Biología, Geología y Ciencias Ambientales Este libro es una obra colectiva concebida , diseñada y creada en el Depar tamento de Ediciones de Santillana , bajo la dirección de Teresa Grence Ruiz. En su elaboración han par ticipado: Aurelio Castillo de la Torre Ignacio Meléndez Hevia Manuel Ballesteros Vázquez Miguel Ángel Madrid Rangel Mariano García Gregorio EDICIÓN Ana Piqueres Fernández Daniel Masciarelli García Julia Manso Prieto EDICIÓN E JECUTIVA Begoña Barroso Nombela DIRECCIÓN DEL PROYECTO Antonio Brandi Fernández Las actividades de este libro no deben ser realizadas en ningún caso en el propio libro. Las tablas, esquemas y otros recursos que se incluyen son modelos que deberán ser trasladados a un cuaderno. 1 B A C H I L L E R A T O
Índice Unidad Saberes básicos Técnicas Biología 6 Personas relevantes de biología El método científico Historia de un descubrimiento científico: Ameenah Gurib-Fakim 1 La especialización celular 12 1. La base química de los seres vivos 2. La célula 3. Modelos de organización 4. Los tejidos epiteliales 5. Los tejidos conectivos 6. El tejido muscular 7. El tejido nervioso 8. Los tejidos vegetales Observa tejidos 2 Evolución y clasificación de los seres vivos 34 1. La evolución de la vida en la Tierra 2. Las especies 3. La biodiversidad y la evolución 4. Los sistemas de clasificación 5. La evolución biológica y la clasificación 6. Cronología de las clasificaciones 7. Las claves dicotómicas Elabora una clave dicotómica 3 El árbol de la vida 52 1. La biodiverdidad en números 2. Dominios Archaea y Bacteria 3. Dominio Eukarya. Reino Protoctista 4. Dominio Eukarya. Reino Fungi 5. Dominio Eukarya. Reino Plantae 6. Dominio Eukarya. Reino Animalia 7. La importancia de la biodiversidad 4 Los microorganismos 68 1. Los microorganismos 2. Los microorganismos y las enfermedades 3. Técnicas de esterilización 4. El cultivo y aislamiento de los microorganismos 5. Las formas acelulares: virus, viroides y priones 6. Arqueobacterias y eubacterias 7. El metabolismo bacteriano 8. La reproducción y la transferencia horizontal en bacterias Observa e identifica microorganismos Realiza una tinción de Gram 5 La nutrición de las plantas 90 1. La nutrición de las plantas 2. La incorporación de los nutrientes 3. El transporte de la savia bruta 4. El intercambio de gases y la transpiración 5. La fotosíntesis 6. El transporte de la savia elaborada 7. La síntesis y el almacenamiento de sustancias 8. Las sustancias de desecho Diseña y desarrolla una experiencia sobre la fotosíntesis 2
Unidad Saberes básicos Técnicas 6 La relación de las plantas y la regulación de su crecimiento 108 1. Los factores de regulación 2. Los tipos de fitohormonas 3. El movimiento de las plantas 4. Fotoperiodo y termoperiodo 5. Los mecanismos de defensa de las plantas Diseña una experiencia para identificar efectos de las hormonas vegetales 7 La reproducción de las plantas 122 1. Los tipos de reproducción en plantas 2. La reproducción de las briofitas 3. La reproducción de las pteridofitas 4. Las espermatofitas. La reproducción en las gimnospermas 5. Las espermatofitas. La reproducción en las angiospermas 6. La mejora de los cultivos 8 Nutrición en animales: digestión y respiración 142 1. Los procesos digestivos 2. El aparato digestivo de los invertebrados 3. El aparato digestivo de los vertebrados 4. La respiración y la nutrición 5. El aparato respiratorio de los invertebrados 6. El aparato respiratorio de los vertebrados Comprueba la actividad digestiva 9 Nutrición en animales: circulación y excreción 162 1. El aparato circulatorio 2. El aparato circulatorio en invertebrados 3. El aparato circulatorio en vertebrados 4. El sistema linfático 5. La excreción Identifica los tipos de células en la sangre Disecciona un corazón de cordero 10 Relación en animales: receptores y efectores 180 1. Los estímulos y las respuestas 2. La recepción de los estímulos en los invertebrados 3. La recepción de los estímulos en los vertebrados 4. La respuesta motora 5. La respuesta secretora Investiga sobre la visión estereoscópica Relaciona el movimiento articular con los tipos de palancas 3
Índice Unidad Saberes básicos Técnicas 11 La coordinación nerviosa y hormonal en animales 200 1. La coordinación nerviosa 2. El sistema nervioso en los invertebrados 3. El sistema nervioso en los vertebrados 4. El funcionamiento del sistema nervioso en los vertebrados 5. La coordinación hormonal 6. La coordinación hormonal en los invertebrados 7. La coordinación hormonal en los vertebrados Investiga sobre los reflejos 12 Reproducción en animales 218 1. La reproducción y sus tipos 2. Los gametos 3. El aparato reproductor 4. La fecundación 5. El desarrollo embrionario y postembrionario 6. La reproducción en animales invertebrados 7. La reproducción en animales vertebrados Geología y Ciencias ambientales 238 Personas relevantes de la geología y las ciencias ambientales La investigación científica en geología y ciencias ambientales Historia de un descubrimiento científico: Susan Solomon 13 La estructura y la dinámica de la Tierra 244 1. El planeta Tierra 2. La atmósfera 3. La hidrosfera 4. Los métodos de estudio de la geosfera 5. La geosfera según su composición y sus propiedades físicas 6. Los movimientos horizontales de la litosfera 7. La tectónica de placas 8. La dinámica de las placas litosféricas 9. Los movimientos verticales de la litosfera 14 Los procesos geológicos externos 266 1. Los procesos externos. La meteorización 2. La edafización 3. La movilización de los clastos y la sedimentación 4. Las rocas sedimentarias 5. Los minerales que forman las rocas sedimentarias 6. Los agentes geológicos externos Clasifica rocas sedimentarias con una clave 4
Unidad Saberes básicos Técnicas 15 Los procesos geológicos internos 286 1. Los procesos geológicos internos 2. El magmatismo 3. La actividad volcánica 4. Las rocas magmáticas 5. El metamorfismo 6. Las rocas metamórficas 7. Los minerales de las rocas magmáticas y metamórficas 8. El ciclo de las rocas 9. Los esfuerzos tectónicos. Pliegues y fallas 10. La actividad sísmica Identifica rocas magmáticas con el microscopio petrográfico 16 La historia de nuestro planeta 308 1. El concepto del tiempo geológico 2. La datación relativa 3. La datación absoluta 4. El Precámbrico 5. El Paleozoico 6. El Mesozoico 7. El Cenozoico 8. Reconstrucción de una historia geológica Data de forma relativa y correlaciona unidades geológicas 17 Geología y sociedad 330 1. Los riesgos naturales 2. Los riesgos de los procesos geológicos externos 3. Los riesgos volcánicos 4. Los riesgos sísmicos 5. Los recursos geológicos. El patrimonio geológico 6. Los usos de los recursos geológicos Realiza un proyecto de divulgación científica para un geoparque 18 La estructura y dinámica de los ecosistemas 348 1. Los ecosistemas y su estructura 2. Los tipos de ecosistemas 3. Las adaptaciones de los seres vivos en los ecosistemas 4. Las relaciones alimentarias. Ecología trófica 5. La energía y la materia en los ecosistemas 6. Los ciclos biogeoquímicos Investiga sobre un ecosistema 19 El medioambiente y el desarrollo sostenible 368 1. El medioambiente y los seres humanos 2. El desarrollo sostenible 3. El cambio climático 4. La gestión de los recursos naturales 5. La gestión de los residuos 6. La protección de la biodiversidad 7. Otras acciones para la sostenibilidad 8. La medida de la sostenibilidad ambiental Calcula tu huella ecológica Proyectos de investigación 388 Por un mundo sostenible 5
Ciencia que se encarga del estudio de la vida La biología estudia los seres vivos en todas sus formas y niveles, desde su origen y evolución hasta sus propiedades. El campo de estudio de la biología abarca todos los grupos de seres vivos, tanto la estructura como la función y las relaciones de unos con otros. Por ello, en la biología existen diferentes áreas de conocimiento. Antropología. Estudia los aspectos biológicos y sociales del ser humano. Biofísica. Estudia los fenómenos vitales bajo los principios y métodos de la física . Bioquímica. Estudia los seres vivos a nivel molecular y las reacciones químicas que ocurren en su interior. Botánica. Estudia las plantas. También incluye el estudio de los hongos y las algas. Citología e histología. Estudian las estructuras y funciones de las células y los tejidos respectivamente. Embriología. Estudia la formación y el desarrollo de los embriones en animales y plantas. Etología. Estudia el comportamiento de los animales en su medio natural . Fisiología. Estudia el funcionamiento de los órganos y aparatos de los seres vivos y su coordinación. Genética. Estudia la herencia de los caracteres biológicos y del material hereditario, el ADN. Inmunología. Estudia el funcionamiento del sistema inmunitario y sus diversas patologías. Microbiología. Estudia los microorganismos y su aprovechamiento industrial . Zoología. Estudia los animales. Se divide en áreas como la ornitología , la entomología , etc. 6 Biología
Personas relevantes de la biología Te presentamos una selección de personas que han logrado importantes descubrimientos y avances relacionados con los contenidos de este curso. En las unidades de este libro encontrarás algunas más. ¿Conoces tú algún ejemplo? Escribe su biografía . 7 And rew Ben s on (1917-2015) Biólogo Se graduó en la Universidad de Berkeley, en California, y se doctoró en el Instituto de Tecnología en Caltech, investigando la química del metabolismo de las plantas. Su mayor contribución fue la investigación realizada entre 1946 y 1953, junto con Melvin Calvin y James Bassham, sobre la fotosíntesis. Gracias a los experimentos diseñados por Benson pudieron descubrir el complejo sistema de reacciones químicas que permiten a las plantas producir su alimento a partir de la luz solar. Por este importante estudio Melvin Calvin obtuvo el Premio Nobel de Química en 1961 y, aunque la contribución de Andrew Benson fue fundamental, su trabajo no fue igualmente reconocido. Lynn Ma rgul i s (1938-2011) Bióloga Comenzó sus estudios de Biología en Chicago. Los completó con un máster en Zoología y Genética, especialidad en la que se doctoró en 1965. Se marchó a Boston para trabajar como profesora de Biología en la universidad, y allí empezó a estudiar las bacterias. Sus investigaciones la llevaron a elaborar una teoría según la cual las células eucariotas evolucionaron a partir de varias células procariotas mediante asociaciones permanentes. También propuso, junto con Robert Whittaker, una nueva clasificación de los seres vivos en cinco reinos (monera, protoctista, plantas, animales y hongos), en vez de los tres clásicos (mineral, vegetal y animal). Li nda B rown Buck (1947) Microbióloga Nació en Seattle. Graduada en Microbiología y con un doctorado en Inmunología, empezó una colaboración con Richard Axel en la Universidad de Columbia, en Nueva York, estudiando el sentido del olfato en los mamíferos. Investigó sobre cómo las feromonas y los olores se detectan en la nariz y se interpretan por el cerebro, llegando a la conclusión de que cada célula olfativa está especializada en identificar un número concreto de olores, cuya señal envía al cerebro mediante impulsos eléctricos. Por sus descubrimientos recibió, junto con su compañero, el Premio Nobel de Fisiología o Medicina en 2004. Kon rad Lorenz (1903-1989) Zoólogo y etólogo Su pasión por los animales le llevó a tener una gran cantidad de ellos en casa, donde se inició en la observación de su comportamiento. Tras sus estudios de Medicina, se doctoró en Zoología en 1933. Junto con su amigo Nikolaas Tinbergen estudió las diferencias de comportamiento entre animales salvajes y domésticos, centrándose especialmente en las conductas instintivas que mostraban los recién nacidos, lo que se conoce como impronta. Su prolífico trabajo le consagró como el padre de la etología, siendo reconocido en 1973 con el Premio Nobel de Fisiología y Medicina, compartido con otros dos investigadores, por hacer del comportamiento animal un tema de investigación biológica.
Es el conjunto de acciones y procesos que realizan las personas que investigan de forma ordenada y si st emática para hal l ar respuesta a los problemas que le plantea la naturaleza . Aunque existen muchas formas de trabajar en investigación y, por tanto, no se puede hablar de un único método, para poder realizar una determinada investigación ci entí f ica con rigor es necesario establ ecer una línea común de procedimiento que sea aceptada por toda la comunidad científica . El método científico comprende cinco fases o etapas bien determinadas. El método científico E J E M P L O F A S E S 1 . Pl ani fica r el t rabajo Mediante la obser vación se define el problema que se desea explicar y se recogen y clasifican los datos que aporta un determinado fenómeno. Puede realizarse de forma directa o indirecta , usando instrumentos. A través de la obser vación se llega al planteamiento de preguntas o interrogantes que son necesarios contestar. 2 . Formul a r una hi pótes i s Se elaboran posibles explicaciones sobre el problema y se admiten provisionalmente hasta que se comprueba su validez. 3 . Des a r rol l a r expe r imento s Se realizan experimentos relacionados con el fenómeno estudiado. Son obser vaciones controladas que se pueden reproducir en cualquier momento y lugar. En la mayoría de los casos tratan de verificar si los resultados concuerdan con la hipótesis que se ha planteado. A través de la experimentación se generan datos y resultados con los que se evalúan las hipótesis. Las personas siempre se han preguntado por el origen de la v ida . Obser vaciones cotidianas como la aparición de lar vas en alimentos que se encontraban en descomposición o moscas en la carne podrida hicieron creer que los seres vivos surgían por generación espontánea. El primer científico en cuestionarse esta teoría fue Francesco Redi en 1668. Redi pensaba que las lar vas que aparecían en la carne podrida no surgían por sí solas, sino que procedían de los huevos que las moscas habían puesto sobre la carne. Para comprobar su idea , colocó pedazos de carne en frascos y dejó unos abiertos y otros cerrados herméticamente. A los pocos días encontró lar vas en los abiertos, pero no en los cerrados. Repitió el experimento con frascos tapados con una gasa para que entrara el aire, y el resultado fue el mismo. Frasco abierto Frasco cerrado Carne con larvas Carne sin larvas 8
La ciencia y la tecnología En los últimos 100 años, el desarrol lo de la tecnología , el trabajo colaborativo entre instituciones y organizaciones multidisciplinares y una mayor inversión económica han permitido importantes avances en todas las áreas de la ciencia . Uno de los campos más destacados en esta revolución tecnológica ha sido la informát i ca , c on l a fabr i ca c ión d e ord enadore s cad a v ez má s p o t ent e s , a sí como el desarrollo de internet y los avances en la aplicación de la inteligencia artificial . 4 . Anal iza r l o s res ul t ado s Se estudian los resultados obtenidos y se comparan con los que se esperarían si la hipótesis fuera cierta . Se extraen conclusiones y, según los resultados, la hipótesis es aceptada o rechazada . Si es rechazada , se modifica o se plantea otra nueva y se repiten las etapas anteriores. 5. Des a r rol l a r una ley c ient í fica Si la hipótesis ha sido verificada repetidamente, se procede al enunciado de teorías o modelos de funcionamiento del fenómeno en cuestión . Los investigadores comunican sus resultados al resto de la comunidad científica mediante congresos, artículos en revistas especializadas, programas de divulgación científica , etc. Redi concluyó que no aparecían lar vas porque las moscas no podían entrar y depositar sus huevos. Así demostró que su hipótesis era cierta. Sin embargo, el experimento fue muy criticado por la sociedad de la época y no sir vió para rechazar totalmente la generación espontánea . En el siglo xvii aún continuaba la polémica. Fue Louis Pasteur, en 1860, quien con sus experimentos demostró que son los microorganismos del aire los que descomponen la materia orgánica , concluyendo y enunciando la siguiente ley científica : todo ser vivo procede de otro ser vivo. Frasco con gasa Carne sin larvas 9
Ameenah Gurib-Fakim Nació en la República de Mauricio en 1959, donde lideró el primer estudio de investigación e inventario de las plantas aromáticas y medicinales del Océano Índico. Participó en la creación de la primera farmacopea en el continente africano. Una farmacopea es el libro oficial de los medicamentos de un estado. En ella se indican las sustancias medicinales más comunes, así como sus normas de uso, la forma de combinarlas y cómo prepararlas. La existencia de una farmacopea en un estado es fundamental para asegurar la salud de la población ya que establece unas normas de calidad para las materias primas y también durante la fabricación de los propios medicamentos. Historia de un descubrimiento científico En 1983 se licenció en Química en Reino Unido, en la Universidad de Surrey, e hizo el doctorado en la Universidad de Exeter en 1987. Ese mismo año regresó a Mauricio, a la universidad , donde se incorporó como profesora de Química Orgánica en la Facultad de Ciencias. 1987 En 2009 fundó el Centro de Investigación de Fitoterapia (CEPHYR) en Ebene, Mauricio. Posteriormente este centro se convirtió en el Centro Internacional de Desarrollo Farmacéutico I+D (CIDP-R&I). En este centro se investigan plantas para usos cosméticos, nutricionales y terapéuticos. Ameenah llegó a formar una base de datos de las plantas de su isla, promoviendo siempre la biodiversidad a nivel internacional. 2009 La AAMPS publicó en 2010 la primera farmacopea de hierbas africanas. 2010 1994 Interesada por la riqueza biológica de su país, realizó múltiples viajes a diferentes lugares de África , analizando hierbas aromáticas y f lores medicinales para estudiar sus propiedades y sus posibles usos. Esto fue posible gracias a la financiación que recibió de la Comisión del Océano Índico, con la que creó un laboratorio de fitoquímica . 10
Junto con otras personas dedicadas a la investigación en este campo, fundó la Asociación Africana para Estándares de Plantas Medicinales (AAMPS). 2005 En 2007 se le concede el Premio L'OréalUnesco a Mujeres en Ciencia por su inventario de plantas en Mauricio. 2007 1997 Entre 1994 y 1997 publica el primer estudio de investigación e inventario de plantas aromáticas y medicinales realizado en el Océano Índico. Incluyó 675 plantas medicinales utilizadas en Mauricio y Rodrigues, de las cuales 200 son endémicas. 2004 Tras la publicación del inventario, continuó con la investigación en la universidad , confirmando la acción antifúngica , antibacteriana o antioxidante de determinados extractos de muchas de esas plantas. En 2001 se la nombró catedrática de la Facultad de Ciencias y en 2004 decana . Participa como consultora en temas ambientales del Banco Mundial, la Unión Europea y la ONU dado su gran conocimiento y experiencia con plantas. 2021 En 2015, el primer ministro de la Republica de Mauricio la eligió presidenta , convirtiéndose en la primera mujer presidenta de su país. Dejó el cargo en 2018. Ameenah empleó esa posición para alertar del calentamiento global y de la necesidad de invertir más en ciencia y tecnología africana . 2015 2017 Con el objetivo de promover la investigación e innovación en África , presentó la Coalición para la Investigación , Innovación e Iniciativa Empresarial Africanas (CARIE) en el Foro Económico Mundial . La coalición agrupa a organismos como, por ejemplo, la Fundación Bill y Melinda Gates junto con la que se conceden becas de investigación científica en Mauricio. 11
La ameba Capsaspora owczarzaki es un organismo eucariota unicelular de 3 a 5 µm de longitud que posee protuberancias celulares a modo de patas que utiliza para adherirse al sustrato y moverse de un sitio a otro. Su célula es capaz de llevar a cabo todas las funciones vitales. Sin embargo, un individuo de Capsaspora puede cambiar su tipo celular a lo largo de su ciclo de vida y pasar por tres estadios. En el primero se comporta como una ameba solitaria , moviéndose de un lado a otro con sus patas. Si escasea el alimento, puede retraer sus patas y enquistarse entrando en un modo de hibernación . Y, por último, puede presentar un estado de agregación en el que vari as amebas entrel azan sus extremidades constituyendo una estructura multicelular primitiva . Este organismo tiene un repertorio genético complejo que incluye muchos genes que en los animales son la clave para el desarrollo y la multicelularidad . Esto lo convierte en un organismo único para investigar el origen y la evolución de la multicelularidad y la formación de tejidos. 1 La especialización celular 12
¿Qué tienen en común todos los seres vivos? ¿Están compuestos los seres vivos por las mismas sustancias que minerales y rocas? ¿Conoces algún caso en el que se asocien los organismos unicelulares para constituir formas más complejas? ¿Qué es un tejido, cuáles son sus componentes fundamentales y qué organismos los tienen? ¿De dónde proceden todas las células de un organismo pluricelular? ¿Qué tejidos animales conoces? ¿Y vegetales? ¿Podemos considerar la sangre como un tejido? ¿Por qué? ¿Cuáles son los principales problemas que han de solventar los organismos pluricelulares frente a los unicelulares? ¿Qué tipos de tejidos se encargan de la protección y el aislamiento de los organismos? ¿Cuáles son los tejidos animales que intervienen en la locomoción? R E C U E R D O L O Q U E S É E N E S TA U N I DA D … 3 Modelos de organización 2 La célula 1 La base química de los seres vivos 5 Los tejidos conectivos 8 Los tejidos vegetales 4 Los tejidos epiteliales 7 El tejido nervioso 6 El tejido muscular 13
Todos los seres vivos están constituidos por elementos químicos, bioelementos, que son los mismos que están presentes en el resto del universo, aunque se encuentran en diferentes proporciones. La combinación de bioelementos mediante enlaces químicos da lugar a diferentes biomoléculas. 1.1. Los glúcidos Son biomoléculas constituidas por carbono, hidrógeno y oxígeno en la proporción 1:2:1, siendo su fórmula general CnH2nOn. Desempeñan fundamentalmente funciones energética y estructural . 1. La base química de los seres vivos Monosacáridos Disacáridos Son solubles en agua , incoloros y con sabor dulce. Se clasifican por el número de carbonos y destacan las pentosas (ribosa y desoxirribosa) y las hexosas (glucosa , galactosa y fructosa). Resultan de la unión de dos monosacáridos. Son moléculas hidrolizables*. Destacan la sacarosa (glucosa más fructosa) y la lactosa (galactosa y glucosa). Polisacáridos Son moléculas formadas por la unión de muchos monosacáridos. No son dulces ni solubles en agua . Con función energética destacan el almidón (en plantas) y el glucógeno (en animales), resultantes de la unión de muchas glucosas con estructura en forma de hélice muy ramificada . Con función estructural , destaca la celulosa, principal componente de la pared celular de las células vegetales. Bioelementos primarios. Constituyen más del 96 % del total de la materia viva . Son el carbono (C), el oxígeno (O), el hidrógeno (H), el nitrógeno (N), el fósforo (P) y el azufre (S). Biomoléculas inorgánicas. Están presentes en los seres vivos y en la materia inerte. Agua Sales minerales Bioelementos secundarios. Suelen encontrarse en menor proporción , alrededor del 3,9 %. Algunos de ellos son el calcio (Ca), el sodio (Na), el potasio (K), el cloro (Cl), el yodo (I) y el hierro (Fe). Biomoléculas orgánicas. Son exclusivas de los seres vivos. Son cadenas de carbono a las que se unen otros bioelementos. Cuando se originan por unión de moléculas menores o monómeros, se denominan macromoléculas o polímeros. Glúcidos Proteínas Lípidos Ácidos nucleicos H2O Glucógeno Almidón Glucosa Uniones por puentes de hidrógeno Celulosa *Hidrolizar: descomponer una sustancia orgánica o inorgánica compleja en otras más sencillas. Monómeros Polímero Lactosa CH2OH 4 CH2OH 1 H H H H H H H H OH OH OH OH OH OH O O O H H Glucosa Galactosa CH2OH CH2OH 6 6 5 5 4 4 1 1 3 3 2 2 H H H H H H H H OH OH OH OH OH OH OH OH O O 1 H H 14
1.2. Los lípidos Formados por carbono, hidrógeno y, en menor proporción , oxígeno, son moléculas hidrófobas*. Algunos lípidos contienen en su composición ácidos grasos, que pueden ser saturados, si solo presentan enlaces sencillos, o insaturados, si presentan uno o más dobles enlaces. Los lípidos constituyen la principal reser va energética del organismo, sobre todo los triglicéridos; también desempeñan una función estructural , como los fosfolípidos o el colesterol , y protectora , como las ceras. 1.3. Las proteínas Las prot eínas están constituidas por cadenas lineal es de unos monómeros que se unen entre ellos, son los aminoácidos. 1 1 Los seres vivos estamos formados por unos pocos elementos químicos. ¿Cuáles son? 2 Las grasas de los pescados azules (sardina, jurel…) son líquidas a temperatura ambiente. ¿A qué crees que es debido? Busca información sobre las ventajas que aporta la ingestión de estas grasas en la dieta. A C T I V I D A D E S *Hidrófobo: organismo o molécula insoluble en agua y en otros disolventes polares. *Hidrófilo: organismo o molécula soluble en agua. Triglicéridos o grasas Fosfolípidos Aceites (generalmente de origen vegetal): presentan ácidos grasos insaturados y a temperatura ambiente son líquidos; por ejemplo, el aceite de oliva . Sebos (generalmente de origen animal): presentan ácidos grasos saturados y a temperatura ambiente son sólidos; por ejemplo, la manteca de cerdo. Forman parte de las membranas biológicas. Están formados por una parte hidrófila* que se orienta hacia el agua y dos colas hidrófobas, formadas por ácidos grasos, que «huyen» de ella . Un aminoácido está constituido por un carbono unido a un grupo amino (−NH2), un grupo carboxilo (−COOH), un hidrógeno (−H) y un radical R diferente para cada aminoácido. Existen 20 aminoácidos proteicos que combinados forman las proteínas. R Cadena lateral Grupo carboxilo Grupo amino Hidrógeno H H H H C N C O O Entre las funciones biológicas que desempeñan las proteínas están la estructural (el colágeno forma parte de la piel y los huesos), el transporte de moléculas ( la hemoglobina lleva oxígeno a las células de los tejidos), la inmunológica ( forman la estructura de los anticuerpos) y la enzimática ( las enzimas son proteínas que actúan como biocatalizadores en las reacciones químicas). 1.4. Los ácidos nucleicos Son biomoléculas formadas por la unión de nucleótidos. Cada nucleótido se compone de: Un azúcar de cinco átomos de carbono (pentosa) puede ser una ribosa o una desoxirribosa . Una base nitrogenada que puede ser púrica (adenina y guanina) o pirimidínica (timina , citosina y uracilo). CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 COOH H3C CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 COOH H3C CH2 CH = CH CH2 CH2 CH2 Ácido graso saturado. Ácido graso insaturado. Ácido desoxirribonucleico Ácido ribonucleico El ADN es el portador de la información genética que se transmite a la descendencia y contiene las instrucciones para formar las proteínas de un ser vivo. La pentosa del ADN es una desoxirribosa y las bases nitrogenadas que se unen a ella son adenina, guanina, citosina y timina. El ARN es una molécula que transmite la información del ADN para formar las proteínas. La pentosa del ARN es una ribosa y sus bases nitrogenadas son adenina, guanina, citosina y uracilo. Un ácido fosfórico. 15
2. La célula La célula es la unidad atómica, fisiológica y genética de todos los seres vivos. Es decir, es la parte más sencilla de materia viva capaz, por sí misma , de realizar todas las funciones básicas de un ser vivo (nutrirse, relacionarse y reproducirse). Existen organismos unicelulares, compuestos por una sola célula , como una ameba o una bacteria , y otros pluricelulares, como una hormiga o un roble, constituidos por millones de células. Según su complejidad estructural y el lugar donde se localice el material genético, se distinguen dos grandes tipos de células: procariotas y eucariotas. 3 INTERPRETO LA IMAGEN. ¿Cuáles son las principales diferencias entre una célula eucariota animal y una vegetal? 4 INTERPRETO LA IMAGEN. ¿Qué moléculas de la membrana actúan como receptores de membrana? A C T I V I D A D E S Célula procariota Célula eucariota Todas las células procariotas son organismos unicelulares ( bacterias) y se caracterizan por tener el material genético libre, aunque concentrado en una región del citosol que se denomina nucleoide. Las células eucariotas se caracterizan por tener el material genético dentro de una estructura con una envoltura propia : el núcleo. Poseen orgánulos celulares que realizan funciones especializadas. La membrana plasmática La membrana plasmática está presente en todas las células y separa su medio interno del exterior. Está formada por una doble capa de lípidos a la que se unen proteínas y glúcidos. Esta estructura permite que sea una membrana f luida y deformable. Regula la entrada y salida de nutrientes y la salida de los productos finales y las sustancias de desecho. Membrana plasmática Nucleoide Flagelo Citosol Pared celular Cápsula Fimbrias Ribosomas Glucolípido Colesterol Proteínas Fosfolípidos Glucoproteína Exterior celular Interior celular Transporte pasivo. Las moléculas se desplazan desde la zona donde hay más concentración de sustancias hacia la zona donde hay menos. Es espontáneo y no conlleva gasto energético. Puede ser a través de membrana o mediante proteínas. Difusión simple Difusión facilitada Transporte activo. Las sustancias pasan del lado donde se encuentran en una baja concentración al lado donde están más concentradas. Se lleva a cabo por proteínas transportadoras de membrana y conlleva gasto energético. Pared celular Flagelo Vacuola Centrosoma Membrana plasmática Citoesqueleto Cloroplasto Célula animal Célula vegetal Núcleo Retículo endoplasmático Mitocondrias Aparato de Golgi Lisosomas Ribosomas 16
5 ¿En qué se diferencia una colonia de un organismo pluricelular? ¿Qué ventajas tienen los organismos pluricelulares? 6 ¿Por qué los organismos talofíticos tienen más dificultades que los cormofíticos para sobrevivir? A C T I V I D A D E S 3. Modelos de organización 1 3.1. Modelos de organización en animales En general , los organi smos unicelulares tienen organi zaciones más simples que los pluricelulares. En algunas especies de organismos unicelulares, las células se asocian de forma cooperativa constituyendo colonias, de manera que mejoran su eficacia . Sin embargo, estas células no están diferenciadas. La mayoría de especies pluricelulares poseen una gran variedad de células que se diferencian y se especializan en funciones concretas, constituyendo auténticos tejidos. Los tejidos se asocian para formar órganos y estos, a su vez, se asocian en aparatos y sistemas que conforman el propio organismo. 3.2. Modelos de organización en hongos, plantas y algas Dentro de los organismos pluricelulares no animales, según el grado de complejidad que alcanzan sus tejidos, se pueden distinguir tres organizaciones. Los tejidos animales se diferencian entre sí fundamentalmente por la excepcional especialización de las células que los forman y el tipo de sustancia intercelular, que constituye la principal masa del tejido. Pueden clasificarse en cuatro grupos básicos: epitelial, conectivo, muscular y nervioso. Epitelial Muscular Nervioso Conectivo Los tejidos vegetales se caracterizan por carecer de sustancia intercelular. Se clasifican en embrionario o meristemático, parenquimático, protector, de sostén , conductor y secretor. Protector De sostén Conductor Secretor Meristemático Parenquimático Talofítica. Las células que constituyen el organismo son muy similares y no forman auténticos tejidos, aunque entre ellas puede existir cierta especialización celular y división del trabajo. Las algas, los hongos y los líquenes presentan este tipo de organización . Cormofítica. Las células se agrupan en auténticos tejidos, que se asocian formando órganos especializados en una función determinada (raíces, tallo, hojas, etc.). Los helechos, las gimnospermas y las angiospermas tienen este tipo de organización . Protocormofítica. Organización intermedia entre talo y cormo. No presentan tejidos conductores y, aunque no tienen raíz, tallo ni hojas verdaderas, sí poseen estructuras parecidas. Son los musgos. Célula Órgano Organismo Aparatos y sistemas Tejido 17
4. Los tejidos epiteliales El tejido epit elial está compuesto por células de diversas formas que se encuentran estrechamente unidas entre sí sin apenas sustancia intercelular. Según su función , se distinguen dos tipos de tejidos: los epitelios glandulares y los epitelios de revestimiento. Epitelios glandulares Los epitelios glandulares están constituidos por células especializadas en la síntesis y en la secreción de sustancias químicas o células secretoras que pueden intercalarse entre otras células epiteliales, como las células calciformes del intestino (productoras de moco), o agruparse formando glándulas. El tejido glandular está rodeado por un tejido intersticial, no secretor, recorrido por capilares sanguíneos y conexiones ner viosas que regulan su actividad . Según la forma en que vierten su contenido, las glándulas pueden ser exocrinas, endocrinas o mixtas. Las glándulas exocrinas vierten su producto, directa o indirectamente, al medio externo a través de un conducto. Son exocrinas las glándulas sudoríparas, sebáceas, salivales o el hígado. Las glándulas endocrinas vierten su producto ( hormonas) directamente a la sangre, sin conductos. Ejemplos de glándulas endocrinas son la hipófisis, el tiroides o las glándulas suprarrenales. Las glándulas mixtas tienen una parte endocrina y otra exocrina . El páncreas, por ejemplo, vierte por un lado hormonas, como la insulina a la sangre, y por otro enzimas digestivas al intestino delgado. Las células endocrinas se agrupan formando los islotes de Langerhans. Las células calciformes se intercalan entre las células de los epitelios y secretan un moco que lubrica las superficies, protege y ayuda al movimiento de la materia. Estas células pueden considerarse como glándulas unicelulares. Glándulas exocrinas Glándulas endocrinas (islotes de Langerhans) 18
1 Epitelios de revestimiento Estos epitelios tapizan la superficie corporal y las cavidades internas del organismo. Para clasificarlos se atiende a dos criterios: Según el número de capas de células, pueden ser simples, si solo tienen una capa de células, o estratificados, si están constituidos por dos o más capas. Según la forma de las células, pueden ser escamosos, si sus células son planas, o prismáticos, si sus células son cúbicas o cilíndricas. Epitelio simple escamoso. Tapiza el corazón , la pared de los alveolos pulmonares y el interior de los vasos sanguíneos y linfáticos; en este último caso se denomina endotelio. Epitelio simple prismático. Tapiza el interior del intestino, donde se produce la absorción de alimentos a través de invaginaciones de la membrana , denominadas microvellosidades. Epitelio estratificado escamoso. Se halla en las capas más profundas. Sus células son cúbicas, aplanándose a medida que se aproximan a la superficie. Este epitelio recubre la superficie externa del cuerpo (epidermis) de los vertebrados, así como la boca , la faringe, el esófago, el recto y la vagina . Epitelio pseudoestratificado. Es un epitelio simple, aunque sus células alcanzan diferentes alturas y parece, por ello, estratificado. Recubre los conductos del aparato respiratorio y sus células poseen cilios con los que expulsan sustancias que provienen del exterior, como el polvo. 7 INTERPRETO LA IMAGEN. Describe el tipo de epitelio de revestimiento que recubre el interior de los vasos sanguíneos. 8 INTERPRETO LA IMAGEN. Fíjate en la estrecha unión existente entre las células de los tejidos epiteliales. ¿A qué crees que se debe? ¿Qué ocurriría si el espacio intercelular fuera mayor? A C T I V I D A D E S 19
Los tejidos conectivos o conjuntivos son un grupo de tejidos encargados del sostén y protección del resto de las estructuras del cuerpo del animal . Se caracterizan por que sus células están rodeadas de abundante sustancia inter - celular o matriz extracelular, sintetizada por las propias células. Se di stinguen tres tipos de tejido conectivo: el embrionario, localizado en el cordón umbilical; los tejidos conectivos propiamente dichos, como el laxo y el denso; y los tejidos conectivos especializados, entre los que están el adiposo, el cartilaginoso, el óseo y la sangre y la linfa . 5.1. Tejidos conectivos propiamente dichos Actúan como sostén y relleno en tejidos y órganos. Las células más abundantes de este tejido son los fibroblastos, células con forma estrellada . Se distinguen principalmente dos tipos: Matriz extracelular. Su función es ser vir de soporte a las células, llenar los espacios intercelulares y unir, envolver y reforzar los demás tejidos y los órganos. En su composición se distinguen : Una sustancia fundamental, constituida por agua , sales minerales y polisacáridos complejos. Fibras proteicas, que pueden ser de colágeno (f lexibles y resistentes), de elastina (delgadas y elásticas) o de reticulina (dispuestas en redes y con función esquelética). Las variaciones en su composición dan origen a tipos tan diversos de matriz como la variedad dura del tejido óseo o la transparente de la córnea del ojo. Células. Las células de los tejidos conectivos se clasifican en dos tipos: Células fijas. Se originan en el mismo tejido y son las responsables de sintetizar los diversos componentes de la matriz extracelular que las rodea . El nombre de las células de estos tejidos acaba en -blasto, cuando las células pueden dividirse, o en -cito, cuando son maduras y pierden la capacidad de división . Así se habla de fibroblasto y fibrocito, condroblasto y condrocito, osteoblasto y osteocito, etc. Células migrantes. Proceden sobre todo de la sangre y migran transitoriamente a los tejidos conectivos. Entre ellas destacan los macrófagos, los linfocitos y los mastocitos. Tejido conectivo laxo Tejido conectivo denso Los fibroblastos son numerosos y se hallan inmersos en una abundante sustancia intercelular gelatinosa . Se encuentra principalmente bajo la piel , formando la dermis y rellenando los espacios entre los órganos. La matriz extracelular contiene más fibras que células, lo que le confiere más resistencia . Sus fibroblastos se conocen como fibrocitos, ya que tienen menor actividad . Se encuentra en las cuerdas vocales, los tendones y los ligamentos. Fibras de elastina Fibrocito Fibras de colágeno Matriz extracelular Fibras de colágeno paralelas Fibroblasto 9 Describe qué es la matriz extracelular, cómo se sintetiza y de qué está compuesta. 10 ¿En qué se diferencian el tejido conectivo laxo y el denso? ¿Dónde pueden encontrarse? A C T I V I D A D E S 5. Los tejidos conectivos 20
1 5.2. Tejidos conectivos especializados 11 Explica por qué animales como las focas o las ballenas tienen tan desarrollado el tejido adiposo. 12 El cartílago situado entre los discos intervertebrales se estrecha con la edad. ¿A qué se debe? ¿Qué nos ocasiona? A C T I V I D A D E S Tejido adiposo El tejido adiposo está formado por los adipocitos, que almacenan lípidos. Estas células son voluminosas y, por lo general , esféricas, con una gran vacuola de grasa y un núcleo arrinconado en la periferia de la célula . La principal función del tejido adiposo es la reserva energética, aunque en vertebrados puede actuar también como protector de órganos y como aislante térmico. Se trata de un tejido con abundante presencia de vasos sanguíneos. Se distingue con facilidad de todos los demás por el acúmulo de adipocitos, rodeados de una malla de fibras reticulares y/o células de diversos tipos, y por tener escasa matriz extracelular. Tejido cartilaginoso La principal función del tejido cartilaginoso es actuar como sostén de las superficies articulares, formando parte del esqueleto en aquellos lugares donde no hay huesos o no se han formado todavía . En los peces condrictios, como las rayas y los tiburones, es el constituyente fundamental del esqueleto, igual que sucede en el caso del feto de los vertebrados. Su matriz extracelular es de consistencia sólida pero elástica , lo que le proporciona gran resistencia y f lexibilidad . Sus células tienen forma redondeada y se denominan condroblastos y condrocitos. Carece de vasos sanguíneos y ner vios. Todos los cartílagos están rodeados por una membrana de tejido conectivo, el pericondrio, a la que llegan los vasos sanguíneos, de donde obtienen las sustancias nutritivas. Cartílago hialino. Presenta abundante sustancia intercelular y numerosas fibras de colágeno. Constituye el tabique nasal , el cartílago de las costillas, la laringe, la tráquea y el esqueleto de los embriones. Cartílago elástico. Posee una matriz rica en fibras elásticas. Se encuentra en el pabellón auditivo. Cartílago fibroso. Tiene una matriz escasa y rica en fibras de colágeno. Forman los discos inter vertebrales. Tejido adiposo blanco. Constituido por adipocitos esféricos que acumulan los lípidos en una gran gota de grasa que ocupa gran parte del citoplasma . Tejido adiposo pardo. Formado por adipocitos que acumulan lípidos en múltiples gotas repartidas por el citoplasma y que poseen gran número de mitocondrias. Su función es la producción de calor. Es especialmente abundante en especies que hibernan , como los osos, o en los recién nacidos de la especie humana . Pericondrio Condrocito Sustancia intercelular 21
5. Los tejidos conectivos Tejido óseo El tejido óseo es el principal tejido de sostén de gran parte de los vertebrados. Además, inter viene en la regulación del calcio del organismo y contiene las células hematopoyéticas, encargadas de la formación de las células de la sangre. La sustancia intercelular de este tejido es sólida , rica en fibras de colágeno y sales minerales, principalmente fosfato y carbonato de calcio. Las fibras proporcionan al hueso elasticidad , y las sales minerales, dureza . La proporción de estas dos sustancias varía a lo largo de la vida ; con la edad aumenta la concentración de sales minerales y disminuye la de fibras. 13 Indica las características de las células de los tejidos óseo, cartilaginoso, adiposo y conectivo denso y laxo. 14 INTERPRETO LA IMAGEN. Los huesos son órganos vivos formados por otros tejidos además del conectivo. ¿Cuáles son? A C T I V I D A D E S Tejido óseo compacto. Está formado por la repetición de unas unidades denominadas osteonas. Cada osteona consta de matriz ósea dispuesta en capas concéntricas alrededor de unos tubos, llamados conductos de Havers, por donde pasan vasos sanguíneos y ner vios que nutren el hueso y le proporcionan sensibilidad . En estas capas de matriz hay unas cavidades o lagunas óseas donde se sitúan los osteocitos. Se localiza en la parte externa de los huesos cortos y planos y en la diáfisis ( la caña) de los huesos largos. Tejido óseo trabecular o esponjoso. En él las capas que constituyen la matriz se disponen en varias direcciones, formando trabéculas, que dejan entre sí huecos ocupados por la médula ósea roja, origen de las células sanguíneas. Este tejido se encuentra en el interior de los extremos o epífisis de los huesos largos y en el interior de los cortos y planos. Osteoblastos y osteocitos. Son las principales células del tejido óseo. Tienen forma estrellada . Los osteocitos quedan encerrados en el interior de unas lagunas de matriz que han sintetizado. Los osteoblastos se sitúan en la periferia del hueso y segregan la parte orgánica de la sustancia intercelular. Osteoclastos. Son células óseas multinucleadas especializadas en la reabsorción de matriz ósea y cuya acción es indispensable para la renovación del hueso. Periostio. Capa de tejido conectivo que rodea los huesos y en el que se insertan los tendones y los ligamentos. Osteoblasto Osteocito Conducto de Havers Osteona Nervio Vasos sanguíneos Epífisis Diáfisis Hueso trabecular Hueso compacto Periostio 22
1 Sangre y linfa La sangre y la linfa de los vertebrados son un tipo especializado de tejido conectivo con una matriz extracelular líquida . Su principal función es llevar hasta las células el oxígeno procedente de los pulmones y los nutrientes incorporados a partir del aparato digestivo, así como transportar los productos de desecho del metabolismo celular hasta el aparato excretor y los pulmones para su expulsión . Células. Las células de la sangre se forman en la médula ósea roja , en el interior del tejido óseo trabecular. Glóbulos rojos, eritrocitos o hematíes. En los mamíferos, son células con forma de disco bicóncavo que han perdido el núcleo, las mitocondrias y otros orgánulos celulares. En su interior se encuentra la hemoglobina, un pigmento rojo que transporta oxígeno. Glóbulos blancos o leucocitos. Atraviesan las paredes de los vasos sanguíneos y llegan al tejido conectivo, donde actúan como sistema de defensa frente a bacterias y otros microorganismos. Plaquetas. Pequeños fragmentos celulares sin núcleo. Actúan en la coagulación de la sangre y el taponamiento de los vasos sanguíneos para evitar hemorragias. Son característicos de los mamíferos; el resto de vertebrados presentan pequeñas células ovaladas con núcleo llamadas trombocitos. Linfa. Es un líquido blanquecino que está constituido por una matriz transparente formada a partir del plasma intersticial*. En ella abundan los linfocitos y escasean los eritrocitos y las plaquetas. Tiene una importante función en el sistema inmune. *Fagocitosis: proceso por el cual ciertas células u organismos capturan e ingieren partículas nocivas o alimento. *Plasma intersticial: filtrado de la sangre en el espacio intercelular y en contacto directo con las células. 15 Cuando la sangre coagula, forma una masa sólida de color oscuro denominada coágulo. ¿Qué células podemos encontrar en dicho coágulo? A C T I V I D A D E S Plasma sanguíneo. Es la matriz líquida de color ambarino. Está compuesta por agua , proteínas plasmáticas (albúmina , fibrinógeno y globulinas), nutrientes, sales minerales y pequeñas cantidades de oxígeno y dióxido de carbono. Granulocitos. Tienen grandes núcleos lobulados y muchos gránulos en el citoplasma , que pueden ser lisosomas que les ayudan en la fagocitosis*. Neutrófilos. Fagocitan partículas y bacterias. Sus restos dan lugar al pus. Basófilos. Poseen abundantes gránulos de heparina (anticoagulante) e histamina (vasodilatador). Actúan en procesos inf lamatorios y alérgicos. Eosinófilos. Participan en reacciones alérgicas y eliminación de parásitos. Agranulocitos. Carecen de gránulos en su citoplasma : Monocitos. Presentan un gran núcleo, con forma de riñón . En los tejidos incrementan su tamaño y se transforman en macrófagos. Linfocitos. Tienen un núcleo esférico y desempeñan una importante función en la defensa del organismo. Se distinguen dos tipos: linfocitos B, responsables de la producción de anticuerpos, y linfocitos T, que inter vienen en infecciones producidas por virus, destruyen células tumorales y son responsables del rechazo de tejidos extraños en los trasplantes. 23
6. El tejido muscular 16 ¿Cuáles son las semejanzas y diferencias entre las células de los tres tipos de músculos? A C T I V I D A D E S El tejido muscular se caracteriza por presentar poca matriz extracelular y estar constituido por unas típicas células alargadas, l lamadas f ibras musculares, especializadas en la contracción . En el citoplasma de dichas fibras, también c on o c i do c omo s a rc op l a sma, ap a re c en un a c a n t i d a d d e mi of i br i l l a s f o rma d a s por f i lamentos de prot eínas contrácti les. Entre estas prot eínas destacan l a actina (f i l amentos f inos) y l a miosina (f i l amentos gruesos), que recorren toda la longitud de la fibra muscular. Miofibrilla Fibra muscular Fascículo muscular Tipos de tejido muscular y músculos Se distinguen dos tipos de tejido muscular, que dan lugar a tres tipos de músculos, que se definen como grupos de fibras musculares unidas por tejido conectivo, a través del cual llegan los vasos sanguíneos y los ner vios. Tejido estriado. Está constituido por fibras musculares polinucleadas (resultado de la fusión de varias células) con forma cilíndrica y alargada (pueden llegar a medir varios centímetros de longitud). La estriación de la fibra se debe a que, vistas con el microscopio, se obser van estriaciones transversales, producidas porque los filamentos de proteínas se disponen en bandas paralelas e intercaladas, alternándose bandas claras (actina) y oscuras (miosina) en unidades repetitivas denominadas sarcómeros. Músculo esquelético. Está compuesto por fibras de tejido muscular estriado dispuestas de forma ordenada , paralelas entre sí y agrupadas en fascículos. Su contracción es rápida , voluntaria y poco resistente a la fatiga . En los vertebrados constituye los músculos que mueven los huesos: los músculos esqueléticos. En los invertebrados también está presente, pero con algunas variaciones morfológicas. Músculo cardiaco. Está formado por fibras de tejido muscular estriado con un solo núcleo (a diferencia del esquelético). Su contracción es coordinada , rápida e involuntaria . Se encuentra en el corazón . Tejido liso. Está formado por células pequeñas, alargadas y fusiformes unidas íntimamente entre sí , con un solo núcleo en posición central . El sarcoplasma ofrece un aspecto liso porque no presenta estriaciones transversales; esto se debe a que los filamentos de proteínas se disponen paralelos al eje mayor de la célula . Músculo liso. Formado por tejido muscular liso. Su contracción es lenta , involuntaria y resistente a la fatiga . En los vertebrados tapiza los vasos sanguíneos y las paredes de los órganos internos, como la vejiga urinaria , el tubo digestivo y el útero. En algunos invertebrados, como anélidos o moluscos, es el único tejido muscular existente. Fibra muscular Miofibrilla Sarcómero Actina Miosina 24
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