El metabolismo que impulsa los ecosistemas actuales evolucionó en cuatro estadios, todos ellos, salvo el primero, versiones refundidas de los que habían existido anteriormente:
1. Heterotrofia anaerobia (fermentación) Entre las vías metabólicas más tempranas se cuenta la glucólisis, una vía química sencilla usada por los heterótrofos anaerobios para generar energía al romper la glucosa que obtenían del medio. A medida que se agotaba el suministro de glucosa, las células inventaron una versión inversa de la glucólisis, la vía de biosíntesis de glucosa. Esta vía permitía fabricar más glucosa, pero sólo servía de medida provisional, puesto que requería más energía de la que producía. El suministro de glucosa seguía siendo bajo. Y el nitrógeno, en formas que los organismos primitivos pudieran utilizar, también era escaso, un problema que sólo se solucionó con la invención de la fijación de N2 mediante un complejo enzimático con ferredoxina. Sin embargo, el coste energético seguía siendo alto.
2. Fotoautotrofia anaerobia (fotosíntesis anoxigénica) La capacidad de captar la energía de la luz mediante pigmentos, resultado de la evolución en los heterótrofos anaerobios, mejoró los medios de absorción de compuestos orgánicos del medio. La modificación de esta maquinaria, basada en la bacterioclorofila, permitió asimismo usar C02 en lugar de compuestos orgánicos como fuente de carbono celular. Al vincularse este mecanismo con la vía de la biosíntesis de glucosa, desarrollada más tempranamente, nació la fotoautotrofia anoxigénica, una forma primitiva de fotosíntesis por la cual la energía de la luz captada por un solo fotosistema se utiliza en la síntesis de glucosa, el combustible celular universal. Este mecanismo era rentable y proporcionaba abundante glucosa.Así la vida rompía al fin su dependencia de compuestos orgánicos de origen no biológico. Sin embargo, pasaba a depender de un suministro de hidrógeno que sólo era abundante localmente.
3. Fotoautotrotia aerobia (fotosíntesis oxigénica) La evolución produjo a continuación una forma de fotoautotrofia más compleja que se basaba en dos fotosistemas de clorofila sensibles a la luz que estaban vinculados y usaban una fuente particularmente abundante de hidrógeno: agua (H2O). Esta nueva forma cianobacteriana de fotosíntesis basada en la escisión del agua liberaba oxígeno, un gas tóxico para los anaerobios competidores. Incapaces de sobrevivir en este ambiente, algunos anaerobios se extinguieron mientras que otros se retiraron a un ambiente más tolerante. Las cianobacterias quedaban libres para colonizar vastos espacios en toda la superficie de la Tierra, soberanos indiscutibles de un nuevo reino.
4. Heterotrofia aerobia (respiración aerobio) La creciente abundancia de oxigeno molecular que la fotosíntesis cianobactenana bombeaba al medio ofrecía una oportunidad de oro a la vida. Cuando se combina oxígeno con sustancias orgánicas se libera energía rápidamente (como ocurre en los incendios, por ejemplo). Este es el eficiente mecanismo de obtención de energía que explota la última invención metabólica, la respiración aerobia. Este proceso se realiza en tres pasos.
El primer paso, la glucólisis, se tomó prestado y sin modificar del proceso de fermentación de las bacterias anaerobias. El segundo paso, el ciclo del ácido cítrico para la generación de electrones, es una versión refundida de un proceso químico inventado por las bacterias fotosintéticas. El tercer paso, una vía metabólica que consume oxígeno, es una versión modificada del sistema de transporte de electrones de la fotosíntesis oxigénica.
Al vincular estos tres procesos, la vida consiguió una nueva y potente herramienta para la obtención de energía.
Los procesos metabólicos clave de la vida actual (la heterotrofia y la fotoautotrofia, anaerobias y aerobias) evolucionaron en microorganismos hace miles de millones de años. Tanto si energía y CHON circulan entre plantas y animales, como ocurre hoy, o tan sólo entre microorganismos, como ocurría en el pasado distante, se utilizan los mismos sistemas y se aplican las mismas reglas. Los ecosistemas actuales no son, en este sentido, nada modernos. Son sólo versiones a gran escala de aquel primer ecosistema que se estableció entre microorganismos primitivos.
lunes, 24 de noviembre de 2008
¿Por qué respiramos oxígeno?
Según el dicho, «la basura de uno es el tesoro de otro». Para los anaerobios. el oxígeno no sólo es el desecho de otros organismos; es un veneno mortal. Pero para los aerobios ocurre todo lo contrario: el oxígeno es un elixir. la esencia que propulsa el proceso sobre el que depende su propia vida, la respiración aerobia. ¿Cómo funciona y cómo se formó? La respiración aerobia tiene tres partes.
En primer lugar, la glucólisis rompe la glucosa, produciendo piruvato y dos moléculas de ATP (más agua) por cada molécula de glucosa. En segundo lugar, se escinde el piruvato en un sistema cíclico (el ciclo del ácido cítrico), en el que se forman dos nuevos ATPs, electrones y dióxido de carbono. En tercer lugar, el oxígeno interviene en un proceso por el cual los electrones provenientes del ciclo del ácido cítrico se conducen por una cadena de transportadores de electrones impulsados por enzimas. En este proceso se producen treinta y dos ATPs más. En total, treinta y seis moléculas de ATP por cada molécula de glucosa.
Respirar oxígeno por esta vía aerobia representa un enorme avance con respecto a la vía más primitiva de fermentación de la glucosa (que consiste sólo en la glucólisis). Por el proceso primitivo se obtienen tan sólo dos moléculas de ATP por cada molécula de glucosa metabolizada, lo que equivale a un magro 2 por 100 de la energía almacenada en una molécula de glucosa. Mediante el proceso aerobio se obtienen treinta y seis, un descomunal 38 por 100 de la energía disponible (y una eficiencia superior a la de la mayoría de motores de automóviles, que es del 25 por 100).
¿Cuáles son las raíces evolutivas de este proceso vital y tan notablemente rentable? El origen de la primera parte, la glucólisis, ya se ha explicado. Heredada de heterótrofos anaerobios primitivos, precede en mucho a la aparición de formas de vida que respiran oxígeno. La segunda parte, el ciclo del ácido cítrico, también proviene de otras manos, una versión invertida del ciclo de «reacciones oscuras» de la fotosíntesis bacteriana. Y la tercera, la parte que consume oxígeno, es una versión renovada de los mecanismos químicos que enlazan los dos fotosistemas sensibles a la luz de los fotosintetizadores oxigénicos.
Con la renovación y reutilización de procesos inventados con anterioridad, la evolución nuevamente se muestra conservadora y económica. Las raíces evolutivas de la respiración aerobia pueden verse en los niños cuando juegan. Cuando corren rápido y con esfuerzo, a veces les dan agujetas y tienen que descansar un momento para recuperar el aliento. ¿Por qué se ahvia entonces el dolor? Las agujetas se producen cuando los músculos utilizan el oxígeno tan rápido que no queda suficiente para realizar la respiración aerobia. A medida que la deficiencia de oxigeno aumenta, la glucólisis produce más piruvato del que puede metabolizarse y el exceso se convierte en el ácido láctico causante de las agujetas. Al recuperar el aliento, se restablece el equilibrio entre el suministro de oxígeno y la producción de piruvato. Con tiempo suficiente, el ácido láctico acumulado se convierte en glucosa (por la vía de la biosíntesis de glucosa), que vuelve a entrar en el ciclo de la respiración. El ejercicio vigoroso obliga a los humanos y al resto de los animales a volver a sus orígenes metabólicos primitivos, la glucólisis y la biosíntesis de glucosa, dos procesos inventados por microbios anaerobios en un pasado geológico distante
En primer lugar, la glucólisis rompe la glucosa, produciendo piruvato y dos moléculas de ATP (más agua) por cada molécula de glucosa. En segundo lugar, se escinde el piruvato en un sistema cíclico (el ciclo del ácido cítrico), en el que se forman dos nuevos ATPs, electrones y dióxido de carbono. En tercer lugar, el oxígeno interviene en un proceso por el cual los electrones provenientes del ciclo del ácido cítrico se conducen por una cadena de transportadores de electrones impulsados por enzimas. En este proceso se producen treinta y dos ATPs más. En total, treinta y seis moléculas de ATP por cada molécula de glucosa.
Respirar oxígeno por esta vía aerobia representa un enorme avance con respecto a la vía más primitiva de fermentación de la glucosa (que consiste sólo en la glucólisis). Por el proceso primitivo se obtienen tan sólo dos moléculas de ATP por cada molécula de glucosa metabolizada, lo que equivale a un magro 2 por 100 de la energía almacenada en una molécula de glucosa. Mediante el proceso aerobio se obtienen treinta y seis, un descomunal 38 por 100 de la energía disponible (y una eficiencia superior a la de la mayoría de motores de automóviles, que es del 25 por 100).
¿Cuáles son las raíces evolutivas de este proceso vital y tan notablemente rentable? El origen de la primera parte, la glucólisis, ya se ha explicado. Heredada de heterótrofos anaerobios primitivos, precede en mucho a la aparición de formas de vida que respiran oxígeno. La segunda parte, el ciclo del ácido cítrico, también proviene de otras manos, una versión invertida del ciclo de «reacciones oscuras» de la fotosíntesis bacteriana. Y la tercera, la parte que consume oxígeno, es una versión renovada de los mecanismos químicos que enlazan los dos fotosistemas sensibles a la luz de los fotosintetizadores oxigénicos.
Con la renovación y reutilización de procesos inventados con anterioridad, la evolución nuevamente se muestra conservadora y económica. Las raíces evolutivas de la respiración aerobia pueden verse en los niños cuando juegan. Cuando corren rápido y con esfuerzo, a veces les dan agujetas y tienen que descansar un momento para recuperar el aliento. ¿Por qué se ahvia entonces el dolor? Las agujetas se producen cuando los músculos utilizan el oxígeno tan rápido que no queda suficiente para realizar la respiración aerobia. A medida que la deficiencia de oxigeno aumenta, la glucólisis produce más piruvato del que puede metabolizarse y el exceso se convierte en el ácido láctico causante de las agujetas. Al recuperar el aliento, se restablece el equilibrio entre el suministro de oxígeno y la producción de piruvato. Con tiempo suficiente, el ácido láctico acumulado se convierte en glucosa (por la vía de la biosíntesis de glucosa), que vuelve a entrar en el ciclo de la respiración. El ejercicio vigoroso obliga a los humanos y al resto de los animales a volver a sus orígenes metabólicos primitivos, la glucólisis y la biosíntesis de glucosa, dos procesos inventados por microbios anaerobios en un pasado geológico distante
La guerra de gases microbiana
Parte de la respuesta radica en la disponibilidad de hidrógeno. En las formas que los fotosintetizadores primitivos podían usar, el hidrógeno era localmente abundante (en fuentes termales y fumarolas, por ejemplo, donde burbujea el H2S hasta la superficie), pero debía de ser escaso en otros lugares. El agua, en cambio, existía en casi todos los ambientes. Al poder usarla, los fotosintetizadores avanzados disponían de nuevos ambientes que colonizar.
Las interacciones con el oxígeno molecular eran importantes. Mientras que bastan trazas de oxigeno libre para inactivar los enzimas que usan las bacterias fotosintétícas primitivas para fijar nitrógeno o fabricar bacterioclorofila, las cianobacterias, que realizan la fotosíntesis oxigénica, crecen sin problema en presencia de oxígeno. Esta diferencia tuvo un enorme impacto sobre la historia de la vida.
Imaginemos lo que ocurrió cuando el primer productor de oxígeno apareció en escena. Los microbios de esta nueva cepa mutante, las primeras cianobacterias, compartían un ambiente de aguas someras con su ascendencia genética. Las bacterias fotosintéticas anaerobias, donde los dos grupos competían por la luz. Pero los recién llegados traían consigo una ventaja contundente en la lucha darwiniana. Su nuevo tipo de fotosíntesis producía oxígeno molecular, un gas tóxico para sus vecinos anaerobios. ! Había estallado una guerra de gases entre los microorganismos!
Los ascendentes bacterianos se encontraban en una situación desesperada, incapacitados para fijar gas nitrógeno o fabricar bacterioclorofila. Su supervivencia estaba en entredicho: sólo podían retirarse o morir. Gracias a unos cuantos trucos aprendidos tempranamente en su historia, las bacterias primitivas se retiraron y sobrevivieron.
Cuando estos fotosintetizadores primitivos se originaron y empezaron a evolucionar, el mundo estaba prácticamente desprovisto de oxígeno libre y bañado en la letal radiación UV. Para fotosintetizar tenían que estar expuestos a la luz del sol, pero si intentaban crecer en donde hubiera demasiada luz, no lo contaban. Para solucionar este problema, vivían en los fondos lodosos de los mares someros, protegidos de la radiación UV por una capa de agua, y además muchos desarrollaron la capacidad de deslizarse para así poder escapar de ambientes demasiado expuestos. Cuando las cianobacterias productoras de oxígeno invadieron la escena, los anaerobios incapaces de moverse seguramente murieron a montones, pero las bacterias fotosintéticas capearon el temporal retirándose a un ambiente libre de oxigeno dentro de los lodos del fondo. Los fotosintetizadores primitivos, primitivos pero listos, sobrevivieron huyendo de la zona de guerra.
En la actualidad, las cianobacterias y las bacterias fotosintéticas viven armoniosamente en comunidades laminares de estromatolitos, donde coexisten porque disponen de pigmentos distintos para captar la luz. Los productores de oxígeno pueblan la capa más superior y los fotosintetizadores anoxigénicos las capas inferiores (y aun las bacterias anaerobias que no necesitan luz pueden habitar en capas inferiores). Aunque la clorofila de las cianobacterias absorbe la mayor parte de la luz, esto no acaba con las bacterias fotosintéticas subyacentes porque su bacterioclorofila es sensible a la luz de una longitud de onda tal que se filtra hasta donde habitan.
Las interacciones con el oxígeno molecular eran importantes. Mientras que bastan trazas de oxigeno libre para inactivar los enzimas que usan las bacterias fotosintétícas primitivas para fijar nitrógeno o fabricar bacterioclorofila, las cianobacterias, que realizan la fotosíntesis oxigénica, crecen sin problema en presencia de oxígeno. Esta diferencia tuvo un enorme impacto sobre la historia de la vida.
Imaginemos lo que ocurrió cuando el primer productor de oxígeno apareció en escena. Los microbios de esta nueva cepa mutante, las primeras cianobacterias, compartían un ambiente de aguas someras con su ascendencia genética. Las bacterias fotosintéticas anaerobias, donde los dos grupos competían por la luz. Pero los recién llegados traían consigo una ventaja contundente en la lucha darwiniana. Su nuevo tipo de fotosíntesis producía oxígeno molecular, un gas tóxico para sus vecinos anaerobios. ! Había estallado una guerra de gases entre los microorganismos!
Los ascendentes bacterianos se encontraban en una situación desesperada, incapacitados para fijar gas nitrógeno o fabricar bacterioclorofila. Su supervivencia estaba en entredicho: sólo podían retirarse o morir. Gracias a unos cuantos trucos aprendidos tempranamente en su historia, las bacterias primitivas se retiraron y sobrevivieron.
Cuando estos fotosintetizadores primitivos se originaron y empezaron a evolucionar, el mundo estaba prácticamente desprovisto de oxígeno libre y bañado en la letal radiación UV. Para fotosintetizar tenían que estar expuestos a la luz del sol, pero si intentaban crecer en donde hubiera demasiada luz, no lo contaban. Para solucionar este problema, vivían en los fondos lodosos de los mares someros, protegidos de la radiación UV por una capa de agua, y además muchos desarrollaron la capacidad de deslizarse para así poder escapar de ambientes demasiado expuestos. Cuando las cianobacterias productoras de oxígeno invadieron la escena, los anaerobios incapaces de moverse seguramente murieron a montones, pero las bacterias fotosintéticas capearon el temporal retirándose a un ambiente libre de oxigeno dentro de los lodos del fondo. Los fotosintetizadores primitivos, primitivos pero listos, sobrevivieron huyendo de la zona de guerra.
En la actualidad, las cianobacterias y las bacterias fotosintéticas viven armoniosamente en comunidades laminares de estromatolitos, donde coexisten porque disponen de pigmentos distintos para captar la luz. Los productores de oxígeno pueblan la capa más superior y los fotosintetizadores anoxigénicos las capas inferiores (y aun las bacterias anaerobias que no necesitan luz pueden habitar en capas inferiores). Aunque la clorofila de las cianobacterias absorbe la mayor parte de la luz, esto no acaba con las bacterias fotosintéticas subyacentes porque su bacterioclorofila es sensible a la luz de una longitud de onda tal que se filtra hasta donde habitan.
Una nueva fuente de combustible
El problema era la escasez de glucosa. Para mantenerse. la vida necesitaba encontrar una fuente de glucosa más abundante. Se halló una solución inicial en la evolución de unos microbios capaces de fabricar glucosa por si mismos mediante una suerte de glucólisis al revés. La fabricación de glucosa (técnicamente, «biosíntesis de glucosa») comporta once pasos enzimáticos. Siete de éstos utilizan los mismos enzimas que la glucólisis, pero operan en sentido inverso. Para construir un sistema de fabricación de glucosa no se tuvo que cambiar la glucólisis para nada, se duplicaron los genes de siete de los enzimas y sólo hubo que añadir cuatro enzimas adicionales. En lugar de inventar un nuevo juego de genes y enzimas, la evolución fue conservadora y económica.
¿Cómo puede el mismo juego de enzimas catalizar una secuencia de reacciones químicas hacia delante y hacia atrás?, y ¿por qué sólo se transfirieron a la nueva vía siete de los enzimas de la glucólisis, y no los diez'? Imaginemos un tren de juguete que se mueve sobre una vía. Si la vía se extiende sobre un plano, se necesita la misma fuerza para moverlo en un sentido que para moverlo en el opuesto. Así ocurre con la mayoría de las reacciones catalizadas por enzimas: con la misma facilidad que el enzima acelera la reacción en un sentido, la acelera en el sentido opuesto. Se trata de reacciones reversibles. Pero el caso es diferente si la vía discurre por una colina. Para que el tren suba la cuesta se necesita energía adicional, mientras que cuando el tren baja por la cuesta se libera energía (debido a la gravedad).
De igual modo, las reacciones enzimáticas que o bien consumen energía o bien la liberan (liberada o absorbida por moléculas de ATP) sólo ocurren fácilmente en un solo sentido. En esencia. son irreversibles. Durante la glucólisis, dos de las reacciones requieren energía mientras que una tercera la libera. Estos son los tres pasos irreversibles que catalizan los cuatro nuevos enzimas inventados para la biosíntesis de glucosa. No obstante, esta solución a la escasez de combustible habría sido, a lo sumo, una solución temporal, un parche. Las células que fabrican glucosa de este modo usan tres veces más energía de la que obtienen durante la fermentación de la glucosa.Ningún organismo puede sobrevivir durante mucho tiempo consumiendo más energía de la que produce. Al igual que cargar gastos a una tarjeta de crédito, esta solución, válida a corto plazo, a largo plazo sólo puede traer problemas.
Pero la biosíntesis de glucosa fue un punto de partida que pronto dio pie a la solución definitiva al problema energético de la vida: la evolución de una nueva vía de síntesis de glucosa que usaba la energía de la luz.
Pero antes era necesario solucionar otro problema.
El nitrógeno plantea un problema: Aunque la glucosa es una fuente práctica de carbono, hidrógeno y oxigeno. la vida también necesita nitrógeno para las proteínas. los ácidos nucleicos y el ATP. ¿Cuál es la fuente de nitrógeno? Para que los microbios heterótrofos anaerobios prosperen basta con proporcionarles glucosa (fuente de CHO y energía) y amoniaco (fuente de N). Ambos debían ser abundantes cuando se originó la vida, pero el amoniaco (NH3) pronto se hizo escaso. La luz UV rompe fácilmente los enlaces químicos que unen el nitrógeno al hidrógeno en el amoniaco. Como prácticamente no había oxígeno molecular (02) en la atmósfera primitiva, la capa de ozono (O3) estratosférico que hoy forma un escudo contra la radiación UV no existía y el amoniaco se destruía con rapidez. El nitrato (NO3), la otra fuente de nitrógeno utilizada por muchos otros microorganismos, era también escaso. En la actualidad se forman grandes cantidades de nitrato cuando el nitrógeno y el oxígeno se combinan durante las tormentas eléctricas, pero esto no podía ocurrir en la atmósfera primitiva porque no contenía oxigeno.
Debido a la necesidad de obtener nitrógeno, la escasez de amoniaco y de nitrato planteaba un serio problema para la vida. Sólo quedaba otra fuente por explotar: el abundante gas nitrógeno de la atmósfera. Pero los átomos de nitrógeno de N2 están unidos fuertemente mediante tres enlaces. Para romperlos era necesario inventar un nuevo sistema enzimático. El agente responsable de combinar el nitrógeno atmosférico con el hidrógeno y «fijarlo» en forma de amoniaco se denomina nitrogenasa o complejo Nif, y la pieza clave del complejo es una proteína, la ferredoxina. Como la fijación de nitrógeno es una reacción energéticamente muy costosa, el complejo Nif sólo entra en acción como último recurso cuando ya se ha agotado el suministro de amoniaco y nitrato. Un sistema tan costoso no hubiera evolucionado de no haber sido esencial para la vida.
El complejo Nif movido por la ferredoxina, data de los primeros estadios del origen de la vida, cuando no había oxígeno en la atmósfera. La mayoría de las eubacterias primitivas y de las arqueobacterias pueden fijar el nitrógeno atmosférico; en cambio, los eucariotas, que evolucionaron mucho más tarde, no pueden.
Al igual que otros sistemas enzimáticos antiguos, la fijación de nitrógeno se frena en presencia de trazas de oxígeno molecular. La fijación de nitrógeno tiene lugar sólo si el sistema enzimático está aislado del 02.
Incluso en cianobacterias productoras de oxígeno, que han desarrollado células y mecanismos químicos especiales para proteger el sistema de fijación de nitrógeno. ¿Cómo se originó la ferredoxina?
Los cincuenta y cinco aminoácidos que forman la ferredoxina de una bacteria típica (Clostridium) están ordenados de una manera que desvela la historia de la molécula.
La proteína comenzó con sólo cuatro aminoácidos. El gen de este cuarteto se multiplicó repetidas veces para formar un gen mayor de una protoferredoxina compuesta por veintiocho aminoácidos, es decir, siete cuartetos unidos en una cadena. Mutaciones posteriores añadieron otro aminoácido y cambiaron otros de lugar. y luego el gen esta proteína de veintinueve aminoácidos se duplicó para dar lugar a una ferredoxina primitiva de cincuenta y ocho aminoácidos de longitud.
Tras varias mutaciones, se eliminaron tres aminoácidos de uno de los extremos de la molécula para formarse finalmente la ferredoxina del Clostridium actual. Utilizando como pieza de construcción el cuarteto inicial, la ferredoxina evolucionó simplemente por copia y reestructuración de un sistema que ya funcionaba. Nuevamente, la evolución fue conservadora v económica.
La copia de genes debió de ser especialmente frecuente durante el desarrollo inicial de la vida, cuando el CHON y la energía eran escasos. En experimentos de laboratorio con bacterias cultivadas en medios pobres se ha visto que las que sobreviven son casi invariablemente mutantes que poseen varias copias extra de enzimas metabólicos. Aun en un medio normal, se encuentran genes duplicados en aproximadamente una de cada mil bacterias, de modo que en mil millones de bacterias (un tamaño normal para una colonia de organismos tan pequeños) hay más o menos un millón con copias extra.
Mientras haya al menos una copia que funcione, las otras pueden mutar sin causar problemas y así se producen a veces genes que codifican enzimas más rápidos que los originales. Una vez iniciado el desarrollo de la vida, la copia de genes le dio abundante grano al molino evolutivo. Según el esquema bosquejado hasta el momento, la estrategia primera de la vida fue la heterotrofia anaerobia, para la cual se obtenía CHO del consomé primordial, N del nitrógeno atmosférico (y de amoniaco y nitrato, si había) y energía de la fermentación.
Pero la glucosa era un combustible escaso incluso después de que algunas células encontraran una manera de producirlo. Este problema se solucionó con la aparición de los autótrofos capaces de hacer la fotosíntesis, un proceso que produce grandes cantidades de glucosa (a diferencia de los mecanismos no biológicos) de un modo energéticamente rentable (a diferencia de la biosíntesis de glucosa).
La fotosíntesis se puede hacer de dos maneras, una primitiva y otra avanzada, que tienen mucho en común. Utilizan pigmentos parecidos y procedimientos químicos semejantes para fabricar el mismo producto (glucosa) a partir de la misma materia prima (dióxido de carbono) mediante una vía metabólica prácticamente idéntica (la biosíntesis de glucosa usando energía de la luz) y ambas se encuentran en miembros del dominio de las eubacterias.
Los fotosintetizadores primitivos, que eran variedades de bacterias fotosintéticas, utilizan bacterioclorofila para captar la luz y no producen oxigeno como producto derivado (es decir, es un proceso anoxigénico). Los fotosintetizadores avanzados, las cianobacterias, utilizan clorofila (del mismo tipo que se encuentra en las plantas) para captar la energía de la luz y su fotosíntesis es oxigénica, es decir, libera oxígeno.
Ambos tipos de fotosintetizadores pueden usar asimismo la energía de la luz para auxiliar la absorción de materia orgánica del medio, un modo de vida (fotoheterotrofia) que es aún más primitivo que la fotosíntesis. A lo que parece, la energía de la luz se utilizaba primero para coadyuvar a la heterotrofia y sólo más tarde para la biosíntesis de glucosa en los fotosintetizadores autótrofos: otro ejemplo del conservadurismo y la economía de la evolución.
Aunque estrechamente relacionadas, las dos formas de fotosíntesis difieren en varios aspectos. Las dos combinan hidrógeno y dióxido de carbono para fabricar glucosa, pero el hidrógeno tiene distinta procedencia. En el proceso primitivo, el hidrógeno proviene del gas hidrógeno (H2), de pequeños compuestos orgánicos o de sulfuro de hidrógeno (H2S). En la fotosíntesis avanzada, el hidrógeno siempre procede del agua, y esta es la razón por la cual se libera oxígeno, que queda libre cuando la molécula de H20 se escinde para utilizar el hidrógeno. Para usar el hidrógeno del gas o de compuestos orgánicos no hace falta mucha energía, y para usar el hidrógeno del H2S apenas algo más (78 kilocalorías).
Pero el hidrógeno y el oxígeno están fuertemente unidos en las moléculas de agua y para separarlos hace falta invertir mucha más energía (118 kilocalorías). La fotosíntesis primitiva, la anoxigénica, requiere menos energía que la avanzada. Por ello, la primitiva es más sencilla. Utiliza un solo fotosistema sensible a la luz para captar la energía de la radiación solar, mientras que la fotosíntesis avanzada utiliza dos fotosistemas, vinculados por una cadena de enzimas que transfieren energía del uno al otro.
La evolución es casi siempre conservadora y económica. Sin embargo. la fotosíntesis avanzada requiere más energía y es más compleja que la primitiva. ¿Qué compensa estos inconvenientes?
¿Cómo puede el mismo juego de enzimas catalizar una secuencia de reacciones químicas hacia delante y hacia atrás?, y ¿por qué sólo se transfirieron a la nueva vía siete de los enzimas de la glucólisis, y no los diez'? Imaginemos un tren de juguete que se mueve sobre una vía. Si la vía se extiende sobre un plano, se necesita la misma fuerza para moverlo en un sentido que para moverlo en el opuesto. Así ocurre con la mayoría de las reacciones catalizadas por enzimas: con la misma facilidad que el enzima acelera la reacción en un sentido, la acelera en el sentido opuesto. Se trata de reacciones reversibles. Pero el caso es diferente si la vía discurre por una colina. Para que el tren suba la cuesta se necesita energía adicional, mientras que cuando el tren baja por la cuesta se libera energía (debido a la gravedad).
De igual modo, las reacciones enzimáticas que o bien consumen energía o bien la liberan (liberada o absorbida por moléculas de ATP) sólo ocurren fácilmente en un solo sentido. En esencia. son irreversibles. Durante la glucólisis, dos de las reacciones requieren energía mientras que una tercera la libera. Estos son los tres pasos irreversibles que catalizan los cuatro nuevos enzimas inventados para la biosíntesis de glucosa. No obstante, esta solución a la escasez de combustible habría sido, a lo sumo, una solución temporal, un parche. Las células que fabrican glucosa de este modo usan tres veces más energía de la que obtienen durante la fermentación de la glucosa.Ningún organismo puede sobrevivir durante mucho tiempo consumiendo más energía de la que produce. Al igual que cargar gastos a una tarjeta de crédito, esta solución, válida a corto plazo, a largo plazo sólo puede traer problemas.
Pero la biosíntesis de glucosa fue un punto de partida que pronto dio pie a la solución definitiva al problema energético de la vida: la evolución de una nueva vía de síntesis de glucosa que usaba la energía de la luz.
Pero antes era necesario solucionar otro problema.
El nitrógeno plantea un problema: Aunque la glucosa es una fuente práctica de carbono, hidrógeno y oxigeno. la vida también necesita nitrógeno para las proteínas. los ácidos nucleicos y el ATP. ¿Cuál es la fuente de nitrógeno? Para que los microbios heterótrofos anaerobios prosperen basta con proporcionarles glucosa (fuente de CHO y energía) y amoniaco (fuente de N). Ambos debían ser abundantes cuando se originó la vida, pero el amoniaco (NH3) pronto se hizo escaso. La luz UV rompe fácilmente los enlaces químicos que unen el nitrógeno al hidrógeno en el amoniaco. Como prácticamente no había oxígeno molecular (02) en la atmósfera primitiva, la capa de ozono (O3) estratosférico que hoy forma un escudo contra la radiación UV no existía y el amoniaco se destruía con rapidez. El nitrato (NO3), la otra fuente de nitrógeno utilizada por muchos otros microorganismos, era también escaso. En la actualidad se forman grandes cantidades de nitrato cuando el nitrógeno y el oxígeno se combinan durante las tormentas eléctricas, pero esto no podía ocurrir en la atmósfera primitiva porque no contenía oxigeno.
Debido a la necesidad de obtener nitrógeno, la escasez de amoniaco y de nitrato planteaba un serio problema para la vida. Sólo quedaba otra fuente por explotar: el abundante gas nitrógeno de la atmósfera. Pero los átomos de nitrógeno de N2 están unidos fuertemente mediante tres enlaces. Para romperlos era necesario inventar un nuevo sistema enzimático. El agente responsable de combinar el nitrógeno atmosférico con el hidrógeno y «fijarlo» en forma de amoniaco se denomina nitrogenasa o complejo Nif, y la pieza clave del complejo es una proteína, la ferredoxina. Como la fijación de nitrógeno es una reacción energéticamente muy costosa, el complejo Nif sólo entra en acción como último recurso cuando ya se ha agotado el suministro de amoniaco y nitrato. Un sistema tan costoso no hubiera evolucionado de no haber sido esencial para la vida.
El complejo Nif movido por la ferredoxina, data de los primeros estadios del origen de la vida, cuando no había oxígeno en la atmósfera. La mayoría de las eubacterias primitivas y de las arqueobacterias pueden fijar el nitrógeno atmosférico; en cambio, los eucariotas, que evolucionaron mucho más tarde, no pueden.
Al igual que otros sistemas enzimáticos antiguos, la fijación de nitrógeno se frena en presencia de trazas de oxígeno molecular. La fijación de nitrógeno tiene lugar sólo si el sistema enzimático está aislado del 02.
Incluso en cianobacterias productoras de oxígeno, que han desarrollado células y mecanismos químicos especiales para proteger el sistema de fijación de nitrógeno. ¿Cómo se originó la ferredoxina?
Los cincuenta y cinco aminoácidos que forman la ferredoxina de una bacteria típica (Clostridium) están ordenados de una manera que desvela la historia de la molécula.
La proteína comenzó con sólo cuatro aminoácidos. El gen de este cuarteto se multiplicó repetidas veces para formar un gen mayor de una protoferredoxina compuesta por veintiocho aminoácidos, es decir, siete cuartetos unidos en una cadena. Mutaciones posteriores añadieron otro aminoácido y cambiaron otros de lugar. y luego el gen esta proteína de veintinueve aminoácidos se duplicó para dar lugar a una ferredoxina primitiva de cincuenta y ocho aminoácidos de longitud.
Tras varias mutaciones, se eliminaron tres aminoácidos de uno de los extremos de la molécula para formarse finalmente la ferredoxina del Clostridium actual. Utilizando como pieza de construcción el cuarteto inicial, la ferredoxina evolucionó simplemente por copia y reestructuración de un sistema que ya funcionaba. Nuevamente, la evolución fue conservadora v económica.
La copia de genes debió de ser especialmente frecuente durante el desarrollo inicial de la vida, cuando el CHON y la energía eran escasos. En experimentos de laboratorio con bacterias cultivadas en medios pobres se ha visto que las que sobreviven son casi invariablemente mutantes que poseen varias copias extra de enzimas metabólicos. Aun en un medio normal, se encuentran genes duplicados en aproximadamente una de cada mil bacterias, de modo que en mil millones de bacterias (un tamaño normal para una colonia de organismos tan pequeños) hay más o menos un millón con copias extra.
Mientras haya al menos una copia que funcione, las otras pueden mutar sin causar problemas y así se producen a veces genes que codifican enzimas más rápidos que los originales. Una vez iniciado el desarrollo de la vida, la copia de genes le dio abundante grano al molino evolutivo. Según el esquema bosquejado hasta el momento, la estrategia primera de la vida fue la heterotrofia anaerobia, para la cual se obtenía CHO del consomé primordial, N del nitrógeno atmosférico (y de amoniaco y nitrato, si había) y energía de la fermentación.
Pero la glucosa era un combustible escaso incluso después de que algunas células encontraran una manera de producirlo. Este problema se solucionó con la aparición de los autótrofos capaces de hacer la fotosíntesis, un proceso que produce grandes cantidades de glucosa (a diferencia de los mecanismos no biológicos) de un modo energéticamente rentable (a diferencia de la biosíntesis de glucosa).
La fotosíntesis se puede hacer de dos maneras, una primitiva y otra avanzada, que tienen mucho en común. Utilizan pigmentos parecidos y procedimientos químicos semejantes para fabricar el mismo producto (glucosa) a partir de la misma materia prima (dióxido de carbono) mediante una vía metabólica prácticamente idéntica (la biosíntesis de glucosa usando energía de la luz) y ambas se encuentran en miembros del dominio de las eubacterias.
Los fotosintetizadores primitivos, que eran variedades de bacterias fotosintéticas, utilizan bacterioclorofila para captar la luz y no producen oxigeno como producto derivado (es decir, es un proceso anoxigénico). Los fotosintetizadores avanzados, las cianobacterias, utilizan clorofila (del mismo tipo que se encuentra en las plantas) para captar la energía de la luz y su fotosíntesis es oxigénica, es decir, libera oxígeno.
Ambos tipos de fotosintetizadores pueden usar asimismo la energía de la luz para auxiliar la absorción de materia orgánica del medio, un modo de vida (fotoheterotrofia) que es aún más primitivo que la fotosíntesis. A lo que parece, la energía de la luz se utilizaba primero para coadyuvar a la heterotrofia y sólo más tarde para la biosíntesis de glucosa en los fotosintetizadores autótrofos: otro ejemplo del conservadurismo y la economía de la evolución.
Aunque estrechamente relacionadas, las dos formas de fotosíntesis difieren en varios aspectos. Las dos combinan hidrógeno y dióxido de carbono para fabricar glucosa, pero el hidrógeno tiene distinta procedencia. En el proceso primitivo, el hidrógeno proviene del gas hidrógeno (H2), de pequeños compuestos orgánicos o de sulfuro de hidrógeno (H2S). En la fotosíntesis avanzada, el hidrógeno siempre procede del agua, y esta es la razón por la cual se libera oxígeno, que queda libre cuando la molécula de H20 se escinde para utilizar el hidrógeno. Para usar el hidrógeno del gas o de compuestos orgánicos no hace falta mucha energía, y para usar el hidrógeno del H2S apenas algo más (78 kilocalorías).
Pero el hidrógeno y el oxígeno están fuertemente unidos en las moléculas de agua y para separarlos hace falta invertir mucha más energía (118 kilocalorías). La fotosíntesis primitiva, la anoxigénica, requiere menos energía que la avanzada. Por ello, la primitiva es más sencilla. Utiliza un solo fotosistema sensible a la luz para captar la energía de la radiación solar, mientras que la fotosíntesis avanzada utiliza dos fotosistemas, vinculados por una cadena de enzimas que transfieren energía del uno al otro.
La evolución es casi siempre conservadora y económica. Sin embargo. la fotosíntesis avanzada requiere más energía y es más compleja que la primitiva. ¿Qué compensa estos inconvenientes?
La forma de vida más primitiva extrae Energía de la fermentación del azúcar
Empecemos por el principio. Entre las formas de vida más primitivas existían algunas que realizaban la glucólisis, una forma de fermentación (metabolismo anaerobio) basada en escindir una molécula de seis carbonos de glucosa (C6 H12O6) en dos moléculas de tres átomos de carbono de piruvato. La reacción produce energía, que se libera al romperse los enlaces químicos de la glucosa, y parte de esta energía se almacena para su uso futuro en un compuesto denominado ATP (trifosfato de adenosina, en sus siglas inglesas). Cada vez que se escinde una molécula de glucosa se forman dos unidades de energía (dos moléculas ricas en energía de ATP).
La glucólisis es casi tan antigua como la vida misma. Es fundamental para la vida y se da en todos los organismos. Un «paquete» de diez reacciones aceleradas por sendos enzimas es demasiado grande para haberse originado más de una vez. Además se trata del mecanismo biológico de producción de energía químicamente más sencillo, se produce en el citosol acuoso de las células (en lugar de precisar un orgánulo o membranas como en los sistemas más avanzados), libera mucha menos energía que los mecanismos más avanzados y es anaerobio como corresponde al ambiente primitivo.
La glucólisis requiere glucosa. Pero los experimentos sobre la Tierra primitiva del tipo del de Miller demuestran que en el caldo primordial se encontraban muchos otros azúcares. Así pues, ¿por qué se convirtió la glucosa en el combustible universal de la vida? Probablemente porque es particularmente resistente, siendo el azúcar de seis carbonos menos sensible a cambios de temperatura, acidez y otros. En un ambiente severo, la glucosa era el azúcar más fácil de obtener.
De acuerdo con esta concepción (de Oparin-Miller), la Tierra primitiva estaba poblada por microorganismos heterótrofos anaerobios que se alimentaban de glucosa en el caldo primordial. Pero al multiplicarse, estas células simples habían de acabar por agotar el suministro de glucosa. Si no hubiera aparecido una nueva fuente de glucosa, habrían acabado al borde de la extinción y la glucólisis se habría perdido para siempre.
La glucólisis es casi tan antigua como la vida misma. Es fundamental para la vida y se da en todos los organismos. Un «paquete» de diez reacciones aceleradas por sendos enzimas es demasiado grande para haberse originado más de una vez. Además se trata del mecanismo biológico de producción de energía químicamente más sencillo, se produce en el citosol acuoso de las células (en lugar de precisar un orgánulo o membranas como en los sistemas más avanzados), libera mucha menos energía que los mecanismos más avanzados y es anaerobio como corresponde al ambiente primitivo.
La glucólisis requiere glucosa. Pero los experimentos sobre la Tierra primitiva del tipo del de Miller demuestran que en el caldo primordial se encontraban muchos otros azúcares. Así pues, ¿por qué se convirtió la glucosa en el combustible universal de la vida? Probablemente porque es particularmente resistente, siendo el azúcar de seis carbonos menos sensible a cambios de temperatura, acidez y otros. En un ambiente severo, la glucosa era el azúcar más fácil de obtener.
De acuerdo con esta concepción (de Oparin-Miller), la Tierra primitiva estaba poblada por microorganismos heterótrofos anaerobios que se alimentaban de glucosa en el caldo primordial. Pero al multiplicarse, estas células simples habían de acabar por agotar el suministro de glucosa. Si no hubiera aparecido una nueva fuente de glucosa, habrían acabado al borde de la extinción y la glucólisis se habría perdido para siempre.
La evolución preempaquetada
Se sabe la respuesta, y los actores son dos grupos de eubacterias: las cianobactenas y las bacterias purpúreas.
La forma avanzada de la fotoautotrofia, la fotosíntesis oxigénica (que produce oxígeno), fue inventada por las cianobacterias hace unos 3.500 millones de años cuando la Tierra se encontraba en su infancia. Mucho más tarde, hace quizá tan sólo 2.000 millones de años, uno de sus descendientes fue tragado por un organismo unicelular eucariota. Como la cianobacteria capturada (pero no digerida) llevaba consigo la maquinaria metabólica para la fotosíntesis, se estableció entre ambos organismos una relación simbiótica (yo por ti, tú por mí). La cianobacteria funcionaba como una práctica factoría interna de comida, mientras que el huésped eucariota proporcionaba refugio (este tipo de relación recibe el nombre de «endosimbiosis»). Con el tiempo, la alianza se hizo más fuerte, la mayoría de los genes de la cianobacteria se transfirieron al huésped y los endosimbiontes evolucionaron hasta convertirse en las estructuras que hoy conocemos como cloroplastos, unos cuerpos celulares protegidos por una membrana (orgánulos) que albergan el aparato fotosintetizador en los fotoautótrofos eucariotas como las plantas.
Una secuencia de eventos similar condujo a la formación de la célula eucariota, que respira oxígeno: bacterias purpúreas endosimbiontes evolucionaron hasta convertirse en las factorías de energía aeróbicas de las células eucariotas, los orgánulos cilíndricos conocidos como mitocondrias. La evolución de la endosimbiosis proporcionó a los eucariotas la maquinaria metabólica para la fotosíntesis y la respiración ya preempaquetada y lista para usar en unos sistemas ya probados y perfeccionados.
La validez de la lección persiste: ¡la evolución es realmente conservadora y económica!
La evolución preempaquetada explica por qué se encuentra el mismo tipo de fotosíntesis en las plantas y en las cianobacterias, pero no explica sus inicios. ¿Es una versión refundida de una invención más temprana o se inventó desde cero en las cianobacterias hace miles de millones de años? ¿Y qué origen tuvo la respiración aeróbica? La respiración requiere oxígeno; entonces, ¿cómo pudo establecerse si no había oxígeno en la atmósfera primitiva?
En pocas palabras, si la evolución sólo construye sobre algo que ya existe, ¿cómo se producen las invenciones?
La forma avanzada de la fotoautotrofia, la fotosíntesis oxigénica (que produce oxígeno), fue inventada por las cianobacterias hace unos 3.500 millones de años cuando la Tierra se encontraba en su infancia. Mucho más tarde, hace quizá tan sólo 2.000 millones de años, uno de sus descendientes fue tragado por un organismo unicelular eucariota. Como la cianobacteria capturada (pero no digerida) llevaba consigo la maquinaria metabólica para la fotosíntesis, se estableció entre ambos organismos una relación simbiótica (yo por ti, tú por mí). La cianobacteria funcionaba como una práctica factoría interna de comida, mientras que el huésped eucariota proporcionaba refugio (este tipo de relación recibe el nombre de «endosimbiosis»). Con el tiempo, la alianza se hizo más fuerte, la mayoría de los genes de la cianobacteria se transfirieron al huésped y los endosimbiontes evolucionaron hasta convertirse en las estructuras que hoy conocemos como cloroplastos, unos cuerpos celulares protegidos por una membrana (orgánulos) que albergan el aparato fotosintetizador en los fotoautótrofos eucariotas como las plantas.
Una secuencia de eventos similar condujo a la formación de la célula eucariota, que respira oxígeno: bacterias purpúreas endosimbiontes evolucionaron hasta convertirse en las factorías de energía aeróbicas de las células eucariotas, los orgánulos cilíndricos conocidos como mitocondrias. La evolución de la endosimbiosis proporcionó a los eucariotas la maquinaria metabólica para la fotosíntesis y la respiración ya preempaquetada y lista para usar en unos sistemas ya probados y perfeccionados.
La validez de la lección persiste: ¡la evolución es realmente conservadora y económica!
La evolución preempaquetada explica por qué se encuentra el mismo tipo de fotosíntesis en las plantas y en las cianobacterias, pero no explica sus inicios. ¿Es una versión refundida de una invención más temprana o se inventó desde cero en las cianobacterias hace miles de millones de años? ¿Y qué origen tuvo la respiración aeróbica? La respiración requiere oxígeno; entonces, ¿cómo pudo establecerse si no había oxígeno en la atmósfera primitiva?
En pocas palabras, si la evolución sólo construye sobre algo que ya existe, ¿cómo se producen las invenciones?
Los fundamentos de la vida II
Para satisfacer el requerimiento de CHON (moléculas de Carbono, Hidrógeno, Oxígeno y Nitrógeno), los autótrofos (que se alimentan a sí mismos; del griego autos, uno mismo, y trophos, alimentar) absorben nutrientes simples (generalmente dióxido de carbono, agua, nitrato y fosfato) y construyen con ellos las moléculas orgánicas que los han de sustentar. Algunos autótrofos (los llamados quimioautótrofos) obtienen la energía para la síntesis de moléculas orgánicas de reacciones químicas no alimentadas por la luz, pero la mayoría son fotosintetizadores (o sea, fotoautótrofos), plantas o microorganismos semejantes que obtienen la energía de la luz del sol para fabricar compuestos orgánicos simples como la glucosa. En ambos tipos de autótrofos, parte de la energía absorbida se almacena en los enlaces químicos que unen C, H, O y N, y puede liberarse más tarde cuando el organismo la necesite.
Los autótrofos se construyen a si mismos y se alimentan a sí mismos: toman CHON del medio para fabricar compuestos orgánicos que pueden luego romper para utilizar la energía que almacenan.
Los animales y organismos semejantes (protozoos, hongos y la mayoría de los microbios no fotosintetizadores) siguen una estrategia diferente, la heterotrofia (que se alimentan de otros; del griego heteros, otro, y trophos, alimentar). Los heterótrofos obtienen CHON de la comida y la energía de los enlaces que unen los átomos en las moléculas orgánicas de la comida. Tal como Oparin intuyó hace décadas, los animales son metabólicamente más sencillos que las plantas. Los heterótrofos usan alimentos preparados: sólo necesitan romperlos. En cambio, las plantas y otros autótrofos tienen que hacer su propia comida para luego romperla.
La estructura del mundo vivo actual no es compleja. Sólo existen dos requerimientos, CHON y energía, y sólo dos estrategias principales para satisfacerlos, la autotrofia y la heterotrofia. El mundo vivo siempre ha tenido aproximadamente esta misma estructura, pero ésta, igual que la propia vida, ha evolucionado desde unas raíces más simples. Cada una de las dos estrategias se da en dos versiones, una primitiva (que evolucionó primero) y otra más avanzada (que evolucionó después). La diferencia radica en si el oxígeno molecular (02) desempeña un papel o no. En la forma primitiva de la fotosíntesis no se produce oxígeno y, al igual que la forma primitiva de la heterotrofia, tiene lugar en un ambiente anaerobio, es decir, en ausencia de oxígeno.
Pero el oxígeno es fundamental en las versiones avanzadas de ambos: la forma avanzada de la fotosíntesis produce oxígeno y la forma avanzada de la heterotrofia lo consume en la respiración.
Dos requerimientos, dos estrategias principales y dos únicas versiones de cada estrategia: una primitiva y otra avanzada.
Una vez inventadas por los microbios primitivos, mucho antes de que aparecieran las plantas, este modelo se ha transmitido a todos los ecosistemas. Por eso el mundo está dividido entre heterótrofos que consumen y autótrofos que son consumidos (y por eso nosotros, como otros heterótrofos, dependemos tanto de la vida vegetal).
¡La evolución es notablemente conservadora! Esta es una buena historia, pero ¿es cierta? Los microbios están relacionados sólo remotamente con las plantas y animales actuales. ¿Cómo pudieron transmitir sus mejunjes metabólicos a lo largo de miles de millones de años y billones de generaciones?
Los autótrofos se construyen a si mismos y se alimentan a sí mismos: toman CHON del medio para fabricar compuestos orgánicos que pueden luego romper para utilizar la energía que almacenan.
Los animales y organismos semejantes (protozoos, hongos y la mayoría de los microbios no fotosintetizadores) siguen una estrategia diferente, la heterotrofia (que se alimentan de otros; del griego heteros, otro, y trophos, alimentar). Los heterótrofos obtienen CHON de la comida y la energía de los enlaces que unen los átomos en las moléculas orgánicas de la comida. Tal como Oparin intuyó hace décadas, los animales son metabólicamente más sencillos que las plantas. Los heterótrofos usan alimentos preparados: sólo necesitan romperlos. En cambio, las plantas y otros autótrofos tienen que hacer su propia comida para luego romperla.
La estructura del mundo vivo actual no es compleja. Sólo existen dos requerimientos, CHON y energía, y sólo dos estrategias principales para satisfacerlos, la autotrofia y la heterotrofia. El mundo vivo siempre ha tenido aproximadamente esta misma estructura, pero ésta, igual que la propia vida, ha evolucionado desde unas raíces más simples. Cada una de las dos estrategias se da en dos versiones, una primitiva (que evolucionó primero) y otra más avanzada (que evolucionó después). La diferencia radica en si el oxígeno molecular (02) desempeña un papel o no. En la forma primitiva de la fotosíntesis no se produce oxígeno y, al igual que la forma primitiva de la heterotrofia, tiene lugar en un ambiente anaerobio, es decir, en ausencia de oxígeno.
Pero el oxígeno es fundamental en las versiones avanzadas de ambos: la forma avanzada de la fotosíntesis produce oxígeno y la forma avanzada de la heterotrofia lo consume en la respiración.
Dos requerimientos, dos estrategias principales y dos únicas versiones de cada estrategia: una primitiva y otra avanzada.
Una vez inventadas por los microbios primitivos, mucho antes de que aparecieran las plantas, este modelo se ha transmitido a todos los ecosistemas. Por eso el mundo está dividido entre heterótrofos que consumen y autótrofos que son consumidos (y por eso nosotros, como otros heterótrofos, dependemos tanto de la vida vegetal).
¡La evolución es notablemente conservadora! Esta es una buena historia, pero ¿es cierta? Los microbios están relacionados sólo remotamente con las plantas y animales actuales. ¿Cómo pudieron transmitir sus mejunjes metabólicos a lo largo de miles de millones de años y billones de generaciones?
Los fundamentos de la vida I
El metabolismo, el conjunto de procedimientos que permiten a las células fabricar y romper moléculas, es sorprendentemente simple. No se inventaron mas que unas pocas vías, casi todas ellas versiones revisadas de vías más antiguas. El metabolismo se erigió como las murallas de una ciudad medieval, construidas en estadios sobre las piedras colocadas por generaciones anteriores.
La historia del metabolismo no es más que un ejemplo de cómo la evolución construye poco a poco sobre sistemas ya existentes. Por qué opera la evolución de este modo es fácil de comprender. Las células son como relojes increíblemente intrincados, compuestos por un número enorme de partes que para funcionar dependen de otras por vías complejas.
Las grandes modificaciones conducen al desastre. Pero se pueden hacer pequeños cambios, y un pequeño cambio tras otro acaban por dar lugar a una modificación notable. Este principio de conservadurismo y economía, una importante lección sobre el proceso evolutivo, ayuda a resolver rompecabezas tan interesantes como por qué los humanos respiran oxígeno y por qué la vida se divide entre consumidores y consumidos.
Se conocen alrededor de dos millones de especies de organismos vivos (y quedan de tres a cinco veces más especies por conocer). Para mantenerse vivas, todas ellas requieren dos cosas esenciales: CHON y energía. La reproducción y la evolución van de la mano. Los organismos no pueden evolucionar sin reproducirse, pero para reproducirse requieren CHON, para formar la descendencia, y también energía.
Sólo se han inventado dos modos de satisfacer estas necesidades: autotrofia, la estrategia de las plantas; y heterotrofia, la estrategia de los animales.
La historia del metabolismo no es más que un ejemplo de cómo la evolución construye poco a poco sobre sistemas ya existentes. Por qué opera la evolución de este modo es fácil de comprender. Las células son como relojes increíblemente intrincados, compuestos por un número enorme de partes que para funcionar dependen de otras por vías complejas.
Las grandes modificaciones conducen al desastre. Pero se pueden hacer pequeños cambios, y un pequeño cambio tras otro acaban por dar lugar a una modificación notable. Este principio de conservadurismo y economía, una importante lección sobre el proceso evolutivo, ayuda a resolver rompecabezas tan interesantes como por qué los humanos respiran oxígeno y por qué la vida se divide entre consumidores y consumidos.
Se conocen alrededor de dos millones de especies de organismos vivos (y quedan de tres a cinco veces más especies por conocer). Para mantenerse vivas, todas ellas requieren dos cosas esenciales: CHON y energía. La reproducción y la evolución van de la mano. Los organismos no pueden evolucionar sin reproducirse, pero para reproducirse requieren CHON, para formar la descendencia, y también energía.
Sólo se han inventado dos modos de satisfacer estas necesidades: autotrofia, la estrategia de las plantas; y heterotrofia, la estrategia de los animales.
Las células son como burbujas de jabón
Es obvio que los sistemas vivos necesitan células. Si los jugos de los organismos no estuvieran contenidos, se desparramarían, se mezclarían con el medio y perderían el orden. Esta separación, que quizá no fuera necesaria para los genes desnudos primordiales, se hizo obligatoria a medida que la vida ganó en complejidad.
La clave para entender el origen de las células está en el adagio de los profesores de química: «lo semejante disuelve a lo semejante». El aguarrás y la pintura se mezclan fácilmente porque son químicamente semejantes. Pero el agua y el aceite no se mezclan porque su estructura química es muy diferente.
Las moléculas de agua (H20) tienen forma de V con los dos átomos de hidrógeno en las puntas de la V y el átomo de oxigeno en la base. Gracias a esta disposición, las moléculas de agua funcionan como diminutos imanes: en un polo están los hidrógenos con carga positiva, y en el otro polo, el oxigeno, con carga negativa. Las moléculas de aceite, en cambio, no están cargadas, cual trocitos de plástico o de madera. Así, las moléculas de aceite forman bolas en el agua porque tienen más afinidad entre ellas («lo semejante disuelve a lo semejante») que con el agua que las rodea.
Los jabones son compuestos especiales que construyen un puente entre el agua y el aceite. Los átomos cargados de uno de los extremos de una molécula de jabón el extremo hidrófilo (con afinidad por el agua) se disuelven en agua. El resto de la molécula es hidrófobo (con aversión al agua). una larga cadena de átomos de hidrógeno y carbono químicamente semejante al aceite y la grasa, en los que se disuelve fácilmente. El jabón funciona porque mientras uno de los extremos se mezcla con el agua, el otro extremo disuelve la grasa.
Las células tuvieron su origen en procesos químicos parecidos. El caldo primordial era un ligero consomé en el cual los compuestos orgánicos hidrófobos se juntaban en grumos de forma natural según el parecido de su estructura química. Entre estos compuestos se contaban cadenas de hidrógeno y carbono, hidrocarburos como las colas de las moléculas de jabón. Algunas de estas moléculas tenían un extremo cargado eléctricamente y, cual jabones, tendían a agregarse formando pequeñas burbujas en las que los extremos cargados de las moléculas apuntaban hacia el agua y las colas hidrófobas se congregaban en el interior, mezclándose con otros compuestos orgánicos hidrófobos.
Podemos vislumbrar el origen de las células por este proceso, aunque sólo vagamente. Aunque fina y frágil, la piel de las burbujas protegía los compuestos orgánicos concentrados en su interior, donde podían reaccionar y formar nuevas configuraciones. Con el tiempo, una segunda capa de moléculas semejantes al jabón se combinó espalda contra espalda con la primera para formar una película de dos capas, una estructura semejante a la de las membranas de las células actuales. La capa externa separa la célula del medio externo, y la capa cargada interna encierra una mezcla acuosa de compuestos orgánicos. Más tarde, esta doble capa flexible se robusteció con la adición de proteínas a la membrana. Estas ayudaban a mantener un intercambio controlado de nutrientes y desechos con el exterior. Todavía había de reforzarse con una robusta banda de carbohidratos y proteínas que la transformó en una resistente cápsula, como la que conforma las paredes celulares de las bacterias actuales. La estructura física, la configuración genética y los primeros mecanismos de producción de energía de las células evolucionaron al unísono desde el origen de la vida, y no uno tras el otro.
Pero una buena parte de la maquinaria metabólica no evolucionó hasta mucho más tarde, millones de años después de que aparecieran las primeras células.
La clave para entender el origen de las células está en el adagio de los profesores de química: «lo semejante disuelve a lo semejante». El aguarrás y la pintura se mezclan fácilmente porque son químicamente semejantes. Pero el agua y el aceite no se mezclan porque su estructura química es muy diferente.
Las moléculas de agua (H20) tienen forma de V con los dos átomos de hidrógeno en las puntas de la V y el átomo de oxigeno en la base. Gracias a esta disposición, las moléculas de agua funcionan como diminutos imanes: en un polo están los hidrógenos con carga positiva, y en el otro polo, el oxigeno, con carga negativa. Las moléculas de aceite, en cambio, no están cargadas, cual trocitos de plástico o de madera. Así, las moléculas de aceite forman bolas en el agua porque tienen más afinidad entre ellas («lo semejante disuelve a lo semejante») que con el agua que las rodea.
Los jabones son compuestos especiales que construyen un puente entre el agua y el aceite. Los átomos cargados de uno de los extremos de una molécula de jabón el extremo hidrófilo (con afinidad por el agua) se disuelven en agua. El resto de la molécula es hidrófobo (con aversión al agua). una larga cadena de átomos de hidrógeno y carbono químicamente semejante al aceite y la grasa, en los que se disuelve fácilmente. El jabón funciona porque mientras uno de los extremos se mezcla con el agua, el otro extremo disuelve la grasa.
Las células tuvieron su origen en procesos químicos parecidos. El caldo primordial era un ligero consomé en el cual los compuestos orgánicos hidrófobos se juntaban en grumos de forma natural según el parecido de su estructura química. Entre estos compuestos se contaban cadenas de hidrógeno y carbono, hidrocarburos como las colas de las moléculas de jabón. Algunas de estas moléculas tenían un extremo cargado eléctricamente y, cual jabones, tendían a agregarse formando pequeñas burbujas en las que los extremos cargados de las moléculas apuntaban hacia el agua y las colas hidrófobas se congregaban en el interior, mezclándose con otros compuestos orgánicos hidrófobos.
Podemos vislumbrar el origen de las células por este proceso, aunque sólo vagamente. Aunque fina y frágil, la piel de las burbujas protegía los compuestos orgánicos concentrados en su interior, donde podían reaccionar y formar nuevas configuraciones. Con el tiempo, una segunda capa de moléculas semejantes al jabón se combinó espalda contra espalda con la primera para formar una película de dos capas, una estructura semejante a la de las membranas de las células actuales. La capa externa separa la célula del medio externo, y la capa cargada interna encierra una mezcla acuosa de compuestos orgánicos. Más tarde, esta doble capa flexible se robusteció con la adición de proteínas a la membrana. Estas ayudaban a mantener un intercambio controlado de nutrientes y desechos con el exterior. Todavía había de reforzarse con una robusta banda de carbohidratos y proteínas que la transformó en una resistente cápsula, como la que conforma las paredes celulares de las bacterias actuales. La estructura física, la configuración genética y los primeros mecanismos de producción de energía de las células evolucionaron al unísono desde el origen de la vida, y no uno tras el otro.
Pero una buena parte de la maquinaria metabólica no evolucionó hasta mucho más tarde, millones de años después de que aparecieran las primeras células.
El problema de la gallina y el huevo
La vida puede multiplicarse solamente si la información química almacenada en los ácidos nucleicos de los cromosomas se copia y se transmite a la descendencia. La mayor parte de esta información dirige la síntesis de proteínas enzimáticas, entre las cuales se encuentra un tipo especial (las polimerasas) que se necesitan para copiar los propios ácidos nucleicos. Así pues, ¿qué fue primero, los ácidos nucleicos necesarios para sintetizar las polimerasas, o los enzimas necesarios para sintetizar los ácidos?
Durante muchos años, los intentos por resolver este problema, que recuerda al de la gallina y el huevo, se centraron en el ADN y el papel que desempeña en la fabricación de proteínas enzimáticas. Pero como el propio ADN es un producto de la evolución, una versión joven y más avanzada de un ácido ribonucleico antecesor más primitivo, la atención pasó a centrarse sobre el ARN como almacén de información genética primigenio de la vida.
A principios de los años ochenta, este cambio de enfoque recibió su recompensa con el descubrimiento de los ribozimas, un tipo especial de ARN que no sólo alberga información, sino que además actúa como un sistema multienzimático. Aunque todos los ribozimas modernos son largos y complejos, las cortas partes que tienen propiedades enzimáticas son más sencillas y pudieran asemejarse a los ARNs de la vida primitiva.
Al igual que las proteínas enzimáticas, los ribozimas pueden dividir moléculas o unirlas, y algunos pueden realizar ambas funciones. Algunos son auto-divisivos, capaces de seccionar una parte de la propia molécula y volver a unir los trozos resultantes. Otros pueden cortar una parte de ellos mismos y moverla a otro lugar en la molécula. Aun otros son capaces de ensamblar hebras de ARN.
Aunque no se ha encontrado ningún ribozima capaz de hacer una copia completa de sí mismo, el repetido cortar y pegar de que son capaces algunos demuestra una habilidad elemental para la autorreproducción. Algunos experimentos en los que se juntan en tubos de ensayo varias versiones de estos híbridos de gen y enzima muestran cómo habría podido Iniciarse su evolución. Esta serie de descubrimientos recientes hace razonable la concepción de un mundo precelular en el cual genes desnudos primordiales de ARN se reprodujeran a si mismos sin la ayuda de proteínas enzimáticas.
El objetivo último de crear vida en un tubo de ensayo, de fabricar a partir de cero «moléculas vivas» que se autoensamblen y se autorreproduzcan es cada vez menos un tema de ciencia-ficción.
Durante muchos años, los intentos por resolver este problema, que recuerda al de la gallina y el huevo, se centraron en el ADN y el papel que desempeña en la fabricación de proteínas enzimáticas. Pero como el propio ADN es un producto de la evolución, una versión joven y más avanzada de un ácido ribonucleico antecesor más primitivo, la atención pasó a centrarse sobre el ARN como almacén de información genética primigenio de la vida.
A principios de los años ochenta, este cambio de enfoque recibió su recompensa con el descubrimiento de los ribozimas, un tipo especial de ARN que no sólo alberga información, sino que además actúa como un sistema multienzimático. Aunque todos los ribozimas modernos son largos y complejos, las cortas partes que tienen propiedades enzimáticas son más sencillas y pudieran asemejarse a los ARNs de la vida primitiva.
Al igual que las proteínas enzimáticas, los ribozimas pueden dividir moléculas o unirlas, y algunos pueden realizar ambas funciones. Algunos son auto-divisivos, capaces de seccionar una parte de la propia molécula y volver a unir los trozos resultantes. Otros pueden cortar una parte de ellos mismos y moverla a otro lugar en la molécula. Aun otros son capaces de ensamblar hebras de ARN.
Aunque no se ha encontrado ningún ribozima capaz de hacer una copia completa de sí mismo, el repetido cortar y pegar de que son capaces algunos demuestra una habilidad elemental para la autorreproducción. Algunos experimentos en los que se juntan en tubos de ensayo varias versiones de estos híbridos de gen y enzima muestran cómo habría podido Iniciarse su evolución. Esta serie de descubrimientos recientes hace razonable la concepción de un mundo precelular en el cual genes desnudos primordiales de ARN se reprodujeran a si mismos sin la ayuda de proteínas enzimáticas.
El objetivo último de crear vida en un tubo de ensayo, de fabricar a partir de cero «moléculas vivas» que se autoensamblen y se autorreproduzcan es cada vez menos un tema de ciencia-ficción.
¿Cómo se originaron las células?
Uno de los rompecabezas más complicados del origen de la vida es cómo se formaron las primeras células y su metabolismo. Pudiera pensarse que las primeras células fueran como los organismos más pequeños y simples que viven hoy en día, los microbios conocidos como micoplasmas.
Las células de los micoplasmas son realmente diminutas, más de mil millones de veces menores que un protozoo, y albergan tan sólo una fracción del ADN y de las proteínas normalmente presentes en una célula. Pero todos los micoplasmas son parásitos, versiones menores y simplificadas de microorganismos mayores de vida libre, y sólo pueden crecer y reproducirse en el interior de otras células, por lo general de mamíferos, un modo de vida claramente imposible para las primeras formas de vida.
Las bacterias comunes ofrecen un modelo alternativo, pero los microbios de vida libre son demasiado complejos, compuestos de cientos de polímeros diferentes (entre ellos, unos quinientos tipos de ARN), más de un millar de enzimas y decenas de miles de moléculas. Las primeras células debieron ser considerablemente más simples.
Para conocer cómo eran las primeras células es necesario levantar el velo evolutivo que separa la vida actual de sus principios. Esta tarea apenas ha comenzado. Los avances en la comprensión de la historia temprana de la vida sólo se producen progresivamente, así que hasta que no se disponga de un modelo del origen de los monómeros y los polímeros parecería ocioso atacar esta compleja cuestión.
Pero aunque apenas se conozca nada con certeza acerca del origen de la vida celular, sí está claro que ocurrió según una secuencia de tres estadios:
Es probable que ya existieran sistemas químicos que la mayoría de científicos describirían como vivos antes de que fueran empaquetados en células. La evidencia fósil de este estadio precelular pudiera no llegar a descubrirse nunca, puesto que su composición química sería demasiado frágil para conservarse, pero se cree que durante un cierto periodo la Tierra primitiva estuvo poblada por moléculas vivas, «genes desnudos primordiales» de ácidos nucleicos capaces de autorreproducirse.
A causa de su composición química, estos y otros compuestos orgánicos del caldo primordial habrían acabado por agregarse en diminutos lóbulos protocelulares, ancestros potenciales de células con pared celular. Las pruebas empíricas de este estadio parecen haberse evadido también de la historia, si bien es posible que algún día se hallen células fósiles más antiguas que las más antiguas conocidas en la actualidad.
Las primeras células estarían impulsadas por una forma sencilla de metabolismo que estableció las bases para la evolución posterior de una maquinaria metabólica más compleja. Consideremos cada uno de estos estadios por separado.
Las células de los micoplasmas son realmente diminutas, más de mil millones de veces menores que un protozoo, y albergan tan sólo una fracción del ADN y de las proteínas normalmente presentes en una célula. Pero todos los micoplasmas son parásitos, versiones menores y simplificadas de microorganismos mayores de vida libre, y sólo pueden crecer y reproducirse en el interior de otras células, por lo general de mamíferos, un modo de vida claramente imposible para las primeras formas de vida.
Las bacterias comunes ofrecen un modelo alternativo, pero los microbios de vida libre son demasiado complejos, compuestos de cientos de polímeros diferentes (entre ellos, unos quinientos tipos de ARN), más de un millar de enzimas y decenas de miles de moléculas. Las primeras células debieron ser considerablemente más simples.
Para conocer cómo eran las primeras células es necesario levantar el velo evolutivo que separa la vida actual de sus principios. Esta tarea apenas ha comenzado. Los avances en la comprensión de la historia temprana de la vida sólo se producen progresivamente, así que hasta que no se disponga de un modelo del origen de los monómeros y los polímeros parecería ocioso atacar esta compleja cuestión.
Pero aunque apenas se conozca nada con certeza acerca del origen de la vida celular, sí está claro que ocurrió según una secuencia de tres estadios:
Es probable que ya existieran sistemas químicos que la mayoría de científicos describirían como vivos antes de que fueran empaquetados en células. La evidencia fósil de este estadio precelular pudiera no llegar a descubrirse nunca, puesto que su composición química sería demasiado frágil para conservarse, pero se cree que durante un cierto periodo la Tierra primitiva estuvo poblada por moléculas vivas, «genes desnudos primordiales» de ácidos nucleicos capaces de autorreproducirse.
A causa de su composición química, estos y otros compuestos orgánicos del caldo primordial habrían acabado por agregarse en diminutos lóbulos protocelulares, ancestros potenciales de células con pared celular. Las pruebas empíricas de este estadio parecen haberse evadido también de la historia, si bien es posible que algún día se hallen células fósiles más antiguas que las más antiguas conocidas en la actualidad.
Las primeras células estarían impulsadas por una forma sencilla de metabolismo que estableció las bases para la evolución posterior de una maquinaria metabólica más compleja. Consideremos cada uno de estos estadios por separado.
GUIA DEL SEGUNDO BIMESTRE
1. Nombre del naturalista ingles autor del libro “El origen de las especies”: Charles Darwin.
2. Las conclusiones de Darwin sobre sus diversos viajes, estudios, e investigaciones fueron: Los organismos a lo largo de millones de años evolucionan, pasan por procesos de selección natural y se adaptan.
3. La evolución es: el proceso continuo de transformación de las especies a través de cambios producidos en sucesivas generaciones.
4. La selección natural es: el proceso mediante el cual en la lucha por la sobrevivencia los individuos mejor dotados sobreviven al reproducirse sus descendientes adquieren las características favorables para seguir viviendo.
5. La adaptación es: en un proceso fisiológico o un rasgo del comportamiento de un organismo que ha evolucionado durante un período de tiempo mediante selección natural de tal manera que incrementa sus expectativas a largo plazo para reproducirse con éxito.
6. Los elementos que ayudaron a Darwin al estudio de la evolución biológica fueron: la observación de fósiles plantas y animales, y el estudio de ciencias como la anatomía, la taxonomía y la genética.
7. El conocimiento científico es una actividad que se emplea a través de procesos ordenados y fundamentados con el fin de responder a los interrogantes del hombre
8. El conocimiento científico sigue una metodología precisa, esta es: medible, contable, comprobable, exacta y ordenada de forma sistemática.
9. El conocimiento empírico es: el conocimiento basado en la observación y la experiencia y no garantiza que lo observado ocurra siempre.
10. Los pasos del método científico son:
1.- Observar: aplicar atentamente los sentidos a un objeto o a un fenómeno, para estudiarlos tal como se presentan en realidad.
2.- Inducción: Se extrae toda la información importante después de observar.
3.- Hipótesis: Tener un interrogante; después de observar y tener tu información se extraen experiencias particulares o dudas, a las cuales buscaremos una respuesta.
4.- Probar la hipótesis por experimentación.
5.- Demostración o refutación de la hipótesis.
6.- Conclusiones: donde puedes explicar tu teoría científica.
11. La tecnología es: la serie de procedimientos, técnicas, aparatos y herramientas para medir y facilitar el trabajo del hombre, a través de la tecnología es posible llegar a nuevos descubrimientos científicos.
12. Gracias a la ciencia y la tecnología: el ser humanos se ha beneficiado en conocimientos y técnicas los cuales facilitan su desarrollo en la sociedad.
13. ¿En qué año Edwar Janner descubrió que obteniendo el liquido secretado por las pústulas de las vacas infectadas por viruela si se aplacaba en personas sanas estas quedaban libres del contagio de dicha enfermedad? 1790
14. ¿En que año se descubrió la vacuna contra la rabia? 1885
15. ¿En que año se descubrió la vacuna contra la influenza? 1937
16. ¿En que año se descubrió la vacuna contra las paperas? 1949
17. ¿En que año se descubrió la vacuna contra la poliomielitis? 1854
18. ¿En que año se erradico la viruela el planeta, gracias a un plan de vacunación masiva que dirigió la OMS? En 1980 después de 14 años de campañas de vacunación por todo el mundo
19. ¿Qué es la OMS? Es la Organización Mundial de la Salud
20. ¿Cómo se le llama al líquido que contiene anticuerpos? suero
21. Descubrió gracias al microscopio que todos los seres vivos están formados por células: Robert Hooke
22. Formuló la teoría celular en la cual afirma que todos los seres vivos están formados por células: Robert Hooke.
23. Robert Bacon, Zacarias Jensen y Atanasio Kircher crearon diferentes sistemas de lentes para ver con detalle diferentes objetos pequeños, pero el descubrimiento del microscopio es atribuido a: Anton Van Leeuwenhoek.
24. Anton Van Leeuwenhoek construyó el primer microscopio simple a través de la introducción de un sistema de lentes a un tubo.
25. ¿En que año fue construido el primer microscopio electrónico? En 1932
26. Hoy en día ¡cuál es el microscopio más común? El microscopio compuesto.
27. ¿Cómo funciona el microscopio? El paso de la luz fluye a través de una fuente el rayo de luz pasa por el objeto observado y el sistema de lentes hasta que llega la imagen hasta nuestros ojos. Cada rayo de luz se mueve en forma de onda y cualquier obstáculo, lo refleja, lo mueve o los desvía.
28. ¿Cuáles son las diferencias que tiene el microscopio electrónico? Funciona con rayos mucho más delgados que los de la luz, lo cual nos permite observar objetos mucho más pequeños.
29. ¿Cuál es la unidad mínima de vida? La célula.
30. ¿Cuáles son los dos tipos de células que existen? Las procariotas y eucariotas.
31. ¿Cuántos tipos de células eucariotas estudiamos? Las vegetales y las animales.
32. ¿Cuál es la característica primordial de una célula eucariota? Que contiene núcleo.
33. ¿Cuál es la característica primordial de una célula procariota? Que no contienen núcleo.
34. ¿Qué tipos de organismos están formados por células eucariotas? Los que pertenecen a los reinos animalia, plantae y fungi.
35. ¿Qué tipos de organismos están formados por células procariotas? Los que pertenecen a los reinos monera y protista.
36. ¿Qué función tiene el Núcleo en una célula? Actúa como el coordinador o el centro regulador de las funciones básicas de la célula, dentro de el se contiene toda la información genética.
37. ¿Cuál es el organelo responsable de la respiración celular? Las mitocondrias.
38. ¿Cuál es una de las características únicas de la célula vegetal? Que contienen cloroplastos.
39. ¿Cuál es la función de los cloroplastos? Intervenir en el proceso de la fotosíntesis.
40. ¿Cuál es la función básica de las células procariotas? La reproducción.
41. ¿Qué función tiene la pared celular? Separa a la célula del medio y selecciona solo los nutrientes necesarios para poder realizar sus funciones vitales.
42. ¿Qué función tiene la membrana plasmática? Aísla el contenido de la célula del medio circundante y la comunica con otras células.
43. ¿Qué función tienen los Ribosomas? Están encargados de la síntesis de las proteínas.
44. ¿Qué función tienen los Plastídios? Almacenan alimentos y pigmentos
45. ¿Qué función tienen el aparato de Golgi? Modifica y empaca proteínas y lípidos, también sintetiza algunos carbohidratos.
46. ¿Qué función tienen las Vacuolas? Contienen aguay alimentos obtenidos por medio de la fagocitosis así como y algunos desechos de la célula, dan soporte y estructura a la célula.
47. Sustancias que proveen al cuerpo humano la materia prima o la energía necesaria para cumplir sus funciones: nutrientes.
48. Es la unidad de medida que indica la cantidad de energía que un nutriente provee: kilocalorías.
49. Son una fuente de energía altamente concentrada ya que poseen casi el doble de calorías que los carbohidratos: lípidos.
50. Proveen los aminoácidos necesarios para formar tejidos, hormonas y son necesarios para el desarrollo y crecimiento de órganos y sistemas: proteínas.
51. Es una masa blanda y homogénea formada por el alimento masticado y revuelto con moco y saliva: bolo alimenticio
52. Es una mezcla de jugos gástricos, comida y enzimas digestivas, su consistencia es liquida y su PH es ácido: quimo.
53. Es la estructura digestiva encargada de realiza la absorción de los nutrientes: intestino delgado.
54. Es la estructura digestiva encargada de realiza la absorción del agua en el proceso digestivo: intestino grueso.
55. Es el nombre de los movimientos musculares que permiten que se efectué el proceso de la digestión: perístasis o peristaltismo.
56. Es un mineral que ayuda a la formación de huesos y dientes a la contracción muscular, a la transmisión de impulsos nerviosos: El calcio.
57. El calcio se puede adquirir por la ingesta de: productos lácteos, vegetales de hojas verdes, leguminosas.
58. El potasio y el sodio son minerales que ayuda al buen funcionamiento de: nervios y músculos así como a regulación de los latidos cardiacos así como equilibrar el agua del cuerpo.
59. El potasio lo podemos encontrar en alimentos como: naranja, jitomate, fríjol, papa, plátano y cereales.
60. El hierro ayuda a la formación de hemoglobina en los glóbulos rojos de la sangre.
61. El hierro lo podemos encontrar en alimentos como: huevos, carne, huevos, leguminosas, cereales integrales y vegetales verdes.
62. Cuando hay deficiencia de hierro en el cuerpo humano: puede haber anemia, debilidad y menor resistencia a las enfermedades.
63. ¿Cuáles son los dos tipos de vitaminas que existen? Liposolubles e hibrosolubles.
64. La vitamina B1 sirve para: el funcionamiento de nervios y músculos.
65. ¿Dónde podemos encontrar la vitamina B1? En alimentos como: huevos, carne y pan.
66. ¿Qué puede suceder si hay deficiencia de vitamina B1? Beriberi (debilidad muscular, cambios en sistema nervioso periférico, edema e insuficiencia cardiaca).
67. La vitamina C sirve para: mantener saludables los dientes y capilares.
68. ¿Dónde podemos encontrar la vitamina C? Se encuentra en alimentos como: cítricos, frutas, jitomate, y vegetales verdes.
69. ¿Qué puede suceder si hay deficiencia de vitamina C? Su deficiencia produce escorbuto y se manifiesta con los siguientes síntomas: encías sangrantes, dientes flojos, salen moretones con facilidad.
70. El ácido fólico se encuentra en: leguminosas, vegetales verdes y trigo integral.
71. El ácido fólico ayuda: al metabolismo de ácidos nucleícos.
72. Si hay deficiencia de ácido fólico: puede haber malformaciones congénitas.
73. La vitamina A sirve para: la cubierta del sistema respiratorio, excretor y reproductor, además mantiene saludables los ojos pues ayuda al pigmento visual, mantiene el tejido de la piel.
74. La vitamina A se encuentra en alimentos como: aceite de hígado de bacalao y hortalizas verdes, rojas o amarillas.
75. ¿Qué puede suceder si hay deficiencia de vitamina A? Produce: piel seca, quebradiza y ceguera nocturna o disminución de la vista cuando hay poca luz.
76. La vitamina K sirve para: para la coagulación de la sangre.
77. ¿Dónde podemos encontrar la vitamina K? En vegetales de hojas verde y también es producto de las bacterias intestinales.
78. ¿Qué puede suceder si hay deficiencia de vitamina K? Hemorragias.
79. El aparato digestivo tiene la función de: desintegrar los alimentos en sustancias más simples como son las moléculas que lo constituyen.
80. ¿Qué sucede con la materia que no es aprovechada al finalizar el proceso digestivo? es expulsada mediante la evacuación.
Temario del segundo bimestre.
Temas del libro:
- Reconocimiento de la evolución: las aportaciones de Darwin (p.62-64).
- Relación entre adaptación y selección natural (p.65-67).
- Relación entre la ciencia y la tecnología en la relación ser humano-naturaleza (p.71-73).
- Implicaciones del descubrimiento del mundo microscópico y de la célula como unidad de los seres vivos (p.74-78).
- La relación entre la nutrición y el funcionamiento de órganos y sistemas del cuerpo humano (p.92-95).
- Tabla comparativa de las estructuras celulares y su función.
- Tablas comparativas de las vitaminas y los minerales fuente de obtención y utilidad en el organismo.
lunes, 7 de abril de 2008
Biología 1° de secundaria, resumen del ciclo 2007-2008
El valor de la biodiversidad
Los seres vivos están formados por sustancias semejantes: carbohidratos, proteínas, lípidos, vitaminas y minerales estas sustancias están constituidas por otra llamada carbono.
El carbono e la que forma un ciclo llamado ciclo del carbono.
Hay organismos formados por una sola célula o unicelulares, como las bacterias, y organismos compuestos por muchas células o pluricelulares, como los árboles y los seres humanos.
Los seres vivos están formados por sustancias semejantes: carbohidratos, proteínas, lípidos, vitaminas y minerales estas sustancias están constituidas por otra llamada carbono.
El carbono e la que forma un ciclo llamado ciclo del carbono.
Hay organismos formados por una sola célula o unicelulares, como las bacterias, y organismos compuestos por muchas células o pluricelulares, como los árboles y los seres humanos.
La célula se considera la unidad básica de la vida, todos los seres vivos están formados por ella.
Al conjunto de reacciones químicas que se llevan a cabo en la célula se le llama metabolismo.
Las células forman tejidos, como el cerebral y el muscular, que a su vez configuran órganos, como el cerebro y el corazón; y los órganos constituyen aparatos o sistemas, como el nervioso y el circulatorio.
Digieren su alimento y se nutren.
Respiran. Para la célula, el alimento es una fuente de energía. Al respirar, el organismo descompone su alimento y obtiene energía.
Excretan. No todo lo que ingerimos o respiramos se aprovecha al cien por ciento.
Se reproducen. La reproducción es una característica sin la cual no podría existir la vida. Hay 2 tipos de reproducción: Asexual que es de un progenitor y sexual de 2 progenitores.
Crecen y se desarrollan: el crecimiento de un organismo unicelular comprende un aumento en su tamaño, pero en uno pluricelular se incrementa su número de células. El desarrollo implica la maduración del organismo.
Responden a estímulos del medio. Otra característica de los seres vivos, conocida como irritabilidad.
Se adaptan a su ambiente. Las especies se encuentran adaptadas a las condiciones del ambiente en el que viven.
Importancia de la clasificación
Clasificar es una practica que realizamos los seres humanos a veces de manera automática, reflexionar que la estamos haciendo.
Al clasificar se ordenan objetos o seres vivos en grupos con características similares, con la finalidad de localizarnos o reconocerlos con mayor facilidad.
Clasificación de los seres vivos.
Las primeras clasificaciones de los seres vivos fueron utilitarias, es decir, estaban en su utilidad.
Hoy clasificamos a los organismos para conocer la biodiversidad del planeta, labor que corresponde a una rama de la biología llamada taxonomía.
Aristóteles quien clasificó a los organismos en plantas y animales, las primeras, en plantas con flor y sin flor, y las segundas en tres subgrupos: animales que vuelan, animales que caminan o que nadan.
Teofrasto, realizo minuciosas observaciones o comparaciones de las plantas; describió a cientos de ellas y las clasificó en cuatro grupos; hierbas, arbustos, semiarbustos, árboles.
Existen 5 tipos de clasificación de animales en reinos.
¨*reino Monera
¨*reino protista
¨*reino fungi
¨*reino plantae
¨*reino animalia
Análisis de la abundancia y distribución de los seres vivos. México como país megadiverso.
Hablar de biodiversidad es hablar de todo aquello en lo que vemos la riqueza y variedad de la vida; por ejemplo, en tu familia, cada miembro difiere en varios aspectos de los demás, y eso es reflejo de la biodiversidad.
La biodiversidad también se relaciona con las caracteristicas que un individuo puede heredar a sus descendientes.
La biodiversidad incluye la variedad de ecosistemas existentes, las diferentes especies, las razas o subespecies de cada especie, y la herencia genética que tiene cada individuo.
México posee 12% de las especies de plantas y animales del planeta, por lo que se considera un país megadiverso, es decir, con una muy alta cantidad de especies.
La venta ilegal de animales considerados exóticos, como guacamayas y pericos, pone en riesgo es estas especies.
Importancia de la conservación de ecosistemas.
Los ecosistemas están integrados por seres vivos y factores ambientales.
Un ecosistema es un área o región donde entre los seres vivos y su ambiente hay un flujo de materia y energía.
Las distintas cadenas alimenticias se unen formando una especie de red conocida como red o trama alimentaria.
Si ubicamos en distintos niveles a los integrantes del ejemplo, podemos formar una pirámide de flujo de energía donde puedes ver la disminución de la cantidad de energía que pasa de un nivel al siguiente.
Ciclos de la naturaleza.
En al tierra existen sustancias y elementos químicos los cuales la vida sería imposible, como el agua y el carbono, que fluyen por todo el planeta, reciclándose una y otra vez.
Lo encontramos de diversas maneras el carbono: sólido en forma de carbón y en las conchas de organismos marinos; líquidos en el agua y el petróleo, y en forma de gas llamado bióxido de carbono; así lo aprovecha algunos seres vivos, como las plantas.
Los flujos de nutrientes y energía existen gracias a un delicado equilibrio en los ecosistemas.
Equidad en el aprovechamiento presente y futuro de los recursos: el desarrollo sustentable
Ante este tipo de situaciones, se busca diseñar estrategias para aprovechar mejor los recursos y satisfacer las necesidades de toda la población, procurando que las generaciones también los puedan disfrutar: a esto se le denomina desarrollo sustentable.
Valoración de distintas formas de construir el saber. El conocimiento indígena.
Los habitantes del México antiguo también conocieron virtudes y riesgos de una variedad de vegetales, entre ellos las plantas que utilizaban para curar ciertas enfermedades.
Hoy existen muchas personas interesadas en las plantas medicinales, desde quienes las usan como remedio casero contra diversos padecimientos, hasta científicos que estudian sus propiedades curativas.
El conocimiento que tenían los pueblos prehispánicos que habitaron el territorio de lo que hoy es México.
La clasificación mixe tiene un carácter utilitario, pero también ésta relacionado con la manera en que conciben las enfermedades.
Reconocimiento de la evolución:
Las aportaciones de Darwin
La evolución de los organismos fue propuesta por varias personas, pero no se expuso sino hasta 1859, cuando el científico inglés Darwin publicó su obra El origen de las especies. Antes de ese año, la mayoría de los investigadores y las personas en general pensaban que las especies eran inmutables, es decir, que siempre habían existido tal como eran.
La obra de Darwin fue el resultado de más de 20 años de investigaciones, entre ellas las realizadas entre 1831y 1836 durante un viaje alrededor del mundo, en le que llegó a lugares casi desconocidos en ese tiempo, como las islas Galápagos, en el océano pacifico, donde encontró plantas y animales que habían desarrollado caracteristicas únicas debido a su aislamiento.
Darwin realizó múltiples observaciones durante su viaje, mimas que fue anotando y analizando.
Diversidad de especies. La lista de especies conocida crecía conforme se descubrían nuevos territorios, a Darwin le llamó la atención la inmensa variedad de especies que encontró en zonas tropicales.
Los fósiles. Los fósiles son restos o evidencias de organismos que vivieron hace millones de años.
La distribución de las especies. Al viajar por diferentes partes del mundo, Darwin encontró especies únicas, como los koalas y canguros, que solo viven en Australia.
La adaptación. Cada organismo tiene características que le permiten sobrevivir en cierto ambiente.
Relación entre adaptación y selección natural
Darwin afirmó que las especies evolucionan durante el proceso de adaptación a su ambiente, y que solo los individuos más aptos sobreviven y heredan sus características a las siguientes generaciones. A este proceso lo llamó selección natural.
La evolución es un proceso muy largo, tanto que un pequeño cambio es imposible de observar durante la vida de un ser humano, por lo que para demostrar que un organismo puede originar otros muy distintos, Darwin puso como ejemplo las distintas razas de palomas desarrolladas a partir de un ancestro común por criadores de la época, pues al margen de que la gente aceptará o nos la posibilidad de que los seres vivos evolucionaran, lo cierto es que desde hacía miles de años se sabía que era posible desarrollar nuevos tipos de organismos a través de un proceso de selección artificial.
A este proceso evolutivo dirigido por el ser humano se le llama selección artificial y le permitió a Darwin demostrar que los seres vivos tienen la posibilidad de cambiar, y que cuando el proceso de selección es impulsado por las condiciones ambientales tenemos a una selección natural que da por resultado la evolución.
Dentro de las evidencias de la evolución tenemos:
La comparación de estructuras al comparar las estructuras básicas de los organismos es posible identificar su parentesco.
La embriología. Comparar los embriones de distintos animales también nos ayuda a conocer su parentesco.
Los embriones de animales vertebrados son muy similares en las primeras etapas de su desarrollo.
La relación entre la ciencia y la tecnología en la relación ser humano-naturaleza
El progreso de las sociedades humanas a dependido en gran medida del conocimiento empírico, es decir, del conocimiento basado en la observación y en la experiencia.
Una vacuna es un preparado que puede elaborarse con microorganismos atenuados, muertos o con parte de su material genético. En 1949 apareció la vacuna contra las paperas, en 1954 la de la poliomielitis, la antirubeólica en 1962, en 1986 contra la hepatitis B y la lista continua.
En 1959, la organización mundial de la salud desarrolló la idea de erradicar la viruela en todo el planeta practicando la vacunación masiva.
En 1966 se inició en plan. Otro caso interesante es el de la producción de insulina, una hormona que regula la cantidad de glucosa en la sangre, la cual se obtenía de los cerdos y hoy de obtiene de bacterias a las que se inserta el el gen humano que la produce. La insulina es necesaria para tratar pacientes con diabetes.
Implicaciones del descubrimiento del mundo microscópico y de la célula como unidad de los seres vivos
En 1590 el holandés Zacarías Jensen introdujo en un tubo un sistema compuesto de lentes, el cual fue mejorado años más tarde por un sacerdote alemán llamado Atanasio Kircher, quien logró ampliar varias veces la imagén y fue tal vez el primero en ver un objeto por medio de un microscopio.
Robert Hooke jamás habría descubierto que los seres vivos están formados por células sin del microscopio.
Los primeros microscopios permitieron diferenciar células por su tamaño forma y el ambiente donde se encontraban; incluso se podía saber si era causa de enfermedades.
Más tarde se inventó en microscopio compuesto, son los más comunes.
El microscopio electrónico el cual funciona con rayos mucho más delgados que los de la luz, capaces de hacer contacto con cuerpos mucho más pequeños.
La respiración de la célula se encuentra a cargo de los organelos llamados mitocondrías, y la fotosíntesis a cargo de los cloroplastos, pero estos se encuentran solo en células vegetales; y las proteínas que la célula requiera para su funcionamiento se elaboran en ribosomas.
La células que poseen núcleos y organelos se encintran en todas las especies animales plantas y hongos conocidos. A este tipo de células las conocemos como eucariotes, pero existen otras que no poseen núcleo, por lo que la información genética se encuentra solo acomodada en una porción de la célula, y además no poseen organelos a esa se les conoce como procariotes.
La constitución más sencilla de los procariotes a llevado idea de que estos fueron los primeros habitantes de la tierra.
Los virus son los seres más pequeños que existen relacionados con la vida.
Relación entre la nutrición y el funcionamiento de órganos y sistemas del cuerpo humano
Al comer, no sólo satisfaces tu hambre, también realizas una actividad básica: la alimentación; sin embargo, no es la única razón para hacerlo.
Cuando estudiamos la forma en que está constituido cada alimento y cómo el cuerpo los emplea y asimila, estamos dentro del campo de la nutrición.
Los carbohidratos son, por lo general, una fuente de energía, aunque no todos los seres vivos los aprovechan igual; por ejemplo, la lechuga, el nopal, y el salvado contienen un carbohidrato conocido con el nombre de celulosa, pero nuestro cuerpo no puede usarlo, pues no somos capaces de procesar este tipo de molécula, por lo que estos alimentos no nos proporcionan energía.
Las proteínas son nutrientes que podemos considerar como los ladrillos del organismo, pues constituyen gran parte de las moléculas de los seres vivos.
Las vitaminas participan en varias funciones del organismo; por ejemplo ayudan al crecimiento, evitan enfermedades y mantienen un buen estado nuestro sistema del crecimiento, evitan enfermedades y mantienen en buen estado nuestro sistema de defensas.
Los minerales son sustancias que obtenemos al consumir nuestros alimentos, sal y al beber agua.
Los carbohidratos y los lípidos tienes como principal función aportar energía.
Los carbohidratos son nuestra fuente de energía por cada gramo que comemos.
La digestión es una conjunto de procesos mediante los cuales diferentes órganos del aparato
digestivo transforman los alimentos en sustancias que las células absorben e incorporan al cuerpo.
Importancia de la alimentación correcta en la salud: dieta equilibrada, completa e higiénica
Los cereales conforman el grupo de alimentos más importante para el ser humano.
Tubérculos es el nombre que reciben alimentos como el camote y la papa, estos se caracterizan por su alto contenido de carbohidratos en una forma llamada almidón.
Las leguminosas son importantes por su contenido de proteínas, aunque también poseen gran cantidad de carbohidratos.
Los lácteos poseen proteínas, pero además son una fuente muy importante de calcio, mineral que participa en la constitución de nuestros huesos, de ahí que el consumo de estos alimentos sea vital para niños, adolescentes y mujeres embarazadas.
El agua no es una nutriente, pero es indispensable, pues la requieren casi todas nuestras funciones corporales.
Reconocimiento de la diversidad alimentaria y cultural en México. Alimentos básicos y no convencionales
El chile proporciona proteínas, grasas, carbohidratos, calcio, hierro y vitamina A, así como la vitamina C. Debe consumirse en cantidades pequeñas.
El frijol aporta proteínas, hierro, calcio, y fósforo.
El maíz es una fuente de carbohidratos.
El jitomate es rico en vitamina C y A; también contiene calcio, hierro y potasio.
La calabaza fue de las primeras plantas que domesticaron los mexicanos. Contiene calcio, hierro, y vitamina A y C.
El nopal es una planta muy mexicana, incluso aparece en el escudo nacional. El nopal contiene fibras, proteínas, calcio, fósforo, hierro, y vitamina C.
Prevención de enfermedades relacionadas con la nutrición.
Consumir un día o una semana más calorías de lo requerido no es problema, pero siempre se come más de lo requerido las reservas aumentan hasta que se convierten en varios kilos extra, y es entonces cuando se presentan los casos de obesidad.
Cuando comemos menos de lo que requiere nuestro organismo, entonces hablamos de un problema de desnutrición.
La anorexia y la bulimia son trastornos que privan al cuerpote nutrientes provocando el mal funcionamiento de órganos como el corazón y los riñones, así como diversas enfermedades.
La anemia es un padecimiento que se presenta si la persona no posee suficiente hierro en la sangre, lo cual limita el transporte de oxígeno por el cuerpo y, como resultado, no dispone de la energía necesaria para realizar de manera adecuada todas sus funciones.
La diabetes es una enfermedad provocada por la incapacidad del organismo para producir o usar apropiadamente la insulina, enzima producida por el páncreas, y que es la responsable del ingreso de la glucosa
En cada una de nuestras células, para que sea utilizada la energía que ésta contiene.
La nutrición de los seres vivos: diversidad y la adaptación
A los organismos productores también se les llama autótrofos. Como a los consumidores y descomponedores los llamamos heterótrofos.
Los organismos heterótrofos a diferencia de los autótrofos no pueden fabricar su propio alimento.
Las bacterias son autótrofas, pero la energía que utilizan no es luminosa, sino química, y por eso se denominan bacterias quimiosintéticas.
Los organismos autótrofos utilizan una porción del alimento que producen para sus funciones vitales y almacenan el resto. Buena parte de ese alimento a organismos heterótrofos como animales, hongos, y muchos microorganismos.
Análisis de algunas adaptaciones en la nutrición de los seres vivos: la interacción depredador-presa
Los animales presentan características particulares en su cuerpo o conducta que nos permite reconocerlos como depredadores o presas
Comportamiento. Ciertos animales se ocultan, otros atacan en defensa propia, algunos más producen ruidos y otros fingen ser más fuertes, más grandes o mas agresivos de lo que son en realidad.
Defensas mecánicas. Aquí se incluyen las espinas, los colmillos, las armaduras etc.
Camuflaje. Este tipo de defensas se incluyen algunos de los mecanismos de defensa más sorprendentes, más sorprendentes, desde ojos simulados en las alas de algunas palomillas hasta forma de colores que permiten al organismo confundirse con su ambiente y pasar inadvertido, como es el caso del insecto hoja o de las cebras, cuyo contorno es difícil de distinguir por su piel rayada.
Químicas. Abarca la producción de sustancias, olores, venenos y ácidos, como los del zorrillo, las serpientes y las hormigas.
El mimetismo es un curioso mecanismo de defensa ante los depredadores, mediante el cual un ser vivo se asemeja a otra especie.
Valoración de la importancia de la fotosíntesis como proceso de transformación de energía y como base de las cadenas alimentarias
La fotosíntesis es le proceso por el cual plantas convierten la energía luminosa del sol en energía química. Mediante este proceso las plantas transforman agua y bióxido de carbono en azúcar que es comida para la planta.
Cada hoja toma el co2 del aire mediante las estomas que son pequeños poros para el intercambio de gases con el exterior.
La energía proveniente de la luz del sol es captada por la clorofila contenida en lo cloroplastos.
Por medio de la clorofila, las hojas sintetizan glucosa, un carbohidrato que también conserva parte de la energía que proviene del sol.
La fotosíntesis libera aproximadamente 130 millones de toneladas del oxigeno por año, acompañada de la reacción de 2 mil millones de toneladas de bióxido de carbono que, a su vez, serán transformadas en carbohidratos.
Pared celular. La célula vegetal presenta una cubierta dura que rodea la membrana celular, gracias a la cual la planta
Implicaciones de la tecnología en la producción y el consumo de alimentos
Un importante esfuerzo científico se relaciona con al creación de nuevas variedades de vegetales especialmente enriquecidos con vitaminas y minerales.
La fotosíntesis es le proceso por el cual plantas convierten la energía luminosa del sol en energía química. Mediante este proceso las plantas transforman agua y bióxido de carbono en azúcar que es comida para la planta.
Cada hoja toma el co2 del aire mediante las estomas que son pequeños poros para el intercambio de gases con el exterior.
La energía proveniente de la luz del sol es captada por la clorofila contenida en lo cloroplastos.
Por medio de la clorofila, las hojas sintetizan glucosa, un carbohidrato que también conserva parte de la energía que proviene del sol.
La fotosíntesis libera aproximadamente 130 millones de toneladas del oxigeno por año, acompañada de la reacción de 2 mil millones de toneladas de bióxido de carbono que, a su vez, serán transformadas en carbohidratos.
Pared celular. La célula vegetal presenta una cubierta dura que rodea la membrana celular, gracias a la cual la planta
Implicaciones de la tecnología en la producción y el consumo de alimentos
Un importante esfuerzo científico se relaciona con al creación de nuevas variedades de vegetales especialmente enriquecidos con vitaminas y minerales.
Todos lo alimentos procesados tienen fecha de caducidad.
Refrigeración consiste en mantener los alimentos a bajas temperaturas entre lo 0 y 6 grados centígrados.
Congelación rápida, son enfriados rápidamente a temperaturas de -30 grados centígrados.
Esterilización, los alimentos son sometidos a temperaturas variables de 115grados centígrados a 130grados centígrados durante 15 a 30 min.
Pasteurización, es calentar el alimento a 72grados centígrados durante 15 o 20 segundos y enfriarlo rápidamente a 4 grados centígrados.
Para evitar el agotamiento de los suelos se deben rotar los cultivos.
Los policultivos son en los que se combina una diversidad de especies y variedades.
Relación entre la respiración y la nutrición
La introducción del aire se llama inhalación se realiza a través de la boca, donde el aire pasa sucesivamente a la faringe, a la laringe, a la traquea, a los bronquiolos, y finalmente a los pulmones.
El acto contrario, el espiración o exhalación, transporta el aire en sentido inverso, es decir, de los pulmones hacia la nariz y la boca.
Respiración externa. Durante esta fase, el oxígeno del aire pasa de los pulmones a la sangre; ésta deja en los pulmones co2 y vapor de agua, que se expulsarán durante la respiración.
Respiración interna. Mediante esta proceso, la sangre transporta el oxígeno lo reparte por todo el cuerpo y, simultáneamente, recoge el co2.
Respiración celular. Es el momento durante el que las células utilizan en oxígeno para producir energía.
Prevención de las enfermedades respiratorias más comunes
La faringitis y la laringitis se producen al respirar aire muy frío durante un largo tiempo.
Una de las enfermedades respiratorias que padecemos con más frecuencia es la gripe.
Otra enefermedad respiratoria muy común es la bronquitis se caracteriza por la inflamación de los bronquios, lo que produce fuertes accesos de tos, fiebre, y dificultad para respirar.
Todos teneos un sistema inmunológico, que nos protege de microorganismos dañinos.
Una de la enfermedades respiratoria causadas por agentes infecciosos es la neumonía que consiste en la inflamación de pulmones.
Una enfermedad con fallas en el sistema inmune es la tuberculosis.
La tos ferina provocada por una bacteria y que se manifiesta principalmente en niños.
Análisis de los riesgos personales y sociales del tabaquismo
El problema del tabaquismo afecta a dos tipos de fumadores activos que fuman por voluntad propia y los fumadores pasivos.
La nicotina es una droga presente en el tabaco es estimula es sistema nervioso.
El mal funcionamiento de algunas células a causa del envenenamiento producido por el tabaquismo incrementa las posibilidades de desarrollar cáncer pulmonar.
El tabaquismo es la adicción al tabaco que presenta un individuo, provocada por uno de sus componentes activos: la nicotina. El tabaquismo es una enfermedad.
Comparación de distintas estructuras respiratorias en los seres vivos
En los animales grandes, con el cuerpo cubierto de partes duras, como conchas, pelo, plumas, escamas o placas, la captación de oxigeno y liberación de co2 no se puede hacer a través de la piel, lo que condujo a la evolución de las estructuras y los aparatos respiratorios.
Animales acuáticos. Respiran por medio de branquias, formadas por piel plegada, delgada y que contiene gran cantidad de vasos sanguíneos.
En la arañas y los insectos encontramos una red de tubos conocidos como traqueas, que van del exterior al interior del cuerpo.
Anfibios, reptiles, aves y mamíferos tienen respiración pulmonar, es decir, respiran a través de pulmones.
Los anfibios respiran por branquias cuando son crías, y por pulmones cuando son adultos.
Las salamandras y ranas muy pequeñas, respiran a través de la piel.
Comparación entre la respiración aerobia y anaerobia
La respiración celular en la que participa el oxígeno se conoce como respiración aerobia.
Ciertas bacterias y levaduras, que son hongos microscópicos, pueden obtener energía sin emplear oxígeno mediante un proceso conocido como respiración anaerobia.
Las bacterias llamadas lactobacilos realizan la fermentación láctica, que transforma los carbohidratos en ácido láctico, una sustancia que le da ese sabor tan característico al yogur.
Otras bacterias y levaduras convierten los carbohidratos en alcohol a través de la fermentación alcohólica.
Relación de los procesos de respiración y fotosíntesis con el ciclo del carbono
El co2 circula constantemente entre los seres vivos y el medio que los rodea mediante al ciclo del carbono.
Hay ocasiones en las que los seres vivos microscópicos, al quedar enterrados por millones de años, se convierten en fósiles y, como están sometidos a la presión de las capas terrestres entre las que se encuentran, los carbohidratos se transforman en petróleo y gas, a los cuales se les llama hidrocarburos o combustibles fósiles.
Análisis de las causas y algunas consecuencias de la contaminación de la atmósfera: incremento del efecto invernadero y calentamiento global
Uno de los problemas ambientes que más preocupa a la humanidad es la contaminación atmosférica.
Contaminantes primarios. Este tipo de sustancias permanece en la atmósfera tal como fue emitido por la fuente de contaminación. Entre estas sustancias esta el óxido de azufre, monóxido de carbono, óxido de nitrógeno, hidrocarburos, volátiles y partículas suspendidas, que producen principalmente al quemar gasolina, aceites, carbón, petróleo y otros combustibles.
Contaminantes secundarios. El ozono es un variedad de oxígeno que existe naturalmente en la capas superiores de la atmósfera y nos protege de la radiaciones ultravioleta del Sol, que puede dañar nuestra salud; sin embargo, cando está cerca de la superficie, en el aire que respiramos, produce irritación de la vías respiratorias. Este tipo de ozono proviene, sobre todo, de los gases contaminantes producidos por los vehículos y fábricas.
La contaminación atmosférica es la alteración de la atmósfera producida por la adición de gases o partículas sólidas o líquidas en suspensión en proporciones distintas de las naturales.
Análisis de los avances tecnológicos en el tratamiento e las enfermedades respiratorias
Alexander Fleming era un médico inglés que, a principios del siglo xx, trabajaba con bacterias.
La penicilina es un antibiótico del grupo de betalactámicos, cuyo primer representante fue la penicilina G. Es el primer antibiótico y se descubrimiento fue atribuido a Alexander Fleming en 1928.
Los antibióticos no matan a los virus.
La automedicación es un práctica común cuando se contraen enfermedades respiratorias, sin pensar en su riesgo potencial, sobre todo cuando se trata de antibióticos.
Los antibióticos son medicamentos muy valiosos, pero hay personas a quienes les provocan reacciones alergicas.
Análisis de cuatro potencialidades de la sexualidad
La sexualidad humana se define como la manera en la que las personas se conciben a sí mismas y se manifiestan individual y socialmente como hombres o como mujeres. Constituye su manera de sentir, de pensar, de relacionarse con su familia, su modo de vestir, y la manera en que se relacionan con su pareja.
La reproductividad es la capacidad reproductiva de los seres humanos; el erotismo que alude al placer o sensaciones placenteras relacionadas con la sexualidad, y la afectividad, que incluye los sentimientos de afecto que tenemos con las personas que nos rodean, incluyendo nuestra pareja.
La equidad de género es un tema social que en México empezó a desarrollarse a mediados del siglo xx.
En el ser humano las relaciones sexuales entre hombre y mujer conllevan muchos otros aspectos.
El erotismo es el término que utilizamos principalmente respecto de todo tipo de sensaciones de gozo o placer.
La masturbación, que ocurre cuando una persona manipula sus órganos sexuales para sentir placer, es un acto auto erótico. Es una actividad común e inofensiva y nos es una enfermedad; cada persona decide si la practica o no de acuerdo a sus creencias, valores y deseos.
La importancia de tomar decisiones informadas para una sexualidad responsable, segura y satisfactoria: salud sexual
Tener responsabilidad sexual implica estar siempre informados y estar concientes de nuestros actos, pedir asesoría a especialistas en los temas que nos preocupan y compartir esta información con nuestros padres y profesores.
Gonorrea. Es transmitida por una bacteria, neisseria gonorrhoeae, durante el acto sexual.
La sífilis es otra enfermedad causada por bacterias de la especie treponema pallidum
Un hongo microscópico de nombre candida albicans, es el responsable de la enfermedad llamada candidiasis.
Una enfermedad de transmisión sexual muy común en la infección por el virus del papiloma humano o VPH.
La importancia de poder decidir cuándo y cuántos hijos tener: salud reproductiva
El embarazo en adolescentes de 13 o 14 años que apenas se encuentran al inicio de su desarrollo se llama embarazo precoz, por lo general, representa un grave riesgo para la salud de las jóvenes, debido a que sus órganos reproductivos están en pleno desarrollo.
La adolescencia se considera una etapa transcendente en al vida de toda persona, porque marca el inicio de un proyecto de vida que permitirá al individuo desarrollarse profesionalmente y personalmente.
Antes se consideraba que para no tener un hijo la única forma era la abstinencia, es decir no tener actividad sexual.
Gracias a diversos avances científicos y tecnológicos, ahora existe una amplia gama de método anticonceptivos, que se utilizan según las recomendaciones médicas, permiten tener una vida sexual sin el temor a un embarazo no deseado.
Para comprender el método de ritmo, es indispensable conocer cómo funciona el ciclo menstrual.
Una forma en la que los hombres se cuidan para no embarazar a la mujer es usando condón o preservativo, que es una bolsa que se pone en el pene antes de entrar a la vagina, así cuando el semen sale durante la eyaculación se quede en la bolsa y no en el interior de la vagina.
Otro método es tomando pastillas anticonceptivas las cuales modifican la cantidad y el tipo de hormonas que circulan en el cuerpo de la mujer.
Los llamados dispositivos intrauterinos son objetos con formas diversas se colocan dentro del útero de la mujer por tiempo determinado.
Comparación entre reproducción sexual y asexual
La reproducción asexual permite la creación de gran cantidad de individuos a partir de una solo ejemplar.
A este tipo de reproducción se le conoce como propagación vegetativa.
El ADN es la abreviatura del ácido desoxirribonucleico y constituye el material genético de los organismos. Es el componente químico primario de cromosomas y el material que forma los genes. En las bacterias, el ADN se encuentra en el citoplasma, mientras que en organismos mas complejos, tales como plantas, animales y otros organismos multicelulares, la mayoría del ADN reside en el núcleo celular.
Análisis de las adaptaciones en la reproducción de los seres vivos y su relación con el ambiente
En el presente todos los animales y plantas con flores son individuos con doble cantidad de información, a los cuales llamamos diploides.
Los que tienen un solo paquete de información, denominados haploides son principalmente seres vivos unicelulares.
Los individuos haploides son pequeñas plantas con forma de corazón de apenas medio centímetro de largo, quizá los hayas visto pegados a las raíces de una helecho, de los que se derivan gametos que se unen y forman plantas diploides, esto es, helechos normales.
La unión de los óvulos con los espermatozoides, acto al que llamamos fertilización.
Comparación de las características generales de la división celular y la formación de gametos mitosis y meiosis
Hace millones de años, cuando los organismos unicelulares eran las formas dominantes, apareció un tipo de división celular muy organizada que conocemos con el nombre de mitosis.
La mayoría de las especies pluricelulares son de condición diploide.
Por medio de un proceso que permite a las células predecesoras de los óvulos y espermatozoides reducir a la mitad su dotación de cromosomas. El nombre d este proceso de división celular es meiosis.
Relación entre fenotipo, genotipo, cromosomas y genes
La vida de una célula hay muchos momentos en los que el ADN se encuentra como una maraña de hilo dentro del núcleo, llamamos cromosomas a todo el conjunto de ADN que en un momento dado, se une para formar las estructuras tipo bastón durante la mitosis y la meiosis.
La parte del cromosoma que contiene un conjunto de información específica se conoce como gen.
Al paquete completo de información que tiene cada célula, cada organismo, es decir, al conjunto completo de luces, se le llama genotipo.
Cuando el cuerpo toma nuestro genotipo una parte de la información y la emplea en su funcionamiento, aspecto físico y comportamiento, decimos que se ésta manifestando
el fenotipo.
Análisis del desarrollo histórico de métodos de manipulación genética
La ingeniería genética es la tecnología de la manipulación y transferencia del ADN de unos organismos a otros, que se posibilita la creación de nuevas especies, la corrección de defectos genéticos y la fabricación de numerosos compuestos.
La clonación es la creación de nuevos individuos a partir de una célula o de un núcleo de un individuo.
Se inicia el desarrollo de un nuevo ser que posee la misma información del donador por lo que el resultado final es un nuevo caballo campeón a este tipo clonación se le denomina clonación reproductiva.
En algunos casos se realiza el proceso de clonación con núcleo y óvulo humanos, y se deja que el nuevo ser se desarrolle durante cuatro o cinco días. Después se extrae para hacer uso de las células que lo forman y éstas se transplantan a la persona que donó el núcleo. A esto lo llamamos clonación terapéutica.
La clonación es el proceso de hacer copias de un fragmento específico de ADN, por lo general un gen.
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