contenidos de Biología primero y segundo año del nivel secundario

     LA BIOLOGÍA ES UNA CIENCIA 

La vida transcurre como un presente en continuo cambio y al ser humano siempre le ha interesado comprender cómo ocurren los fenómenos del ambiente, cómo son los seres vivos, qué le sucede a nuestro cuerpo cuando nos enfermamos, cómo obtener y mejorar los alimentos que consumimos, cómo funciona nuestro cerebro, entre otros interrogantes. Estas son también preguntas que se hacen los biólogos en sus laboratorios, oficinas, institutos de investigación, en el campo, en la fila del subte o cuando viajan en el colectivo. Los antropófagos, epistemólogos y los sociólogos e historiadores de la ciencia se ocupan de estudiar cómo trabaja un biólogo, qué actividades realiza y cuáles son las características de la biología como un aspecto de la cultura humana.

La Biología construye modelos 

Los científicos que estudian los seres vivos, el ambiente y sus interacciones construyen modelos que nos ayudan a comprender cómo son y cómo funcionan los seres vivos, hoy y en el pasado. La palabra modelo puede interpretarse de distintas maneras, pero en este caso la pensamos como la representación abstracta de un objeto o fenómeno que se parece a otro que es más conocido. Si pensamos los modelos como mapas, podemos comprenderos más fácilmente. Los mapas son representaciones del espacio, que no son su copia exacta, pero nos dan información. Algunos mapas son actuales; otros, antiguos, y otros, temáticos; pero no se puede decir que un mapa es mejor que otro. Su calidad depende de cómo y para qué los usamos. Existen distintos tipos de mapas, por ejemplo, el de la provincia de Buenos Aires nos sirve para ubicarnos y localizar el municipio o la ciudad donde vivimos. En cambio, si queremos viajar por la provincia, necesitaremos un mapa de rutas que nos brinda otra información. Del mismo modo, los modelos científicos, en biología, son creaciones de los científicos, que incluyen un conjunto de conocimientos que permiten caracterizar y conocer un recorte del mundo natural. El modelo de la célula nos permite comprender cómo son las células y cómo funcionan; el modelo de un ecosistema nos muestra las interacciones de las poblaciones entre sí y con el ambiente. Otros modelos nos permiten comprender cómo se originó la vida en el planeta Tierra, de qué forma evolucionaron algunos grupos de seres vivos o por qué se extinguieron. 

El objeto de estudio de la biología 

La biología abarca todas las disciplinas dedicadas al estudio de los organismos vivos y, por ello, se la conoce como la ciencia de la vida. Es una ciencia en desarrollo, y sus modos de conocer van cambiando de acuerdo con los intereses de la sociedad y las necesidades humanas. En la actualidad, presenta muchas ramas que se van diversificando a medida que aparecen nuevos problemas que afectan al organismo humano, su funcionamiento, su salud y el ambiente. La ecología, la biología molecular, la fisiología, la genética y la neurología son algunas de las ramas que conforman la biología.

La biología tiene historia  

La historia de la ciencia nos permite conocer cuáles eran las ideas que predominaban en la biología en distintos momentos de la humanidad. Esas ideas han ido cambiando, y si bien algunas nos pueden parecer graciosas, se correspondían con la forma de pensar de esa época. La biología como estudio de los organismos vivos surge cuando el ser humano toma conciencia de su existencia como objeto diferente del medio. Sin embargo, durante muchos siglos esta ciencia no fue lo que hoy conocemos.

La biología (cuyo nombre proviene del griego: bíos, “vida” y logía, “ciencia, saber”) es una de las ciencias naturales, y su objeto de estudio comprende a las distintas formas y dinámicas de la vida: el origen, la evolución, la adaptación y los procesos propios de los seres vivientes: la nutrición, el metabolismo, el crecimiento, la respuesta a estímulos, la reproducción, y sus diversos mecanismos posibles de existencia.

e los fundamentos de la vida, queriendo encontrar las normas que la regulan y los procesos que determinan sus dinámicas. Por eso los biólogos se dedican a estudiar las semejanzas y diferencias entre las especies, y a ordenarlas en diversos “reinos” de clasificación, que soReino animal. Son seres heterótrofos, eucariotas, pluricelulares, que poseen una capacidad de movimiento muy desarrolReino vegetal. Son seres autótrofos, eucariotas, pluricelulares e inmóviles, que obtienen su energía generalmente del aprovechamiento de la luz solar (fReino de los hongos. Son seres heterótrofos, eucariotas, en su mayoría pluricelulares e inmóviles, que aprovechan la materia orgánica disponible para alimentReino protista. Son los seres microscópicos, que corresponden a una gran diversidad de organismos. Son eucariotas (células con una membrana que delimita al núcleo), principalmente unicelulares, aunque también pueden ser coloniales o pluricelulares simples que no forman tejidos.Reino bacteriano. Forman el grupo más simple de formas de vida unicelulares, junto a las arqueas, y son organismos procariotas (células sin membrana nuclear). Son la forma más abundante de vida en el planeta.Reino de las arqueas. Con una historia evolutiva distinta de las bacterias, son organismos unicelulares procariotas muy simples y primitivos, pero más cercanos en metabolismo y otras funciones.

 Ramas de la biología 

 La biología contemporánea posee un altísimo nivel de diversificación, reflejado en sus numerosas ramas, según el tipo específico de seres vivos y/o ecosistemas de su interés, o la perspectiva que adopta respecto a ellos:

• Zoología. Es el estudio específico del reino animal en sus distintas variantes y niveles.
• Botánica. Es el estudio del reino vegetal: plantas, árboles, algas y algunas otras formas fotosintéticas.
• Ecología. Es el estudio de las relaciones de los diferentes seres vivos entre sí y con su entorno.
• Microbiología. Es el estudio de la vida microscópica, es decir, la que no puede verse a simple vista.
• Parasitología. Es el estudio de los animales que sobreviven a expensas de otros seres vivos, haciéndoles daño a medida que invaden sus organismos.
• Genética. Es el estudio de la vida en las leyes de la transmisión de la información biológica y la herencia generacional.
• Bioquímica. Es el estudio de los procesos químicos y moleculares propios de los seres vivos y de las sustancias que generan.
• Biología marina. Es el estudio de las formas de vida que se encuentran en los océanos y las costas.
• Biotecnología. Es el estudio de las leyes biológicas con miras a su aprovechamiento industrial o tecnológico: pesticidas biológicos, fertilizantes orgánicos, etc.
• Sistemática. Se ocupa de la clasificación de las especies de seres vivos conocidos, a partir de la comprensión de su historia evolutiva o filogenética.

 

 Célula Procariota 

Las células procariotas son aquellas que no tienen núcleo diferenciado, de manera que su ADN se encuentra localizado en el citoplasma pero no encerrado en una cubierta membranosa como ocurre con las células eucariotas. Además contienen membrana celular, pared celular, citoplasma y ribosomas. Prácticamente todas las células procariotas son organismos unicelulares.

Los organismos procariotas (pro- significa “antes de” y karyo que se refiere a «núcleo») son evolutivamente anteriores a los eucariotas, es decir, aquellos que sí poseen un núcleo celular. Si bien las células procariotas surgieron en un pasado muy remoto, eso no significa que hayan desaparecido de la Tierra. De hecho, las formas de vida más simples son todavía organismos procariotas, como las bacterias y las arqueas.

Esta simpleza que caracteriza a los organismos procariotas ha permitido su gran diversificación, lo que se traduce en metabolismos sumamente diversos (no ocurre lo mismo con las eucariotas) y una enorme diversidad en cuestión de adaptación a diferentes ambientes, tipos de nutrición o incluso estructura celular.

 TIPOS DE CELULAS PROCARIOTAS

Las células procariotas pueden tener formas muy variadas y a menudo incluso una misma especie puede adoptar formas cambiantes, lo que se denomina pleomorfismo. Sin embargo, se pueden distinguir tres tipos principales de morfología:

Coco. Es un tipo morfológico típico de las bacterias, que presenta forma más o menos esférica y uniforme. Las bacterias también pueden presentarse en cocos en grupos de a dos (diplococo), cocos en grupos de a cuatro (tetracoco), cocos en cadenas (estreptococo) y cocos en agrupaciones irregulares o en racimo (estafilococo). Por ejemplo: Streptococcus pneumoniae, uno de los agentes causantes de la neumonía bacteriana.

Bacilo. Con forma de bastón y extremos redondeados, incluye una vasta gama de bacterias y otros organismos saprófitos de vida libre. También se pueden encontrar bacilos en grupos de a dos o formando filamentos. Por ejemplo: Escherichia coli y Clostridium botulinum.

Espirilo. Con forma helicoidal, suelen ser muy pequeñas y abarcan desde bacterias patógenas hasta autótrofas. Por ejemplo: las especies del género Campylobacter, como Campylobacter jejuni, un patógeno transmitido por los alimentos, que causa la campilobacteriosis.

Espiroqueta. También tienen formas helicoidales pero muy alargadas y flexibles. Por ejemplo: las especies del género Leptospira que causan la leptospirosis.

Vibriones. Son bastones con forma de coma. Este grupo incluye a las del tipo vibrio, un género de proteobacterias responsables de la mayoría de las enfermedades infecciosas en el hombre y los animales superiores, sobre todo aquellas típicas del tracto digestivo. El más conocido es Vibrio cholerae, agente causante del cólera.

Algunas variantes de estas formas son los cocobacilos (óvalos) y las bacterias corineformes, bacilos irregulares con un extremo ensanchado.

 PARTES Y FUNCIONES DE UNA CELULA PROCARIOTA 

• Membrana plasmática. Es la frontera que divide el interior y el exterior de la célula y que sirve de filtro para permitir el ingreso y/o la salida de sustancias (como la incorporación de nutrientes o la salida de residuos).
• Pared celular. Consiste en una capa resistente y rígida que se encuentra por fuera de la membrana celular, lo que le confiere forma definida a la célula y una capa adicional de protección. La presencia de pared celular es un rasgo compartido entre plantas, algas y hongos, aunque la composición de esta estructura celular es distinta en cada uno de estos grupos de organismos.
• Citoplasma. Es una sustancia coloidal muy fina que compone el “cuerpo” celular y se encuentra en el interior de la célula.
• Nucleoides. No llega a ser un núcleo, es una región muy dispersa que forma parte del citoplasma, donde suele hallarse una sola molécula circular de ADN que puede estar asociada con una pequeña cantidad de ARN y proteínas no histónicas Esta molécula de ADN es indispensable para la reproducción.
• Ribosomas. Son complejos de proteínas y piezas de ARN que permiten la expresión y traducción de la información genética, es decir, sintetizan las proteínas requeridas por la célula en sus diversos procesos biológicos, conforme a lo estipulado en el ADN.
• Compartimientos procariotas. Son exclusivos de las células procariotas. Varían según el tipo de organismo y tienen funciones muy específicas dentro de su metabolismo. Algunos ejemplos son: clorosomas (necesarios para la fotosíntesis), carboxisomas (para fijar el dióxido de carbono (CO2), ficobilisomas (pigmentos moleculares para recoger la luz solar), magnetosomas (permiten orientación conforme al campo magnético terrestre), etc.

Además, estas células pueden presentar otras estructuras como:

• Flagelo. Es un orgánulo en forma de látigo empleado para movilizar la célula, a modo de cola propulsora.
• Membrana externa. Es una barrera celular adicional que caracteriza a las bacterias gram-negativas.
• Cápsula. Es una capa formada por polímeros orgánicos que se deposita por fuera de la pared celular. Tiene una función protectora y también se utiliza como depósito de alimento y lugar de eliminación de desechos.
• Periplasma. Es un espacio que rodea al citoplasma y lo separa de las membranas externas, lo que permite una mayor efectividad en distintos tipos de intercambio energético.
• Plásmidos. Son formas de ADN no cromosómico, de forma circular, que en ciertas bacterias acompañan al ADN bacteriano y se replican de modo independiente, lo que les confiere características esenciales para una mayor adaptabilidad al medio ambiente.

 CELULA EUCARIOTA

Se llama célula eucariota (del vocablo griego eukaryota, unión de eu “verdadero” y karyon “nuez, núcleo”) a todas aquellas células en cuyos citoplasmas puede hallarse una membrana que delimita al núcleo celular, que contiene la mayor parte de su material genético (ADN). En esto se distingue de la célula procariota, mucho más primitiva y cuyo material genético está disperso en el citoplasma. Además, a diferencia de las procariotas, las células eucariotas poseen orgánulos u organelas, estructuras subcelulares especializadas que pueden identificarse en su interior y están delimitadas por membranas (por ejemplo, las mitocondrias y los cloroplastos). 

La aparición de las células eucariotas constituyó un paso importante en la evolución de la vida, pues sentó las bases para una diversidad biológica mucho mayor, incluido el surgimiento de células especializadas dentro de organizaciones pluricelulares. Esto dio origen a los reinos: protistas, hongos, plantas, y animales. Los seres vivos formados por células eucariotas se denominan eucariontes.

Si bien la comunidad científica no duda acerca de la relevancia de la aparición de las células eucariotas, aún no se ha podido dar una explicación muy clara sobre su surgimiento. La teoría más aceptada plantea la posible simbiogénesis entre dos procariotas, es decir, un proceso de simbiosis entre una bacteria y una arquea que, cohabitando de manera muy estrecha, habrían compuesto un mismo organismo con el pasar de las generaciones, de tan dependientes que se hicieron la una de la otra. Esta teoría sobre el surgimiento de las células eucariotas fue planteada por la bióloga evolucionista estadounidense Lynn Margulis en 1967, y es conocida como “Teoría endosimbiótica” o “Teoría de la endosimbiosis seriada”.

TIPO DE CÉLULAS EUCARIOTAS

Existen diversos tipos de células eucariotas, pero fundamentalmente se reconocen cuatro, cada una con estructuras y procesos diferentes:

• Células vegetales. Cuentan con una pared celular (compuesta de celulosa y proteínas) que recubre su membrana plasmática y les otorga rigidez, protección y resistencia. Además, las células vegetales tienen cloroplastos, es decir, organelas que contienen la clorofila necesaria para llevar a cabo el proceso de fotosíntesis; y una vacuola central grande, que mantiene la forma celular y controla el movimiento de las moléculas en el citoplasma.
• Células animales. No tienen cloroplastos (ya que no realizan fotosíntesis) ni pared celular. Pero, a diferencia de las células vegetales, tienen centríolos (organelas que participan en la división celular) y presentan vacuolas de menor tamaño, aunque más abundantes, llamadas vesículas. Debido a la carencia de pared celular, las células animales pueden adoptar una gran cantidad de formas variables, e incluso fagocitar otras células.
• Células de los hongos. Se asemejan a las células de los animales, aunque difieren de ellas por la presencia de una pared celular compuesta de quitina (que las células animales no tienen). Otra característica que las distingue es que las células de los hongos tienen una menor especialización celular que las células animales. Aunque no es lo más frecuente, existen hongos unicelulares, como las levaduras.
• Células de protistas. Las células eucariotas suelen formar parte de organismos pluricelulares. Sin embargo, existen protistas que son organismos eucariotas unicelulares o pluricelulares simples que no forman tejidos. Si bien los eucariotas unicelulares son seres más sencillos que los animales y las plantas, el hecho de estar constituidos por una única célula que tiene que llevar a cabo todas las funciones del organismo hace que la célula tenga una organización compleja. Además, pueden alcanzar tamaños macroscópicos.

 FUNCIONES DE LAS CÉLULAS EUCARIOTAS 

Las células eucariotas, al igual que las procariotas, llevan a cabo funciones esenciales:

• Nutrición. Comprende la incorporación de los nutrientes al interior de la célula y su transformación en otras sustancias, que son utilizadas para formar y reponer las estructuras celulares y también para obtener la energía necesaria para llevar a cabo todas sus funciones. Según su nutrición, las células pueden ser autótrofas (fabrican su propio alimento a partir de materia inorgánica por procesos como la fotosíntesis) o heterótrofas (deben incorporar la materia orgánica porque no son capaces de fabricarla). La suma de todas las actividades químicas de la célula es su metabolismo.
• Crecimiento. Implica un aumento en el tamaño de las células individuales de un organismo, en el número de células o en ambos. El crecimiento puede ser uniforme en las diversas partes de un organismo o puede ser mayor en algunas partes que en otras, lo que hace que las proporciones del cuerpo cambien a medida que se produce el crecimiento.
• Respuesta a estímulos. Las células se relacionan con el medio que las rodea, recibiendo distintos estímulos (como variaciones de temperatura, humedad o acidez) y elaborando las respuestas correspondientes a cada uno de ellos (como la contracción o la traslación). Esta capacidad de reaccionar a los estímulos del medio se conoce como irritabilidad.
• Reproducción. Es el proceso de formación de nuevas células (o células hijas) a partir de una célula inicial (o célula madre). Existen dos tipos de procesos de reproducción celular: mitosis y meiosis. Mediante la mitosis, una célula madre da lugar a dos células hijas idénticas, es decir, con la misma cantidad de material genético e idéntica información hereditaria. Por otra parte, mediante la meiosis, una célula madre da lugar a cuatro células hijas genéticamente distintas entre sí y que además tienen la mitad del material genético que la célula inicial. La mitosis interviene en los procesos de crecimiento y reparación de tejido, y en la reproducción de los seres vivos que se reproducen asexualmente. La meiosis tiene otro objetivo: únicamente ocurre para dar lugar a los gametos.
• Adaptación. La capacidad de las células para evolucionar durante muchas generaciones y adaptarse a su entorno les permite sobrevivir en un mundo cambiante. Las adaptaciones son características que se heredan y que aumentan la capacidad de un organismo para sobrevivir en un entorno particular. Las adaptaciones pueden ser estructurales, fisiológicas, bioquímicas, de comportamiento o una combinación de las cuatro. Todos los organismos biológicamente exitosos son una compleja colección de adaptaciones coordinadas que se han producido a través de los procesos evolutivos.

Las funciones de metabolismo, crecimiento, respuesta a estímulos, reproducción y adaptación son llevadas a cabo por todas las células pertenecientes tanto a organismos procariotas como eucariotas. Sin embargo, estas no son las únicas funciones celulares: existen otras funciones según cada tipo de célula y el tejido u organismo al cual pertenecen. Por ejemplo, las neuronas (que forman parte del tejido nervioso) son capaces de comunicarse a través de impulsos eléctricos.

PARTES DE UNA CÉLULA EUCARIOTA

Los principales componentes de las células eucariotas son:

• Membrana celular o plasmática. Es una doble barrera compuesta de lípidos y proteínas que delimita a la célula, para aislarla del medio que la rodea. La membrana plasmática tiene permeabilidad selectiva: permite solo el ingreso de sustancias necesarias al citoplasma y también la expulsión de los desechos metabólicos. Esta estructura está presente en todas las células eucariotas e incluso en las procariotas.
• Pared celular. Es una estructura rígida que se encuentra por fuera de la membrana plasmática y le otorga a la célula forma, sostén y protección. La pared celular está presente solo en las células vegetales y en la de los hongos, aunque su composición varía entre ambos tipos celulares: en las plantas se compone de celulosa y proteínas, mientras que en los hongos está formada por quitina. Si bien esta estructura le brinda protección a la célula, le impide su crecimiento y la limita a estructuras fijas.
• Núcleo celular. Es un orgánulo central, limitado por una doble membrana porosa que permite el intercambio de material entre el citoplasma y su interior. En el núcleo se aloja el material genético (ADN) de la célula, que se organiza en cromosomas. Además, dentro del núcleo existe una región especializada llamada nucleolo, donde se transcribe el ARN ribosomal que luego formará parte de los ribosomas. El núcleo está presente en todas las células eucariotas.
• Ribosomas. Son estructuras formadas por ARN y proteínas, en las cuales se lleva a cabo la síntesis de proteínas. Los ribosomas se encuentran en todos los tipos de células, incluso en las procariotas (aunque son menores). Algunos ribosomas están libres en el citoplasma y otros adheridos al retículo endoplasmático rugoso.
• Citoplasma. Es el medio acuoso en el que están los distintos orgánulos de la célula. El citoplasma está formado por el citosol, la parte acuosa libre de organelas que contiene sustancias disueltas, y el citoesqueleto, una red de filamentos que le da forma a la célula.

Además de la presencia del núcleo, una de las características distintivas de la célula eucariota es la presencia de organelos o compartimentos subcelulares rodeados por una membrana, que tienen funciones especializadas. Algunos son:

• Lisosomas. Son vesículas llenas de enzimas digestivas, presentes exclusivamente en las células animales. En los lisosomas se llevan a cabo procesos de digestión celular, catalizados por las enzimas que contienen en su interior.
• Mitocondrias. Son las organelas donde se lleva a cabo el proceso de respiración celular. Están rodeadas por una doble membrana, que le permite a la célula obtener la energía que necesita para llevar a cabo sus funciones. Las mitocondrias están presentes en todos los tipos de células eucariotas y su número varía en función de las necesidades que tengan: las células con altos requerimientos energéticos suelen tener una mayor cantidad de mitocondrias.
• Cloroplastos. Son los organelos en los cuales se lleva a cabo la fotosíntesis, y presentan un sistema complejo de membranas. El componente fundamental de estas organelas es la clorofila, un pigmento verde que participa en el proceso fotosintético y le permite captar la luz solar. Los cloroplastos son exclusivos de las células fotosintéticas, por lo que están presentes en todas las plantas y las algas, cuyo color verde característico viene dado por la presencia de la clorofila.
• Vacuola. Son un tipo de vesícula de gran tamaño que almacena agua, sales minerales y otras sustancias, y que se encuentran solamente en las células vegetales. La vacuola mantiene la forma celular y le proporciona sostén a la célula, además de participar en el movimiento intracelular de las sustancias. Las células animales poseen vacuolas pero de menor tamaño y en mayor cantidad.
• Centríolos. Son estructuras tubulares que se encuentran exclusivamente en las células animales. Participan en la separación de los cromosomas durante el proceso de división celular.
• Retículo endoplasmático. Es un sistema de membranas que se continúa con el núcleo celular y se extiende por toda la célula. Su función se relaciona con la síntesis de compuestos destinados principalmente al exterior de la célula. El retículo endoplasmático se divide en rugoso y liso, según la presencia o no de ribosomas sobre su superficie: el retículo rugoso contiene ribosomas y se encarga principalmente de la síntesis de proteínas para exportar, mientras que el retículo liso se relaciona principalmente con las vías metabólicas de los lípidos.
• Aparato de Golgi. Es una organela compuesta por un conjunto de discos y sacos aplanados que se denominan cisternas. La función del aparato de Golgi se relaciona con la modificación y empaquetamiento de las proteínas y otras biomoléculas (como hidratos de carbono y lípidos) para su secreción o transporte.