incrementando el número de muertes entre la población, especialmente entre las adolescentes.

Salmonella.

Ses

ión 5 Entre las enfermedades del aparato digestivo que están incrementando su frecuencia se encuentran la bulimia y la anorexia. Ambos trastornos son causados por malos hábitos alimenticios y están relacionados con los aspectos sociales y trastornos nerviosos. Es importante hacer algunas precisiones sobre estos padecimientos que no sólo afectan a la persona y a su familia, sino que pueden tener un alto impacto en la calidad de vida y en la salud pública. La bulimia y la anorexia son padecimientos favorecidos por ciertos factores sociales, como la idea de que el tipo de personas aceptadas socialmente deben ser delgadas y las personas que no lo son no merecen siquiera ser felices. Estos trastornos tienen un gran impacto no sólo a corto plazo, sino que a la larga pueden afectar severamente otras etapas de la vida de una persona, sobre todo entre las adolescentes.

252

UNIDAD IV • Procesos en los animales

Actividad 25. “Adivina quién: en el consultorio del nutriólogo” Instrucciones: 1. El juego consiste en dos etapas, en la primera tendrán que identificar ciertas dietas típicas con las características de la persona que la debe ingerir. 2. La información se proporciona en tarjetas que lee el profesor, mientras ustedes identifican al personaje marcándolo con una X. Puedes ir descartando posibilidades de acuerdo con una serie de pistas que proporcionan las tarjetas de información. 3. Cuando estés seguro de haber identificado al personaje, grita “basta”. Entonces, serás el “ganador” y tienes que explicar al grupo por qué identificaste al personaje con las características de la tarjeta de información que está leyendo el profesor. 4. Cuando terminen de identificar los personajes del juego, pasarán a la segunda etapa. 5. En la segunda etapa, tendrás que proponer una dieta para un personaje famoso, como por ejemplo un futbolista como Ronaldo, un tenista como Rafael Nadal y actores como George Clooney, Harrison Ford, etcétera. 6. Investiga algunos datos sobre el personaje que elegiste y plantea la dieta que propones, señalando la importancia de una dieta balanceada. Tus compañeros tendrán que adivinar el nombre del personaje. Personas a identificar: Una embarazada, un bebé, una adolescente bulímica, un adolescente con obesidad, un anciano, un deportista, una persona que trabaja de noche y que está enferma de catarro.

B. Bodine/ Custom Medical Stock

4.1 Digestión •

Características: La dieta está basada en carbohidratos y alimentos de origen animal. Son pocas las fibras que consume y prefiere siempre los alimentos ricos en grasas animales. Come a deshoras y cuando tiene hambre consume refrescos y tortas. Esta persona debe iniciar un régimen alimenticio completo y variado, controlando la cantidad de calorías ingeridas. Es importante que tome suficiente agua, que no ingiera refrescos y que evite el azúcar. Se le recomendó tener siempre a mano un alimento fresco, de preferencia una fruta para no pasar hambre.

En su dieta consume suficiente ácido fólico para el correcto desarrollo del sistema nervioso, además de leche y fuentes de calcio. También le recomendaron consumir proteínas a partir de lentejas, garbanzos, carnes, pollo y pescado.

Además de la leche, se le recomendó ingerir una variedad de alimentos suaves de fácil digestión, como manzana hervida, plátano, cereales con leche, frutas variadas, zanahoria cocida, papa cocida.

Esta persona no debe olvidar la buena alimentación. Es importante que proporcione en la dieta suficientes carbohidratos ingiriendo pan, tortilla, cereales, leche, huevo, proteínas de origen animal y vegetal. La dieta que el nutriólogo le recomienda es mantener una dieta saludable y no someterse a dietas muy rígidas y sin control.

Este amigo necesita ingerir más proteínas y desayunar un menú completo que incluya fruta, leche, pan o cereales. Su alimentación debe proporcionarle la energía necesaria para el desarrollo de sus actividades. Además, es necesario que tome en consideración que la etapa de crecimiento por la que pasa requiere de proteínas abundantes y carbohidratos complejos.

253

254

UNIDAD IV • Procesos en los animales

Este hombre debe tener una dieta rigurosa, con alto contenido de carbohidratos. Se recomienda un desayuno fuerte con cereales y proteínas, de alto contenido calórico. El nutriólogo le recomendó que ingiera proteínas en todas sus comidas, que además deben ser cinco. Se le indicó que ingiriera bastantes carbohidratos simples en los momentos de mayor actividad.

El médico le recomendó que ingiriera en abundancia verduras como zanahoria, espinaca, el brócoli, además de cítricos y carbohidratos. Le recomendaron también que disminuyera la cantidad de café ingerida y que bebiera mucho líquido. El médico le dijo que debía tomar alimentos blandos como caldos con verdura cocida.

Este señor acudió al nutriólogo, quien le recomendó reducir la cantidad de grasa, consumir alimentos ricos en fibras y en calcio. También le recomendó que haga ejercicio, ya que es la mejor forma de mantener su cuerpo saludable.

Evaluación formativa Feria gastronómica de alimentos típicos. 1. Reúnanse en equipos de cuatro estudiantes. 2. Elijan una entidad del país para investigar sus tradiciones culinarias. 3. Cada uno investigará un platillo típico de la región, para conocer los ingredientes con los cuales se prepara. 4. Compartan entre ustedes la información que obtuvo cada uno para elegir un platillo que elaborarán para presentar en una muestra gastronómica.

4.2 Sistema respiratorio •

255

5. Cada platillo deberá acompañarse con un cartel que presente la información sobre la variedad de nutrimentos que contiene, así como las propiedades medicinales de las hierbas y plantas con las que se prepara el guisado. 6. Reúnanse todos los equipos para decidir qué día presentarán sus platillos típicos y la información sobre las propiedades nutrimentales de los ingredientes que contienen. 7. Una vez decidida la fecha, preparen unas invitaciones para entregar a los padres de familia, a los maestros y al resto de los estudiantes de su escuela.

Ses

ión 6 ¿Cuál es la relación entre la nutrición y la respiración?, ¿por qué cuando haces mucho ejercicio te da más hambre?, ¿por qué cuando hace frío se te antoja comer? Estas preguntas las responderás después de estudiar las siguientes sesiones sobre cómo funciona el sistema respiratorio.

4.2

Sistema respiratorio Una de las características más importantes de la vida es el intercambio de materia y energía. Cuando ingerimos alimentos, los compuestos orgánicos se degradan para obtener energía a través de la respiración. Muchas veces las sustancias se degradan sin oxígeno, pero en los seres humanos y otros organismos, los compuestos orgánicos se degradan en presencia de oxígeno, obteniéndose así la energía. La energía que se produce en la respiración se usa para movernos, crecer, llevar a cabo otras reacciones y elaborar sustancias que requieren las células.

4.2.1 Respiración celular y ventilación En los vertebrados la obtención de energía a través de la respiración se lleva a cabo a través de la respiración externa, la respiración interna y la respiración celular.

256

UNIDAD IV • Procesos en los animales

• La respiración externa o ventilación es el proceso por el cual el organismo introduce o inhala aire del exterior hacia el aparato respiratorio. • La respiración interna o intercambio de gases, se lleva a cabo cuando el oxígeno del aire difunde atravesando las paredes de los capilares hacia la sangre y al mismo tiempo se expulsa el dióxido de carbono al aire. • La respiración celular se presenta cuando la célula utiliza el oxígeno para degradar los compuestos orgánicos y obtener energía. Inhalación

Los músculos escalenos elevan la 1a. y 2a. costilla.

Los músculos intercostales externos elevan las costillas.

La parte inferior del esternón se mueve hacia adelante.

El diafragma se mueve hacia abajo (se contrae).

Espiración

Los músculos intercostales externos bajan las costillas.

El diafragma se mueve hacia arriba (se relaja).

La parte inferior del esternón se mueve hacia atrás.

4.2 Sistema respiratorio •

257

Entrada de O2 Salida de CO2

Intestino

Piel (a)

Piel (b)

Branquias externas (c)

Branquias internas (d)

Tráqueas (e)

Pulmones (f)

Glucólisis glucosa 2 ATP 2 NADH 2 ácido pirúvico

2 NADH

2 acet CoA Ciclo de ácido cítrico

6 NADH 2 FADH2 Sistema de transporte de electrones

2 ATP

32 a 34 ATP TOTAL: 36 a 38 ATP

Figura 4.13 Diferentes formas de entender la respiración: ventilación, intercambio de gases y respiración celular.

258

UNIDAD IV • Procesos en los animales

En los vertebrados terrestres durante la ventilación el aire entra por la nariz hacia la tráquea que se encuentra dividida en los bronquios. El aire que pasa por los bronquios continúa por los bronquiolos hasta llegar a los pulmones. Los pulmones son dos sacos de tejido esponjoso divididos en lóbulos, contienen terminales en forma de sacos llamados alveolos. Los alveolos están recubiertos por tejido muy vascularizado, es decir, están cubiertos por vasos sanguíneos que intercambian el oxígeno desde el interior de los pulmones hasta la sangre, y en sentido contrario, el dióxido de carbono de la sangre al aire que se encuentra en el interior de los pulmones. El aire rico en dióxido de carbono es expulsado a través de la exhalación. Cuando la sangre rica en oxígeno distribuye este gas a los tejidos, el oxígeno se utiliza para degradar la glucosa en la respiración celular. Cuando el organismo se encuentra en reposo la respiración es lenta, pues la energía que se requiere es mínima y el oxígeno que inhalas es suficiente para cubrir los requerimientos energéticos. Sin embargo, cuando corres o ejecutas un ejercicio que requiere mayor gasto energético, la respiración se va haciendo más rápida para surtir a las células de suficiente oxígeno que incrementará la respiración celular y con ello, la producción de energía. El alimento que consumes sirve de combustible para este proceso. Cuando practicas alguna actividad física con regularidad, el cuerpo adquiere la condición física que contribuye a mantenerte más saludable.

Caso de estudio ¿A qué riesgos se exponen los buzos durante una inmersión? Cuando un buzo se introduce en el agua con tanque de oxígeno, ocurren varios cambios como respuesta a las condiciones de presión. Durante la inmersión el buzo inhala aire comprimido a la presión del aire de la superficie, mientras se dirige al fondo la presión del aire de los pulmones va aumentando y está en equilibrio con la presión del agua que lo rodea. Si la vía aérea permanece permeable, se producen variaciones de volumen del aire inhalado en respuesta a los cambios de presión. Sin embargo, si ocurre cualquier impedimento para la salida del aire comprimido, el aire irá recuperando su volumen porque disminuye la presión del ambiente, por lo que se produce una compresión desde el interior que genera forzosamente una vía de escape

4.2 Sistema respiratorio •

259

y produce lesiones con paso de burbujas de aire al interior de los vasos sanguíneos y los tejidos que rodean al pulmón. Esta situación es grave, pues las burbujas pueden obstruir los vasos pequeños y la falta de circulación puede provocar una embolia y ocurre cuando el buzo efectúa un ascenso rápido que no permite el cambio lento del volumen de los pulmones en respuesta al cambio de presión. El daño orgánico puede provocar dolor de cabeza, alteraciones en el sistema nervioso reflejados en la confusión, desorientación, pérdida del conocimiento, convulsiones, alteraciones del lenguaje y la movilidad y tonicidad muscular. Los buzos señalan que el ascenso debe darse a la misma velocidad en que las burbujas de aire suben a la superficie. Cuando un buzo se sumerge en el agua sin tanque de oxígeno, suspende voluntariamente la ventilación. En esta suspensión, llamada apnea, las células continúan respirando oxígeno y produciendo dióxido de carbono. Después de un tiempo en apnea, surge la necesidad de oxígeno a través de la ventilación con un sistema de advertencia reconocido por contracciones y opresión del diafragma. Si se reinicia la ventilación los síntomas desaparecen; pero si el buzo mantiene la apnea ocurre el síncope por apnea prolongada, y el buzo pierde el conocimiento, poniendo en riesgo su vida. Los expertos coinciden en la importancia de bucear acompañado de otra persona y en suspender la apnea cuando el diafragma comienza a oprimirse y contraerse.

El riesgo de la hiperventilación La hiperventilación es el incremento del aire en los pulmones. En condiciones normales, existe una relación entre la cantidad de oxígeno y dióxido de carbono en los pulmones. En la hiperventilación, los pulmones contienen mayor cantidad de oxígeno y muy poco dióxido de carbono. La cantidad de dióxido de carbono es el disparador de la ventilación, por lo que la baja concentración de dióxido de carbono inhibe la ventilación. Evita exponerte a cualquiera de estos riesgos informándote adecuadamente sobre la forma correcta de bucear. Considera también que nunca debes intentar la hiperventilación ni la apnea sin la vigilancia de un entrenador.

Notas

Práctica 10

• 261

Práctica 10 Relación entre la respiración celular y la ventilación Nombre: Número de lista:

Grupo:

Escuela:

Para esta práctica se requiere un cronómetro y una cinta métrica.

Objetivo Definir la relación entre la respiración celular y la ventilación.

Material Cinta métrica Cronómetro

Desarrollo 1. Formen equipos de cuatro estudiantes. 2. Elijan a dos estudiantes para tomar las siguientes medidas: a) número de inhalaciones/exhalaciones en un tiempo de 10 segundos. b) medida del tórax cuando se exhala y medida del tórax cuando se inhala. 3. Los mismos estudiantes realizarán una actividad física que elijan: correr, hacer abdominales o sentadillas. 4. Tomen nuevamente las medidas a y b, inmediatamente después de la actividad física. 5. Registren en el cuadro sus resultados.

262

UNIDAD IV • Procesos de los animales

Resultados Estudiante 1 Número inhalaciones/ exhalaciones

Medida del tórax Inhalación

Exhalación

Número inhalaciones/ exhalaciones

Medida del tórax Inhalación

Exhalación

Reposo Después de la actividad física Estudiante 2

Reposo Después de la actividad física

Discusión 1. Comparen los resultados de cada estudiante antes y después del ejercicio. 2. Comparen los resultados de los dos estudiantes. 3. Comenten acerca de las diferencias encontradas: a) antes y después, b) estudiantes atletas y sedentarios, c) varones y mujeres, d) fumadores y no fumadores.

Conclusión Redacten un texto en el que describan la relación que encontraron en: a) la ventilación y el ejercicio, b) las diferencias entre los estudiantes atletas y los sedentarios, c) cualquier otra diferencia que hayan obtenido.

4.2 Sistema respiratorio •

Ses

ión 7

263

¿Por qué fumar afecta la salud? Durante la respiración el cuerpo intercambia el dióxido de carbono que es expulsado por las vías respiratorias y absorbe oxígeno del aire. Cuando fumas, la combustión del tabaco produce tóxicos cancerígenos como el benzopireno, tolueno, alquitrán, naftalina y cadmio que introduces a los pulmones en lugar de introducir oxígeno. Además, la combustión produce monóxido de carbono que es un gas venenoso que compite por el oxígeno en la respiración, provocando la muerte. Fumar altera las funciones del sistema respiratorio, lo que disminuye la eficiencia de la respiración y expone al organismo al riesgo de contraer cáncer.

4.2.2 Función de los órganos del sistema respiratorio La respiración es el proceso por el cual los organismos obtienen energía a partir de la combustión de los compuestos orgánicos. Las células llevan a cabo la respiración cuando la glucosa se degrada a dióxido de carbono en presencia de oxígeno. Los organismos pluricelulares que forman tejidos, necesitan suministrar a las células el oxígeno necesario para la respiración. Algunos organismos, como las planarias, medusas, hidras, anémonas y anélidos consiguen que el oxígeno del aire ingrese al cuerpo a través de la difusión. En algunos animales se han desarrollado órganos especializados como las branquias, tráqueas y pulmones. Los animales vertebrados tienen un sistema respiratorio o aparato respiratorio que les permite oxigenar el cuerpo. El grupo más antiguo de vertebrados, los peces, presentan branquias a través de las cuales se realiza el intercambio de oxígeno disuelto en el agua hacia la sangre que cubre las branquias. La respiración se lleva a cabo cuando el agua pasa desde la boca hacia las branquias (ver figura 4.14). Algunos peces, como los óseos tienen un opérculo que cubre las branquias y que se mueve generando las corrientes necesarias para la circulación del oxígeno. Los tiburones, que son peces cartilaginosos tienen branquias externas y no existe un opérculo, por esta razón los tiburones necesitan nadar constantemente para hacer circular el agua por las branquias. Los anfibios son vertebrados que tienen una etapa larvaria acuática y un estado adulto terrestre (ver figura 4.15). Las larvas de los anfibios tienen branquias externas ramificadas con las que toman el oxígeno disuelto en el agua. Cuando se desarrolla el adulto las branquias desaparecen

264

UNIDAD IV • Procesos en los animales

Arco branquial Dirección de la corriente de agua Vasos sanguíneos Filamentos branquiales

Corriente de agua

Arco branquial

Figura 4.14 Branquias peces, branquias tiburones.

y se forman los pulmones, como pequeños sacos aéreos que permiten el intercambio de gases. La respiración en los anfibios también se da a través de la piel, por lo que necesitan mantenerse húmedos facilitando el intercambio de gases por difusión. Los reptiles, aves y mamíferos presentan un aparato respiratorio capaz de introducir el aire al cuerpo y llevar a cabo el intercambio de gases dentro de los pulmones. El aparato respiratorio consiste en una o varias

4.2 Sistema respiratorio •

265

Huevo

Larva

Rana adulta

Renacuajo con patas traseras

Renacuajo a punto de ser adulto

Figura 4.15 Anfibio, renacuajo y rana.

aberturas, llamadas “orificios nasales” o “narinas” que transportan el aire a la faringe. De la faringe el aire pasa a la laringe que desemboca en la tráquea. La tráquea (ver figura 4.16) es un tubo largo cartilaginoso que se bifurca en dos tubos llamados bronquios, que se ramifican en los bronquiolos. Los bronquiolos desembocan en los pulmones. Los pulmones terminan en bolsas delgadas muy vascularizadas, llamadas alveolos, en donde se lleva a cabo el intercambio de gases (ver figura 4.16). Los mamíferos presentan un músculo que se encuentra entre las costillas llamado diafragma, que facilita la ventilación. Algunos mamíferos acuáticos desarrollaron una adaptación a la respiración desplazando sus narinas hacia la parte superior de la cabeza. En los cetáceos dentados, como los delfines, las orcas y el cachalote, el orificio consiste en una sola abertura o nostrilo, mientras que en las ballenas son dos orificios (ver figura 4.17).

266

UNIDAD IV • Procesos en los animales

Figura 4.16 Adaptaciones especiales del aparato respiratorio en algunos animales.

Figura 4.17 Delfín y ballena mostrando los nostrilos.

4.2 Sistema respiratorio •

Huesos hioides Ligamento tirohioideo Cartílago tiroides Tráquea Cartílago traqueal Ligamento anular

Lóbulo superior Bronquio fuente derecho Cisura horizontal o menor Cisura oblicua o mayor

Lóbulo superior

Bronquio fuente izquierdo

Lóbulo medio Lingula

Lóbulo inferior

Cisura oblicua

Bronquiolo

Figura 4.18 Aparato respiratorio del hombre.

Actividad 26 Comparación del aparato respiratorio de diversos vertebrados. 1. Elige un grupo de vertebrados e investiga cómo es su aparato respiratorio. 2. Formen equipos con estudiantes que cuenten con información de los distintos grupos de vertebrados: peces, anfibios, reptiles, aves y mamíferos.

267

268

UNIDAD IV • Procesos en los animales

3. Entre todos completen el siguiente cuadro.

Grupo

Nombre del órgano respiratorio

Esquema

Forma en que se realiza el intercambio de gases

Medio en que se obtiene el oxígeno (agua, aire)

Peces Anfibios Reptiles Aves Mamíferos

Ses

ión 8 ¿Existe relación entre el cáncer y la desaparición de la selva de los Tuxtlas? La selva de los Tuxtlas se localiza al sur del estado de Veracruz. Esta región fue el macizo de vegetación tropical húmeda más extenso del país y se extendía hasta la Huasteca potosina en los límites de San Luis Potosí y Veracruz. La región se ha deforestado por la ganadería y el cultivo de tabaco.

4.2.3 Daños al sistema respiratorio: tabaquismo y contaminación El tabaco es una planta de hojas anchas y tallos pequeños que se cultiva en tierras tropicales. Se ha demostrado que los fertilizantes que se usan para el tabaco están contaminados con Polonio 210, una sustancia radiactiva que emite partículas alfa. La combustión de hoja del tabaco produce sustancias tóxicas como la nicotina, y cancerígenas como benzopireno, tolueno, alquitranes, arsénico, cloruro de vinilo, níquel, naftalina y cadmio, además del venenoso monóxido de carbono y otras miles de sustancias cancerígenas. Algunas de estas sustancias se han sometido a pruebas para conocer los daños al organismo, como el cadmio que es un

4.2 Sistema respiratorio •

269

carcinógeno pulmonar que se encuentra seis veces más en un ambiente contaminado por el humo de cigarro, que en el humo que se produce directamente del cigarro. Esto es, los productos del tabaco directamente inhalado son diferentes a los productos que quedan en el aire y se combinan con partículas suspendidas. Es por esto que las personas que no fuman pero que viven o trabajan con personas que sí lo hacen, están en mayor riesgo de padecer cáncer de pulmón o de cualquier otra región del aparato respiratorio. En el mundo mueren más de 10 000 personas cada día por causas relacionadas con el tabaquismo, esto equivale a cuatro millones de personas al año. Cuando fumamos o cuando respiramos el humo del cigarro de los fumadores, introducimos gases al aparato respiratorio que compiten con el oxígeno. El oxígeno que captan los alveolos pulmonares es mucho menor en cantidad que el oxígeno que podrían captar si no existieran esos contaminantes. La nicotina que contiene el tabaco tiene un efecto estimulante en el sistema nervioso central, por lo que produce adicción. Las enfermedades provocadas por el cigarro son la principal causa de muerte en el mundo. En México mueren 45 mil personas al año por enfermedades provocadas por el tabaquismo. El consumo de tabaco, o tabaquismo, produce más de 3 millones de muertes en el mundo al año, lo que equivale al 6 por ciento de la mortalidad global. Se calcula que existan en el mundo más de mil millones de fumadores, lo que equivale al 6 por ciento de la población mundial. Las enfermedades que causa el cigarro van desde cáncer pulmonar, bronquitis crónica, enfisema pulmonar, cáncer de la faringe, cáncer de la lengua, cáncer de la boca, cáncer de garganta, infarto al miocardio, hipertensión arterial, enfermedades cardiovasculares, accidentes cerebrovasculares, asma, neumonía, leucemia, cataratas, úlcera gástrica y cáncer de riñón y vejiga, entre otros. Los médicos expertos en cáncer, llamados oncólogos, señalan que en los próximos años se incrementarán los casos de cáncer debido a la iniciación tan temprana de los fumadores, que en este siglo empiezan a fumar a los 10 años, cuando en décadas anteriores se iniciaban a los 17 años.

270

UNIDAD IV • Procesos en los animales

La cantidad de niños entre 12 y 17 años que conviven con fumadores es mayor que la de los fumadores de 12 a 17 años, es decir, estos niños son fumadores pasivos porque sus padres o familiares son fumadores.

Actividad 27 Encuesta Nacional de Adicciones realizada por la Secretaría de Salud. 1. Investiga por Internet los resultados de la ENA (Encuesta Nacional de Adicciones). http://www.consulta.com.mx/interiores/99_pdfs/15_otros_pdf/ ENA.pdf 2. Busca los porcentajes que obtuvieron en la ENA sobre los fumadores, ex fumadores y no fumadores. 3. Busca la información sobre las principales causas de muerte relacionadas con el tabaquismo. Calcula el porcentaje total de muertes que provocan todas estas enfermedades. 4. Obtén la información acerca del número de cigarros consumidos por persona entre la población de 18 a 65 años. 5. Investiga cuál fue la edad de inicio de los fumadores en la década de los 90 y del siglo XX y cuál es la edad de inicio de fumadores en este siglo. 6. Reúnanse en equipos de tres estudiantes para contestar las siguientes preguntas: a) ¿Cuántos cigarros consume un fumador a lo largo de su vida hasta llegar a 65 años? b) ¿Cuáles son las enfermedades que tiene mayor riesgo de padecer un fumador? c) ¿Cuántos años pasan aproximadamente entre el inicio del fumador y la aparición del cáncer, en promedio? 7. Elaboren un cartel con sus resultados y péguenlo en la puerta de la escuela para que las autoridades, los padres de familia y todos los estudiantes puedan ver sus resultados.

4.2 Sistema respiratorio •

Prevalencia de consumidores de tabaco de 18 a 65 años por hábito de consumo según sexo, 2002 71.0

42.2 20.1

27.7 15.1

12.9

No fumador

Ex fumador

Fumador

Hombres

Mujeres

Gráfica 1 Porcentaje de fumadores, ex fumadores y no fumadores por cada 100 000 habitantes en México.

Principales causas de muerte relacionadas con tabaquismo, 2003 (Tasa por 100 mil habitantes) 54.0 43.5

19.8 14.9 8.9 4.1

Enfermedad isquémica del corazón

Mujeres

Gráfica 2

Enfermedad pulmonar obstructiva crónica

Tumor maligno de tráquea, bronquios y pulmón

Hombres

271

272

UNIDAD IV • Procesos en los animales

Porcentaje de fumadores de 18 a 65 por cantidad de cigarros que fuman en un día, según sexo, 2002 62.8 1a5

61.6 19.3

6 a 10

21.7 11.9

11 a 20 8.3 6.0 Más de 20

8.4

Mujeres

Hombres

Gráfica 3

Evaluación formativa 1. Formen equipos de tres personas. 2. Uno de ustedes investigará lo que dicen los párrafos tercero y cuarto del artículo 4o. de la Constitución Política de los Estados Unidos Mexicanos acerca del derecho a la salud. 3. El segundo estudiante investigará lo que establece la ley contra los fumadores. 4. El tercer estudiante entrevistará a fumadores para obtener argumentos a favor de fumar. 5. Todos los equipos se reunirán para organizar un debate sobre la ley contra los fumadores, defendiendo una de las siguientes posiciones: • No se debe fumar en los espacios públicos (restaurantes, bares, cafeterías, parques, etcétera). • Debe permitirse fumar en espacios públicos. Fumar afecta al sistema circulatorio produciendo hipertensión.

4.2 Sistema respiratorio •

273

Ses

ión 9

Caso de estudio ¿Por qué no puedo encender una fogata cuando hace frío? Para muchas personas es un hábito común encender la chimenea de la casa, la estufa o hacer una fogata para calentarse cuando hace mucho frío. ¿Qué implica para la salud encender una fogata? ¿Qué implica para la contaminación verter el humo de la chimenea hacia el ambiente? ¿Cómo puedes evitar el riesgo de enfermarte de las vías respiratorias? En esta unidad conocerás algunos de los efectos de la contaminación del aire, las fuentes que la producen y la forma en que las autoridades controlan las emisiones de sustancias tóxicas. La respiración es una función vital muy importante, por lo que debemos evitar exponernos a situaciones de riesgo que puedan afectar las vías respiratorias. Las enfermedades respiratorias se incrementan en función de las condiciones ambientales. Durante el invierno es común adquirir enfermedades respiratorias porque el frío reseca las mucosas y las hace susceptibles. Recuerda el caso de las enfermedades respiratorias que pueden evitarse alimentándose con una dieta balanceada y abundante en frutas y verduras ricas en vitamina C. Así como las bajas temperaturas favorecen el brote de enfermedades respiratorias, la presencia de sustancias contaminantes también afecta la salud. Un contaminante es cualquier sustancia que no se encuentra normalmente en el aire o que se encuentra en concentraciones anormales. El aire es una capa de gases que contiene principalmente nitrógeno y oxígeno, con proporciones muy bajas de dióxido de carbono y otros gases. La Tierra ha desarrollado un equilibrio natural entre los organismos que producen oxígeno, como las plantas, y la producción de dióxido de carbono durante la respiración. Además, las plantas absorben el dióxido de carbono para formar compuestos orgánicos durante la fase oscura de la fotosíntesis. Desde que se inició la Revolución Industrial en la segunda mitad del siglo XVIII, los procesos de producción en fábricas, el desarrollo del transporte y el uso de combustibles, han incrementado la concentración de dióxido de carbono en la atmósfera y otros gases que son muy perjudiciales para la salud, como los óxidos de azufre y los óxidos de nitrógeno.

274

UNIDAD IV • Procesos en los animales

El efecto invernadero es causado por la absorción de radiación infrarroja por el dióxido de carbono. La radiación absorbida provoca un ascenso de la temperatura de la atmósfera. El aire se contamina por dos tipos de fuentes, las fijas y las móviles. •

Fuentes fijas: son todas las industrias, los hogares y las plantas termoeléctricas generadoras de energía, que emiten al aire gases contaminantes.

•

Fuentes móviles: son todos los vehículos automotores y objetos móviles que emiten gases contaminantes.

Los principales contaminantes generados por las fuentes fijas y móviles durante la combustión son los dióxidos de azufre, dióxidos de nitrógeno, dióxido de carbono, monóxido de carbono, plomo y las partículas suspendidas. •

El dióxido de azufre es un gas que emite la combustión de la gasolina. Causa irritación en las mucosas de los ojos, nariz y vías respiratorias.

•

Los óxidos de nitrógeno emitidos durante la combustión, causan irritación en los ojos, nariz y garganta. Además, pueden combinarse en presencia de la luz solar produciendo ozono, que es un gas muy irritante y peligroso.

•

El dióxido de carbono que produce durante la respiración y es el principal responsable del efecto invernadero.

•

El monóxido de carbono que se produce durante la combustión, es un gas muy venenoso pues provoca la muerte por asfixia. Cuando haces una chimenea o una fogata debes cuidar que la ventilación permita que este gas escape, pues es mortal.

•

Las partículas suspendidas totales son corpúsculos de polvo que pueden contener sustancias como plomo, cadmio, arsénico, sodio, magnesio, aluminio y calcio, además de virus y bacterias.

4.2 Sistema respiratorio •

275

Actividad 28 1. Formen equipos de cinco estudiantes. 2. Cada uno elige uno de los contaminantes del aire para investigar: óxidos de azufre, óxidos de nitrógeno, dióxido de carbono, partículas suspendidas y monóxido de carbono. 3. Con la información que obtuvo cada uno, completarán el siguiente cuadro:

Contaminante

Fuente que lo emite

Daño que provoca a la salud

Recomendación para disminuir la emisión

Óxido de azufre Óxidos de nitrógeno Dióxido de carbono Monóxido de carbono Partículas suspendidas

Evaluación formativa 1. Reúnanse en equipos de tres estudiantes. 2. Cada uno de ustedes elegirá una enfermedad de las vías respiratorias: resfriado común, neumonía, tuberculosis o influenza. 3. Reúnanse de nuevo para elaborar un cuadro comparativo entre las enfermedades que encontraron, destacando las causas, síntomas y formas de protección para disminuir el riesgo de contagiarse.

276

UNIDAD IV • Procesos en los animales

Ses

ión 10

Caso de estudio Enfermedades cardiovasculares Las enfermedades cardiovasculares son la primera causa de muerte en nuestro país. Esto tiene que ver con el alto porcentaje de grasas en la alimentación diaria, especialmente las grasas animales.

4.3

Sistema circulatorio

4.3.1 Función de cada uno de los componentes de la sangre La sangre es el líquido que transporta el oxígeno a todo el cuerpo, recupera y expulsa el dióxido de carbono así como los productos de desecho; además, lleva nutrimentos y hormonas a distintos órganos y produce anticuerpos que defienden al organismo de agentes extraños.

Función de cada uno de los componentes de la sangre Resulta un poco difícil no considerar la importancia de la sangre para la vida; de hecho no hay una valoración general de nuestra salud que no incluya un examen de sangre, debido a que de éste se puede obtener información muy valiosa del estado que guarda el organismo. Un adulto promedio tiene entre cinco y seis litros de sangre, que representa más o menos 8 por ciento del peso total del cuerpo. La sangre está integrada por dos fracciones: el plasma, la porción fluida, y tres clases de células: los glóbulos rojos o eritrocitos, los glóbulos blancos o leucocitos y las plaquetas, ver la figura 4.19. La sangre es un medio de transporte para nutrimentos, gases como el oxígeno y el dióxido de carbono, y de desechos. Además de ser un medio de comunicación y regulación.

4.3 Sistema circulatorio •

277

Glóbulos rojos o hematíes o eritrocitos Leucocito basófilo

Leucocito eosinófilo

Leucocito neutrófilo Plaquetas o trombocitos

Plasma (60%)

Glóbulos blancos Plasma

Monocito

Linfocito

Glóbulos rojos

Figura 4.19 Componentes de la sangre.

Plasma Consiste en una solución de sustancias inorgánicas y orgánicas, siendo el agua su componente más importante representando el 91 por ciento de éste. Otros componentes consisten en proteínas plasmáticas, enzimas, hormonas, glucosa, aminoácidos, lípidos y desechos nitrogenados en forma de urea y ácido úrico.

Glóbulos rojos Son los principales elementos sanguíneos, siendo su función el transporte de oxígeno y dióxido de carbono, gases de respiración; estos gases se unen a la hemoglobina. Los eritrocitos humanos carecen de núcleo y tienen una forma bicóncava y su tamaño es de alrededor de 8 micras. Se producen en la médula ósea y después de su vida útil, son destruidos en el bazo y el hígado. Se estima que en un mililitro cúbico de sangre hay cinco millones de estas células sanguíneas. La figura 4.20 muestra un grupo de glóbulos Figura 4.20 Glóbulos rojos. rojos.

278

UNIDAD IV • Procesos en los animales

Glóbulos blancos Son células nucleadas móviles con un movimiento ameboide; la mayor parte de estas células se originan en la médula ósea. Hay varios tipos de estas células: los linfocitos están relacionados con los procesos de inmunidad; otros se encargan de fagocitar bacterias y desechos celulares. Por lo general no circulan por el torrente sanguíneo, sino que se ubican en órganos como el bazo y el hígado. Son menos numerosos que los glóbulos rojos, contándose alrededor de 7000 por milímetro cúbico, aunque esta cantidad aumenta significativamente cuando se presenta una infección, ya sea por bacterias o virus. Cuando hay una lesión o infección en un área determinada, estas células se presentan para ejecutar su función fagocítica; de esta manera se produce una sustancia Figura 4.21 Glóbulo blanco. de color blanca conocida como pus.

Plaquetas Son fragmentos de células que se producen en la médula ósea, e intervienen en el proceso de coagulación, ver figura 4.22. Son muy pequeñas y su número es cercano a 200 000 por milímetro cúbico. Cuando se produce una herida, las plaquetas se dirigen hacia el área afectada, gracias a una señal química que liberan las células dañadas. De esta manera, las plaquetas se aglutinan para formar un tapón que reduce la pérdida de sangre lo más rápido posible; además intervienen en la producción de fibrina la cual forma una red de fibrillas en la cual quedan atrapadas las células sanguíneas formando así un coágulo. Figura 4.22 Plaquetas. Recuerda el caso de la anemia falciforme. En esta enfermedad los eritrocitos tienen forma de media luna porque la hemoglobina no está bien formada. El defecto se debe a una mutación puntual en una base del sexto codón de la información genética que da origen a la proteína hemoglobina.

Práctica 11

• 279

Práctica 11 Observación de los componentes de la sangre Nombre: Número de lista:

Grupo:

Escuela:

Objetivo El objetivo de esta práctica es que conozcas los glóbulos rojos.

Material Lanceta Microscopio Portaobjetos Cubreobjetos Desarrollo 1. Utiliza la lanceta para sacar una gota de sangre. 2. Coloca una gota de sangre haciendo un frotis en el portaobjetos y observa al microscopio. 3. Dibuja los glóbulos rojos. 4. Investiga cómo son los glóbulos rojos de los diferentes grupos de vertebrados.

Resultados Dibuja las células que lograste identificar.

Discusión Compara tus observaciones con lo investigado sobre la hemoglobina de los vertebrados.

Notas

4.3 Sistema circulatorio •

281

La primera causa de muerte en México son las enfermedades cardiovasculares.

Ses

ión 11

4.3.2 Órganos del sistema circulatorio

Los componentes de la sangre, los glóbulos rojos, las plaquetas y los glóbulos blancos, viajan a través de un sistema de vasos y son impulsados por una bomba extraordinaria que inicia su funcionamiento incluso antes de nacer. Dicha bomba es el corazón, el cual es una estructura formada por cuatro cavidades, que recibe y manda la sangre hacia todo el cuerpo, por medio de las arterias, continuando con los capilares para proseguir en las venas. Este recorrido es vital para el funcionamiento del organismo.

Corazón Se considera este órgano como un conjunto de músculos que forman varias cámaras, cuyo número varía según el grupo de vertebrados en cuestión. En el caso de los mamíferos y en consecuencia el ser humano, presenta cuatro cámaras que son dos aurículas y dos ventrículos; las aurículas reciben la sangre Aorta y la vacían hacia los ventrículos que impulsan la Vena cava sangre fuera del corazón. superior Se puede decir que son Aurícula izquierda dos corazones que van a Aurícula impulsar a la sangre por derecha dos circuitos diferentes, ver la figura 4.23. Entre la aurícula y su Ventrículo izquierdo respectivo ventrículo se enVentrículo cuentra un pliegue de tederecho jido que recibe el nombre de válvula; la válvula entre la aurícula y ventrículo izquierdo se le conoce como Figura 4.23 Vista del corazón.

282

UNIDAD IV • Procesos en los animales

bicúspide o mitral, mientras que la válvula que se encuentra en el otro lado recibe el nombre de válvula tricúspide. En la salida de cada ventrículo se encuentra una válvula llamada semilunar. La función de estas válvulas es hacer que la sangre fluya en una sola dirección, y evitar así su regreso por alguna de las cavidades. Cada día el corazón impulsa alrededor de 9000 litros de sangre por todo el cuerpo.

Vasos sanguíneos La sangre viaja a lo largo de una intrincada y larga red de vasos, los cuales tienen diferente estructura y función; así se reconocen las arterias, venas y capilares, cuya longitud puede ser de miles de metros, ver la figura 4.24.

Tejido conjuntivo

Dirección del flujo Arteria

Arteriola

Capilar

Endotelio (una capa de células)

Fibras elásticas y musculares lisa

Endotelio (una capa de células) Tejido conjuntivo

Vénula

Fibras elásticas y musculares lisa

Vena

Dirección

Figura 4.24 Vasos sanguíneos.

Endotelio (una capa de células)

4.3 Sistema circulatorio •

283

Arterias Son los vasos que transportan la sangre oxigenada, es decir, llevan la sangre que sale del corazón por medio de la aorta, arteria que se va dividiendo para originar arterias más pequeñas que distribuyen la sangre a todo el cuerpo. Las arterias presentan una capa gruesa de músculo y fibras contráctiles que auxilian a la circulación correcta; son poco más pequeñas en diámetro que las venas. Su diámetro va disminuyendo conforme se internan en los diferentes órganos. Figura 4.25 Arterias (rojo) y venas (azul).

Venas Estos vasos se encargan de llevar la sangre que contiene dióxido de carbono de regreso hacia el corazón. Su diámetro es mayor que el de las arterias pero sus paredes son más angostas. Como se puede suponer presentan varios tamaños; las pequeñas y las medianas presentan válvulas que evitan que la sangre regrese en su recorrido y se dirija correctamente hacia el corazón. Se puede decir que las venas trabajan contra la gravedad, por ejemplo, las que corren por las piernas suben hacia el corazón y no tienen la presión que produce la circulación arterial. De esta manera el movimiento es un gran auxiliar para que la sangre regrese y las válvulas mencionadas evitan el flujo contrario de ésta.

Capilares Estos pequeños vasos representan de alguna manera el paso de las arterias hacia las venas, ver la figura 4.27. Representan la mayor parte de los vasos: se estima que un adulto promedio tienen alrededor de 100 000 km de capilares. Su diámetro es tan pequeño que los glóbulos rojos van pasando uno por uno y los glóbulos blancos se deforman cuando pasan

284

UNIDAD IV • Procesos en los animales

Arteria carótida

Vena yugular

Arteria pulmonar Aurículas

Arteria aorta Vena cava superior

Ventrículos Corazón

Pulmón

Arteria braquial Arteria cubital

Vena cava inferior

Arteria radial

Vena ilíaca

Arteria ilíaca

Vena femoral

Arteria femoral

Vena tibial anterior Vena peronea

Arteria tibial anterior

Figura 4.26 Sistema cardiovascular.

Arteriola

Figura 4.27 Capilares.

Arteria

Vénula

Red capilar

Vena

4.3 Sistema circulatorio •

285

por éstos. Su función es liberar su contenido (de gases y material disuelto) hacia los tejidos que bañan, y esto lo logran gracias a que su pared es sumamente delgada, formada por sólo una capa de epitelio. Comer muchas frutas y verduras frescas, así como cereales integrales, reduce la hipertensión arterial. La hipertensión se agrava con el cigarro y el consumo de carnes rojas.

Actividad 29 Elabora un cuadro comparativo que muestre los distintos órganos del sistema circulatorio. Señala la función y dibuja cada uno de los órganos. Órgano Corazón

Vasos sanguíneos Arterias

Venas

Capilares

Esquema

Estructura

Función

286

UNIDAD IV • Procesos en los animales

Ses

ión 12

Actividad 30

Comparación del sistema circulatorio en los vertebrados. 1. Reúnanse en equipos de cinco estudiantes. 2. Cada uno elige un grupo: peces, anfibios, reptiles, aves o mamíferos. 3. Cada miembro del equipo investigará cómo es el sistema circulatorio del grupo que eligió. 4. Reúnanse en equipo para elaborar el siguiente cuadro comparando el aparato circulatorio de los vertebrados. Peces

Branquias Aparato circulatorio sencillo y completo

Ventrículo Aurícula Órganos

Anfibios y reptiles Pulmones Aparato circulatorio doble e incompleto

Aurícula izquierda Aurícula derecha

Ventrículo Órganos

Cocodrilos, aves y mamíferos Aparato circulatorio doble y completo

Pulmones Aurícula derecha Ventrículo derecho

Aurícula izquierda Ventrículo izquierdo Órganos

4.3 Sistema circulatorio •

Grupo

Corazón (cavidades)

Esquema general del aparato circulatorio

Diferencias con los demás vertebrados

287

Semejanzas con los demás vertebrados

Peces Anfibios Reptiles Aves Mamíferos

Redacten una conclusión en donde se refleje el plan general del aparato circulatorio, su función y las diferencias entre los grupos de vertebrados y el ser humano.

Fumar afecta al sistema circulatorio produciendo hipertensión.

Ses

ión 13 ¿Cuál es la relación entre la nutrición y la circulación? Una buena alimentación reduce el riesgo de obesidad, el sobrepeso agrava la hipertensión arterial. La cebolla y el perejil ayudan a bajar la presión arterial.

Circulación En términos generales se puede establecer que la circulación de la sangre se desarrolla en dos circuitos. La circulación pulmonar que se dirige

288

UNIDAD IV • Procesos en los animales

hacia los pulmones, y la circulación sistémica que irriga a todo el cuerpo. De la primera se encarga el lado derecho del corazón mientras que de la segunda lo hace el lado izquierdo. Iniciemos el recorrido por el lado derecho: el ventrículo derecho recibe la sangre proveniente del cuerpo que contiene dióxido de carbono y la pasa hacia su aurícula comunicándose ahora con la arteria pulmonar que se dirige hacia los pulmones, en donde se lleva a cabo el intercambio del gas mencionado por el oxígeno (en los capilares). La sangre ahora oxigenada sale de los pulmones por las venas pulmonares y llega a la aurícula izquierda. En el lado izquierdo la aurícula que recibió la sangre oxigenada, la envía hacia el ventrículo izquierdo de donde sale con gran presión impulsada por la fuerte contracción de dicha cámara vaciando su contenido en la aorta, la cual se divide a su vez en las arterias coronarias y así sucesivamente, hasta originar las pequeñas arteriolas que nutren a cada región del cuerpo. Cabe recordar que el sistema circulatorio de los mamíferos (como todos los vertebrados) es cerrado, es decir, los diferentes tipos de vasos se comunican sin interrupción. El ajo es un bulbo que se usa contra enfermedades como el reumatismo, diabetes, paludismo, piquetes de algunos animales venenosos, sarna, arterioesclerosis, hipertensión y asma. Además, el ajo es diurético, antiséptico y antiparasitario.

4.3.3 Hipertensión como factor de riesgo cardiovascular Hipertensión Varios son los padecimientos asociados con el sistema circulatorio que pueden representar un riesgo importante para la salud de las personas en general. Enfermedades como la arterioesclerosis y la hipertensión son problemas a nivel mundial y se observa un incremento sustancial entre la población de edad juvenil. En particular la hipertensión, el “asesino silencioso”, está cobrando más víctimas. La presión sanguínea es provocada por la fuerza con que bombea el corazón y la resistencia que presentan las paredes de las arterias particularmente, aumentando cada vez que el corazón se contrae y disminuyendo cuando se relaja (entre contracción y contracción), siendo la lectura

4.3 Sistema circulatorio •

289

de 120/80 la de una presión sanguínea normal. En ocasiones la presión se mantiene en valores por arriba de lo señalado lo que puede provocar lesiones en los vasos sanguíneos y hacer que el corazón trabaje más, siendo esto un factor que puede provocar un infarto o un ataque al corazón. Este padecimiento no presenta síntomas que avisen a una persona que está en esta condición, de ahí el término “asesino silencioso”.

Actividad 31 Impacto de la hipertensión y riesgos en la salud. 1. Reúnanse en equipos de tres estudiantes. 2. Investiguen en Internet cuáles son las causas de la hipertensión, los factores de riesgo y las consecuencias de esta enfermedad. 3. Recuerden lo aprendido en las sesiones sobre la dieta balanceada y destaquen los alimentos que favorecen la hipertensión contra los que disminuyen el riesgo de sufrir hipertensión. 4. Recuerden el caso de las plantas medicinales utilizadas contra la hipertensión, señalen las plantas que pueden ingerirse en la dieta diaria y que disminuyen el riesgo de sufrir hipertensión. 5. Elaboren un cartel o un cuadro para presentar la información al grupo. Algunas plantas, como el romero, saúco, tomillo y ruda se utilizan como remedios tradicionales para disminuir la hipertensión.

290

UNIDAD IV • Procesos en los animales

Ses

ión 15

Caso de estudio Control de la temperatura en el cuerpo humano El ser humano es capaz de controlar su temperatura corporal en el intervalo comprendido entre 54.4° C y 42.8° C. Sin embargo, en condiciones ambientales de calor extremo o cuando la persona tienen fiebre o cuando se ejecutan ejercicios vigorosos y prolongados, el organismo puede ser incapaz de regular su temperatura, con lo que sobreviene la muerte. La regulación de la temperatura es un proceso homeostático o de balance en el que intervienen los mecanismos de regulación de la temperatura y la regulación del agua y sales. En junio de 2003, Marc Vivien Foe, un jugador de fútbol soccer de la selección de Camerún, se desplomó durante un partido celebrado en Lyon, Francia, la muerte del jugador camerunés se debió Marc Vivien Foe es el jugador de la a un golpe de calor. izquierda. Fuente: BBC Sport, 11 junio de 2002.

4.4

Sistema excretor Como resultado del metabolismo, todos los seres vivos producimos sustancias de desecho. Algunas de estas sustancias son tóxicas, como los compuestos nitrogenados. El sistema excretor se encarga de eliminar los desechos nitrogenados del cuerpo. El amoniaco, por ejemplo, es una sustancia muy tóxica que se produce como resultado del metabolismo de las proteínas. El amoniaco puede excretarse directamente, como en organismos acuáticos, o se transforma en ácido úrico o urea, que son menos tóxicos y al mismo tiempo se minimiza la pérdida de agua en organismos terrestres.

4.4 Sistema excretor •

291

En la mayoría de los organismos acuáticos los desechos se excretan en forma de amoniaco que difunde fácilmente hacia el ambiente; pero en los organismos terrestres es más compleja la excreción.

4.4.1 Sistemas homeostáticos Los seres vivos requieren mantener un equilibrio entre el medio interno y el medio externo con el fin de mantener su estructura más o menos estable. Para lograr este equilibrio, el cuerpo lleva a cabo ajustes dinámicos que dependen de los cambios del medio externo. Cuando el organismo no alcanza a realizar los ajustes necesarios y se rompe el equilibrio, entonces sobreviene la enfermedad como respuesta para limitar las funciones del organismo, que debe concentrarse en conservar el equilibrio. La herbolaria se ha utilizado por milenios para curar enfermedades. La jamaica, Hibiscus sabdariffa, es una planta que se consume como agua o infusión. La jamaica reduce la hipertensión, es diurética y antioxidante. Flor de jamaica.

Actividad 32 1. Lee el siguiente texto. Durante una carrera la producción metabólica de calor se incrementa de 10 a 15 veces del nivel de reposo. De esta forma, la temperatura corporal se incrementa rápidamente, aunque el organismo disminuye la temperatura corporal. Sin embargo, en ocasiones la temperatura corporal se eleva a niveles peligrosos, por un lado la persona ha sudado tanto que se deshidrata y por otro el

292

UNIDAD IV • Procesos en los animales

volumen de la sangre que circula disminuye con la pérdida de agua por sudoración. El corazón se encuentra en un estado de estrés y la presión cardiaca disminuye, mientras la frecuencia cardiaca aumenta. A medida que se va terminando el líquido en la circulación el cuerpo tiene que mantener la presión sanguínea a costa de la sudoración que se pierde repentinamente. En este momento el corredor no puede disipar el calor y la temperatura se eleva hasta provocar el “golpe de calor”. La sudoración excesiva causa la pérdida de sodio y potasio en el cuerpo. 2. Investiga en Internet las muertes que se han producido en jugadores profesionales por un golpe de calor. 3. Reúnanse en equipos de tres estudiantes y relacionen los acontecimientos con la acción del riñón en la regulación de la temperatura. 4. Elaboren una conclusión sobre la función del riñón en la homeostasis.

Ses

ión 16

4.4.2 Órganos del sistema excretor

Órganos del sistema excretor, función de nefronas y regulación de la función renal. El sistema excretor o sistema urinario en el ser humano está formado por un par de riñones en donde se encuentran las nefronas, un par de uréteres, una vejiga urinaria y una uretra. • Los riñones son un par de órganos en forma de frijol, localizados en la parte posterior del abdomen. Cada riñón presenta una escotadura o hilio por donde pasan el uréter, los vasos sanguíneos, vasos linfáticos y nervios. Los riñones están formados por una capa exterior o corteza, una región media o médula que contiene de 8 a 10 estructuras triangulares limitadas por el espacio renal. Cada riñón contiene más de un millón de nefronas, que es la unidad anatómica y funcional del riñón. • Las nefronas están formadas por una cápsula de Bowman en forma de copa que se angosta en la base formando un tubo largo

4.4 Sistema excretor •

293

que se enrosca dando lugar a túbulos que llegan hasta el uréter. Cada cápsula de Bowman contiene una masa de capilares llamada glomérulo. El glomérulo se forma a partir de una pequeña arteria ramificada desde una de las dos arterias renales que conducen la sangre de la aorta a los riñones. Del glomérulo parte otra pequeña arteria que se divide en capilares que cubren el exterior del túbulo. Los capilares se unen para formar una de las dos venas renales que regresan la sangre purificada a la circulación general. • Los uréteres son dos conductos que se originan en la pelvis renal y descienden hasta la pelvis ósea para desembocar en la vejiga urinaria. Los uréteres conducen la orina. • La vejiga urinaria es una bolsa ubicada en la pelvis, frente al recto. La vejiga cuenta con un orificio rodeado por un esfínter que regula la salida de la orina hacia la uretra. • La uretra es el conducto que vierte la orina al orificio uretral externo o meato urinario. En las mujeres la uretra es corta y desemboca en los genitales externos, mientras que en el varón la uretra es más larga y se divide en tres partes: uretra prostática, uretra membranosa y uretra peneana.

4.4.3 Función de las nefronas (ultrafiltración, reabsorción, excreción) Filtración. La sangre que entra en el riñón lleva los nutrimentos necesarios para las células además de la urea y las sales. Cuando la sangre pasa por el hígado recoge el amoniaco que se transforma en urea. La sangre corre desde la arteria renal hacia las arterias que llegan hasta las nefronas. La filtración se inicia cuando la presión sanguínea provoca el paso del agua y de las sales desde el glomérulo y hasta la cápsula de Bowman. El flujo continuo de la sangre hacia los riñones expulsa el líquido desde la cápsula de Bowman hasta los túmulos, en donde se realiza el transporte activo para pasar todas las moléculas de alimento, sales y hormonas, desde los túmulos hacia los capilares que los rodean. Una buena cantidad de agua pasa por ósmosis hacia los capilares, mientras la sangre, limpia de urea, sale de los riñones por la vena renal y regresa a la circulación. Reabsorción. El líquido que queda en los túbulos después de la filtración y que lleva una alta concentración de urea, sales y agua, continúa

294

UNIDAD IV • Procesos en los animales

pasando por los túbulos mientras el agua sigue reabsorbiéndose por ósmosis hacia los tejidos del riñón. Este proceso es muy eficiente, pues rescata casi toda el agua que pasa por el riñón. Excreción de orina. El resto del líquido que continúa en los túmulos con un concentrado de urea y sales y poca agua, se llama orina. La orina pasa hacia los conductos colectores para llegar a la parte central del riñón, en donde se encuentra el uréter que transporta la orina hacia la vejiga urinaria. Cuando la vejiga se llena el esfínter permite la salida de la orina hacia la uretra.

4.4.4 Regulación de la función renal (acción de los diuréticos) Las funciones principales del sistema excretor son: 1. 2. 3. 4. 5.

Mantener el balance hídrico y en electrolitos. Eliminar los productos del metabolismo. Producir hormonas como la eritropoyetina. Controlar la presión arterial. Sintetizar glucosa en ayunas.

El sistema excretor secreta algunas hormonas que son clave para la reabsorción, como la aldosterona, que estimula la reabsorción de sodio, o la hormona antidiurética llamada también vasopresina, que estimula la reabsorción de agua. La hormona antidiurética regula la absorción de agua concentrando la orina y reduciendo el volumen al estimular la reabsorción de agua y sales. Además, el riñón produce: • eritropoyetina, hormona que controla la cantidad de glóbulos rojos en la médula ósea, • renina, hormona que controla la reabsorción de sodio, • prostaglandinas, calcitriol y vitamina D. La función renal regula el equilibrio de la glucosa y otras sustancias como el sodio y calcio, Cuando la filtración de glucosa falla y aparece en la orina, se llama glucosuria y es un indicador de diabetes. Por otro lado, las personas que padecen la diabetes insípida presentan una disminución en la reabsorción de agua. La orina es sumamente diluida y se pueden perder peligrosamente hasta 25 litros de agua. El tratamiento más común aplica vasopresina para incrementar la reabsorción de agua en los riñones.

4.4 Sistema excretor •

295

El alcoholismo también causa que la vasopresina se inhiba, por lo que no se reabsorbe agua y se pierde mucha agua provocando la deshidratación.

Actividad 33 Para esta actividad deberán traer una cartulina y plumones. 1. Reúnanse en equipo para elaborar el siguiente cuadro comparativo en la cartulina. Nombre del órgano

Esquema

Estructura

Función

Riñones

Nefronas

Uréteres

Vejiga urinaria Uretra

2. Redacten un resumen acerca de las funciones de la ultrafiltración, reabsorción y excreción. 3. Expongan su cartulina al grupo y péguenla en el salón.

296

UNIDAD IV • Procesos en los animales

Ses

ión 17 Recuerda el caso de la diabetes, que es una de las primeras causas de muerte en México. La diabetes se manifiesta con un aumento del azúcar en la sangre, debido al mal funcionamiento de la insulina. En la diabetes tipo I las células del páncreas que producen la insulina se autodestruyen debido a una mutación en el gen que controla el sistema inmunológico. En la diabetes tipo 2 la insulina no se produce debido a una deficiencia genética en el transporte de zinc, elemento que regula la secreción de la insulina. En esta sesión conocerás el sistema endocrino, que es el responsable de la producción de sustancias como las hormonas, que se producen en las glándulas y tienen una función específica en una región distinta del cuerpo.

4.5

Sistema endocrino El sistema endocrino es un conjunto de órganos que producen sustancias con el fin de regular el funcionamiento del organismo. El sistema endocrino se coordina con los sistemas nervioso, reproductivo, excretor y el digestivo para hacer funcionar y controlar la temperatura corporal, el crecimiento, la reproducción, la homeostasis, así como las reacciones del cuerpo a los estímulos del medio. El sistema endocrino coordina a diferentes sistemas al actuar como una red de comunicación celular, en la que las hormonas juegan un papel importante. La comunicación entre los diferentes órganos se presenta con la presencia de las hormonas, liberadas como respuesta a diferentes estímulos. Las hormonas secretadas tienen funciones específicas, entre las cuales pueden señalarse: • Regular las reacciones metabólicas que se llevan a cabo en las células. • Controlar el transporte de sustancias a través de las membranas celulares. • Mantener la homeostasis, es decir, el equilibrio del medio interno. • Inducir la aparición de los caracteres sexuales secundarios.

4.5 Sistema endocrino •

297

• Inducir el crecimiento. • Promover la secreción. Las hormonas son sustancias producidas por las glándulas, las cuales viajan a través de la sangre a un órgano distante, en donde provocan una reacción o un efecto.

4.5.1 Glándulas endocrinas Las glándulas endocrinas producen hormonas que se vierten en la sangre para llegar a un órgano “blanco” en donde generan una acción específica. Las principales glándulas endocrinas del cuerpo humano son: hipófisis, tiroides, paratiroides, páncreas, suprarrenales, ovarios y testículos. • La hipófisis o pituitaria, es una glándula que se encuentra en la base del cerebro, la cual produce hormonas importantes para el crecimiento, como la hormona del crecimiento que estimula la síntesis proteica al evitar la absorción de glucosa y adipocitos. Cuando la hipófisis tiene alguna deficiencia o no produce esta hormona el crecimiento es anormal, ya sea que la persona no crezca o que crezca demasiado. • La glándula tiroides está ubicada en el cuello, la cual produce hormonas que influyen en el crecimiento e interactúan con la hormona del crecimiento, como la tiroxina. • Las glándulas paratiroideas son cuatro glándulas pequeñas ubicadas a la altura del esófago, detrás de la tiroides. Las glándulas paratiroides producen una hormona paratiroidea que regula los niveles de calcio y fósforo en la sangre. Los niveles de calcio en la sangre son muy importantes, pues la deficiencia de calcio provoca trastornos nerviosos y musculares. • Las glándulas suprarrenales se encuentran arriba de los riñones, regulan las respuestas al estrés gracias a la acción de la adrenalina, la aldosterona y el cortisol. • Los ovarios son los órganos reproductores femeninos y producen estrógenos y progesterona, mientras que los testículos producen testosterona. Estas hormonas desarrollan los caracteres sexuales secundarios que permiten diferenciar a la hembra del macho.

298

UNIDAD IV • Procesos en los animales

Actividad 34 1. Investiga por internet las características de las glándulas endocrinas. 2. Ubica en el siguiente esquema la posición de las glándulas endocrinas y señala el nombre y la función de cada glándula.

4.5 Sistema endocrino •

299

Ses

ión 18

Caso de estudio ¿Por qué algunas personas aman el peligro? En esta sesión conocerás la acción de la adrenalina, la hormona que secretan las glándulas suprarrenales en condiciones de alerta. Esta hormona induce la producción de dopamina en el cerebro, la cual produce placer y crea adicción. Los amantes del peligro se han vuelto adictos a la secreción de dopamina, por lo que disfrutan la sensación de riesgo. Las personas disfrutan los deportes de alto riesgo porque la sensación de peligro les produce placer.

4.5.2 Hormonas y su función ¿Qué es una hormona? Las hormonas son sustancias que coordinan y regulan una función específica del cuerpo. Las hormonas son secretadas por las glándulas endocrinas que las vierten en la sangre, con la que viajan al órgano específico en el que actúan. Las hormonas pueden desempeñar actividades que actúan gradualmente en el organismo, como por ejemplo la hormona del crecimiento y las hormonas sexuales. Sin embargo, algunas hormonas desempeñan una función muy importante en la regulación del medio interno. Las concentraciones de iones como sodio, potasio y calcio, así como la concentración de agua y azúcar, se mantienen en equilibrio por la acción de las hormonas. De esta forma las hormonas mantienen la homeostasis del cuerpo.

300

UNIDAD IV • Procesos en los animales

¿Cómo funciona una hormona? Algunas hormonas actúan directamente en el órgano específico al desencadenar una respuesta. Otras hormonas actúan directamente al activar los genes de las células del tejido específico o tejido blanco. Todas las hormonas son producidas por una glándula y vertidas en la sangre. Existen al menos dos mecanismos de acción hormonal: • Las hormonas esteroideas, como los estrógenos, el cortisol y la aldosterona penetran en la célula y rápidamente forman un complejo con el ADN celular, y activan un gen específico. • Las hormonas proteicas, como la insulina y la ADH, no penetran en las células, sino que son reconocidas por los receptores de la membrana celular. Cuando la hormona se ancla en la membrana se libera una enzima, la adenilciclasa, que desencadena una reacción que transforma el ATP en AMP cíclico. El incremento de AMP cíclico en la célula estimula la secreción de sustancias como la insulina o la tiroxina.

4.5.3 Diabetes como ejemplo de desorden hormonal Recuerda el caso de la diabetes, que es una de las primeras causas de muerte en México. La diabetes se manifiesta con un aumento del azúcar en la sangre, debido al mal funcionamiento de la insulina. En la diabetes tipo I las células del páncreas que producen la insulina se autodestruyen debido a una mutación en el gen que controla el sistema inmunológico. En la diabetes tipo II la insulina no se produce debido a una deficiencia genética en el transporte de zinc, elemento que regula la secreción de la insulina.

Las personas que padecen diabetes presentan un aumento de glucosa en la sangre que no puede ser utilizada por las células. Esto ocasiona que la glucosa se elimine en la orina. El aumento de orina origina que la persona tenga sed. La causa de la diabetes es que la proteína que degrada el azúcar llamada insulina no se produce en suficiente cantidad. En la diabetes tipo I, existe una mutación en el gen que controla la respuesta inmunológica. Esta mutación causa la destrucción de las células del páncreas que producen la insulina. Por esa razón los diabéticos no pueden eliminar el azúcar y se almacenan grandes cantidades en la sangre de las

4.5 Sistema endocrino •

301

personas que tienen este padecimiento. En la diabetes tipo II también hay una deficiencia genética. Un gen asociado con la regulación del zinc es deficiente. El zinc interviene en el metabolismo de la insulina, por lo que ésta no funciona bien. El resultado es casi el mismo; el azúcar se almacena en la sangre. En México la incidencia de diabetes es tan alta, que esta enfermedad es la primera causa de muerte en adultos. Visita la página de INEGI para obtener más información acerca de cómo el número de casos de personas con esta enfermedad se está incrementando. http://cuentame.inegi.gob.mx/poblacion/defunciones.aspx?tema=P A continuación, presentamos algunas hormonas y su acción en el cuerpo humano.

La cantidad de orina depende de la interacción entre los niveles de fluidos en la sangre y la hormona ADH.

La aldosterona estimula la absorción de iones sodio y cloro, secreta potasio, aumenta la presión sanguínea e interfiere en la conservación del sodio. Esta hormona actúa sobre los receptores de minerales, incrementa la permeabilidad de la membrana de la neurona, con lo que se activa la bomba de sodio-potasio. La aldosterona actúa sobre el sistema nervioso central provocando que el hipotálamo libere la hormona antidiurética vasopresina. Esta hormona ADH estimula la reabsorción de agua en la nefrona, con lo que disminuye el agua en la orina y baja la presión sanguínea. De esta manera la cantidad de orina producida por el riñón es el resultado de la interacción entre los niveles de fluidos de la sangre y la hormona ADH. La producción de aldosterona es afectada por el sistema nervioso, de manera que algunas emociones como la ansiedad, el miedo y el estrés incrementan la concentración de esta hormona. La adrenalina es una hormona secretada por las glándulas suprarrenales en condiciones de alerta. La adrenalina provoca el incremento de la glucosa en la sangre al activar las reservas de glucógeno en el hígado. La adrenalina aumenta la presión arterial al provocar la vasoconstricción, al mismo tiempo incrementa el ritmo cardiaco y la respiración, además dilata la pupila y estimula al cerebro en la producción de la dopamina que produce placer.

302

UNIDAD IV • Procesos en los animales

El cortisol es una hormona que interviene en el metabolismo de los carbohidratos, proteínas y grasas y controla el agua y los electrolitos. Además, el cortisol estimula la producción de glucógeno en el hígado. Esta hormona se libera en situaciones de estrés y ocasiona cambios en la conducta como irritabilidad, ira, tristeza, cansancio, dolor de cabeza, hipertensión. La tiroxina, también llamada tetraiodotironina, es una hormona secretada por la tiroides que regula el metabolismo de carbohidratos y grasas, activa el consumo de oxígeno y la degradación de proteínas dentro de la célula. La hormona paratiroidea, incrementa la tasa de absorción del calcio y magnesio de la orina, con lo que se incrementa la concentración de calcio en la sangre. El calcio estimula la formación de los osteoclastos, es decir células óseas. La testosterona es la hormona masculina producida por los testículos, provoca la aparición de los caracteres sexuales secundarios en el varón, como la aparición de vello en el cuerpo, barba, bigote, axilas y pubis, la voz grave y el desarrollo de la musculatura corporal. Además, la testosterona estimula la producción de espermatozoides. La progesterona es una de las hormonas producidas por los ovarios y su principal función es mantener los tejidos que recubren el útero para alojar al embrión. El estrógeno es una hormona que regula el ciclo menstrual y es producida por los ovarios. Esta hormona es la responsable del surgimiento de los caracteres sexuales secundarios en la mujer, como la aparición del vello púbico y axilar, el aumento de los senos y la acumulación de grasa en las caderas, todos ellos son rasgos femeninos.

4.5 Sistema endocrino •

Actividad 35 1. Elabora un cuadro comparativo de las distintas hormonas, señalando la glándula que las produce y su función.

Hormona

Glándula secretora

Función

Deficiencia

Aldosterona

Adrenalina

Cortisol

Tiroxina

Paratifoidea

Testosterona

Progesterona

Estrógenos

2. Investiga cuáles son los síntomas de la deficiencia de las hormonas estudiadas. 3. Concluye redactando un texto breve acerca de la importancia de las hormonas en la comunicación celular y la regulación de las funciones de todo el cuerpo.

303

304

UNIDAD IV • Procesos en los animales

Ses

ión 19

Caso de estudio Depresión Muchas personas fuman, otras comen o beben alcohol en exceso, otras sufren de bulimia o anorexia, otras más necesitan tomar café para sentirse bien. La depresión se asocia con estas conductas y otras que parecen normales como el exceso de trabajo, la exposición constante al riesgo, la obsesión o el fanatismo hacia algún tema o actividad, el juego compulsivo como las apuestas, y la dependencia emocional hacia alguna persona. ¿Cuál es la causa de la depresión? ¿Qué provoca que las personas no sean capaces de aceptar su vida y disfrutarla? En esta sesión comprenderás algunos mecanismos que causan la depresión y cómo el ser humano compensa las deficiencias.

4.6

Sistema nervioso Una de las características de los seres vivos es su capacidad para responder a los estímulos. Un estímulo es cualquier factor del medio externo capaz de desencadenar una respuesta. La célula capaz de captar el estímulo se llama receptor, mientras que la parte que efectúa la respuesta se denomina efector. En algunos organismos la respuesta del cuerpo se desarrolló dando lugar a un complejo sistema de respuesta rápida que es el sistema nervioso. Algunos organismos unicelulares, como los protozoarios ciliados tienen tricocistos, un mecanismo de defensa que accionan los estímulos externos. Los tricocistos inyectan toxinas que paralizan a las presas y a los depredadores de los ciliados, ver la figura 4.28.

4.6 Sistema nervioso •

Hendidura bucal Cilios

Cilostoma

Citofaringe

Citopigo Formación de la vacuola

Micronúcleo

Vacuola contráctil Macronúcleo

305

Vacuola alimenticia circulante

Plasma Ectoplasma Endoplasma

Figura 4.28 Los tricocistos de los ciliados son mecanismos de defensa.

En las euglenas, protistas fotosintéticas, se encuentra un órgano sensible a la luz en la base del flagelo. Este órgano dirige al organismo hacia la luz a través de un fototropismo positivo, ver la figura 4.29.

Fotosensor Vacuola contráctil

Reservorio Cloroplasto

Flagelo corto

Prenoide

Paramilum Núcleo Endosoma

Flagelo Película

Endoplasma

Figura 4.29 La mancha ocular de Euglena responde al estímulo luminoso.

306

UNIDAD IV • Procesos en los animales

En los animales se desarrolló el sistema nervioso, con células especializadas en la captación del estímulo y la emisión de una respuesta, lo que le proporciona al organismo la capacidad de sobrevivencia. Las esponjas, el grupo más primitivo de animales no presentan ningún tipo de células nerviosas. Los celenterados o cnidarios, como las hidras, anémonas y medusas, presentan cnidocitos, que son células nerviosas capaces de reaccionar ante los estímulos lanzando sustancias urticantes. Los platelmintos, como las planarias, tienen células nerviosas concentradas en la parte anterior, en donde se encuentran los ocelos capaces de captar los estímulos luminosos. Esta concentración de células nerviosas, en una parte anterior, se describe como una tendencia a la cefalización o formación de una cabeza. En los anélidos, moluscos, artrópodos y cordados el sistema nervioso forma una concentración en un centro integrador o cerebro que regula la captación de los estímulos a través de los órganos de los sentidos y la emisión de respuestas.

4.6.1 Funcionamiento de la neurona El sistema nervioso permite al ser vivo conocer el medio externo. Las células funcionales del sistema nervioso se denominan neuronas, las cuales son células con un cuerpo del que parten prolongaciones ramificadas llamadas dendritas y una prolongación larga y gruesa llamada axón, ver la figura 4.30. Las dendritas captan los estímulos y transmiten el estímulo en forma de señales eléctricas y transmiten a su vez el impulso nervioso al axón. La membrana celular de los axones contiene vainas de mielina, un lípido que permite la transmisión rápida del estímulo nervioso. Dendritas Núcleo

Soma (Cuerpo) Axón Botón (Pie) Funda de Mielina

Figura 4.30 Neurona.

4.6 Sistema nervioso •

307

Las neuronas sensitivas reciben los estímulos y conducen la información al centro integrador. Las neuronas motoras conducen el impulso nervioso a los órganos efectores provocando una respuesta. Las neuronas de asociación o enlace conducen el impulso nervioso de una neurona a otra. La membrana celular tiene la capacidad de permitir el paso de ciertas sustancias hacia dentro y fuera de la célula. Esta capacidad se llama permeabilidad de membrana. La membrana celular de la neurona que no ha recibido un estímulo se encuentra en reposo regulando una diferencia de iones sodio y potasio en la parte interna y externa. Los iones sodio se encuentran más concentrados en la parte exterior de la membrana, mientras que la concentración de los iones potasio es más alta en la parte interna. Este mecanismo se conoce como bomba de sodio-potasio y genera una diferencia de potencial de membrana en la cual el exterior es positivo y el interior negativo. Este potencial de reposo se modifica cuando la neurona recibe un estímulo luminoso, mecánico, químico o eléctrico. Los estímulos provocan que la membrana permita la salida o entrada de iones sodio y potasio, alterando la permeabilidad de la membrana. Este cambio en la concentración de iones en el exterior con respecto al interior provoca una diferencia de potencial que permite la transmisión del impulso nervioso a lo largo del axón. Cuando la neurona recibe un estímulo, los iones sodio entran a la célula, lo que provoca que se invierta la polaridad. En estado de reposo hay más iones sodio fuera y menos dentro, con una carga positiva por fuera y negativa dentro de la membrana. Cuando entran los iones sodio la polaridad se invierte y el interior se hace positivo. Como respuesta, los iones potasio salen de la célula rápidamente y generan una carga positiva en el exterior, lo que provoca que la polaridad vuelva a invertirse. El flujo de iones y los cambios en la polaridad ocasionan el impulso eléctrico que va pasando como una cascada de una región del axón a otra, viajando a lo largo de todo el axón. Una vez que el impulso eléctrico pasó, se restaura el potencial de membrana de reposo accionando la bomba sodio-potasio que envía iones sodio al exterior y los iones potasio al interior. La comunicación entre una neurona sensitiva, que capta el estímulo y envía el impulso nervioso a una neurona motora se lleva a cabo a través de la sinapsis, ver la figura 4.31. La transmisión del impulso nervioso lleva una dirección específica: el estímulo se recibe en las dendritas de la neurona sensitiva y es transmitido al axón que conduce el impulso

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UNIDAD IV • Procesos en los animales

a las dendritas de la neurona motora cuyo axón transmitirá el impulso nervioso a los músculos efectores. En el extremo del axón se encuentran proteínas de membrana que permiten la entrada y salida de iones calcio. Cuando la membrana está en reposo, es decir, no existe impulso eléctrico, la concentración de iones calcio es mayor por fuera de la membrana. Sin embargo, cuando llega el impulso nervioso al extremo del axón, se abren las puertas de calcio, entrando este ion al interior de la membrana. Los iones calcio provocan la salida de los neurotransmisores que hacen posible la transmisión del impulso nervioso del axón a las dendritas de la siguiente neurona. Los neurotransmisores pueden inducir o inhibir una respuesta. Por ejemplo el neurotransmisor acetil colina induce el movimiento del músculo esquelético y músculos del sistema digestivo, pero inhibe al músculo cardiaco. Por otro lado, el neurotransmisor noradrenalina, excita al músculo cardiaco y al mismo tiempo inhibe al músculo esquelético y músculos del sistema digestivo. La noradrenalina es un neurotransmisor que controla los patrones de sueño, los impulsos de ira y el placer sexual. Cuando la noradrenalina se encuentra en exceso induce el estado de alerta provocando insomnio, pero cuando se encuentra en bajos niveles causa depresión.

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Figura 4.31 Sinapsis.

4.6 Sistema nervioso •

309

La serotonina es un neurotransmisor que regula el deseo sexual, la ansiedad y la agresividad. Los bajos niveles de serotonina se asocian con la depresión. La dopamina regula el ritmo cardiaco y la presión arterial, además controla algunas funciones neurocognitivas a nivel de la corteza cerebral, como la memoria, la atención y la resolución de problemas. La dopamina está asociada a la sensación del placer, los sentimientos de gozo y motivación, por lo que los bajos niveles de dopamina se asocian a la depresión. Algunas drogas como la nicotina, la cocaína y anfetaminas inducen la producción de dopamina. Las endorfinas son secretadas por la hipófisis produciendo placer y disminuyendo la sensación de dolor. Las endorfinas inducen el razonamiento objetivo, disminuyen la ansiedad y proporcionan la sensación de bienestar. El ejercicio induce la producción de endorfinas, reduciendo la depresión. Las endorfinas también fortalecen la respuesta inmunológica del organismo. La deficiencia nutricional puede provocar depresión. El triptófano es un aminoácido esencial que solamente se encuentra en la carne. Las personas que evitan por completo las carnes rojas carecen de este aminoácido. Algunos alimentos como el pan integral, mariscos, frutas, huevo, avena, maíz, almendras, avellanas, nueces, frutas ricas en vitamina C, melón, col, legumbres, pescado, plátano, cacahuates, apio y por supuesto, el chocolate lo contienen. La noradrenalina, la serotonina y la dopamina son neurotransmisores que se encuentran en concentraciones bajas en personas que sufren depresión.

Actividad 36 1. Reúnanse en equipos de tres estudiantes para investigar la forma en que actúan serotonina, noradrenalina, endorfinas y dopamina. 2. Investiguen los alimentos que son requeridos para la producción de los neurotransmisores.

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UNIDAD IV • Procesos en los animales

3. Elaboren un cuadro comparativo mostrando para cada uno de estos neurotransmisores, qué lo produce, qué sustancias lo inhiben y cuál es la función en el cuerpo. 4. Investiguen en Internet cuáles son los factores que influyen en la producción de estos neurotransmisores y contesten: ¿Cómo influye el clima en la producción de serotoninas y endorfinas? 5. Elaboren una lista de recomendaciones sencillas para evitar la depresión. 6. Expongan su trabajo al resto del grupo.

Ses

ión 20 ¿Por qué los adolescentes se ponen en riesgo? La principal causa de muerte entre los jóvenes de 18 a 25 años son los accidentes automovilísticos. ¿A qué se debe que los jóvenes adolescentes tomen riesgos sin considerar las consecuencias?

4.6.2 El sistema nervioso central (SNC) El sistema nervioso central está formado por el cerebro o encéfalo y la médula espinal. • El cerebro está protegido por el cráneo y por tres membranas llamadas meninges. Entre las meninges interna y media se encuentra un espacio relleno de líquido cefalorraquídeo que también llena las cavidades del cerebro y permite amortiguar los golpes. El cerebro está formado por dos hemisferios claramente separados que se componen de cuatro lóbulos nombrados de acuerdo con el hueso del cráneo que los protege: lóbulos frontal, parietal, occipital y temporal. La superficie del cerebro se llama corteza cerebral y está formada por cuerpos de neuronas, que constituyen la materia gris. La parte interna del cerebro está formada por los axones blancos que están cubiertos por una capa de mielina que le dan el aspecto claro, por lo que se llama materia blanca. La corteza cerebral presenta múltiples pliegues o circunvoluciones que aumentan el área del cerebro y con ello el número de

4.6 Sistema nervioso •

311

cuerpos celulares que permiten el complejo comportamiento y la inteligencia del organismo. En la corteza cerebral se encuentran las regiones que dan lugar al lenguaje, el razonamiento, las emociones, la memoria, los pensamientos, los sentimientos, los ideales, así como todos los aspectos de nuestra personalidad. En el cerebro se interpretan las sensaciones recibidas por las neuronas sensoriales de los órganos receptores de los sentidos y es el sitio donde parten las respuestas en forma de impulso nervioso motor. Debajo del cerebro se encuentran el tálamo y el hipotálamo. El tálamo ayuda a clasificar la información sensitiva. El hipotálamo es un importante centro regulador de funciones vegetativas, como el equilibrio hídrico, pues produce la hormona ADH antidiurética que regula la eliminación de orina, regula el metabolismo de los carbohidratos, grasas y proteínas provocando la sensación de hambre, regula la temperatura corporal, regula el sueño, controla la producción de hormonas secretadas por la hipófisis como la hormona del crecimiento y las hormonas sexuales luteinizante y folículo estimulante, ver la figura 4.32. El juicio que consiste en el análisis de los riesgos y las consecuencias de nuestros actos, se produce cuando la corteza cerebral se ha desarrollado completamente. El cerebro todavía no concluye su desarrollo durante la adolescencia. ¿Existe una relación entre la impulsividad del adolescente y la falta de desarrollo de la corteza?

Corteza cerebral

Cerebro

Tálamo

Bulbo raquídeo

Cerebelo

Figura 4.32 Cerebro, cerebelo y bulbo raquídeo.

En la parte posterior del cerebro se encuentra el cerebelo, que controla los impulsos enviados por el cerebro y coordina el movimiento, la postura, el equilibrio y el tono muscular. En la parte central del cerebro se extiende hacia abajo, el bulbo raquídeo o médula oblonga, que controla la frecuencia respiratoria y cardiaca. El bulbo raquídeo continúa con el Puente de Varolio, que conecta con la médula espinal.

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UNIDAD IV • Procesos en los animales

• La médula espinal es un tubo largo relleno de líquido protegido por las meninges y la columna vertebral, del que parten los nervios espinales o periféricos, ver la figura 4.33. La parte externa de la médula está formada por la sustancia blanca y la parte interna, por la materia gris. Meninges de la médula espinal Médula espinal

Piamadre Aracnoides Duramadre

Tronco encefálico Médula espinal Vértebra

Nervios espinales

Disco

Vértebra Médula espinal Estructura de la médula espinal Vía del nervio sensitivo Raiz sensitiva Cola de caballo

Nervio espinal

Vía del nervio motor Raiz motora

Figura 4.33 Médula espinal.

4.6 Sistema nervioso •

Actividad 37 1. Compara las partes del sistema nervioso central en los distintos grupos de vertebrados. 2. Identifica las partes del encéfalo y la médula espinal en cada uno de los grupos de vertebrados.

Flujo del LCR

Sistema nervioso central (SNC)

Líquido cefalorraquídeo (LCR)

3. Colorea cada uno de los órganos del sistema nervioso central de cada grupo con un mismo color. 4. Describe en un cuadro comparativo las diferencias que observas en el SNC de los diferentes grupos de vertebrados. 5. Escribe un texto breve en el que destaques las diferencias en el SNC y la tendencia más notoria en el SNC del ser humano. 6. Investiga cuáles son los centros nerviosos de la corteza cerebral.

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314

UNIDAD IV • Procesos en los animales

7. Señala los centros nerviosos en el siguiente dibujo. Circonvolución frontal media Surco precentral Surco Circonvolución central frontal superior

Surco intraparietal

Polo frontal Circonvolución frontal inferior

Quiasma óptico

Circonvolución temporal superior Circonvolución temporal media

Polo occipital

Circonvolución temporal inferior

Circonvoluciones orbitarias

Surco temporal superior

Surco oftálmico Trigono olfatorio

Tuber cinereum

Surco del hipocampo

Cuerpos mamilares

Ses

ión 21 ¿Te gustaría subir a la montaña más alta del mundo? ¿A qué problemas se enfrentaría tu cuerpo si intentaras una escalada a más de 5000 metros de altitud? A medida que aumenta la altitud, la presencia de oxígeno en el aire disminuye. El sistema nervioso se altera y causa el estado de coma y la muerte cerebral. Sin embargo, cuando un montañista lleva a cabo varias ascensiones, el cuerpo se va aclimatando mejor. Esta aclimatación permite que el cuerpo se vaya acostumbrando a respirar en altitudes extremas, donde no es posible la vida humana, por encima de los 5500 m de altitud, con una presión atmosférica de la mitad de la presión atmosférica a nivel del mar.

4.6 Sistema nervioso •

315

4.6.3 El sistema nervioso periférico El sistema nervioso periférico está formado por los nervios espinales y craneanos que llevan los impulsos desde los órganos receptores al sistema nervioso central. Este sistema nervioso se divide en voluntario e involuntario o autónomo. Los nervios espinales son 31 pares de nervios que se encuentran a los lados de la médula espinal. Los nervios espinales tienen una parte anterior motora y una parte posterior sensitiva, y forman un tronco mixto que sale entre las vértebras. Del tronco se originan cuatro ramas, anterior, posterior, meníngea y otra relacionada con el sistema autónomo. Los nervios craneales (ver figura 4.34) son 12 pares que se originan en distintas partes del encéfalo. Algunos de ellos son sensitivos, como el par I que es olfatorio y el par II que es el óptico, pues llevan la información al cerebro acerca de la percepción. Otros nervios son motores, cuando reciben el estímulo y envían la información a músculos o glándulas, como los nervios craneales III, óculo motor que mueve el globo ocular, o el nervio XII hipogloso, Nervio acústico Nervio olfatorio que es el que mueo vestíbulo coclear Olfato Sentido del oído ve la lengua. Los Nervio óptico y del equilibrio Visión nervios craneales Nervio motor Nervio trigémino ocular externo también pueden ser Sensaciones faciales Movimiento ocular y movimiento mixtos, si son senmandíbular soriales y motores, Nervio facial Nervio Expresión facial y glosofaringeo como el nervio crasentido del gusto Sentido del gusto y sensaciones de neal V, trigemino Nervio vago la garganta Respiración, digesque funciona dantión y circulación do sensibilidad a la Nervio espinal Nervio hipogloso Movimiento del cuello Movimientos de cara y provocando y músculos dorsales la lengua el movimiento de masticación. Figura 4.34 Nervios craneales.

Sistema nervioso autónomo (SNA) Se le conoce como sistema nervioso de la vida vegetativa. Este sistema actúa de manera involuntaria y regula las funciones vitales como la contracción de los músculos del estómago durante la digestión, la contracción del músculo cardiaco, la dilatación de la pupila y la respiración. El sistema nervioso autónomo se divide en simpático y parasimpático. Estos dos sistemas son antagónicos y tienen una importante función en la homeostasis del organismo. El sistema simpático estimula reaccio-

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UNIDAD IV • Procesos en los animales

nes que permiten al cuerpo enfrentar situaciones de emergencia, mientras que el parasimpático equilibra la respuesta y retorna al organismo a condiciones normales. Por ejemplo, cuando el organismo se altera, el simpático acelera el ritmo cardiaco, mientras que el parasimpático lo disminuye. Durante la respiración el simpático relaja los bronquios mientras el parasimpático los contrae. El simpático dilata la pupila, mientras el parasimpático la contrae. En el ejemplo de lo que le sucede a los montañistas de altura, es la falta de oxígeno que provoca que los glóbulos rojos aumenten; el ventrículo derecho aumenta de tamaño; la presión arterial baja, y hay insuficiencia cardiaca, todo ello provoca que las arterias pulmonares se constriñan tratando de aumentar la presión, la presión capilar incrementa los líquidos en el cerebro lo que aumenta su volumen y causa el coma. La aclimatación de los montañistas a la hipoxia consiste en la capacidad del cuerpo para regular los cambios, en esto juegan un papel muy importante las interacciones del sistema nervioso autónomo.

Actividad 38 1. Lee el siguiente texto: El monte Everest o Chomolungma forma parte de la cordillera de Los Himalaya que se ubica en Asia, en el Tíbet. La cordillera se formó por el choque de la placa tectónica que forma la India con la placa asiática. La altura del Everest se calcula en 8850 m sobre el nivel del mar. La falta de oxígeno en la alta montaña provoca que los glóbulos Monte Everest rojos aumenten, que el ventrículo derecho aumente de tamaño, que baje la presión arterial, se presente la insuficiencia cardiaca congestiva, la piel se torne azulosa; se presenten náuseas, las hemorragias retinianas, embolias, síncope de la altitud, ceguera transitoria, congestión nasal, tos de altitud, deterioro muscular, coma y, si el montañista no desciende, sobreviene la muerte. Lo que ocurre durante la hipoxia es que las arteriolas pulmonares entran en un potente estado de vasoconstricción desigual en regiones diferentes,

4.6 Sistema nervioso •

por lo que fluye mayor cantidad de sangre en cada vez menos vasos sanguíneos pulmonares que no se han reducido. La presión capilar en los pulmones se va haciendo progresivamente más elevada por lo que se inflaman y sobreviene la muerte. La hipoxia en los montañistas de altura provoca el edema cerebral agudo que resulta de la dilatación de los vasos sanguíneos del cerebro. Esto provoca un aumento de la presión capilar y del líquido hacia los tejidos cerebrales, lo que provoca un aumento del volumen del cerebro. Al aumentar de tamaño el cerebro se genera una presión en el cráneo que provoca desorientación grave y estado de coma. Los efectos de la hipoxia provocan alteraciones psicológicas en el montañista de altura, especialmente cuando está a punto de llegar a la cumbre. En estos momentos ocurren alucinaciones visuales y auditivas, alteraciones en la percepción de la realidad, y un deseo constante de desplomarse para dormir en la nieve sin importar las consecuencias. También se ha observado la presencia de sentimientos paranoicos, actitudes obsesivo-convulsivas, preocupación por pequeños detalles, dificultad para recordar hechos, sentimientos de soledad, depresión, angustia, agresividad y, al mismo tiempo, la tenacidad y la voluntad por alcanzar la cumbre. Reinhold Meissner después de subir al Everest sin tanque de oxígeno, escribió su experiencia en el momento del asalto final a la cumbre: “¿Hay alguien hablando por aquí cerca? ¿Hay alguien ahí? Y de nuevo vuelvo a escuchar solamente el soplo de mi respiración y el latido de mi corazón. Pero, ¿otra vez están ahí? En medio de este silencio, cualquier ruido, cualquier sonido más intenso que el rumor del aire se traduce en una palabra. Me asusto a menudo porque me parece escuchar por aquí cerca unas voces: serán las de Mallory y de Irvine?* […] aquellas voces de nuevo: las había oído hace dos años en el Nanga Parbat... Mi fuerza de voluntad se debilita; cuanto más ando menos importante me parece llegar hasta la cima y me siento más indiferente hacia mi mismo. La atención ha disminuido y mi memoria se ha ido debilitando. Noto que el agotamiento psicológico es aún mucho más intenso que el agotamiento físico: sería tan agradable sentarse por aquí cerca, y sin hacer absolutamente nada, pero… ¡por eso mismo tan peligroso! Entonces, la muerte por agotamiento debe ser como la de la congelación, bastante agradable..”

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UNIDAD IV • Procesos en los animales

2. Reúnanse en equipo para comentar la lectura y resolver la pregunta del caso: ¿A qué problemas se enfrentaría tu cuerpo si subieras por una montaña de más de 5500 metros de altitud? 3. ¿Cuáles son los efectos de la hipoxia en el sistema nervioso central? 4. ¿De qué forma regula el sistema nervioso autónomo los efectos de la hipoxia en aquellos alpinistas que logran aclimatarse?

Evaluación formativa 1. Reúnanse en equipos de cinco miembros. 2. Elaboren un mapa conceptual describiendo las estructuras y funciones del sistema nervioso. 3. Copien el mapa en un rotafolio y péguenlo en el salón.

Ses

ión 22

Caso de estudio Accidentes automovilísticos ¿Por qué los adolescentes se ponen en riesgo? La principal causa de muerte entre los jóvenes de 18 a 25 años son los accidentes automovilísticos. Los jóvenes adolescentes toman riesgos sin considerar las consecuencias. ¿Por qué es común que los adolescentes de todas las naciones y todos los niveles socioculturales mueran por accidentes relacionados con el alcohol y la velocidad?

4.6 Sistema nervioso •

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4.6.4 Riesgos para el sistema nervioso: uso de drogas y alcohol Como recordarás, el sistema nervioso controla las funciones vitales del organismo. El sistema nervioso central y periférico regulan las respuestas voluntarias principalmente, y el sistema nervioso autónomo regula las funciones involuntarias que también son muy importantes para el mantenimiento de la vida. Cuando no ingerimos los alimentos adecuados, comienzan a surgir deficiencias en el metabolismo. Si no consumimos suficientes carbohidratos, estaremos débiles y con dificultades para concentrarnos en nuestras actividades. Cuando no consumimos suficiente vitamina B (complejo B12), podemos tener algunos trastornos nerviosos como depresión, ansiedad, falta de concentración, dolores de cabeza, pérdida de tonicidad muscular, mala coordinación y alteraciones del sueño. El ácido pantoténico y el ácido fólico, del complejo de vitaminas B, intervienen en el desarrollo del sistema nervioso, por lo que la carencia de estas vitaminas provoca la malformación del cerebro en el embrión. La deficiencia en vitamina A causa trastornos en la visión, especialmente la nocturna. La vitamina D es importante para la absorción de calcio, elemento que interviene en la liberación de los neurotransmisores. Para asegurar el funcionamiento adecuado de nuestro sistema nervioso debemos alimentarnos bien y evitar el consumo de sustancias que lo alteran. La cafeína, el tabaco, el alcohol son ejemplos de sustancias permitidas que dañan nuestra salud. El tabaquismo, además de relacionarse con varios tipos de cáncer como el de pulmón, laringe, esófago, boca, garganta y vejiga, produce enfermedades cardiovasculares que dañan indirectamente al sistema nervioso. Además, está comprobado que las personas que adquieren una adicción como fumar tienen mayor riesgo de adquirir otras adicciones como el uso de drogas ilegales. El tabaquismo y el alcoholismo están relacionados con la depresión y se vuelven adictivos, por lo que evitar el consumo de estos tóxicos evita la dependencia física y psicológica que crea la adicción. El alcoholismo es el hábito de consumir bebidas alcohólicas sin control, de manera que el organismo sufre alteraciones en la frecuencia cardiaca, disminuye sus reflejos y se Adicción al tabaco.

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UNIDAD IV • Procesos en los animales

deprime el sistema nervioso. Es común que la persona que se encuentra bajo el efecto del alcohol tenga sueño, se sienta cansada y pierda el sentido del juicio. Generalmente las personas somos capaces de tomar decisiones acertadas cuando analizamos las consecuencias de nuestros actos, midiendo los riesgos a los que nos enfrentamos. Cuando una persona está alcoholizada no mide las consecuencias y sus movimientos son imprecisos, pierde el equilibrio con facilidad y no reacciona adecuadamente. Este estado de alteración del sistema nervioso es muy peligroso, pues la persona se pone en situaciones de riesgo que pueden afectar su salud y la de los demás. Algunas personas pueden intoxicarse severamente con el alcohol pierden la conciencia y entran en estado de coma que pone en peligro su vida. Cuando una persona ha ingerido demasiado alcohol se siente cansada, y si al mismo tiempo conduce un vehículo durante la noche, su visión y los reflejos se atrofian y se siente desinhibida. Además, el alcohol produce un efecto de liberación de responsabilidades y confusión entre la realidad y la fantasía. El cansancio y la oscuridad ocasionan que el conductor se duerma mientras conduce y provoque un accidente automovilístico. Muchas veces estos accidentes son fatales para las personas involucradas. El alcohol produce alteraciones en el sistema digestivo y daña el hígado, el páncreas y el corazón. En el sistema nervioso el alcohol inflama los nervios por lo que los movimientos son torpes y se pierde el equilibrio. El alcohólico poco a poco se habitúa a la bebida y se vuelve un adicto, perdiendo oportunidades de mantener un empleo estable o de acudir formalmente a la escuela. Al cabo de un tiempo el alcohólico se ha metido en tantos problemas que afectan su vida familiar. Muchas personas piensan que si toman en las fiestas o sólo en fines de semana, no se van a convertir en adictos, pero todos los alcohólicos empezaron su vicio sin ser adictos, por eso es importante reconocer el daño que provoca el alcohol en el organismo y en la estabilidad de la persona, hay que evitar el riesgo de volverse adicto al alcohol. La drogadicción es el hábito de consumir sustancias que provocan efectos depresivos, estimulantes o alucinógenos. Las personas que consumen estas sustancias generan una adicción, es decir, se acostumbran a ellas, desarrollan un hábito y posteriormente necesitan de la droga para sentirse bien. La drogadicción o fármacodependencia es un estado de alteración de la conducta con un impulso irreprimible de usar una sustancia.

4.6 Sistema nervioso •

321

Las drogas más comunes son la marihuana, los solventes, la cocaína, los hipnóticos y sedantes y los estimulantes. La marihuana es una planta (ver figura 4.35) llamada Cannabis sativa, que produce una sustancia tóxica llamada tetrahidrocanabinol. Esta planta se usa como medicamento contra el dolor. La marihuana se consume fumándola, pero también se mezcla con la comida o se bebe como infusión. Las membranas de las neuronas tienen receptores que se adhieren al tetrahidrocanabinol, lo que produce una serie de estímulos nerviosos que vuelven eufórico al fumador. Los efectos tóxicos son una sensación de bienestar, somnolencia, pérdida de la noción del tiempo, irritación de las vías respiratorias y ojos, resequedad de la boca y de las vías respiratorias. Los efectos de la marihuana a largo plazo son severos, porque puede perderse la memoria y la capacidad de aprendizaje, la percepción se distorsiona, se altera la coordinación física y se presentan trasFigura 4.35 Planta de marihuana. tornos de personalidad. Los solventes son sustancias volátiles derivadas del petróleo como el éter, cemento, tíner, cloroformo, óxido nitroso. Estos solventes ejercen un efecto tóxico en el sistema nervioso, además de provocar irritación en las vías respiratorias y afectar el hígado, el riñón y los pulmones. El efecto nocivo se debe a que son sustancias de molécula pequeña que fácilmente atraviesan las membranas celulares, intoxican a las células y provocan alucinaciones, somnolencia, náuseas, pérdida del conocimiento y sensación de bienestar por la pérdida de la conciencia y el conocimiento de la realidad. La cocaína se obtiene de una planta, la coca llamada Erithroxylon coca (ver figura 4.36) y es un polvo cristalino blanco que al inhalarse produce estimulación en el sistema nervioso central, la cual genera sensaciones de euforia, agudeza mental, excitación, sensación de gran fuerza física y en general, sensación de bienestar. En los órganos causa la vasoconstricción, por lo que se acelera el ritmo cardiaco, aumenta la temperatura corporal y la respiración. Además, produce alucinaciones visuales y convulsiones. A partir de la coca se produce el crack y el bazuco que son menos potentes pero generan mayor dependencia. Figura 4.36 Planta de coca. el

LSD,

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UNIDAD IV • Procesos en los animales

La heroína, es una droga derivada de la morfina que se obtiene del opio que es una planta llamada Papaver somniferum (ver figura 4.37). Esta droga se inyecta, se fuma o se inhala. Sus efectos son relajantes, elimina el dolor y la ansiedad, induce el sueño y deprime el sistema nervioso. Además reduce el apetito, provoca estreñimiento, trastornos de la memoria y de la atención, depresión y pérdida de la motivación. La heroína provoca una fuerte dependencia y expone al adicto al riesgo de contraer SIDA y hepatitis por compartir la jeringa con los compañeros de adicción. Entre los efectos a largo plazo está el trastorno de la personalidad, desadaptación social, disminución del deseo sexual, trastorno de la memoria y de la atención, insomnio y Figura 4.37 Planta de opio. depresión. Los hipnóticos y sedantes, son sustancias químicas que se utilizan como somníferos y tranquilizantes, además actúan como depresoras del sistema nervioso central. Algunos, como los barbitúricos son más fuertes y provocan mayor dependencia. El consumo de estas drogas provoca cansancio, somnolencia, relajamiento, pérdida de la atención, pérdida de la coordinación e inhibición de reflejos. También produce depresión, hipotensión, psicosis, náuseas y vómitos. En la abstinencia se producen severas alteraciones como temblores, fiebre, fatiga, agitación, convulsiones, ansiedad, delirio, psicosis, deshidratación y coma. Las personas sufren por el deterioro de sus facultades mentales, la depresión, trastornos de la personalidad y cambios radicales en el estado de ánimo. Las anfetaminas, son estimulantes del sistema nervioso, producen mayor capacidad de concentración y mejoramiento del rendimiento mental. Disminuyen el apetito y provocan un estado de bienestar al retrasar la fatiga. Se presenta también inquietud, insomnio, irritabilidad y verborrea. Las anfetaminas son muy adictivas y durante la abstinencia generan depresión, dolores musculares, crisis afectivas y ansiedad. Los daños orgánicos se presentan en el sistema circulatorio, nervioso y muscular, así como problemas psicóticos que conducen a los trastornos de atención y concentración, y problemas sociales. El éxtasis es un alucinógeno derivado de los anfetamínicos. El éxtasis altera el comportamiento y las funciones vitales del organismo. La elaboración de esta droga se lleva a cabo sin control, por lo que las pastillas no tienen una composición específica. Las autoridades señalan que los vendedores ilegales utilizan toda clase de medicamentos robados o

4.6 Sistema nervioso •

323

caducos y los mezclan sin ninguna precaución. El resultado es que cada una de las pastillas tiene una composición diferente y es potencialmente peligrosa. Cuando se consume esta droga es muy peligroso beber alcohol, pues se corre el riesgo de sufrir un “golpe de calor” porque el cuerpo eleva su temperatura pero no provoca sudoración ni se pierde agua; el incremento de la presión puede provocar una hemorragia cerebral y edema pulmonar o trombosis venosa cerebral; el pulso aumenta debido a la taquicardia, insuficiencia hepática provocada por necrosis y muerte celular por hepatotoxicidad, y puede producir coma y muerte por infarto. Los alucinógenos, como el LSD provocan trastornos sensoriales que afectan las emociones y el pensamiento. Pueden producir ilusiones y alucinaciones. Otra droga es la mescalina que se obtiene del peyote (ver figura 4.38), una cactácea de zonas desérticas de México. Los efectos van desde perder por completo la conciencia, así como ansiedad, temor, confusión y delirio. Los efectos son impredecibles y llegan a confundirse con las enfermedades mentales, Figura 4.38 Planta de peyote. esquizofrenia o paranoia.

Evaluación formativa 1. Reúnanse en equipos de cinco estudiantes. 2. Elaboren en una cartulina un cuadro comparativo entre las distintas sustancias que provocan adicción. 3. Peguen la cartulina en un lugar cerca de la cafetería.

Actividad 39 1. Investiga cuáles son los daños que provoca el alcohol al sistema nervioso, considerando los daños al hígado por cirrosis.

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UNIDAD IV • Procesos en los animales

2. Reúnanse en equipos de tres para hacer lo siguiente. 3. Elaboren un cuestionario sencillo para aplicar a los demás estudiantes de la escuela. Pregunten: a) Si han consumido alcohol. b) ¿Cuándo fue la última vez que consumieron alcohol? c) ¿Cuál es la cantidad de alcohol que consumen (una copa, cinco copas o más)? 4. Reúnanse para analizar la información que obtuvieron. 5. Investiguen: a) ¿Cuál es la principal causa de muerte entre los jóvenes? b) ¿Qué lugar ocupa la cirrosis hepática como causa de muerte en la población? 6. Comenten entre ustedes: a) ¿Qué relación tienen los accidentes automovilísticos y el alcohol? b) ¿Cuál es la relación entre el consumo de alcohol y la cirrosis hepática? c) ¿Qué medidas preventivas aplicarías para evitar que los jóvenes consumieran alcohol? 7. Elaboren un cartel informativo sobre los resultados que obtuvieron en donde alerten a sus compañeros sobre los daños que ocasiona el alcoholismo. 8. Peguen el cartel cerca de la puerta de la escuela.

Ses

ión 23 El cáncer es una enfermedad que cobra miles de vidas en el mundo y en México. El cáncer cérvico uterino se ha incrementado para ubicarse en la primera causa de muerte por cáncer en las mujeres en nuestro país. El virus del papiloma humano está asociado al cáncer cérvico uterino. El contagio de este virus se da a través del contacto sexual sin protección. ¿Qué recomendarías para detener la infección del virus del papiloma humano? ¿Cómo pueden desarrollarse medicamentos contra el cáncer para curar a quienes ya lo padecen?

4.7 Reproducción y desarrollo •

325

Actividad 40 I. Reúnanse en equipos para responder el siguiente cuestionario: 1. ¿Qué es la gametogénesis? 2. ¿Cómo se lleva a cabo la reproducción asexual? 3. ¿Cómo se lleva a cabo la reproducción sexual? 4. ¿Qué es el desarrollo embrionario? II. Una vez contestado el cuestionario, reúnanse en grupo para comentar sus ideas sobre el tema de reproducción.

4.7

Reproducción y desarrollo La reproducción es el proceso por el cual se perpetúa la especie. La capacidad reproductiva es la posibilidad del ser humano para tener descendencia. A través de la reproducción los individuos tienen descendientes, lo que asegura que la especie pueda seguir existiendo. En esta sesión recordarás las características del aparato reproductor femenino y masculino del ser humano.

4.7.1 Sistema reproductor masculino y femenino En los seres humanos, como en muchas especies animales, existen diferencias entre las hembras y los machos, además de la presencia de órganos sexuales femeninos y masculinos respectivamente. De este modo, los órganos sexuales o genitales, que son los ovarios y oviductos en las mujeres, y testículos y uretra en el varón, son los caracteres sexuales primarios. Estos caracteres primarios aparecen en el individuo desde su nacimiento y permiten distinguir a los niños de las niñas. Por otro lado, las diferencias que son características de cada sexo y que se desarrollan durante la pubertad, cuando se inicia la madurez sexual, se conocen como caracteres sexuales secundarios. El siguiente cuadro muestra las diferencias entre los caracteres sexuales primarios y secundarios en varones y mujeres.

326

UNIDAD IV • Procesos en los animales

Femenino

Masculino

Caracteres sexuales primarios

Ovarios Trompas de Falopio Útero Vulva Vagina

Testículos Conductos deferentes Próstata Vesículas seminales Pene

Caracteres sexuales secundarios

Desarrollo de glándulas mamarias Ensanchamiento de caderas Vello axilar Vello púbico

Desarrollo de musculatura Vello axilar Vello púbico Barba Bigote Cambio de voz Manzana de Adán

Aparato reproductor femenino Folículo

Trompa Ovario Útero o matriz

El aparato reproductor femenino (ver figura 4.39) está formado por un par de ovarios y un oviducto que da lugar a las trompas de Falopio, el útero y la vagina, los genitales externos formados por la vulva.

• Los ovarios son dos glándulas ubicadas en la pelvis que tieFigura 4.39 Aparato reproductor femenino. nen el tamaño y forma de una almendra. Cada ovario está formado por una corteza que cubre cavidades o folículos en donde se encuentran los ovocitos. Los ovarios producen los óvulos, que son las células sexuales femeninas, y las hormonas sexuales, que son la progesterona, que desarrolla las glándulas mamarias y mantiene los tejidos que recubren el útero para alojar al embrión, y los estrógenos, que regulan el ciclo menstrual y determinan la aparición de los caracteres sexuales secundarios. Vagina

• Las trompas de Falopio son dos conductos que se encuentran a los lados del útero y que conducen los óvulos maduros. • El útero es un órgano en forma de pera invertida que recibe al óvulo no fecundado o al embrión en caso de haber fecundación.

4.7 Reproducción y desarrollo •

327

La sección más baja del útero se denomina cervix o cuello uterino. Esta zona se angosta en el istmo que da lugar a la vagina. • La vagina es un conducto muscular que comunica con el exterior y termina en el orificio vaginal. En las mujeres que no han tenido relaciones sexuales este orificio se encuentra cerrado por el himen. • La vulva es el conjunto de genitales externos que comprenden: • el monte de Venus o monte púbico, que es una prominencia de tejido adiposo que se cubre de vello desde la pubertad, • los labios mayores y los labios menores, que son pliegues que cubren la entrada de la vagina y • el clítoris que es una masa cilíndrica de tejido esponjoso eréctil.

Funcionamiento del aparato reproductor femenino Cuando una niña llega a la pubertad, el hipotálamo produce factores liberadores de las hormonas “folículo estimulante” o HFE y “luteinizante” o HL, lo que provoca que la hipófisis secrete estas hormonas. Primero secreta la HFE, que causa la maduración de un folículo dentro del ovario. El folículo contiene un ovocito. Una vez que ha madurado el ovocito la hipófisis da un “golpe” de HL, hormona luteinizante. Esto provoca la expulsión del óvulo del folículo. El óvulo viaja a través de las trompas de Falopio hasta llegar al útero. Al mismo tiempo, el ovario está produciendo progesterona que origina el recubrimiento de las paredes endometriales del útero. El útero se cubre de vasos sanguíneos capaces de alojar al embrión, en caso de que el óvulo haya sido fecundado. Cuando el óvulo pasa al útero, si no se encuentra fecundado, sigue su camino y es expulsado. Entonces el ovario deja de producir progesterona, lo cual causa el desprendimiento de la red de vasos que cubren el endometrio en forma de menstruación.

Aparato reproductor masculino El aparato reproductor masculino produce los gametos sexuales masculinos o espermatozoides. El aparato reproductor masculino está formado por los testículos, los conductos eferentes, el epidídimo, los conductos deferentes, la uretra, las vesículas seminales, la próstata, las glándulas de Cowper y el pene, ver figura 4.40.

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UNIDAD IV • Procesos en los animales

Vejiga Vaso deferente Hueso púbico Vesícula seminal Próstata Uretra Pene Epidídimo

Ano

Testículo Escroto Glande

Figura 4.40 Aparato reproductor masculino.

• Los testículos son dos glándulas ovoides que se encuentran fuera de la cavidad abdominal, alojados en una bolsa de piel llamada escroto. Los testículos producen las células sexuales masculinas o espermatozoides. • Los conductos eferentes son dos tubos que salen cada uno de un testículo y que se comunican con los tubos seminíferos. Los conductos eferentes conducen los espermatozoides de los testículos al epidídimo. • Los epidídimos son un par de tubos enrollados que se encuentran arriba de cada testículo. Los epidídimos tienen forma curva y ascienden para continuarse con el conducto deferente. En el interior de cada epidídimo hay un tubo delgado plegado que recorren los espermatozoides al tiempo que maduran y desarrollan la movilidad de su flagelo. • Los conductos deferentes son prolongaciones del tubo de cada epidídimo, cuya función es almacenar los espermatozoides y transportarlos desde el testículo hasta la uretra. • La uretra es un conducto que lleva los espermatozoides de los conductos deferentes al pene. • Las vesículas seminales son dos glándulas que vierten semen a los conductos deferentes. El semen es un líquido viscoso en donde flotan los espermatozoides.

4.7 Reproducción y desarrollo •

329

• La próstata es una glándula que se aloja en la pelvis debajo de la vejiga. La próstata secreta un líquido alcalino que contrarresta la acidez de la vagina. • Las glándulas de Cowper secretan un líquido lubricante que se vierte en la uretra. • El pene es el órgano copulador formado por una parte proximal llamada cuerpo y una porción distal llamada glande, cubierta por piel muy delgada que recibe el nombre de prepucio que se fija al pene a través del frenillo.

Cómo funciona el aparato reproductor masculino Una vez que el varón llega a la pubertad, el hipotálamo secreta factores liberadores de las hormonas HFE, hormona folículo estimulante y la HL, hormona luteinizante. Estas hormonas las produce la hipófisis y originan la producción de espermatozoides. Cuando son altos los niveles de testosterona disminuye la producción de espermatozoides y cuando disminuye la testosterona el hipotálamo vuelve a producir factores liberadores de las HFE y HL.

Evaluación formativa 1. Elaboren en una cartulina un esquema sobre el ciclo menstrual y el ciclo ovárico marcando el periodo de días fértiles en el ciclo. 2. Investiguen dos métodos anticonceptivos y describan su uso. 3. Peguen la cartulina en el salón de clase.

4.7.2 Enfermedades o infecciones de transmisión sexual Las infecciones de transmisión sexual son enfermedades que se adquieren a través de las relaciones sexuales. La única forma de disminuir los riesgos de contagio de infecciones de transmisión sexual es el uso del condón, que es una cobertura de látex que se coloca en el pene antes de tener una relación sexual, ver la figura 4.41.

Figura 4.41 Condón masculino.

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UNIDAD IV • Procesos en los animales

Entre las principales ITS están: el virus del papiloma humano, el la gonorrea y la sífilis.

VIH

SIDA,

Virus del papiloma humano El virus del papiloma humano se contagia a través del acto sexual. Este virus produce infecciones en diferentes órganos pero la enfermedad más grave es la que se asocia al cáncer cérvico uterino. En México el cáncer cérvico uterino se encuentra como la primera causa de muerte por cáncer en mujeres mexicanas. El primer síntoma de haber adquirido la enfermedad es la presencia de verrugas genitales blandas de color gris o rosa que se encuentran en racimos. Debido a que estas verrugas aparecen en el útero o en la vagina, es difícil que la mujer se dé cuenta que las tiene, la única forma de enterarse es acudir al ginecólogo para una revisión profunda. El factor de riesgo más importante es tener relaciones sexuales sin protección. Aunque tu novio o novia te diga que nunca ha tenido relaciones sexuales o que “no tiene ninguna enfermedad” sin excusa debes protegerte siempre, cada vez que tengas una relación sexual. La promiscuidad es uno de los factores de riesgo más importantes, pues cada vez que tienes relaciones con una persona diferente, y ésta a su vez ha tenido o tiene varias parejas sexuales, multiplicas la probabilidad de contagio por este virus y por cualquier otra enfermedad o infección de transmisión sexual. Es importante realizarse la prueba llamada Papanicolau, no fumar, tener solamente una pareja sexual, llevar una alimentación balanceada con alto consumo de antioxidantes y utilizar el condón siempre que Figura 4.42 Condón femenino. tengas una relación sexual.

vih-sida El virus de inmunodeficiencia humana (VIH) es el responsable del síndrome de inmunodeficiencia adquirida o “SIDA”. Esta enfermedad se contagia a través de las relaciones sexuales, aunque puede contagiarse también por el contacto con sangre contaminada vía transfusión sanguínea o por el uso de una jeringa infectada. Una mujer embarazada enferma de SIDA puede transmitir a su hijo la enfermedad a través de la sangre. Actualmente

4.7 Reproducción y desarrollo •

331

existen tratamientos retrovirales para evitar que el bebé resulte infectado de VIH. El SIDA es una enfermedad mortal, pues no se conoce la forma de destruir al virus ni existe una vacuna efectiva aún. El virus del SIDA ataca a las células del sistema inmunológico que es el mecanismo de defensa contra las enfermedades. El VIH ataca a las células T que son parte de este sistema de autodefensa, con lo que el cuerpo queda a expensas de infecciones, debilitado y sin poder defenderse. Cuando una persona adquiere el virus VIH, éste puede estar presente sin causar el SIDA; pero la persona infectada puede contagiar a otras aunque no sepa que ha adquirido el virus y sin que la enfermedad se haya manifestado. Algunas veces la adquisición del virus no evoluciona en SIDA, y sólo puede ocasionar hinchazón de los ganglios del cuello y las axilas, acompañada de fiebre, infecciones por hongos que afectan la piel, uñas, mucosas y el púrpura, que es la aparición de manchas hemorrágicas en las piernas. Cuando la persona se enferma de SIDA, aparecen síntomas más severos como infecciones en la piel, pulmones, sistema nervioso y tubo digestivo. Este cuadro, sin embargo, puede mostrarse con otras enfermedades como la tuberculosis. Una de las enfermedades provocadas por el SIDA es el llamado sarcoma de Kaposi, que es un tipo de cáncer de la piel a la que se calcula una esperanza de vida de dos años. Otra de las enfermedades características del SIDA es la neumonía. El virus del SIDA puede detectarse en una persona a través de la prueba ELISA. El factor de riesgo más importante es exponerse al virus a través de la promiscuidad sexual, que es tener más de una pareja o que tu pareja tenga más parejas sexuales. Es importante tomar en cuenta que puedes ignorar que tu pareja tiene otras parejas sexuales, por eso es necesario que te protejas siempre con un condón. Otro factor de riesgo es compartir las jeringas al utilizar drogas intravenosas de otros compañeros adictos. Entre las medidas más seguras para evitar contagiarte de SIDA y otras infecciones de transmisión sexual está Figura 4.43 Fotografía relativa a la usar siempre el condón. promiscuidad.

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UNIDAD IV • Procesos en los animales

Otra medida de prevención entre los toxicómanos, es el uso personal de las jeringas, aunque este texto de ninguna manera está promoviendo el uso de drogas entre la población y menos entre los jóvenes. Una recomendación sumamente importante es evitar el uso tanto de drogas como la ingestión de alcohol, pues el efecto puede provocar que el Figura 4.44 Lesión en organismo entre en un estado de inconsciencia. los genitales externos. Cuando se está alcoholizado o drogado, la persona pierde la noción de lo que hace, lo que le expone a toda clase de accidentes y a situaciones en que no tiene ninguna protección. Las mujeres alcoholizadas son fácil presa de toda clase de vejaciones y violaciones; los varones también pueden ser objeto de abuso sexual. La sífilis es causada por la bacteria, Treponema pallidum. La primera fase de la sífilis se presenta con una lesión llamada chancro en los genitales externos (ver la figura 4.44). La lesión desaparece pronto por lo que la persona no le da mayor importancia. Durante la segunda etapa, que puede durar años, la bacteria infecta todo el organismo, puede haber fiebre y erupciones cutáneas en todo el cuerpo (ver la figura 4.45). Como estos síntomas desaparecen, la persona cree que ya se Figura 4.45 Lesiones cutáneas provocadas por la sífilis. curó. Después de varios años surgen las lesiones parecidas a tumores que afectan los órganos internos. Por último, las consecuencias pueden ser ceguera, problemas para movilizarse o la demencia. La sífilis causa la muerte. Además del contagio vía sexual, la mujer embarazada contagia al bebé. El niño puede quedar ciego o sufrir la degeneración de piel y huesos. Es preferible, el tratamiento médico contra esta enfermedad en la primera etapa, pues las lesiones provocadas son irreversibles. La mejor forma de prevenir ésta y cualquier otra enfermedad venérea es el uso del condón, especialmente en relaciones sexuales de riesgo, cuando no se conoce a la persona con la que se realiza el coito. La gonorrea es causada por la bacteria, Neisseria gonorrhoeae. La infección provoca dolor al orinar y secreción de pus por la uretra en el hombre y la vagina en la mujer. Si no se trata, la infección se extiende a

4.7 Reproducción y desarrollo •

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los genitales internos y causa esterilidad en su fase inicial, y posteriormente afecta las articulaciones, el corazón, el hígado, el sistema nervioso y el muscular. La prevención de esta enfermedad exige el uso del condón en las relaciones sexuales de riesgo así como mantener una sola pareja sexual. La decisión de tener relaciones sexuales es un asunto personal. Nadie puede obligarte a evitarlas ni a tenerlas, pero es necesario que conozcas bien a la persona con la que te vas a involucrar. Una persona desconocida no es la más idónea para relacionarse sexualmente. Cuando una pareja se encuentra por primera vez, ninguno de los dos se conoce. Aún conociendo a la persona es difícil saber cuáles son sus costumbres y cuántas parejas sexuales ha tenido o tiene. Procura no intimar con las personas mientras no las conozcas bien. Es recomendable aplazar las relaciones sexuales hasta que se cuente con la suficiente información y la preparación necesaria para afrontar las consecuencias que puede traer consigo el ejercicio de la sexualidad.

Evaluación formativa Elaboren un cuadro haciendo una comparación de las infecciones de transmisión sexual, los factores de riesgo y los modos de prevención de estas enfermedades.

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4.7.3 Desarrollo embrionario

Cuando los gametos se forman en los órganos sexuales y han madurado, entonces es posible que el acto sexual termine con el encuentro entre un óvulo y un espermatozoide. La fecundación es el proceso por el cual un espermatozoide se une a un óvulo y da origen a un nuevo ser. Cuando se unen los dos gametos en el proceso denominado fecundación, el cigoto comienza su desarrollo embrionario a través de divisiones celulares mitóticas. El desarrollo embrionario en el ser humano se inicia cuando todavía se encuentra en las trompas de Falopio. El embrión pasa por varias etapas durante la segmentación. Seguramente recuerdas que se forma la mórula que es una masa celular pare-

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UNIDAD IV • Procesos en los animales

cida a una mora. El blastocisto se forma cuando se desarrolla un espacio interno llamado blastocele. Es en esta etapa, casi una semana después de la fecundación, el blastocisto penetra la pared engrosada del útero y se implanta. En este periodo se diferencian dos tipos celulares del embrión: • las células que desarrollan al embrión como tal, y • las membranas extraembrionarias que proporcionarán el sustento durante todo el desarrollo. Una vez que el blastocisto se implanta, se inicia el proceso de gastrulación que consiste en la formación de un pliegue que da lugar al intestino primitivo. El embrión entonces cuenta con dos capas embrionarias, el ectodermo y el endodermo. Sobre el ectodermo se desarrolla una cavidad, que es la amniótica, llena de líquido y debajo otra cavidad llamada saco vitelino. Después de la segunda semana se desarrolla una cavidad que rodea al saco vitelino, la cavidad coriónica, llena de líquido. Para la tercera semana aparece en el embrión una tercera capa de células entre el ectodermo y el endodermo, llamada mesodermo. El ectodermo dará origen a la piel, el sistema nervioso, el pelo y las uñas. El mesodermo dará lugar a músculos y huesos, mientras que el endodermo dará lugar a las vísceras, y a los aparatos respiratorio y reproductor. En el proceso de gastrulación se originan la boca y el ano, dando lugar al intestino primitivo. En la tercera semana se forma el tubo neural que dará origen al sistema nervioso. En la región dorsal comienzan a mostrarse los segmentos del cuerpo o Figura 4.46 Embrión miotomos. humano mostrando la formación de miotomos.

Primer trimestre Durante el primer mes se forma la columna vertebral, el corazón, los esbozos de las extremidades y las vísceras. En el segundo mes se forman los músculos, huesos, dedos, sistema reproductor y los ojos. En el tercer mes se forman la nariz, oídos, dientes, pliegues de las cuerdas vocales, y los riñones.

Figura 4.47 Embrión humano muestra la formación de dedos.

4.7 Reproducción y desarrollo •

335

Durante el cuarto mes se forman las pestañas, las cejas, aparece el pelo y un vello fino que cubre al cuerpo llamado lanugo. En el quinto mes aparece una capa gruesa (vérnix caseosa) en el cuerpo y se presenta también el reflejo de succión. Durante el sexto mes el feto abre los párpados. Para el séptimo mes el producto respira, llora y deglute, en el varón los testículos bajan al escroto. Durante el octavo mes se deposita grasa debajo de la piel y empieza a desaparecer el lanugo y la vérnix caseosa. En el último mes se desarrollan las uñas.

Evaluación formativa Elaboren un cartel mostrando las diferentes fases por las que pasa el embrión humano durante su desarrollo y péguenlo en el salón.

Actividad 41 1. Reúnanse en equipos de cuatro estudiantes. 2. Durante 10 minutos cada uno leerá un tema sobre los métodos anticonceptivos: naturales, mecánicos, químicos o quirúrgicos. 3. Al terminar la lectura, cada uno expondrá a sus compañeros los métodos anticonceptivos que estudió. 4. Entre todos elaborarán un cuadro comparativo sobre los métodos anticonceptivos.

Métodos anticonceptivos Un método anticonceptivo es cualquier mecanismo que evite el embarazo. Existen algunos anticonceptivos que evitan el encuentro de las células sexuales o gametos; otros evitan la formación de un cigoto, y otros más evitan la implantación del embrión, por lo que se consideran microabortivos. La figura 4.48 muestra diversos métodos anticonceptivos.

Figura 4.48 Píldora anticonceptiva.

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UNIDAD IV • Procesos en los animales

Métodos naturales

ESPERMATICIDAS

Estos métodos representan estrategias para evitar el encuentro de los gametos, pero no son abortivos. Ritmo. Se llama también del calendario. Se basa en el reconocimiento del periodo fértil a partir del ciclo menstrual, evitando las relaciones sexuales durante el periodo de la ovulación. Como el óvulo y el espermatozoide tienen una vida media de 48 y 72 horas, se establece un rango de días fértiles en que la pareja debe abstenerse de tener relaciones sexuales. De esta forma, tres días antes de la ovulación y tres días después, se evitan las relaciones sexuales. Como la mayoría de las mujeres tienen ciclos menstruales irregulares, este método no es muy efectivo y conviene combinarlo con el método de la temperatura y el método del Billings. Temperatura. Este método se basa en la medida de la temperatura que es más o menos estable durante todos los días del ciclo menstrual, aumentando el día de la ovulación. Es necesario tomar la temperatura corporal todos los días a la misma hora. Este método puede combinarse con el método del ritmo, para establecer los días subsecuentes a la ovulación, cuando no deben tenerse relaciones sexuales. Billings. Este método se basa en el reconocimiento de la humedad vaginal, que incrementa el flujo los días cercanos a la ovulación. Este método marca con exactitud los días fértiles de la mujer. Esta sustancia pegajosa parece ser producida para facilitar la llegada de los espermatozoides al óvulo. Es preciso evitar las relaciones sexuales durante estos días. Este método es muy efectivo y puede incrementarse la seguridad combinando el método del ritmo y el de la temperatura. Coito interrumpido. En este método el hombre eyacula después de retirar el pene de la vagiDIAFRAGMA na. Se corre el riesgo de que queden ciertas emisiones de semen. Este método puede combinarse Útero Vagina con otros métodos natuCAPUCHÓN rales para aumentar su efectividad. Lactancia. Se basa en la noción de que cuando la mujer está amamantando, Fígura 4.49 Métodos anticonceptivos. se inhibe la ovulación. No

4.7 Reproducción y desarrollo •

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es un método seguro, es preferible combinarlo con otros métodos más efectivos.

Métodos mecánicos Preservativo o condón. El condón es una envoltura de látex con el que se cubre el pene antes de la relación sexual. El pene debe estar erecto para que el condón se coloque correctamente. La función del condón es impedir que el esperma se deposite en la vagina. Este método es muy efectivo y además protege de las infecciones de transmisión sexual. Diafragma. Es una cúpula de látex con un anillo flexible que se coloca en el fondo de la vagina para evitar el paso de los espermatozoides. Su uso se combina con espermicidas y se requiere de revisión ginecológica para su correcta colocación. Dispositivo intrauterino (DIU). Es un pequeño tubo en forma de espiral que actúa como un cuerpo extraño que impide la implantación del embrión. El DIU lo coloca el ginecólogo. El DIU provoca ligeros cambios en la cantidad del flujo menstrual y requiere de revisiones periódicas. Aunque es un método muy efectivo, puede fallar, en cuyo caso podría causar problemas que solamente el médico puede resolver. Este método se usa en mujeres que ya han tenido hijos con el fin de espaciar el tiempo entre uno y otro embarazo.

Métodos químicos Barreras químicas. Son sustancias espermaticidas, que se presentan como cremas, jaleas, espumas o aerosoles. Estas sustancias matan a los espermatozoides. Su acción tiene una duración de una o dos horas. Se recomienda combinarlas con otros métodos para aumentar su efectividad. Pastillas o métodos hormonales. Consiste en ingerir hormonas que bloquean la ovulación o el engrosamiento de las paredes del útero, en donde se implantaría el embrión. La eficacia de estos métodos es poca, pues es común que a la mujer se le olvide tomar la píldora que le corresponde. Además, los tratamientos hormonales pueden provocar trastornos colaterales. En algunas mujeres provocan aumento de peso o hipertensión y su uso prolongado Figura 4.50 Métodos causa manchas en la piel. hormonales.

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UNIDAD IV • Procesos de los animales

Métodos quirúrgicos Son métodos definitivos para cortar y ligar las trompas, mientras que en el varón la vasectomía consiste en el corte y ligadura de los conductos deferentes a la altura del escroto. Ambos métodos son efectivos y no provocan la pérdida del deseo sexual. Tampoco causan cambios de conducta ni en las mujeres ni en los hombres. Algunas personas piensan que la vasectomía hace “menos hombre” al varón, lo cual es falso. Los caracteres sexuales secundarios masculinos siguen presentes debido a que los testículos continúan produciendo hormonas que son las responsables de la manifestación de los rasgos masculinos.

Píldora de emergencia Éste es más bien un remedio de emergencia. Consiste en una combinación de hormonas que actúan al inhibir la ovulación o impedir la fertilización. Este procedimiento sólo se administra bajo estricto control médico y consiste en dos dosis, una en las primeras 72 horas del acto sexual y la otra a las 12 horas. Este método no debe usarse como anticonceptivo habitual, solamente como emergencia, en situaciones no previstas y estrictamente urgentes.

Ses

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Evaluación formativa Con todo lo aprendido sobre reproducción, organicen un debate sobre los siguientes temas: Embarazo no deseado, infecciones de transmisión sexual, aborto. Actualmente existen muchas enfermedades que se transmiten con las relaciones sexuales y pueden incapacitar a una pareja para tener hijos, favorecer el cáncer y hasta causar la muerte. El virus del papiloma humano provoca cáncer de la matriz y el VIH ataca las células de defensa del organismo favoreciendo la aparición de todo tipo de infecciones. Estas enfermedades se contagian muy fácilmente y son de difícil curación. Considerando lo anterior recuerda que es importante que visites al médico antes de tener tu primera relación sexual, pues él podrá recomendarte el uso correcto del método anticonceptivo que evite el embarazo no deseado, que te hará ser padre o madre responsable. Dr. Manuel Loría Casanova, ginecólogo.

Examen • 339

Examen Unidad IV Nombre: Número de lista:

Grupo:

Escuela:

Los siguientes reactivos abarcan los temas 4.1 Aparato digestivo, 4.2 Sistema respiratorio, 4.3 Sistema circulatorio y 4.4 Sistema excretor I. Subraya la respuesta correcta. 1. La alimentación en los animales y el ser humano es: a) A través de la ingestión de alimentos. b) A través de la absorción de los nutrientes. c) Utilizando agua y sales minerales elaboramos nuestros nutrientes. d) Puede ser por ingestión, absorción o elaborando nuestros nutrientes. 2. El aparato encargado de la alimentación del cuerpo es llamado: a) Sistema endocrino. b) Sistema digestivo. c) Sistema circulatorio. d) Sistema excretor. 3. El órgano por el que se inicia la digestión, especializado en la deglución de los alimentos es: a) El estómago. b) El esófago. c) El intestino. d) La boca. 4. El saco que produce enzimas digestivas para transformar el bolo alimenticio en quimo es: a) El estómago. b) El esófago. c) El intestino. d) La boca.

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UNIDAD IV • Procesos de los animales

5. Los alimentos que proporcionan energía al cuerpo, como la papa, el arroz y el maíz son: a) Los lípidos. b) Las proteínas. c) Los carbohidratos. d) Las vitaminas. 6. Los compuestos más abundantes en las células que ayudan a regenerar las células son: a) Los lípidos. b) Las proteínas. c) Los carbohidratos. d) Las vitaminas. 7. Son ejemplos de trastornos alimenticios que provocan daños a la salud, incluso la muerte: a) La hepatitis y el SIDA. b) El tabaquismo y la gastritis. c) La bulimia y la anorexia. d) La obesidad y la depresión. 8. La respiración y la alimentación están relacionadas porque: a) Los alimentos que ingerimos los degradamos en la respiración para obtener energía. b) Necesitamos la respiración durante la ingestión de alimentos. c) Los alimentos nos dan energía suficiente para poder respirar. d) Cuando respiramos los alimentos nos proporcionan la energía necesaria. 9. El proceso a través del cual el organismo inhala y exhala aire por los pulmones se llama: a) Respiración celular. b) Ventilación o respiración externa. c) Respiración interna o intercambio de gases. d) Respiración pulmonar.

Examen • 341

10. Una de las razones que señalan los médicos para evitar el humo de los fumadores (si no fumas) y evitar fumar (si es que lo haces) es que: a) Se producen tóxicos cancerígenos como el benzopireno, tolueno, alquitrán, cadmio y monóxido de carbono. b) El humo produce alergias e irritación en los ojos. c) El cigarro crea una adicción difícil de erradicar. d) Ya existe una ley contra los fumadores. II. Responde los siguientes casos: 1. ¿Por qué fumar afecta a la salud? 2. ¿De qué manera influyen los hábitos alimenticios en retrasar o inducir el desarrollo de la diabetes? 3. ¿Qué tipo de dieta recomendarías para evitar enfermedades como la obesidad y el resfriado? 4. ¿Por qué no puedes encender una fogata cuando hace frío? 5. ¿Qué recomendaciones harías para disminuir los riesgos de adquirir enfermedades cardiovasculares? II. Completa el siguiente cuadro comparando los órganos del sistema excretor, señalando sus funciones. Nombre

Función

Los siguientes reactivos abarcan los temas 4.5 Sistema endocrino, 4.6 Sistema nervioso. IV. Subraya la respuesta correcta: 1. La regulación del funcionamiento del cuerpo se lleva a cabo a través del sistema: a) Nervioso. b) Digestivo. c) Circulatorio. d) Endocrino.

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UNIDAD IV • Procesos de los animales

2. Conjunto de glándulas que secretan sustancias que regulan el funcionamiento de órganos distantes a) Sistema endocrino. b) Sistema nervioso. c) Sistema digestivo. d) Sistema circulatorio. 3. Sustancias que regulan las reacciones metabólicas y mantienen la homeostasis: a) Hormonas. b) Neuronas. c) Nefronas. d) Enzimas. 4. La relación entre un crecimiento anormal del cuerpo y alguna deficiencia hormonal, seguramente se debe a un problema con: a) La hipófisis. b) El bulbo raquídeo. c) El sistema digestivo. d) La corteza cerebral. 5. La reabsorción de agua en los riñones se debe a la acción de la hormona: a) Aldosterona. b) Testosterona. c) Paratiroidea. d) Adrenalina. 6. El aumento de la presión arterial y el ritmo cardiaco se deben a la hormona: a) Aldosterona. b) Testosterona. c) Paratiroidea. d) Adrenalina.

Examen • 343

7. Las células nerviosas o neuronas tienen además del cuerpo celular: a) Dendritas ramificadas receptoras y axones que transmiten el impulso nervioso. b) Membranas ramificadas que transmiten las señales nerviosas. c) Hormonas para enviar las respuestas a señales químicas. d) Neurotransmisores que se ramifican formando axones. 8. Las bandas de mielina que recubren los axones sirven para: a) Aislar la membrana celular transmitiendo rápidamente el impulso nervioso. b) Impedir la salida de los iones potasio y así enviar el impulso nervioso. c) Invertir la polaridad del axón y transmitir el impulso nervioso. d) Generar el potencial de membrana necesario para el impulso nervioso. 9. El impulso nervioso se transmite porque en la membrana: a) Ocurre una diferencia de potencial, ya que los iones sodio son más numerosos en el exterior que los iones potasio. b) Ocurre una inversión de la polaridad pues los iones sodio pasan a la parte interna de la membrana y salen los iones potasio. c) Ocurre una diferencia de potencial pues los iones potasio pasan al interior de la membrana mientras los iones sodio se quedan fuera. d) Ocurre una inversión de la polaridad cuando los iones potasio ingresan al interior de la membrana saliendo los iones sodio. 10. La transmisión del impulso nervioso del axón de una neurona sensitiva a las dendritas de otra neurona requieren el ingreso a la membrana de los iones calcio porque: a) Los iones calcio liberan los neurotransmisores. b) Los iones calcio modifican el potencial de membrana del axón. c) Los iones calcio inhiben el impulso nervioso. d) Los iones calcio invierten la polaridad de la membrana.

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UNIDAD IV • Procesos de los animales

11. La noradrenalina es un neurotransmisor cuya función es: a) Inhibir al músculo cardiaco y los músculos del sistema digestivo. b) Inducir funciones cognitivas como la memoria, la resolución de problemas. c) Inducir el estado de alerta y la sensación de bienestar. d) Disminuir el dolor e inducir el razonamiento objetivo. e) Induce la depresión del sistema nervioso y digestivo. 12. La depresión es una enfermedad que puede ser provocada por: a) La deficiencia en una alimentación rica en carbohidratos que contienen los componentes básicos para la síntesis de los neurotransmisores. b) La baja ingesta de proteínas de origen animal que contienen triptófano, un aminoácido esencial que se requiere para la síntesis de neurotransmisores. c) La deficiencia en la alimentación de frutas que contienen todos los neurotransmisores necesarios para el cerebro. d) El cambio en la polaridad de la membrana del axón que transmite el impulso nervioso. 13. La unión entre una neurona sensitiva que capta el estímulo y transmite el impulso nervioso a través del axón y las dendritas de la neurona motora se llama: a) Sinapsis. b) Neurotransmisor. c) Impulso nervioso. d) Diferencia de potencial. 14. Las funciones mentales como el lenguaje, el razonamiento, las emociones, la memoria las regula: a) El cerebro. b) El bulbo raquídeo. c) La médula espinal. d) El cerebelo.

Examen • 345

15. El órgano que coordina el movimiento, la postura y el equilibrio es: a) El cerebro. b) El bulbo raquídeo. c) La médula espinal. d) El cerebelo. 16. Un golpe en la nuca, a la altura del bulbo raquídeo provocaría: a) La pérdida de funciones como el razonamiento, la memoria y las emociones. b) La muerte porque en esa región se controla la frecuencia cardiaca y respiratoria. c) La pérdida del equilibrio y coordinación del movimiento, que es lo que regula. d) El incremento de la presión arterial, pues ahí se regula la vasoconstricción. 17. El sistema nervioso que mantiene la homeostasis del organismo a través de reacciones antagónicas que regulan las respuestas se llama: a) Sistema Nervioso Central. b) Sistema Nervioso Periférico. c) Sistema Nervioso Autónomo. d) Sistema Nervioso Difuso. V. Relaciona las funciones del simpático y el parasimpático, recordando que son antagónicas e involuntarias: Parasimpático

Simpático

Contrae la pupila Inhibe la salivación Reduce el latido cardiaco Relaja la vejiga Estimula la actividad digestiva

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UNIDAD IV • Procesos de los animales

VI. Describe en el siguiente cuadro los principales efectos a corto y largo plazos del consumo de tabaco, drogas y alcohol. Adicción

Efectos inmediatos

Efectos a largo plazo

Tabaco Alcohol Drogas

VII. Resuelve los casos: 1. ¿Cuál es la causa de la depresión? ¿De qué forma compensan las personas los problemas de depresión? 2. ¿Cuál es la base orgánica de que los adolescentes se expongan al riesgo? 3. ¿Explica qué problemas debe resolver el cuerpo cuando se intenta una ascensión a una altura superior a 5000 metros? 4. ¿Cómo explicas la muerte del jugador de fútbol soccer, Foe, fallecido por un “golpe de calor”? Los siguientes reactivos abarcan el tema 4.7 Sistema reproductor VIII. Escribe una carta para las mujeres mexicanas con el fin de: 1. Informarles sobre los efectos del virus del papiloma humano en la salud. 2. Advertirles los riesgos de contagio sexual. 3. Recomendarles medidas para evitar exponerse al virus.

Examen • 347

IX. Subraya la respuesta correcta 1. Los órganos sexuales o genitales como los ovarios y los oviductos en las mujeres y los testículos y los conductos que vierten el esperma son llamados en general: a) Genitales internos. b) Caracteres sexuales primarios. c) Caracteres sexuales secundarios. d) Genitales externos. 2. La glándula ubicada en la pelvis que contiene folículos en donde maduran los gametos femeninos se llama: a) Ovario. b) Trompa de Falopio. c) Útero. d) Vagina. 3. El conducto que conduce los óvulos hasta el útero se llama: a) Ovario. b) Trompa de Falopio. c) Uretra. d) Vagina. 4. El órgano que aloja al embrión cuando hay fecundación, se llama: a) Ovario. b) Trompa de Falopio. c) Uretra. d) Vagina. 5. La hormona que produce la hipófisis y que provoca la maduración de un óvulo se llama: a) Progesterona. b) Estrógeno. c) Hormona luteinizante. d) Hormona folículo estimulante.

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UNIDAD IV • Procesos de los animales

6. La hormona que produce la hipófisis y que provoca el desprendimiento del óvulo se llama: a) Progesterona. b) Estrógeno. c) Hormona luteinizante. d) Hormona folículo estimulante. 7. La hormona que produce el ovario y que promueve la aparición de los caracteres sexuales secundarios se llama: a) Progesterona. b) Estrógeno. c) Hormona luteinizante. d) Hormona folículo estimulante. 8. La hormona que produce la hipófisis y que induce la maduración de los espermatozoides se llama: a) Testosterona. b) Estrógeno. c) Hormona luteinizante. d) Hormona folículo estimulante. 9. La hormona que producen los testículos y que promueve la aparición de los caracteres sexuales secundarios masculinos se llama: a) Testosterona. b) Estrógeno. c) Hormona luteinizante. d) Hormona folículo estimulante. 10. La función de la próstata es: a) Producir espermatozoides. b) Producir un líquido alcalino que neutraliza la acidez de la vagina. c) Almacenar los espermatozoides. d) Depositar espermatozoides en la vagina.

Examen • 349

X. Señala las ventajas y desventajas de los métodos anticonceptivos naturales, químicos, quirúrgicos y mecánicos.

XI. Compara a través de un cuadro las diferencias de desarrollo de un embrión de tres meses de gestación y un feto de seis meses de gestación. Estado embrionario Embrión de tres meses Feto de seis meses

Morfología general

Desarrollo del sistema nervioso

Sistema digestivo y respiratorio

Sistema óseo y muscular

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