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BIOLOGIA
MODULOSEMI-PRESENCIAL PARA INGRESO 2012
PARA CONSULTAS:[email protected]
Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmacéuticas
UNIVERSIDAD NACIONAL DE ROSARIO
Suipacha 531 – 0341-4804592/93/97
www.fbioyf.unr.edu..ar
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MODULOS EDUCATIVOS / ETAPA SEMI-PRESENCIAL
BIOLOGÍA
Introducción.
Se es afortunado al estar estudiando biología hoy, en la que podemos considerar su
“edad de oro”. Nuevas ideas y descubrimientos que han abierto fronteras en muchas
áreas diferentes: biología celular, biología molecular, biotecnología, neurobiología,
inmunología, biología del desarrollo, ecología, para mencionar algunas pocas que forman
parte de ese mundo que llamamos ciencia. La ciencia moderna no es una acumulación
estática de hechos organizados de un modo particular sino una masa de conocimientos
que crece constantemente, desarrollando nuevas ramas y apéndices que no es posible
predecir. Los paradigmas científicos pueden, además, cambiar súbitamente como lo hizo
en el siglo XIX con la comprensión de la evidencia que apoyaba la teoría de la evolución
de las especies por selección natural o en el siglo XX con el descubrimiento de la
estructura del ADN y el código genético.
Te invitamos a descubrir el mundo de la Biología, la “Ciencia de la Vida”.
“Parece absurdo de todo punto suponer que el ojo, con todas sus inimitables disposiciones para acomodar el foco a diferentes distancias, para admitir cantidad variable de luz y para la corrección de las aberraciones esférica y cromática, pudo haberse formado por selección natural. Sin embargo, la razón me dice que si se puede demostrar que existen muchas graduaciones, desde un ojo sencillo e imperfecto a un ojo completo y perfecto, siendo cada grado útil al animal que lo posea… entonces la dificultad de creer que un ojo perfecto y complejo pudo formarse por selección natural, aún cuando insuperable para nuestra imaginación, no tendría que considerarse como destructora de nuestra teoría."
Charles Darwin, "El Origen de las Especies". 1859.
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A continuación, algunos links interesantes donde bajar mucha información para seguir el curso:
http://www.biologia.arizona.edu/ (El Proyecto Biológico-University of Arizona EEUU.)
http://www.biologia.edu.ar/ (Desarrollado por la universidad Nacional de Formosa)
www.ncbi.nlm.nih.gov/ (Acceso a bases de datos y bibliografía –en inglés-. Motor de
búsqueda de artículos de investigación publicados en áreas bio-médicas)
www.porquebiotecnologia.com.ar/ (Información general con links biotecnológicos)
http://biblioteca.secyt.gov.ar/ (Sitio de la Biblioteca de la Secretaría de Ciencia,
Tecnología e Innovación Productiva de la Nación. Acceso libre sólo desde
Universidades)
www.conicet.gov.ar/ (sitio del Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y
Técnicas)
www.cellsalive.com (fotos y videos de células y actividades celulares –inglés-)
Bibliografía consultada para este material:
Purves W., et al. Vida. La Ciencia de la Biología. 2003. Editorial Panamericana.
Curtis H, Barnes G., Biología. 2000. Editorial Panamericana.
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UNIDAD 1
La Investigación Científica
El motivador más importante para la mayoría de los Biólogos es la curiosidad.
Las personas están fascinadas por la riqueza y la diversidad de la vida y desean
aprender más acerca de los organismos y de cómo funcionan e interactúan entre sí.
Existen numerosas preguntas sobre “cómo” y “por qué” para las que no tenemos
respuestas y los nuevos conocimientos engendran nuevas preguntas que nadie se
preguntaba antes.
A toda investigación científica subyace un enfoque hipotético deductivo con el
cual los científicos se formulan preguntas y evalúan respuestas. Éste método les
permite modificar ideas y corregirlas a medida que se cuenta con nuevas
observaciones e información.
El método Científico (Hipotético-Deductivo) consta varias etapas:
1. Efectuar observaciones
2. Formular preguntas respecto a esas observaciones.
3. Plantear una hipótesis (respuesta tentativa a las preguntas planteadas)
4. Realizar predicciones basadas en la hipótesis
5. Poner a prueba las predicciones efectuando observaciones adicionales o
experimentos.
6. Realizar conclusiones respecto a si los resultados contradicen o apoyan la
hipótesis. En el caso de ser contradicha, la hipótesis se rechaza y debe modificarse
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o descartarse. Si los resultados apoyan la hipótesis, se la somete a más predicciones
y pruebas.
7. Se deben informar los resultados y conclusiones obtenidos.
Actividad:
- ¿Por qué es importante para la ciencia diseñar y hacer pruebas capaces de
rechazar una hipótesis?
- De ejemplos sobre aplicaciones del uso del Método Científico en la historia de la
ciencia.
- Plantee un problema actual relacionado con cualquier ámbito de la biología. Formule
la hipótesis, predicciones y experimentos.
- Investigue qué se entiende por Teoría Científica.
Primer microscopio creado por Antony van Leeuwenhoek (1684) descubridor de los microorganismos.
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Características de los Seres Vivos.
Desde mediados del siglo XIX los científicos estudiaron a los seres vivos
sistemáticamente. En aquellos tiempos se dieron una serie de adelantos, como la
teoría de la evolución de Darwin y desarrollo de la genética a partir de los trabajos
de Mendel, que revolucionaron los paradigmas establecidos hasta el momento.
Posteriormente, y en conjunto con los avances espectaculares producidos en la
física y química, el siglo XX produjo descubrimientos en el área de la biología que
permitieron hallar un origen y bases comunes en organismos tan distintos como
bacterias y el hombre mismo.
Uno de los principios fundamentales de la biología es que los seres vivos
obedecen a las leyes de la física y de la química. Los organismos están constituidos
por los mismos componentes químicos – átomos y moléculas – que las cosas
inanimadas. Evidentemente la organización estructural de los seres vivos hace que
estos sean mucho más que un cúmulo de átomos y moléculas.
Para estudiar la vida primero tenemos que contestar una pregunta
fundamental: ¿Qué es la vida? ¿Qué significa que un organismo esté “vivo”? En
realidad no existe una definición simple acerca de esto. Más aún, no hay una manera
sencilla y única de trazar una límite entre lo vivo y lo no vivo. Sin embargo, podemos
nombrar algunas características fundamentales comunes a todos los seres vivos:
todos están formados por células. Los seres vivos son sistemas abiertos que
almacenan y procesan información. El conjunto de reacciones químicas y de
transformaciones de energía que involucran la síntesis y degradación de moléculas
dentro de la célula se denomina metabolismo. Los seres vivos mantienen condiciones
químicas internas que son muy diferentes a su medio ambiente. El mantenimiento de
dichas condiciones se denomina homeostasis. Los organismos atraviesan un ciclo vital
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donde nacen, se desarrollan, reproducen y mueren. A pesar de la fidelidad con que
se da el proceso de reproducción y perpetuación de especies, existen pequeñas
variaciones que llevan al proceso de evolución. La comprensión de éstas y otras
características serán abordadas en biología y otras materias relacionadas.
Esperamos que estas instancias previas de estudio sirvan a mejorar tu acercamiento
a la materia.
Actividad:
- Profundice en las características de los seres vivos, dando definiciones y ejemplos
de las mismas.
- La teoría de la Generación Espontánea explicaba hasta en el siglo XIX que los
seres vivos podían surgir de la materia inanimada. ¿Cómo se echó por tierra esa
teoría? ¿Cuáles son actualmente las teorías sobre el origen de la vida?
- Investigue qué es un virus. ¿Es para Ud. un ser vivo?
Todos los seres vivos están formados por células. La figura muestra las características generales de una célula eucariota.
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La Diversidad de la Vida: Evolución de Especies.
Mucho antes de que pudieran comprenderse los mecanismos de la evolución,
algunas personas percibieron que los organismos habían cambiado a lo largo del
tiempo y que los que hoy viven, habían evolucionado de otros posiblemente ya
extinguidos. George-Louis Leclerc de Buffon (1707-1788) sugirió que los huesos de
los miembros de los mamíferos podrían haber sido heredados de antepasados con
dedos funcionales y completamente desarrollados. Su idea fue una formulación
temprana de la evolución a pesar de que no intentó explicar como habían ocurrido
esos cambios.
Jean Lamarck (1744-1829), alumno de Buffon fue el primero en sugerir un
mecanismo para explicar esos hechos. Propuso que los linajes de organismos podían
cambiar gradualmente durante muchas generaciones a medida que los descendientes
heredaban estructuras que surgían o desaparecían por el uso o desuso de las
mismas. Sugirió que las jirafas poseían el cuello largo debido a que el mismo se iba
estirando por el esfuerzo de los animales en comer las hojas elevadas de los
árboles, y este estiramiento era luego heredado.
Los científicos no creen hoy que los cambios que provienen del uso o del
desuso puedan heredarse. Aunque Lamarck supuso que las especies evolucionaban
con el tiempo, la teoría de la evolución por selección natural fue recién propuesta
por Charles Darwin y Alfred Wallace en 1859. Esta teoría propone que los
organismos heredan todas sus características de sus progenitores pero
ocasionalmente alguna de esas características puede cambiar. Los rasgos que
incrementan la probabilidad de que sus portadores sobrevivan y se reproduzcan
generan un éxito en la supervivencia de dicho organismo. Darwin denominó como
“selección natural” a la característica de supervivencia diferencial de los
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organismos. Las características de todos los organismos han evolucionado bajo la
influencia de esa selección. De hecho, la capacidad para evolucionar por medio de la
selección natural separa claramente la vida de lo no viviente.
Desde el punto de vista Darwiniano, la tierra es muy antigua y sus habitantes
han estado cambiando constantemente. El mundo viviente evoluciona continuamente
sin una “meta” pre-establecida. La idea de que la evolución no se dirige hacia un
objetivo o un estado final ha sido mas difícil de aceptar que el propio concepto de
evolución.
Actividad:
- Investigue cuáles son las diferencias más importantes entre los mecanismos
de evolución propuestas por Darwin-Wallace y Lamarck
- ¿Cuál es el mecanismo molecular que permite la existencia del proceso
evolutivo?.
Alas de un murciélago (mamífero), una mariposa (insecto) y un ave. La capacidad de volar apareció independientemente durante la evolución de estos tres animales, hecho conocido como evolución convergente.
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UNIDAD 2
¿Por qué hay que clasificar a los seres vivos?
En su sentido más general, la Taxonomía (del griego taxis, “ordenamiento”, y
nomos, “norma” o “regla”) es la ciencia de la clasificación. Por lo general, se emplea el
término para designar la Taxonomía biológica, la ciencia de ordenar a los organismos
en un sistema de clasificación por jerarquías anidadas. Esta clasificación estudia las
relaciones de parentesco entre los organismos y su historia evolutiva.
La clasificación es importante ya que ayuda a encontrar relaciones entre los
organismos y a realizar predicciones sobre la aparición de diferentes
características en organismos relacionados. Si retrocedemos al comienzo de la vida,
se cree que todos los organismos descendieron de un ancestro común. A medida que
el mismo fue cambiando (evolucionando) y separándose en distintos grupos
(especiación) se generó la diversidad de la vida. En el siglo XVIII, Linnaeus y sus
seguidores describieron diversas características de los organismos y los agruparon
de acuerdo a las similitudes que les parecían más importantes, lo cual implicaba una
relación evolutiva (es decir que dos organismos clasificados en un mismo grupo
compartan un ancestro común). Actualmente los organismos son agrupados
intentando definir las relaciones evolutivas, con especial énfasis a la época en la cual
surgió una especiación determinada.
Para determinar estas relaciones evolutivas, los biólogos reúnen hechos de
diversas fuentes. Los fósiles nos dicen “dónde” y “cuándo” vivieron los organismos
ancestrales y cual era su aspecto. Las estructuras físicas que los diferentes
organismos comparten pueden construir un indicativo de cuan estrechamente
relacionados están (o estaban). Pero las tecnologías desarrolladas en los últimos 30
años han desencadenado una revolución en materia de clasificación al permitirnos
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comparar los genomas (toda la información a partir de la cual se “construye” un
organismo). Podemos determinar el número de genes (unidades de información
genética) compartidos por diferentes especies y en qué porcentaje esos genes han
variado. A mayor identidad genética entre dos especies, más recientemente habrá
ocurrido la especiación.
Actividad:
- Explique el sistema de clasificación de los seres vivos (Clasificación de
nomenclatura bi-nomial creada por Carolas Linnaeus en 1758). De ejemplos
utilizando todas las categorías taxonómicas (unidades jerárquicas).
- ¿Qué evidencia indica que las aves provienen evolutivamente de reptiles ya
extintos? ¿Cómo influye esto en la clasificación taxonómica de aves, lagartos,
tortugas, serpientes y cocodrilos teniendo en cuenta la clasificación tradicional y la
clasificación filogenética actual?
- Responda: ¿Por qué se separa actualmente a las bacterias en los dominios
Eubacterias (o Bacteria) y Archaea?
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La Célula y otros niveles de organización de la vida
Hace aproximadamente 3.800 millones de años, sistemas interactuantes de
moléculas quedaron encerrados en compartimentos rodeados por membranas.
Dentro de estas unidades encerradas por membranas (o células), se ejercía el
control sobre la entrada, el mantenimiento y salida de moléculas, así como de las
reacciones químicas que tenían lugar dentro de la misma. Durante 2000 millones de
años, las células fueron pequeños paquetes de moléculas, cada una de las cuales
estaba encerrada en una única membrana. Estas células procariotas (del griego pro =
“antes de” y karion = “núcleo”) tenían vida autónoma. A medida que transcurrían las
eras, algunas células procariotas se hicieron lo suficientemente grandes como para
atacar, engolfar y hasta digerir a células más pequeñas. Normalmente éstas eran
destruidas dentro de las células mayores, pero algunas sobrevivieron y quedaron
integradas permanentemente en el sistema de funcionamiento de la célula mayor. De
esta manera surgieron células con compartimentos internos complejos de las que
surgieron las células eucariotas. Su aparición abrió entonces nuevas oportunidades
evolutivas. Las células eucariotas, a diferencia de las procariotas, poseen en su
interior múltiples compartimentos delimitados por membranas. Su material genético
quedó contenido en un núcleo aislado y complejo. Otros compartimentos poseen
funciones como la obtención de energía y la fotosíntesis.
Los organismos multicelulares poseen a la célula como la unidad fundamental a
partir del cual se edifica su estructura, es decir que todo ser vivo, por más grande
que sea, está formado por células muy pequeñas. La multicelularidad surgió hace
poco más de 1000 millones de años. Una vez que surgida la “multicelularidad”, fue
posible que distintas células se especializaran, adquiriendo funciones específicas.
Algunas, por ejemplo, para realizar fotosíntesis, otras para transportar sustancias
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químicas de una parte a otra del organismo. Muy temprano en la evolución de la vida
multicelular, ciertas células se especializaron para la reproducción sexual
(combinación de genes de dos células en una). Este tipo de reproducción a diferencia
de la división celular simple (mitosis), permite la combinación del material genético
de dos organismos distintos de una misma especie.
Actividad
- Describa brevemente los componentes de una célula eucariota.
- De ejemplos de diferentes células en un organismo pluricelular. Explique sus
funciones e intente explicar las mismas en base a sus características diferenciales.
- ¿Qué y cuáles son las características emergentes de los distintos niveles de
organización de la vida?
- Se dice que los protistas unicelulares son las células eucariotas más complejas que
existen. Explique el por qué de ésta afirmación.
- Analice por qué es ventajosa la reproducción sexual en organismos pluricelulares.
Unión de un espermatozoide de mamífero a la superficie del ovocito. Aprecie la diferencia de tamaño entre las gametas masculina y femenina.
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UNIDAD 3
Las moléculas de la vida
Existen cuatro tipos de moléculas orgánicas fundamentales para la existencia
de la vida como la conocemos. Estos son:
Los Hidratos de Carbono
Biomoléculas formadas por átomos de C, H y O con una fórmula empírica
aproximada de (CH2O)n. Existen desde estructuras simples como los monosacáridos
(ej.: glucosa) hasta estructuras muy extensas como los polisacáridos (almidón),
formados por unidades repetidas de los azúcares simples.
Los Lípidos
Son sustancias orgánicas insolubles en agua y solubles en solventes apolares.
Son un grupo de moléculas con una gran diversidad estructural que refleja la gran
variedad de funciones en las que participan. Ejemplos: grasas y aceites funcionan
como reserva de energía y aislantes térmicos. Las ceras forman cubiertas
impermeables al agua. Los fosfolípidos constituyen una parte esencial de las
membranas celulares.
Las Proteínas
Son compuestos orgánicos altamente complejos, formados por polímeros
lineales de amino ácidos. Los amino ácidos que forman las proteínas son moléculas
cuya estructura posee un grupo amino (-NH3) y un carboxilo (-COOH) unidos a un
mismo carbono. Dicho carbono contiene unido además otro grupo que le da su
característica individual. Existen 20 amino ácidos posibles y las proteínas pueden
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contener cientos de ellos. Para que una proteína cumpla su función no solo importa la
secuencia de aminoácidos, sino la conformación que esta cadena adquiere en el
espacio.
Los Ácidos Nucleicos
Cada célula contiene la información genética completa de todo el organismo (su
genoma). Esta información se encuentra en cromosomas, que son moléculas de ADN.
El ADN, o ácido desoxirribonucleico, es la molécula que contiene y almacena la
información de la vida. Es un polímero (cadena larga) formado por combinaciones de
4 moléculas (los cuatro nucleótidos: Adenina, Timina, Citosina, Guanina) unidas
covalentemente. Posee una estructura de doble hélice (estudios de Watson y Crick).
La información genética contenida en el ADN es leída, interpretada y procesada
adecuadamente. De este modo, el ADN transfiere su información a moléculas de
ARN, las cuales son intermediarias para la producción final de proteínas.
Actividad:
- De ejemplos de las funciones de hidratos de carbono, proteínas y lípidos. Intente
relacionar esas funciones con su estructura
- ¿Qué es el Código Genético? Investigue cómo puede el ADN, utilizando una
secuencia lineal de 4 dígitos (A, T, C, G), codificar la información que da lugar a un
organismo entero.
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Biología Molecular
La Biología Molecular es una rama de la Biología orientada a la comprensión de todos
aquellos procesos celulares que, por ejemplo, transmiten información genética de
seres vivos a su descendencia. Estudia los mecanismos mediante los cuales esa
información se expresa en la célula en forma de sus productos (proteínas) que
desarrollan las funciones celulares específicas. Se dice que la biología molecular
surgió en el momento en que se dilucidó la estructura del ADN, favorecida además
por una serie de adelantos físicos y químicos. Estos adelantos generaron las
herramientas para el estudio de estas moléculas tan pequeñas.
Aplicaciones de la Biología Molecular: Salud, Agricultura, Ganadería y Ambiente.
- Ingeniería genética de plantas, animales y microorganismos.
- Diagnóstico de enfermedades genéticas o infecciosas.
- Medicina forense y análisis de paternidad
- Biorremediación
- Biotecnología: Es toda aplicación tecnológica que utiliza sistemas biológicos y
organismos vivos o sus derivados para la creación o modificación de productos o
procesos para usos específicos. Podríamos definirla también como el de los
organismos vivos para la obtención de productos útiles para el ser humano.
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Actividad:
- Intente describir ejemplos de las diferentes aplicaciones de la biología molecular
en la vida diaria.
- Por que la biotecnología es discutida actualmente en distintos ámbitos
relacionados con la ecología y la bioseguridad. Intente buscar información general
sobre el tema para ser discutida en el transcurso de la clase.
Artículo de la revista científica Nature donde se describe por primera vez la estructura molecular del ADN (Watson y Crick, 1953)
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ORGANIZACIÓN TEMÁTICA
UNIDAD 1:
- La investigación científica
- Características de los seres vivos.
- La diversidad de la vida: evolución de las especies
UNIDAD2:
- ¿Por qué hay que clasificar a los seres vivos?
- La célula y otros niveles de organización de la vida.
UNIDAD3:
- Las moléculas de la vida.
- Biología molecular
