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BIOLOGIA 1º AÑO 2016 – CABA – EJE 1- Características de los Seres Vivos

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1.¿Qué es la Vida?

La biología es el estudio científico  de la vida. Más adelante exploraremos el significado de lapalabra “científico” , pero, primero, hagámonos esta pregunta, “¿qué es la vida?” Todos nosotrostenemos una noción intuitiva de qué es vida Si vemos un conejo y una piedra, sabemos que elconejo está vivo y la piedra no lo está. Parece “obvio”. Pero es difícil de determinar qué cosas

hacen que el conejo esté vivo. Igualmente, en el momento justo después de que un organismo muere,quizás nos preguntemos qué ser o fenómeno invisible ha transformado lo vivo en muerto.

Una manera de definir la vida es haciendo una lista de sus características básicas. Por ejemplo, la célula esla unidad básica de vida: cada organismo, o individuo viviente, y está formado por una o más células.

Cada célula tiene una membrana exterior quelo separa de su ambiente. Esta membranaencierra el agua y otros compuestos químicosque llevan a cabo las funciones de la célula.Uno de esos compuestos es el ácidodesoxirribonucleico (ADN), que es la moléculainformativa de vida (ver figura en esta página).

En el ADN se encuentran los genes, que noson otra cosa que instrucciones codificadaspara que la célula fabrique determinadassustancias o estructuras. Las células usanesas instrucciones genéticas que estáncodificadas en ADN, y producen proteínas queles permite llevar a cabo muchas funciones; ya agruparse para formar los tejidos, órganos, y sistemas de órganos de los organismos.Sin embargo, el escribir una lista decompuestos bioquímicos no nos brinda unadefinición satisfactoria de la vida: aunquepongamos ADN, agua, proteínas, y unamembrana en un tubo de ensayo no se creavida artificial, y un insecto aplastado todavíacontiene todos los compuestos químicos quetenía inmediatamente cuando estaba vivo.

1.1 Para que algo tenga v ida, debe cumplir con 5 caract erístic as 

En la ausencia de una definición precisa, los científicos han establecido cinco características que, alcombinarse, constituyen la vida:

Características de la vida: sumarioCaracterística Ejemplo

1. OrganizaciónLos átomos forman moléculas, que se agrupan y hacen más complejas paraformar células, las que se agrupan para formar tejidos, éstos forman órganos,sistemas de órganos y así sucesivamente…

2 . Uso de la energía

Un gatito utiliza la energía almacenada en la lecha materna como combustible

para su propio crecimiento.3 . Mantenimiento del

Medio internoTus riñones regulan el equilibrio de agua de tu cuerpo ajustando la concentraciónde orina

4 . Reproducción,crecimiento y desarrollo

Una semilla de poroto germina, produciendo una plantita de poroto que crece, sedesarrolla, produce flores que se fecundan y dan nuevas semillas de poroto.

5 . Evolución Algunas bacterias que producen enfermedades evolucionan y se hacen másresistentes a los antibióticos.

Un organismo es un conjunto de estructuras que funcionan juntas y exhiben todas estas cualidades.Entonces, para que “algo” tenga “vida”, debe poseer estas cinco características.

A no confund i rse : es posible que alguno de los rasgos mencionados en esta tabla también pueden estar presentes en los objetos inertes (no vivos). Un cristal de piedra es muy organizado y puede “crecer”, pero noestá vivo. Un tenedor puesto en una olla con agua hirviendo absorbe energía en forma de calor y lo

transmite a la mano que lo sujeta, pero esto no hace que el tenedor esté vivo. Una fogata se puede“reproducir” y crecer muy rápidamente, generando un incendio forestal, pero le falta la mayoría de las otrascaracterísticas que lo harían “vivo”. Veamos en detalle cada una de estas características.

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2. La vida está organizada

 Así como la casa o departamento donde vivís pertenece a un barrio; éste a una ciudad y ésta a su vez a unpaís, la materia viviente también consiste en partes organizadas que forman una escala que va desde lomás simple a lo más complejo:

Fig. 1.2 Niveles de organización de la materia viva.

En la parte más pequeña de la escala, todas las estructuras vivientes están compuestas por partículasllamadas átomos, que se unen para formar las moléculas. Todas las sustancias que conocés y la materiaque forma a los seres vivos están formadas por átomos y moléculas.

Estas moléculas forman organelas , que son compartimientos que llevan a cabo funciones específicas enlas células  (Tené en cuenta, sin embargo, que no todas las células poseen organelas). Todos los seresvivos están formados por células, y éstas son las unidades de la vida. Muchos organismos consisten en unaúnica

célu la   (organismo s unicelu lares 

). En los organismos formados por muchas células (organ ismos mult icelulares ) como el árbol de acacia en el nivel 8 de la figura de esta página, las células se organizan y

agrupan en te j idos  especializados, los que a su vez constituyen los órgan os  de la planta, como las hojas o

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las raíces. Varios órganos se vinculan entre sí para constituir los sistemas de órganos   de un individuo(como, por ejemplo, nuestro sistema nervioso)La organización del mundo viviente se extiende más allá del nivel del individuo. Una población  incluye a losmiembros de la misma especie que viven al mismo tiempo en el mismo lugar (como, por ejemplo, lapoblación de ballenas francas en Península Valdés, en este año). Una comunidad  incluye las poblacionesde especies diferentes en una región, y un ecosistema   incluye tanto a las comunidades como a loselementos no vivos que forman el ambiente (suelo, agua, clima, luz solar, etcétera) de un área determinada.

Finalmente, la biosfera  se refiere a todas las partes del planeta que pueden sostener la vida.La organización biológica se ve claramente en cada ser vivo. Los humanos, las anguilas, y el maíz, aunqueexteriormente sean muy diferentes, están organizados de la misma forma: por células especializadas,tejidos, órganos, y sistemas de órganos.Las bacterias, organismos formados por una única y diminuta célula, aunque menos complejas que los

animales o plantas, también estánmuy organizadas y también contienen ADN, proteínas, y otras moléculasque interactúan entre sí.

2.1. Prop iedades emergentes: el tod o es más q ue la suma de las 

partes 

Pero un ser vivo no es solamente unacolección de partes pequeñas agru-padas. Cuando esos componentesactúan entre sí aparecen funcionesnuevas y complejas llamadaspropiedades emergentes  (fig.1.3).Estas propiedades surgen de lasinteracciones físicas y químicas entrelos componentes de un sistema, comocuando juntamos en la cocina harina,huevos, azúcar, manteca, y chocolate

y hacemos que interactúen entre ellosy le aportamos energía para cocinar una torta.Las propiedades emergentes explicanpor qué las estructuras estánestrechamente ligadas a la funciónque cumplen. Si se rompe unaestructura, la función se detiene.

Si, por ejemplo, agitamos un huevo de gallina fertilizado, esto perturba las interacciones críticas entre lascélulas y detiene el desarrollo del embrión. Igualmente, si una función se interrumpe, la estructuracorrespondiente en el futuro se va desorganizando, Eso sucede, por ejemplo, cuando los músculos seatrofian porque dejan de usarse. La función biológica y la estructura que realiza esa función son

interdependientes.

3. La vida necesita energía

Dentro de cada célula viviente, se producen innumerables reacciones químicas que sostienen la vida. Elconjunto de estas reacciones químicas se llama metabol ismo , y le permite a los organismos obtener y usar energía y nutrientes para construir nuevas estructuras, reparar estructuras que envejecieron o se dañaron ypara reproducirse. Los biólogos clasifican a los organismos en categorías bastante amplias, basándose encómo obtienen la energía y los nutrientes necesarios para vivir (figura 1.4).

Los productores, también llamados autótrofos   (del griego autos: por si mismo y trofos, alimentarse, “sealimentan por sí mismos”), fabrican su propio alimento extrayendo energía y nutrientes del ambiente no vivo

que los rodea. Los productores más familiares para nosotros son las plantas y las bacterias que utilizan laenergía lumínica del Sol: reciben el nombre de fo toautótrofos   (foto en griego significa luz); pero algunasbacterias pueden obtener energía de algunas rocas y minerales, y se los llama quimioautótrofos .

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En contraste, los consumidores obtienen energía y nutrientes comiéndose entera o parcialmente a otrosorganismos, estén vivos o muertos. Los consumidores también reciben el nombre de heterótrofos (delgriego hetero: otro y trofos: alimentarse, “se alimentan de otros”).

Nosotros somos consumidores o heterótrofos, ya que debemos ingerir alimentos de origen vegetal y/o deorigen animal para extraer de ellos la energía y los nutrientes necesarios para fabricar nuevas estructurasen nuestro cuerpo, estudiar, mover nuestros músculos, mantener nuestra temperatura corporal constante,crecer, desarrollarnos, reproducirnos y llevar adelante todas las actividades que realizamos. Aquellosconsumidores que se alimentan de vegetales reciben el nombre de he rbívo ro s   (“comedores de hierbas”),mientras que aquellos que consumen a otros animales se los llama ca rnívo ro s . Algunos animales puedenconsumir tanto vegetales como animales (o sus productos) y reciben el nombre de omnívoros (“comen detodo”). Los osos, zorros, las cucarachas y nosotros mismos somos heterótrofos om nívo ro s .

Los descomponedores  son un tipoespecial de heterótrofos queobtienen energía y nutrientes dedesechos orgánicos o de organismosmuertos. Los hongos y muchasbacterias son descomponedores.Dentro de un ecosistema, los

productores, los consumidores y losdescomponedores se relacionanentre sí formando una o varias redes alimentarias ,  en donde unosdependen de otros para obtener energía y nutrientes para seguir viviendo.Estas redes alimentarias se iniciancon los productores, y continúan condistintos niveles de consumidores e,incluso, con los descomponedores,quienes devuelven los nutrientes alambiente para que vuelvan a estar 

disponibles para los productores.

Pero al pasar de un organismo a otroen la red alimentaria, la energía queobtiene cada organismo nuncarecibe el total de la energía que teníael ser vivo que le precede en el ciclo.Una parte de la energía setransforma en calor y no puede ser utilizada, perdiéndose en elambiente.

Como ningún organismo puede usar 

el calor como una fuente de energía,éste representa una pérdida permanente en la red alimentaria.Todos los ecosistemas dependen por consiguiente de un flujo continuo de energía desde una fuenteexterna, normalmente el sol.

Materi a y Energía 

Son dos conceptos importantes que estudiarás a lo largo de tu paso por el secundario. Básicamente, materia estodo aquello que tiene peso, ocupa cierto volumen en el espacio y puede ser detectado por alguno de nuestrossentidos (o por instrumentos como el microscopio o el telescopio). La materia está formada por muchassustancias, como el agua, el oxígeno, el hierro, etc. La menor porción de una sustancia se llama molécula y esmuy pequeña. La menor porción de la materia se llama átomo.

La energía es la capacidad que tiene la materia para poder realizar una acción o trabajo. Hay muchos tipos deenergía y cada tipo se puede transformar en otro, porque la energía no se destruye ni se crea. Por ejemplo,cuando nos alimentamos incorporamos energía almacenada en los alimentos, que es transformada paraconvertirse en movimiento de nuestros músculos, en calor corporal o en sonido al hablar.

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4. La vida mantiene constante su medio interno

Una característica importante de vida es la habilidad para detectar y reaccionar a los estímulos. Lascondiciones dentro de las células deben permanecer dentro de un rango constante, aun cuando el ambienteque las rodea cambie. Por ejemplo, una célula viviente debe mantener una cierta temperatura -ni demasiadoalta, ni demasiado baja. La célula también debe alojar los nutrientes, excretar los desechos y regular susmuchas reacciones químicas para prevenir una escasez o exceso de substancias esenciales.

3 .1 . La Homeostasis es el proceso por el que una célu la o un organ ismo mant ienen un estado de equi l ib r io in terno.

Por ejemplo, tu cuerpo tiene varios mecanismos que mantienen la temperatura interior a unos 37°C. Cuandosalís a la calle en un día frío, es posible que empieces a tiritar de frío o a estremecerte; el calor de estosmovimientos de los músculos calienta el cuerpo. En el frío severo, tus labios y las yemas de los dedospueden ponerse azules porque tu sistema circulatorio desvía sangre fuera de la superficie de su cuerpo. Delmismo modo, en un día caliente, el sudor que se evapora de piel ayuda a refrescar la superficie del cuerpo.

5. La vida se reproduce, crece y se desarrolla

Todos los seres vivos se reproducen, y producen otros seres vivos similares a ellos (ver figura 1.5). Por medio de la reproducción, se transmite el ADN (con los genes que posee) de generación en generación y seestablecen los rasgos hereditarios de los descendientes.

Fig. 1.5 Reproducción asexual y sexual. En (a) este hongo, llamado Penicillum produce células idénticas llamadas esporas, en unasestructuras con forma de cepillo. En (b) se muestra un cocotero germinando y en (c) un cervatillo recién nacido; tanto (b) como (c) sonproductos de la reproducción sexual.

La reproducción ocurre de dos maneras básicas: asexualmente  y sexualmente .

En la reproducción asexual , la información genética proviene de un único “padre”, y toda la descendencia

es prácticamente idéntica. Muchos organismos unicelulares, como las bacterias se reproducenasexualmente “dividiendose” la célula en dos células hijas (bipartición celular). Algunos hongos unicelulares,como las levaduras que se utilizan para fabricar el pan, el vino o las cervezas, se reproducen por medio debrotes  que emergen de la célula y que luego se separan como nuevas células hijas.

Pero, también existen muchos organismos multicelulares que se reproducen asexualmente. Por ejemplo, lasplantas de frutilla o de menta, tienen tallos que se arrastran por el suelo, llamados estolones , de los quepueden brotar hojas y raíces, y que pueden (si, por ejemplo, se separan de la planta principal) terminar formando una nueva planta idéntica a la original. El polvillo mohoso blanco, verde o negro que aparecesobre el pan, el queso o sobre las frutas está formado por millones de esporas  asexuales de hongos (figura1.5a). Incluso algunos animales, como las esponjas, se reproducen asexualmente cuando un fragmento delcuerpo del animal original se separa y se desarrolla como un nuevo individuo. Otros animales como lashidras (parientes de los corales) pueden producir nuevos individuos de una yema   que se forma en su

cuerpo.

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En la reproducción sexual , el material genético de dos individuos separados se une para formar unadescendencia que tiene una nueva combinación de rasgos heredados. Mezclando los genes en cadageneración, la reproducción sexual produce una tremenda diversidad dentro de una población. Ladiversidad genética, a su vez, favorece la oportunidad de que algunos individuos sobrevivirán aún cuandolas condiciones ambientales cambien. La reproducción sexual es por lo tanto una estrategia muy exitosa,sobre todo en un ambiente dónde las condiciones ambientales pueden cambiar frecuentemente. Es muycomún entre las plantas y animales (figura 1.5 b,c).

Si cada organismo se reproduce, debe crecer y desarrollarse hasta la madurez. El ciervito de la figura 1.5 c,por ejemplo, empezó como una única célula, un diminuto huevo fertilizado dentro de su madre. Esa céluladividió una y otra vez produciendo muchas más células y, convirtiéndose en un embrión. La división celular continuada y la especialización formaron el cervatillo recién nacido, que madurará en el futuro y seconvertirá en un adulto que también se reproducirá, de la misma manera que lo hicieron sus padres.

6. La vida evoluciona

Una de las preguntas más intrigantesque existe en biología es ¿cómo losorganismos consiguieron estar tan bien preparados o adaptados a sus

ambientes?. El cuerpo de un pingüinoestá perfectamente adaptado para nadar velozmente en el agua, a pesar de quees una ave. Los delfines y las orcas sonparecidas a los tiburones, a pesar de queson mamíferos, mas emparentados connosotros que con los peces.Las flores tubulares tienen formasperfectamente preparadas para que losanimales que las polinizan, como loscolibríes y las mariposas puedan meter sus lenguas hasta el fondo, donde haynéctar, y precisamente tanto colibríes

como mariposas desarrollaron largaslenguas para poder introducirlas en esasflores tubulares y alimentarse con el jugoazucarado que poseen en su interior... Algunos organismos tienen un patrón decoloración que les permite “desaparecer”sobre los colores del ambiente en el queviven, como la serpiente de la fig 1.6.

Estos y una cantidad innumerable de otros ejemplos ilustran las adaptaciones de los seres vivos .Una adaptación es una característica heredada o una conducta que le permiten a un organismo sobrevivir y reproducirse con éxito en su ambiente.

Pero, la pregunta que surge ahora es ¿de dónde provienen o cómo consiguieron tener esas características

o conductas que les sirven para sobrevivir? La respuesta es por medio de la selección natural .

Para comprender rápidamente qué es la selección natural, imaginá que estamos en un bosquecito deseibos (o ceibos, se escribe indistintamente con s o con c) del delta del río Paraná. La disponibilidad deagua, la cantidad de luz que reciben los árboles del bosquecito y el espacio donde crecen no son recursosilimitados: la luz del sol puede llegar poco al suelo, donde crecen los retoños de los seibos, o puede haber temporadas de sequía, o no hay espacio suficiente para que crezcan más árboles en ese lugar. Por otrolado, un solo árbol de seibo puede producir por temporada varios centenares de semillas, listas paragerminar y crecer una vez que encuentren recursos suficientes. Pero no todos los árboles de seibo sonidénticos. Algunos pueden tener pequeñas variaciones, que son cambios en los genes del ADN de cadaindividuo (por ejemplo, unos son más altos que otros, o pueden tolerar mejor las sequías, o son másresistentes a plagas de insectos, etc…) esto significa que en ese bosque de seibos, hay variaciones  quepueden ser transmitidas a las semillas (la descendencia del arbol).

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Si alguna de estas variaciones está presente en una semilla y ésta germina, el futuro arbolito tendrá unaventaja extra sobre aquellos congéneres que no poseen esa variación. Por ejemplo, si la variación consisteen que los árboles al crecer suelen alcanzar una mayor altura, entonces tendrán mucha más luz del sol parafabricar su alimento (recordá que las plantas son organismos fotoautótrofos) y, a la vez, taparán con sucopa más alta una buena parte del bosque. Al estar mejor preparados para el ambiente debido a esas variaciones que les da ventaja sobre otrosindividuos, podrán reproducirse más y producir muchas semillas que otros arbolitos que no poseen esaventaja. Los árboles en desventaja, al no poder tener tanto acceso a la luz del sol, no producirán tantassemillas y posiblemente se sequen sin dejar descendencia.Entonces, una buena definición de selección natural sería entonces, el éxito reproductor mejorado de ciertosindividuos de una población basada en las características heredadas.

Con el tiempo, los individuos con las combinaciones de genes que mejor lo preparan para vivir en suambiente y reproducir sobreviven, mientras que aquéllos que tienen características menos convenientes nosobrevivirán.Después de muchas generaciones, los individuos con los rasgos adaptables constituyen la mayoría o todala población. Pero el ambiente constantemente está cambiando. Los continentes cambian, los niveles delmar suben y bajan, los climas se vuelven cálidos o fríos... ¿Qué le pasa a una población cuando los factoresdel entorno cambian? Sólo algunos organismos sobreviven: aquéllos con los rasgos más convenientes paraese nuevo ambiente.

No hace falta ir hasta un bosque lejano o extrañas selvas tropicales para estudiar la selección natural. Estapuede estar operando ahora, en nuestro propio cuerpo (ver fig. 1.7). Algunos rasgos que pueden haber sido una vez raros, se vuelven comunes con el éxito reproductor de losindividuos que los poseen.

Notá que, sin embargo, este resultado depende de la variabilidad (la cantidad de variaciones que tienen losindividuos dentro de la población). Si ningún individuo puede reproducirse en el nuevo ambiente, lasespecies pueden extinguirse.

La selección natural es un mecanismo de evolución relacionado con un cambio en los genes de unapoblación a través de múltiples generaciones. Aunque la evolución también puede ocurrir de otras maneras, la selección natural es el único mecanismoque selecciona para las adaptaciones. Charles Darwin se hizo famoso en 1860 después de la publicaciónde su libro “El Origen de Especies por medio de Selección Natural”, que introdujo la teoría de evolución por la selección natural; otro naturalista, Alfred Russel Wallace, independientemente desarrolló la misma idea aalrededor del mismo tiempo.La evolución es la idea más poderosa en biología. La evolución ha estado operando desde que la vidaempezó, y explica la enorme diversidad actual de seres vivos. De hecho, las similitudes entre los

organismos existentes sugieren fuertemente que todas las especies descienden de una antepasado común.

La evolución ha moldeado la vida que ha poblado el planeta desde que las primeras células se formaronhace casi 4 mil millones años, y continúa haciéndolo en la actualidad.