BiologaOCTAVA EDICIN

LA VIDA EN LA TIERRA

AUDESIRK

AUDESIRK

B Y E RS

BiologaLA VIDA EN LA TIERRAO C TAVA E D I C I N

Teresa AudesirkUniversity of Colorado at Denver and Health Science Center

Gerald AudesirkUniversity of Colorado at Denver and Health Science Center

Bruce E. ByersUniversity of Massachusetts, AmherstTRADUCCIN

Augusta Victoria Flores FloresTraductora profesional REVISIN TCNICA

Vicente Gerardo Hernndez HernndezPreparatoria de la Universidad La Salle

Paula Corts GarcaColegio Gimnasio del Norte Bogot, Colombia

Vctor Hugo Blanco LozanoITESM Campus Puebla

AUDESIRK TERESA; AUDESIRK GERALD; BYERS, BRUCE E. Biologa: La vida en la Tierra Pearson Educacin de Mxico, 2008 ISBN 978-970-26-1194-3 rea: Ciencias Formato 21 27 Pginas: 1024

Authorized translation from the English Language edition, entitled Biology: Life on earth with physiology, 8th Edition by Teresa Audesirk, Gerald Audesirk and Bruce E. Byers, published by Pearson Education Inc., publishing as PRENTICE HALL INC., Copyright 2008. All rights reserved. Versin en espaol de la obra titulada Biology: Life on earth with physiology, 8 edicin, de Teresa Audesirk, Gerald Audesirk y Bruce E. Byers, publicada originalmente en ingls por Pearson Education Inc., publicada como PRENTICE HALL INC., Copyright 2008. Todos los derechos reservados. ISBN 0-13-195766-X Esta edicin en espaol es la nica autorizada. Edicin en espaol Editor: e-mail: Editor de desarrollo: Supervisor de produccin: Edicin en inglsEditor: Jeff Howard Development Editor: Anne Scanlan-Rohrer Production Editor: Tim Flem/PublishWare Media Editor: Patrick Shriner Executive Managing Editor: Kathleen Schiaparelli Editor in Chief of Development: Carol Trueheart Media Production: nSight Managing Editor, Science Media: Rich Barnes Director of Marketing: Patrick Lynch Marketing Assistant: Jessica Muraviov Director of Creative Services: Paul Belfanti Creative Director: Juan Lopez Art Director: John Christiana Interior Design: Maureen Eide Cover Designers: Maureen Eide and John Christiana Page Composition: PublishWare Manufacturing Manager: Alexis Heydt-Long Buyer: Alan Fischer Senior Managing Editor, Art Production and Management: Patricia Burns Manager, Production Technologies: Matthew Haas Managing Editor, Art Management: Abigail Bass Art Development Editor: Jay McElroy Art Production Editor: Rhonda Aversa Manager, Art Production: Sean Hogan Assistant Manager, Art Production: Ronda Whitson Illustrations: ESM Art Production; Lead Illustrators: Daniel Knopsnyder, Stacy Smith, Nathan Storck; Imagineering; Stephen Graepel Cartographer: GeoNova, LLC Assistant Managing Editor, Science Supplements: Karen Bosch Editorial Assistant: Gina Kayed Production Assistant: Nancy Bauer Director, Image Resource Center: Melinda Reo Manager, Rights and Permissions: Zina Arabia Interior Image Specialist: Beth Boyd Brenzel Cover Image Specialist: Karen Sanatar Image Permission Coordinator: Debbie Latronica Photo Researcher: Yvonne Gerin Cover Photograph: Rockhopper Penguins; The Neck, Saunders Island, Falkland Islands, by Laura Crawford Williams

Enrique Quintanar Duarte enrique.quintanar@pearsoned.com Felipe Hernndez Carrasco Rodrigo Romero Villalobos

OCTAVA EDICIN, 2008 D.R. 2008 por Pearson Educacin de Mxico, S.A. de C.V. Atlacomulco Nm. 500, 5 Piso Col. Industrial Atoto 53519, Naucalpan de Jurez, Edo. de Mxico Cmara Nacional de la Industria Editorial Mexicana. Reg. Nm. 1031 Prentice Hall es una marca registrada de Pearson Educacin de Mxico, S.A. de C.V. Reservados todos los derechos. Ni la totalidad ni parte de esta publicacin pueden reproducirse, registrarse o transmitirse, por un sistema de recuperacin de informacin, en ninguna forma ni por ningn medio, sea electrnico, mecnico, fotoqumico, magntico o electroptico, por fotocopia, grabacin o cualquier otro, sin permiso previo por escrito del editor. El prstamo, alquiler o cualquier otra forma de cesin de uso de este ejemplar requerir tambin la autorizacin del editor o de sus representantes. ISBN 10: 970-26-1194-6 ISBN 13: 978-970-26-1194-3 Impreso en Mxico. Printed in Mexico. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 - 11 10 09 08

Resumen de Contenido1 Introduccin a la vida en la Tierra 1

UNIDAD2 3 4 5 6 7 8

1

La vida de una clula 19

UNIDAD25 26 27 28 29 30

4

Comportamiento y ecologa 487512

tomos, molculas y vida 20 Molculas biolgicas 36 Estructura y funcin de la clula 56 Estructura y funcin de la membrana celular 80 Flujo de energa en la vida de una clula 100 Captacin de energa solar: Fotosntesis 116 Obtencin de energa: Gluclisis y respiracin celular 132

Comportamiento animal 488 Crecimiento y regulacin de las poblaciones Interacciones de la comunidad 536 Cmo funcionan los ecosistemas? 558 Los diversos ecosistemas de la Tierra 580 Conservacin de la biodiversidad de la tierra

610

UNIDAD

5648

Anatoma y fisiologa de los animales 633

UNIDAD9 10 11 12 13

2 3

31

Homeostasis y organizacin del cuerpo animal 634 Circulacin Respiracin 668 Nutricin y digestion El sistema urinario 684 720 706

Herencia

147

32 33 34 35 36 37 38 39 40 41

DNA: La molcula de la herencia 148 Expresin y regulacin de los genes 166 La continuidad de la vida: Reproduccin celular 190 Patrones de herencia 220 Biotecnologa 250

Defensas contra la enfermedad

Control qumico del organismo animal: El sistema endocrino 740 El sistema nervioso y los sentidos 760 Accin y sostn: Los msculos y el esqueleto 796 Reproduccin animal Desarrollo animal 814

UNIDAD14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

Evolucin y diversidad de la vida 275

Principios de la evolucin 276 Cmo evolucionan los organismos 294 El origen de las especies 314 Historia de la vida 330 Sistemtica: Bsqueda de orden en medio de la diversidad 356 La diversidad de los procariotas y los virus La diversidad de los protistas 386 La diversidad de las plantas 402 La diversidad de los hongos 422 Diversidad animal I:Invertebrados 440 Diversidad animal II: Vertebrados 468

836

UNIDAD370 42 43 44

6

Anatoma y fisiologa de las plantas 857

Anatoma de las plantas y transporte de nutrimentos 858 Reproduccin y desarrollo de las plantas 886 Respuestas de las plantas al ambiente 908

EnsayosGUARDIN DE LA TIERRAPor qu devemos preservar la biodiversidad? Especies en peligro de extincin: De la poza gnica a los charcos de genes Hibridacin y extincin El caso de las setas que desaparecen Ranas en peligro Hemos excedido la capacidad de carga de la Tierra? Especies invasoras trastornan las interacciones de la comunidad Las sustancias txicas se acumulan a lo largo de las cadenas alimentarias Los polos en peligro El agujero de ozono, una abertura en nuestro escudo protector Restauracin de los Everglades Problemas intrincados: Tala, pesca y cacera furtiva En defensa de las tortugas marinas Recuperacin de un depredador clave Preservacin de la biodiversidad con caf cultivado a la sombra Engao endocrino Las plantas ayudan a regular la distribucin del agua Dods, murcilagos y ecosistemas perturbados 12 308 322 435 476 528 541 566 576 586 616 618 621 624 629 754 878 898

INVESTIGACIN CIENTFICAExperimentos controlados, antes y ahora La radiactividad en la investigacin En busca de la clula El descubrimiento de las acuaporinas El DNA es la molcula de la herencia de los bacterifagos El descubrimiento de la doble hlice El RNA ya no es slo un mensajero Copias al carbn, la clonacin en la naturaleza y en el laboratorio Fibrosis qustica Aguas termales y la ciencia del calor Charles Darwin: La naturaleza era su laboratorio Cmo sabemos qu tan antiguo es un fsil? La gentica molecular pone al descubierto las relaciones evolutivas Hormigas y acacias: Una asociacin ventajosa El descubrimiento de las vacunas Neuroimgenes: Una mirada al interior de la caja negra En busca de un anticonceptivo masculino La promesa de las clulas madre Cmo se descubrieron las hormonas vegetales? 6 24 64 89 152 156 183 202 234 256 282 338 365 549 732 780 832 843 912

GUARDIN DE LA BIOTECNOLOGAArroz dorado 267

GUARDIN DE LA SALUDEl colesterol, aliado y enemigo Por qu aumentamos de peso si ingerimos azcar? Sexo, envejecimiento y mutaciones Cncer, divisin celular mittica descontrolada Diagnstico gentico prenatal Al rescate de los corazones enfermos Fumar: una decisin de vida Cuando se antoja una hamburguesa con queso Las lceras digieren el tracto digestivo Cuando los riones fallan El combate a la influenza: Es inminente una pandemia de gripe aviar? Drogas, enfermedades y neurotransmisores Como se repara un hueso fracturado Osteoporosis: Cuando los huesos se vuelven quebradizos Enfermedades de transmisin sexual Reproduccin con alta tecnologa La placenta slo brinda una proteccin parcial Eres alrgico al polen? 47 144 184 208 268 654 678 687 699 714 734 769 808 810 828 831 852 890

ENLACES CON LA VIDALa vida que nos rodea Alimentacin saludable? Alimentos sintticos? Huspedes indeseables La falta de una enzima produce intolerancia a la lactosa T vives gracias a las plantas Un tarro de vino, una rebanada de pan y un tazn de col agria Gentica, evolucin y medicina Biotecnologa, de lo sublime a lo ridculo Los nombres cientficos y la vanidad Un mundo pequeo Comensales indeseables Recolecta con cuidado Ayudantes de cirujanos Los animales pertenecen a los laboratorios? Pisar ligeramente: Qu tan grande es tu huella? Es posible hacer una diferencia Disfrutar del chocolate y salvar selvas tropicales? Qu pueden hacer los individuos? Calor o humedad? Quienes abandonan el hbito de fumar son ganadores Demasiado lquido para beber? Ms cerca de la cura de la diabetes Caminar con un perro Por qu el parto es tan difcil? 14 29 41 77 113 129 139 178 266 328 367 378 436 454 483 533 577 591 630 637 680 717 756 811 854

DE CERCAUn asunto peliagudo Quimismosis, la sntesis de ATP en los cloroplastos Gluclisis Reacciones de la matrz mitocondrial Estructura y duplicacin del DNA La sntesis de protenas, un asunto de alta energa El principio de Hardy-Weinberg Especiacin por mutacin Reconstruccin de los rboles filogenticos Cmo se replican los virus? Las branquias y los gases: Un intercambio contracorriente Las nefronas y la formacin de orina Los iones y las seales elctricas en las neuronas El control hormonal del ciclo menstrual Cmo absorben agua y minerales las races? 52 124 136 141 159 180 298 326 362 382 674 712 766 826 874

CONEXIONES EVOLUTIVASPatas del carib y diversidad de membranas Los cientficos no ponen en duda la evolucin Nuestros ancestros unicelulares El ingenio de los hongos: Cerdos, escopetas y lazos Los seres humanos son un xito biolgico? Por qu juegan los animales? El camuflaje es capaz de dividir una especie? La evolucin de las hormonas Sentidos poco comunes Adaptaciones especiales de raices, tallos y hojas 96 326 400 435 482 508 554 756 790 880

ContenidoPrefacio xxiii1.4 Cmo clasifican los cientficos en categoras la diversidad de los seres vivos? 14Los dominios Bacteria y Archaea estn constituidos por clulas; el dominio Eukarya se compone de clulas eucariticas 14 Los dominios Bacteria y Archaea, as como los miembros del reino Protista, son principalmente unicelulares; los miembros de los reinos Fungi, Plantae y Animalia son bsicamente multicelulares 15 Los miembros de los distintos reinos tienen formas diferentes de obtener energa 15

1

Introduccin a la vida en la Tierra 11

ESTUDIO DE CASO La vida en la Tierra Y en algn otro lugar?

1.1 Cmo estudian la vida los cientficos?La vida puede estudiarse en diferentes niveles de organizacin 2 Los principios cientficos fundamentan toda investigacin cientfica 3 El mtodo cientfico es la base de la investigacin cientfica 4 La comunicacin es esencial para la ciencia 5

2

1.5 Cmo ilumina la vida diaria el conocimiento de la biologa?

15

OTRO VISTAZO AL ESTUDIO DE CASO La vida en la Tierra y en algn otro lugar? 17

UNIDAD

1192021

La ciencia es un esfuerzo humano 5 INVESTIGACIN CIENTFICA Experimentos controlados, antes y ahora 6 Las teoras cientficas se han probado una y otra vez 8

La vida de una clula9

1.2 Evolucin: La teora unificadora de la biologaTres procesos naturales sustentan la evolucin 9

2

tomos, molculas y vida

ESTUDIO DE CASO Caminando sobre el agua

1.3 Cules son las caractersticas de los seres vivos? 10Los seres vivos son complejos, estn organizados y se componen de clulas 11 Los seres vivos mantienen condiciones internas relativamente constantes mediante la homeostasis 11 GUARDIN DE LA TIERRA Por qu debemos preservar la biodiversidad? 12 Los seres vivos responden ante estmulos 13 Los seres vivos obtienen y usan materiales y energa 13 ENLACES CON LA VIDA La vida que nos rodea 14 Los seres vivos crecen 14 Los seres vivos se reproducen 14 En conjunto, los seres vivos poseen la capacidad de evolucionar 14

2.1 QU SON LOS TOMOS? 22Los tomos, las unidades estructurales fundamentales de la materia, se componen de partculas an ms pequeas 22

2.2 CMO INTERACTAN LOS TOMOS PARA FORMAR MOLCULAS? 23Los tomos interactan con otros tomos cuando hay vacos en sus capas de electrones ms externas 23 INVESTIGACIN CIENTFICA La radiactividad en la investigacin 24 Los tomos con carga, llamados iones, interactan para formar enlaces inicos 25 Los tomos sin carga pueden estabilizarse compartiendo electrones para formar enlaces covalentes 26 Los puentes de hidrgeno son atracciones elctricas entre las molculas que tienen enlaces covalentes polares o dentro de stas 28

2.3 Por qu el agua es tan importante para la vida? 28El agua interacta con muchas otras molculas 28 ENLACES CON LA VIDA Alimentacin saludable? 29 Las molculas de agua tienden a mantenerse unidas 30 Las soluciones en agua pueden ser cidas, bsicas y neutras 31 El agua modera los efectos de los cambios de temperatura 32 El agua forma un slido singular: El hielo 32 OTRO VISTAZO AL ESTUDIO DE CASO Caminando sobre el agua 33

3

Molculas biolgicas

3637

ESTUDIO DE CASO Protenas misteriosas

3.1 Por qu el carbono es tan importante en las molculas biolgicas? 38

CONTENIDO El citoesqueleto brinda forma, soporte y movimiento 63 INVESTIGACIN CIENTFICA En busca de la clula 64 Los cilios y flagelos mueven a la clula o a los lquidos para que stos pasen por la clula 67 El ncleo es el centro de control de la clula eucaritica 67 El citoplasma eucaritico incluye un complejo sistema de membranas 70 Las vacuolas desempean muchas funciones, como regulacin del agua, soporte y almacenamiento 72 Las mitocondrias extraen energa de las molculas de alimento y los cloroplastos captan la energa solar 73 Las plantas utilizan plstidos para almacenamiento 74

3.2 Cmo se sintetizan las molculas orgnicas?

38

4.4 Cules son las caractersticas principales de las clulas procariticas? 75Las clulas procariticas son pequeas y poseen caractersticas superficiales especializadas 75 Las clulas procariticas tienen menos estructuras especializadas dentro del citoplasma 76 ENLACES CON LA VIDA Huspedes indeseables OTRO VISTAZO AL ESTUDIO DE CASO Respuestas para cuerpos humanos 77

Las molculas biolgicas se unen o se desintegran agregando o eliminando agua 39

3.3 Qu son los carbohidratos? 39Hay diversos monosacridos con estructuras ligeramente distintas 39 ENLACES CON LA VIDA Alimentos sintticos? 41 Los disacridos consisten en dos azcares simples que se enlazan mediante sntesis por deshidratacin 41 Los polisacridos son cadenas de azcares simples 42

77

5

3.4 Qu son los lpidos? 44Los aceites, las grasas y las ceras son lpidos que slo contienen carbono, hidrgeno y oxgeno 44 Los fosfolpidos tienen cabezas solubles en agua y colas insolubles en agua 46 Los esteroides consisten en cuatro anillos de carbono fusionados 46 GUARDIN DE LA SALUD El colesterol, aliado y enemigo 47

Estructura y funcin de la membrana celular 8081

ESTUDIO DE CASO Venenos nocivos

5.1 Qu relacin hay entre la estructura de una membrana celular y su funcin?

82

3.5 Qu son las protenas? 47Las protenas se forman a partir de cadenas de aminocidos 48 Los aminocidos se unen para formar cadenas mediante sntesis por deshidratacin 49 Una protena puede tener hasta cuatro niveles de estructura 49 Las funciones de las protenas estn ligadas a sus estructuras tridimensionales 51 DE CERCA Un asunto peliagudo 52

Las membranas celulares aslan el contenido de la clula mientras permiten la comunicacin con el ambiente 82 Las membranas son mosaicos fluidos en los que las protenas se mueven dentro de las capas de lpidos 82 La bicapa de fosfolpidos es la porcin fluida de la membrana 83 Una variedad de protenas forman un mosaico dentro de la membrana 84

5.2 Cmo logran las sustancias atravesar las membranas? 85Las molculas de los fluidos se mueven en respuesta a los gradientes 85 El movimiento a travs de las membranas se efecta mediante transporte pasivo y activo 86 El transporte pasivo incluye difusin simple, difusin facilitada y smosis 86 INVESTIGACIN CIENTFICA El descubrimiento de las acuaporinas 89 El transporte activo utiliza energa para mover molculas en contra de sus gradientes de concentracin 91 Las clulas absorben partculas o fluidos mediante endocitosis 92 La exocitosis saca materiales de la clula 94 El intercambio de materiales a travs de las membranas influye en el tamao y la forma de la clula 94

3.6 Qu son los cidos nucleicos? 53El DNA y el RNA (las molculas de la herencia) son cidos nucleicos 53 Otros nucletidos actan como mensajeros intracelulares y portadores de energa 53 OTRO VISTAZO AL ESTUDIO DE CASO Protenas misteriosas

54

4

Estructura y funcin de la clula57

56

ESTUDIO DE CASO Repuestos para cuerpos humanos

4.1 Qu es la teora celular?

59

4.2 Cules son las caractersticas bsicas de las clulas? 59Las funciones de las clulas limitan su tamao 59 Todas las clulas tienen caractersticas comunes 59 Hay dos tipos bsicos de clulas: procariticas y eucariticas 62

5.3 Cmo las uniones especializadas permiten a las clulas establecer conexiones y comunicarse? 95Los desmosomas unen las clulas 95 Las uniones estrechas impiden las filtraciones en las clulas Las uniones en hendidura y los plasmodesmos permiten la comunicacin entre clulas 96 CONEXIONES EVOLUTIVAS Patas de carib y diversidad de membranas 96 OTRO VISTAZO AL ESTUDIO DE CASO Venenos nocivos 97 95

4.3 Cules son las caractersticas principales de las clulas eucariticas? 63

CONTENIDO

vii

6

Flujo de energa en la vida de una clula 100101 Las leyes de la termodinmica describen las propiedades bsicas de la energa 102 Los seres vivos utilizan la energa de la luz solar para crear las condiciones de baja entropa de la vida 103

7.5 Agua, CO2 y la va C4 127Cuando los estomas se cierran para conservar agua se lleva a cabo la derrochadora fotorrespiracin 127 Las plantas C4 reducen la fotorrespiracin mediante un proceso de fijacin de carbono en dos etapas 129 Las plantas C3 y C4 se adaptan a condiciones ambientales diferentes 129 ENLACES CON LA VIDA T vives gracias a las plantas 129 OTRO VISTAZO AL ESTUDIO DE CASO Los dinosaurios murieron por falta de luz solar? 130

ESTUDIO DE CASO Energa liberada

6.1 Qu es energa? 102

6.2 Cmo fluye la energa en las reacciones qumicas? 103Las reacciones exergnicas liberan energa 104 Las reacciones endergnicas requieren un aporte neto de energa 105 Las reacciones acopladas enlazan reacciones endergnicas y exergnicas 105

8

Obtencin de energa: Gluclisis y respiracin celular

132

ESTUDIO DE CASO Cuando los atletas aumentan el nmero de glbulos rojos: tienen xito quienes engaan? 133

6.3 Cmo se transporta energa celular entre reacciones acopladas? 105El ATP es el principal portador de energa en las clulas 105 Los portadores de electrones tambin transportan energa dentro de las clulas 107

8.1 Cmo obtienen energa las clulas?

134134

6.4 Cmo controlan las clulas sus reacciones metablicas?

La fotosntesis es la ltima fuente de energa celular La glucosa es una molcula clave en el almacenamiento de energa 134 Descripcin general de la descomposicin de la glucosa 134

108

A temperaturas corporales, las reacciones espontneas son demasiado lentas para sustentar la vida 108 Los catalizadores reducen la energa de activacin 108 Las enzimas son catalizadores biolgicos 108 Las clulas regulan el metabolismo al controlar las enzimas 110 Los venenos, las drogas y el ambiente influyen en la actividad de las enzimas 111 ENLACES CON LA VIDA La falta de una enzima produce intolerancia a la lactosa 113 OTRO VISTAZO AL ESTUDIO DE CASO Energa liberada 113

8.2 Cmo se capta la energa de la glucosa durante la gluclisis? 135La gluclisis descompone la glucosa en piruvato y libera energa qumica 135 En ausencia de oxgeno, la fermentacin sigue a la gluclisis 135 DE CERCA Gluclisis 136

8.3 Cmo logra la respiracin celular captar energa adicional de la glucosa? 138La respiracin celular en las clulas eucariticas se realiza en las mitocondrias 138 ENLACES CON LA VIDA Un tarro de vino, una rebanada de pan y un tazn de col agria 139 El piruvato se descompone en la matriz mitocondrial liberando ms energa 139 Los electrones de alta energa viajan a travs de la cadena de transporte de electrones 140 DE CERCA Reacciones de la matrz mitocondrial 141 La quimismosis capta la energa almacenada en un gradiente de iones hidrgeno y produce ATP 141

7

Captacin de energa solar: Fotosntesis 116

ESTUDIO DE CASO Los dinosaurios murieron por falta de luz solar? 117

7.1 Qu es la fotosntesis?

118

Las hojas y los cloroplastos son adaptaciones para la fotosntesis 118 La fotosntesis consiste en reacciones dependientes e independientes de la luz 119

7.2 Reacciones dependientes de la luz: Cmo se convierte la energa luminosa en energa qumica? 120Durante la fotosntesis, los pigmentos de los cloroplastos captan primero la luz 120 Las reacciones dependientes de la luz se efectan dentro de las membranas tilacoideas 121 DE CERCA Quimismosis, la sntesis de ATP en los cloroplastos 124

7.3 Reacciones independientes de la luz: Cmo se almacena la energa qumica en las molculas de glucosa? 125El ciclo C3 capta dixido de carbono 125 El carbono fijado durante el ciclo C3 se utiliza para sintetizar glucosa 126

viii

CONTENIDO

8.4 Recapitulacin 142Un resumen de la descomposicin de la glucosa en las clulas eucariticas 142 La gluclisis y la respiracin celular influyen en el funcionamiento de los organismos 142 GUARDIN DE LA SALUD Por qu aumentamos de peso si ingerimos azcar? 144 OTRO VISTAZO AL ESTUDIO DE CASO Cuando los atletas aumentan el nmero de glbulos rojos: Tienen xito quienes engaan? 145

9.5 Cmo ocurren las mutaciones?

158

UNIDAD

2147148149

DE CERCA Estructura y duplicacin del DNA 159 La duplicacin exacta y la correccin del DNA permiten lograr una duplicacin del DNA casi libre de errores 162 A veces se producen errores 163 Las mutaciones van desde cambios en pares de nucletidos solos hasta movimientos de grandes segmentos de cromosomas 163 Las mutaciones pueden tener varios efectos en la funcin 163 OTRO VISTAZO AL ESTUDIO DE CASO Msculos, mutaciones y miostatina 163

Herencia

10

9

Expresin y regulacin de los genes 166167

DNA: La molcula de la herencia

ESTUDIO DE CASO Viva la diferencia!

ESTUDIO DE CASO Msculos, mutaciones y miostatina

10.1 Cul es la relacin entre los genes y las protenas?

168

9.1 Cmo descubrieron los cientficos que los genes estn compuestos de DNA? 150La transformacin bacteriana pone de manifiesto el vnculo entre los genes y el DNA 150

9.2 Cul es la estructura del DNA?

151

INVESTIGACIN CIENTFICA El DNA es la molcula de la herencia de los bacterifagos 152 El DNA se compone de cuatro nucletidos 154 El DNA es una doble hlice de dos cadenas de nucletidos 154 Los puentes de hidrgeno entre bases complementarias mantienen unidas las dos cadenas de DNA 154 INVESTIGACIN CIENTFICA El descubrimiento de la doble hlice 156

La mayora de los genes contienen informacin para la sntesis de una sola protena 168 El DNA da las instrucciones para la sntesis de protenas mediante intermediarios de RNA 169 Perspectiva general: La informacin gentica se transcribe al RNA y se traduce en protenas 170 El cdigo gentico utiliza tres bases para especificar un aminocido 171

10.2 Cmo se transcribe la informacin de un gen al RNA?

172

La transcripcin se inicia cuando la RNA polimerasa se une al promotor de un gen 172 El alargamiento prosigue hasta que la RNA polimerasa llega a una seal de terminacin 172

9.3 Cmo codifica el DNA la informacin? 157 9.4 Cmo logra la duplicacin del DNA asegurar la constancia gentica durante la divisin celular? 157La duplicacin del DNA es un acontecimiento fundamental en la vida de una clula 157 La duplicacin del DNA produce dos molculas de DNA idnticas, cada una con una cadena original (parental) y otra nueva (cadena hija) 157

10.3 Cmo se traduce la secuencia de bases de una molcula de RNA mensajero a protenas?El RNA mensajero transporta el cdigo para la sntesis de protenas del DNA a los ribosomas 173 Los ribosomas consisten en dos subunidades, cada una compuesta de RNA ribosmico y protenas 176 Las molculas de RNA de transferencia descifran la secuencia de bases del RNAm para obtener la secuencia de aminocidos de una protena 176 Durante la traduccin, el RNAm, el RNAt y los ribosomas cooperan para sintetizar protenas 176 Recapitulacin: Para descifrar la secuencia de bases del DNA y obtener la secuencia de aminocidos de una protena son necesarias la transcripcin y la traduccin 176 ENLACES CON LA VIDA Gentica, evolucin y medicina 178

10.4 Cmo influyen las mutaciones del DNA en la funcin de los genes? 178Las mutaciones tienen diversos efectos en la estructura y funcin de las protenas 179 Inversiones y translocaciones 179 Deleciones e inserciones 179 Sustituciones 179 DE CERCA La sntesis de protenas, un asunto de alta energa 180 Las mutaciones suministran la materia prima de la evolucin 180

10.5 Cmo se regulan los genes?

180

La regulacin de los genes en los procariotas 181 La regulacin de los genes en los eucariotas 182

CONTENIDO

ix

INVESTIGACIN CIENTFICA Copias al carbn, la clonacin en la naturaleza y en el laboratorio 202 Los puntos de control regulan el progreso durante el ciclo celular 204 La actividad de enzimas especficas impulsa el ciclo celular 204 Mecanismos de regulacin sobre los puntos de control 205

11.5 Por qu tantos organismos se producen sexualmente? 206Las mutaciones de DNA son la fuente ltima de la variabilidad gentica 206 La reproduccin sexual puede combinar diferentes alelos progenitores en un solo descendiente 207

11.6 Cmo la divisin celular meitica produce clulas haploides? 207La meiosis separa los cromosomas homlogos y produce ncleos hijos haploides 207 GUARDIN DE LA SALUD Cncer, divisin celular mittica descontrolada 208 La divisin celular meitica seguida por la fusin de gametos mantiene constante el nmero de cromosomas de una generacin a otra 209 La meiosis I separa los cromosomas homlogos en dos ncleos haploides hijos 209 La meiosis II separa las cromtidas hermanas en cuatro ncleos hijos 213

INVESTIGACIN CIENTFICA El RNA ya no es slo un mensajero 183 Las clulas eucariticas regulan la transcripcin de genes individuales, regiones de cromosomas o cromosomas enteros 183 GUARDIN DE LA SALUD Sexo, envejecimiento y mutaciones 184 OTRO VISTAZO AL ESTUDIO DE CASO Viva la diferencia! 186

11.7 Cundo ocurren la divisin celular meitica y mittica en el ciclo de la vida de los eucariotas? 213En los ciclos de vida haploides, la mayora del ciclo consta de clulas haploides 214 En los ciclos de vida diploides la mayora del ciclo consiste en clulas diploides 215 En la alternancia del ciclo de vida de las generaciones, hay tanto etapas multicelulares haploides como diploides 215

11

La continuidad de la vida: Reproduccin celular

190

ESTUDIO DE CASO Qu tanto vale la pena un buen bronceado? 191

11.1 Cul es la funcin de la reproduccin celular en la vida de clulas individuales y de organismos completos? 192El ciclo celular procaritico consiste en crecimiento y fisin binaria 193 El ciclo celular eucaritico consiste en la interfase y la divisin celular 194

11.8 De qu forma la meiosis y la reproduccin sexual originan variabilidad gentica? 216La redistribucin de homlogos crea combinaciones nuevas de cromosomas 216 El entrecruzamiento crea cromosomas con combinaciones nuevas de genes 217 La fusin de gametos aporta ms variabilidad gentica a la descendencia 217 OTRO VISTAZO AL ESTUDIO DE CASO Qu tanto vale la pena un buen bronceado? 217

11.2 Cmo se organiza el dna en los cromosomas de las clulas eucariticas? 195El cromosoma eucaritico consiste en una molcula de DNA lineal unida a protenas 195 Los cromosomas eucariticos se presentan habitualmente en pares homlogos con informacin gentica similar 197

12

Patrones de herencia

220221

ESTUDIO DE CASO Muerte sbita en la cancha

11.3 Cmo se reproducen las clulas por divisin celular mittica? 199Durante la profase los cromosomas se condensan y los microtbulos del huso se forman y se unen a los cromosomas 200 Durante la metafase los cromosomas se alinean a lo largo del ecuador de la clula 200 Durante la anafase las cromtidas hermanas se separan y son atradas hacia polos opuestos de la clula 200 Durante la telofase la envoltura nuclear se forma alrededor de ambos grupos de cromosomas 200 Durante la citocinesis el citoplasma se divide entre dos clulas hijas 200

12.1 Cul es la base fsica de la herencia?Los genes son secuencias de nucletidos en lugares especficos dentro de los cromosomas Los dos alelos de un organismo pueden ser iguales o diferentes 222

222222

12.2 Cmo estableci Gregor Mendel los cimientos de la gentica moderna? 12.3 Cmo se heredan los rasgos individuales? 223

222222

Hacer bien las cosas: Los secretos del xito de Mendel

CONTENIDO La hiptesis de Mendel sirve para predecir el resultado de nuevos tipos de cruzas de rasgos individuales 226

12.4 Cmo se heredan los rasgos mltiples? 227Mendel plante la hiptesis de que los rasgos se heredan de forma independiente 227 En un mundo no preparado, el genio podra pasar inadvertido 228

12.5 Cmo se heredan los genes localizados en un mismo cromosoma? 229Los genes que estn en un mismo cromosoma tienden a heredarse juntos 229 La recombinacin crea nuevas combinaciones de alelos ligados 230

12.6 Cmo se determina el sexo y cmo se heredan los genes ligados a los cromosomas sexuales? 231Los genes ligados a los cromosomas sexuales se encuentran slo en el cromosoma X o slo en el cromosoma Y 231

12.7 Las leyes mendelianas de la herencia se aplican a todos los rasgos? 233Dominancia incompleta: el fenotipo de los heterocigotos es un intermedio entre los fenotipos de los homocigotos 233 Un solo gen puede tener mltiples alelos 233 INVESTIGACIN CIENTFICA Fibrosis qustica 234 Muchos rasgos reciben influencia de varios genes 235 Los genes individuales comnmente tienen mltiples efectos en el fenotipo 235 El ambiente influye en la expresin de los genes 237

13.3 Cmo se emplea la biotecnologa en la ciencia forense? 254La reaccin en cadena de la polimerasa amplifica una secuencia especfica de DNA 254 La eleccin de los iniciadores determina cules secuencias de DNA se amplifican 255 La electroforesis en gel separa los segmentos del DNA 256 INVESTIGACIN CIENTFICA Aguas termales y la ciencia del calor 256 Las sondas de DNA se emplean para etiquetar secuencias de nucletidos especficas 257 Cada individuo tiene su propio perfil de DNA 258

12.8 Cmo se investigan las anomalas genticas humanas? 237 12.9 Cmo se heredan las anomalas humanas originadas por genes individuales? 238Algunas anomalas genticas humanas se deben a alelos recesivos 238 Algunas anomalas genticas humanas se deben a alelos dominantes 239 Algunas anomalas humanas estn ligadas a los cromosomas sexuales 240

13.4 Cmo se utiliza la biotecnologa en la agricultura? 258Muchos cultivos se modifican genticamente 258 Las plantas genticamente modificadas sirven para elaborar medicamentos 260 Los animales genticamente modificados pueden ser de utilidad en agricultura y en medicina 261

12.10 Cmo afectan a los seres humanos los errores en el nmero de cromosomas? 240Ciertas anomalas genticas humanas se deben a un nmero anormal de cromosomas sexuales Ciertas anomalas genticas humanas se deben a un nmero anormal de autosomas 243 OTRO VISTAZO AL ESTUDIO DE CASO Muerte sbita en la cancha 244 241

13.5 Cmo se emplea la biotecnologa para aprender sobre el genoma humano? 261 13.6 Cmo se utiliza la biotecnologa en el diagnstico mdico y en el tratamiento de las enfermedades? 262La tecnologa del DNA puede emplearse para diagnosticar trastornos hereditarios 262 La tecnologa del DNA ayuda a tratar las enfermedades 264

13

Biotecnologa

250251

13.7 Cules son las principales implicaciones ticas de la biotecnologa moderna? 265ENLACES CON LA VIDA Biotecnologa, de lo sublime a lo ridculo 266 Deberan permitirse en la agricultura los organismos genticamente modificados? 266 GUARDIN DE LA BIOTECNOLOGA Arroz dorado 267 268

ESTUDIO DE CASO Culpable o inocente?

13.1 Qu es la biotecnologa?

252

13.2 Cmo se recombina el DNA en la naturaleza? 252

GUARDIN DE LA SALUD Diagnstico gentico prenatal Debera cambiarse el genoma humano con la biotecnologa? 270

CONTENIDO

xi

UNIDAD

3276277

Evolucin y diversidad de la vida 275

La evolucin es el cambio de la frecuencia de alelos dentro de una poblacin 297 La poblacin en equilibrio es una poblacin hipottica donde no ocurre la evolucin 297 DE CERCA El principio de Hardy-Weinberg 298

15.2 Qu causa la evolucin?

298

14

Principios de la evolucin

ESTUDIO DE CASO Qu tan tiles son las muelas del juicio?

14.1 Cmo se desarrollaron las ideas sobre la evolucin? 278Los primeros estudios de biologa no incluan el concepto de evolucin 278 La exploracin de nuevos territorios revel una sorprendente diversidad de la vida 279 Algunos cientficos especularon que la vida haba evolucionado 279 Los descubrimientos de fsiles demostraron que la vida haba cambiado a lo largo del tiempo 279 Algunos cientficos idearon explicaciones no evolutivas a partir de los fsiles 280 La geologa ofreci la evidencia de que la Tierra es sumamente antigua 280 Algunos bilogos anteriores a Darwin propusieron mecanismos de evolucin 281 Darwin y Wallace describieron un mecanismo de evolucin 281 INVESTIGACIN CIENTFICA Charles Darwin: La naturaleza era su laboratorio 282

Las mutaciones son la fuente original de la variabilidad gentica 298 El flujo de genes entre poblaciones cambia las frecuencias de alelos 300 Las frecuencias de alelos pueden cambiar en poblaciones pequeas 300 El apareamiento dentro de una poblacin casi nunca es fortuito 304 No todos los genotipos son igualmente benficos 304

15.3 Cmo funciona la seleccin natural?

306

La seleccin natural es en realidad una reproduccin diferencial 306 La seleccin natural acta sobre los fenotipos 306 Algunos fenotipos se reproducen con mayor xito que otros 306 GUARDIN DE LA TIERRA Especies en peligro de extincin: De la poza gnica a los charcos de genes 308 La seleccin influye en las poblaciones de tres formas 309 OTRO VISTAZO AL ESTUDIO DE CASO Evolucin de una amenaza 311

16

El origen de las especies315

314

14.2 Cmo sabemos que ha habido evolucin? 282Los fsiles ofrecen evidencias del cambio evolutivo al paso del tiempo 283 La anatoma comparada ofrece evidencia de que la descendencia ha sufrido modificaciones 283 Las etapas embrionarias de los animales sugieren la existencia de antepasados comunes 286 Los anlisis bioqumicos y genticos modernos ponen de manifiesto el parentesco entre diversos organismos 286

ESTUDIO DE CASO Un mundo perdido

16.1 QU ES UNA ESPECIE? 316Los bilogos necesitan una clara definicin de especie 316 Las especies son grupos de poblaciones que se cruzan entre s 316 La apariencia resulta engaosa 316

16.2 Cmo se conserva el aislamiento reproductivo entre las especies? 317Los mecanismos de aislamiento anteriores al apareamiento impiden que especies diferentes se apareen 317 Los mecanismos de aislamiento posteriores al apareamiento limitan la descendencia hbrida 319

14.3 Cmo funciona la seleccin natural?

288288

La teora de Darwin y Wallace se basa en cuatro postulados Postulado 1: Las poblaciones varan 288 Postulado 2: Los rasgos se heredan 289 Postulado 3: Algunos individuos no logran sobrevivir y reproducirse 289 Postulado 4: El xito reproductivo no es aleatorio 289 La seleccin natural modifica las poblaciones al paso del tiempo 289

16.3 Cmo se forman nuevas especies?

320322

14.4 Qu pruebas se tienen de que las poblaciones evolucionan por seleccin natural? 289La reproduccin controlada modifica los organismos 289 La evolucin por seleccin natural ocurre en la actualidad 290

La separacin geogrfica de una poblacin conduce a la especiacin aloptrica 321 GUARDIN DE LA TIERRA Hibridacin y extincin El aislamiento ecolgico de una poblacin conduce a la especiacin simptrica 322 En ciertas condiciones, pueden surgir muchas nuevas especies 324

14.5 Eplogo de Charles Darwin 292OTRO VISTAZO AL ESTUDIO DE CASO Qu tan tiles son las muelas del juicio 292

15 Cmo evolucionan los organismosESTUDIO DE CASO Evolucin de una amenaza 295

294

15.1 Cmo se relacionan las poblaciones, los genes y la evolucin? 296

xii

CONTENIDO

17.5 Cul ha sido el papel de la extincin en la historia de la vida?

344345

La historia de la evolucin ha estado marcada por extinciones peridicas en masa 345 El cambio climtico contribuy con las extinciones en masa Los sucesos catastrficos pudieron haber causado las peores extinciones en masa 346

17.6 Cmo evolucionaron los seres humanos? 346Los seres humanos heredaron algunas adaptaciones de antiguos primates para vivir en los rboles 346 Los fsiles del homnido ms antiguo provienen de frica 347 Los homnidos ms antiguos podan mantenerse en pie y caminar erguidos 347 Varias especies de Australopithecus surgieron en frica 349 El gnero Homo se deriv del australopitecino hace 2.5 millones de aos 349 La evolucin del Homo estuvo acompaada por adelantos en la tecnologa de las herramientas 349 Los hombres de Neanderthal tenan cerebros grandes y excelentes herramientas 350 Los seres humanos modernos surgieron hace menos de 200,000 aos 350 Varias oleadas de homnidos emigraron de frica 351 El origen evolutivo de los cerebros grandes quizs est relacionado con el consumo de carne 351 El origen evolutivo de la conducta humana es altamente especulativo 353 La evolucin cultural de los seres humanos es ahora mucho ms rpida que la evolucin biolgica 353 OTRO VISTAZO AL ESTUDIO DE CASO Gente pequea, historia grande 353

16.4 A qu se debe la extincin? 324La distribucin localizada y la especializacin excesiva aumentan la vulnerabilidad de las especies ante los cambios ambientales 324 Las interacciones con otros organismos pueden llevar a una especie a su extincin 325 DE CERCA Especiacin por mutacin 326 El cambio y la destruccin del hbitat son las causas principales de la extincin 326 CONEXIONES EVOLUTIVAS Los cientficos no ponen en duda la evolucin 326 ENLACES CON LA VIDA Los nombres cientficos y la vanidad 328 OTRO VISTAZO AL ESTUDIO DE CASO Un mundo perdido 328

17

Historia de la vida

330331

ESTUDIO DE CASO Gente pequea, historia grande

18

17.1 Cmo empez la vida? 332Los experimentos refutaron la generacin espontnea 332 Los primeros organismos vivos surgieron de los no vivos 332 El RNA pudo haber sido la primera molcula en autorreplicarse 334 Las microesferas membranosas pudieron haber encerrado las ribozimas 334 Pero, realmente sucedi todo esto? 334

Sistemtica: Bsqueda de orden en medio de la diversidad 356357

ESTUDIO DE CASO El origen de un asesino

18.1 Cmo se nombran y clasifican los organismos? 358Cada especie tiene un nombre nico constituido por dos elementos 358 La clasificacin se origin como una jerarqua de categoras 358 Los sistemticos identifican las caractersticas que revelan las relaciones evolutivas 358 La anatoma desempea un papel clave en la sistemtica 359 Las semejanzas moleculares tambin son tiles para reconstruir la filogenia 360

17.2 Cmo eran los primeros organismos? 335Los primeros organismos fueron procariotas anaerobios 335 Algunos organismos adquirieron la capacidad de captar la energa solar 337 La fotosntesis aument la cantidad de oxgeno en la atmsfera 337 El metabolismo aerbico surgi como respuesta a la crisis del oxgeno 337 Algunos organismos adquirieron organelos encerrados en membranas 337 INVESTIGACIN CIENTFICA Cmo sabemos qu tan antiguo es un fsil? 338

18.2 Cules son los dominios de la vida?

360

17.3 Cmo eran los primeros organismos multicelulares?

El sistema de cinco reinos mejor los esquemas de clasificacin 360 El sistema de tres dominios refleja con ms precisin la historia de la vida 360 La clasificacin en trminos de reinos an no est totalmente establecida 361 DE CERCA Reconstruccin de los rboles filogenticos 362

339340

18.3 Por qu cambian las clasificaciones?La designacin de las especies cambia cuando se descubre nueva informacin 364 La definicin de especie biolgica en ocasiones es difcil o imposible de aplicar 364 INVESTIGACIN CIENTFICA

364

Algunas algas se volvieron multicelulares 340 La diversidad animal surgi en la era precmbrica

17.4 Cmo lleg la vida a la tierra firme?

340

CONTENIDO

xiii

18.4 Cuntas especies existen?OTRO VISTAZO AL ESTUDIO DEL CASO: El origen de un asesino 367

366367

ENLACES CON LA VIDA Un mundo pequeo

20

La diversidad de los protistas387

386

ESTUDIO DE CASO: El monstruo verde

19

La diversidad de los procariotas y los virus 370371

20.1 Qu son los protistas?

388

ESTUDIO DE CASO: Agentes de muerte

19.1 Cules son los organismos que constituyen los dominios procariticos Bacteria y Archaea? 372Las bacterias y las arqueas son fundamentalmente diferentes 372 Los procariotas dentro de cada dominio son difciles de clasificar 372 Los procariotas difieren en tamao y forma 373

La mayora de los protistas son unicelulares 389 Los protistas presentan diversas formas de nutricin 389 Los protistas emplean diversas formas de reproduccin 389 Los protistas provocan efectos importantes en los humanos 390

20.2 Cules son los principales grupos de protistas? 390Los excavados carecen de mitocondrias 390 Los euglenozoos tienen mitocondrias caractersticas 391 Los stramenopiles incluyen organismos fotosintticos y no fotosintticos 392 Los alveolados incluyen parsitos, depredadores y fitoplancton 393 Los cercozoos tienen seudpodos delgados y conchas complejas 395 Los amebozoos habitan en ambientes acuticos y terrestres 397 Las algas rojas habitan principalmente en los ocanos tropicales de aguas transparentes 398 La mayora de las algas verdes habitan en estanques y lagos 399 CONEXIONES EVOLUTIVAS Nuestros ancestros unicelulares 400 OTRO VISTAZO AL ESTUDIO DE CASO: El monstruo verde 400

19.2 Cmo sobreviven y se reproducen los procariotas? 373Algunos procariotas son mviles 373 Muchas bacterias forman pelculas en las superficies 373 Las endosporas protectoras permiten a algunas bacterias soportar condiciones adversas 374 Los procariotas se especializan en hbitat especficos 374 Los procariotas presentan diversos tipos de metabolismo 375 Los procariotas se reproducen por fisin binaria 375 Los procariotas pueden intercambiar material gentico sin reproducirse 376

19.3 Cmo afectan los procariotas a los humanos y a otros eucariotas? 376Los procariotas desempean papeles importantes en la nutricin animal 376 Los procariotas captan el nitrgeno que necesitan las plantas 376 Los procariotas son los recicladores de la naturaleza 376 Los procariotas pueden reducir la contaminacin 377 Algunas bacterias constituyen una amenaza para la salud de los seres humanos 377 ENLACES CON LA VIDA Comensales indeseables 378

21

La diversidad de las plantas403

402

ESTUDIO DE CASO La reina de los parsitos

21.1 Cules son las principales caractersticas de las plantas?

404

19.4 Qu son los virus, los viroides y los priones? 379Un virus consiste en una molcula de DNA o RNA envuelta en una cubierta proteica 380 Los virus son parsitos 380 Algunos agentes infecciosos son an ms simples que los virus 381 DE CERCA Cmo se replican los virus? 382 Nadie sabe con certeza cmo se originaron estas partculas infecciosas 383 OTRO VISTAZO AL ESTUDIO DE CASO Agentes de muerte 384

En las plantas se alternan las generaciones multicelulares haploides y diploides 404 Las plantas tienen embriones multicelulares y dependientes 404 Las plantas desempean un papel ecolgico fundamental 404 Las plantas satisfacen las necesidades de los humanos y halagan sus sentidos 405

21.2 Cul es el origen evolutivo de las plantas?Las algas verdes dieron origen a las plantas terrestres 405 Los ancestros de las plantas vivieron en aguas dulces 405

405

21.3 Cmo se adaptaron las plantas a la vida en la tierra? 406El cuerpo de las plantas resiste la gravedad y la sequa 406 Los embriones de las plantas estn protegidos y sus clulas sexuales se dispersan en ausencia de agua 406

21.4 Cules son los principales grupos de plantas? 407Las briofitas carecen de estructuras de conduccin 407 Las plantas vasculares tienen vasos conductores que tambin brindan sostn 410 Las plantas vasculares sin semilla incluyen los licopodios, las colas de caballo y los helechos 410 Las plantas con semilla dominan la Tierra con la ayuda de dos adaptaciones importantes: el polen y las semillas 410 Las gimnospermas son plantas con semilla que carecen de flores 410 Las angiospermas son plantas con semilla que dan flores 416 Las plantas que evolucionaron ms recientemente tienen gametofitos ms pequeos 416 OTRO VISTAZO AL ESTUDIO DE CASO

xiv

CONTENIDO

22

La diversidad de los hongos423

422

23.3 Cules son los principales fila de animales? 445Las esponjas tienen un cuerpo simple 445 Los cnidarios son depredadores bien armados 447 Los gusanos planos tienen rganos pero carecen de sistemas respiratorio y circulatorio 450 Los anlidos estn formados por segmentos idnticos 451 La mayora de los moluscos tienen conchas 453 ENLACES CON LA VIDA Ayudantes de cirujanos 454 Los artrpodos son los animales que dominan la Tierra 456 Los gusanos redondos abundan y en su mayora son diminutos 462 Los equinodermos tienen un esqueleto de carbonato de calcio 463 Los cordados incluyen a los vertebrados 464 OTRO VISTAZO AL ESTUDIO DE CASO Bsqueda de un monstruo marino 464

ESTUDIO DE CASO: Hongos descomunales

22.1 Cules son las principales caractersticas de los hongos?

424424

El cuerpo de los hongos se compone de filamentos Los hongos obtienen sus nutrimentos de otros organismos 424 Los hongos se propagan a travs de esporas 424 La mayora de los hongos se pueden reproducir tanto sexual como asexualmente 425

22.2 Cules son los principales tipos de hongos? 425Los quitridiomicetos producen esporas natatorias 425 Los cigomicetos se reproducen formando esporas diploides 426 Los ascomicetos forman esporas en una funda semejante a un saco 429 Los basidiomicetos producen estructuras reproductoras con forma de clava 429

24

Diversidad animal II: Vertebrados 468468

ESTUDIO DE CASO: Historia de peces

22.3 De qu manera interactan los hongos con otras especies? 430Los lquenes se componen de hongos que viven con algas o bacterias fotosintticas 430 Las micorrizas son hongos asociados con las races de plantas 432 Los endfitos son hongos que viven dentro de los tallos y las hojas de las plantas 432 Algunos hongos son recicladores importantes

24.1 Cules son las caractersticas distintivas de los cordados? 470Todos los cordados comparten cuatro estructuras distintivas Los cordados invertebrados habitan en los mares 471 Los vertebrados tienen espina dorsal 471 470

24.2 Cules son los principales grupos de vertebrados? 472Algunos vertebrados carecen de mandbulas 472 Los peces con mandbulas dominan las aguas de la Tierra Los anfibios tienen una doble vida 475 473

432

22.4 Cmo afectan los hongos a los seres humanos? 433Los hongos atacan plantas que son importantes para las personas 433 Los hongos producen enfermedades humanas 434 Los hongos pueden producir toxinas 434 Muchos antibiticos se derivan de los hongos 434 GUARDIN DE LA TIERRA El caso de las setas que desaparecen 435 Los hongos hacen importantes aportaciones a la gastronoma 435 CONEXIONES EVOLUTIVAS El ingenio de los hongos: Cerdos, escopetas y lazos 435 ENLACES CON LA VIDA Recolecta con cuidado 436 OTRO VISTAZO AL ESTUDIO DE CASO Hongos descomunales 437

GUARDIN DE LA TIERRA Ranas en peligro 476 Los reptiles y las aves se han adaptado a la vida terrestre 477 Los mamferos producen leche para sus cras 480 CONEXIONES EVOLUTIVAS Los seres humanos son un xito biolgico? 482 ENLACES CON LA VIDA Los animales pertenecen a los laboratorios? 483 OTRO VISTAZO AL ESTUDIO DE CASO Historia de peces 484

UNIDAD

4487488489

Comportamiento y ecologa

23

25

Comportamiento animal

Diversidad animal I: Invertebrados 440441

ESTUDIO DE CASO Sexo y simetra

ESTUDIO DE CASO Bsqueda de un monstruo marino

25.1 En qu difieren los comportamientos innatos y los aprendidos? 490Los comportamientos innatos no requieren experiencia previa 490 Los comportamientos aprendidos se modifican con la experiencia 490

23.1 Cules son las principales caractersticas de los animales?

442

23.2 Qu caractersticas anatmicas marcan los puntos de bifurcacin en el rbol evolutivo de los animales? 442

CONTENIDO No hay una distincin importante entre comportamientos innatos y aprendidos 492

xv

25.2 Cmo se comunican los animales? 495La comunicacin visual es la ms eficaz a distancias cortas 495 La comunicacin por sonido es eficaz a distancias ms largas 496 Los mensajes qumicos persisten ms tiempo y es difcil variarlos 496 La comunicacin por tacto ayuda a establecer vnculos sociales 497

25.3 Cmo compiten los animales por recursos? 497Un comportamiento agresivo ayuda a obtener y conservar recursos 497 Las jerarquas de dominancia ayudan a controlar las interacciones agresivas 498 Los animales podran defender territorios que contienen recursos 499

25.4 Cmo encuentran pareja los animales?

501

Las seales vocales y visuales codifican el sexo, la especie y la calidad individual 501

25.5 Qu tipos de sociedades forman los animales? 502La vida en grupo tiene ventajas y desventajas 502 El comportamiento social vara entre especies 502 La formacin de grupos con parientes fomenta el desarrollo del altruismo 503 Las abejas viven juntas en sociedades de estructura rgida Las ratas topo desnudas forman una sociedad compleja de vertebrados 505

26.4 Cmo est cambiando la poblacin humana? 526Los demgrafos estudian los cambios en la poblacin humana 526 La poblacin humana contina creciendo rpidamente 526 Los adelantos tecnolgicos han incrementado la capacidad de carga de seres humanos en la Tierra 526 GUARDIN DE LA TIERRA Hemos excedido la capacidad de carga de la Tierra? 528 El crecimiento demogrfico se distribuye de manera desigual 528 La estructura de edades actual de una poblacin predice su crecimiento futuro 529 En Europa la fertilidad est por debajo del nivel de reposicin 530 La poblacin de Estados Unidos crece rpidamente 532 ENLACES CON LA VIDA Pisar ligeramente: Qu tan grande es tu huella? 533 OTRO VISTAZO AL ESTUDIO DE CASO El misterio de la Isla de Pascua 532

504

25.6 La biologa logra explicar el comportamiento humano? 506El comportamiento de los recin nacidos tiene un componente innato importante 506 Los humanos adquieren el lenguaje fcilmente desde pequeos 506 Los comportamientos comunes a culturas diversas podran ser innatos 507 Las personas podran responder a feromonas 507 Estudios con gemelos revelan los componentes genticos del comportamiento 508 La investigacin biolgica del comportamiento humano genera controversia 508 CONEXIONES EVOLUTIVAS Por qu juegan los animales? 508 OTRO VISTAZO AL ESTUDIO DE CASO Sexo y simetra 509

27

Interacciones de la comunidad537

536

ESTUDIO DE CASO Invasin del mejilln cebra

26

Crecimiento y regulacin de las poblaciones 512513

27.1 Por qu son importantes las interacciones de la comunidad? 538 27.2 Cul es la relacin entre el nicho ecolgico y la competencia? 538El nicho ecolgico define el lugar y el papel de cada especie en su ecosistema 538 La competencia ocurre siempre que dos organismos intentan utilizar los mismos recursos limitados 538 Las adaptaciones reducen la superposicin de nichos ecolgicos entre especies que coexisten 539 La competencia interespecfica contribuye a regular el tamao de la poblacin y la distribucin de cada especie 540 La competencia dentro de una especie es un factor primordial en el control del tamao de la poblacin 540

ESTUDIO DE CASO El misterio de la Isla de Pascua

26.1 Cmo cambian de tamao las poblaciones? 514El potencial bitico puede generar un crecimiento exponencial 514

26.2 Cmo se regula el crecimiento de las poblaciones? 515El crecimiento exponencial ocurre slo en condiciones especiales 515 La resistencia ambiental limita el crecimiento de las poblaciones 518 INVESTIGACIN CIENTFICA Ciclos en las poblaciones de presas y depredadores 519

27.3 Cules son los resultados de las interacciones entre los depredadores y sus presas? 540GUARDIN DE LA TIERRA Especies invasoras trastornan las interacciones de la comunidad 541 Las interacciones entre depredador y presa moldean las adaptaciones evolutivas 543

26.3 Cmo se distribuyen las poblaciones en el espacio y en el tiempo? 524

27.4 Qu es la simbiosis?

547

xvi

P R E FA C I O INVESTIGACIN CIENTFICA Hormigas y acacias: una asociacin ventajosa 549 La sedimentacin cida daa la vida en lagos y bosques 572 La Ley del Aire Limpio ha reducido significativamente las emisiones de azufre, pero no las de nitrgeno 572

27.5 Cmo influyen las especies clave en la estructura de la comunidad? 549 27.6 Sucesin: Cmo cambia una comunidad a travs del tiempo? 550Existen dos formas principales de sucesin: Primaria y secundaria 550 Tambin hay sucesin en los estanques y lagos 553 La sucesin culmina en la comunidad clmax 553 Algunos ecosistemas se mantienen en un estado de subclmax 553 CONEXIONES EVOLUTIVAS: El camuflaje es capaz de dividir una especie? 554 OTRO VISTAZO AL ESTUDIO DE CASO La invasin del mejilln cebra 555

28.5 Qu provoca el calentamiento global?

572

La interferencia en el ciclo del carbono contribuye al calentamiento global 572 Los gases de invernadero retienen el calor en la atmsfera 573 El calentamiento global tendr graves consecuencias 574 Cmo est respondiendo la humanidad a esta amenaza? 575 GUARDIANES DE LA TIERRA Los polos en peligro 576 ENLACES CON LA VIDA Es posible hacer una diferencia 577 OTRO VISTAZO AL ESTUDIO DE CASO El regreso del salmn 577

29

Los diversos ecosistemas de la Tierra 580581

28

ESTUDIO DE CASO Alas de esperanza

Cmo funcionan los ecosistemas? 558559

29.1 Qu factores influyen en el clima de la Tierra? 582El Sol es el motor del clima y del estado del tiempo 582 Muchos factores fsicos tambin influyen en el clima 582

ESTUDIO DE CASO El regreso del salmn

28.1 Cules son las trayectorias de la energa y de los nutrimentos? 560 28.2 Cmo fluye la energa a travs de las comunidades? 561La energa entra en las comunidades por la va de la fotosntesis 561 La energa pasa de un nivel trfico a otro 562 La transferencia de energa de un nivel trfico a otro es ineficiente 564 GUARDIN DE LA TIERRA Las sustancias txicas se acumulan a lo largo de las cadenas alimentarias 566

29.2 Qu condiciones son necesarias para la vida? 585GUARDIN DE LA TIERRA El agujero de ozono, una abertura en nuestro escudo protector 586

29.3 Cmo se distribuye la vida en el medio terrestre? 585Los biomas terrestres sostienen comunidades vegetales caractersticas 587 ENLACES CON LA VIDA Disfrutar del chocolate y salvar selvas tropicales? 591 La precipitacin pluvial y la temperatura determinan la vegetacin que un bioma es capaz de sostener 598

29.4 Cmo se distribuye la vida en el medio acutico? 598Los ecosistemas de agua dulce incluyen lagos, corrientes y ros 598 Los ecosistemas marinos cubren gran parte de la Tierra 601 OTRO VISTAZO AL ESTUDIO DE CASO Alas de esperanza 607

28.3 Cmo se desplazan los nutrimientos dentro de los ecosistemas y entre ellos? 567El ciclo del carbono pasa por la atmsfera, los ocanos y las comunidades 567 La reserva principal de nitrgeno es la atmsfera 568 El ciclo del fsforo carece de componentes atmosfricos 569 La mayor parte del agua no sufre cambios qumicos durante su ciclo 570

30

Conservacin de la biodiversidad de la tierra 610611

28.4 A qu se debe la lluvia cida?

571

ESTUDIO DE CASO De regreso de la extincin

La sobrecarga de los ciclos del nitrgeno y del azufre es la causa de la lluvia cida 571

30.1 Qu es la biodiversidad y por qu debemos cuidarla?

612

Servicios de los ecosistemas: Usos prcticos para la biodiversidad 612 La economa ecolgica reconoce el valor monetario de los servicios de los ecosistemas 614

30.2 Est disminuyendo la biodiversidad de la Tierra? 615La extincin es un proceso natural, pero las tasas se han elevado de forma alarmante 615 GUARDIN DE LA TIERRA Restauracin de los Everglades 616 Cada vez es mayor el nmero de especies amenazadas por la extincin 616

30.3 Cules son las principales amenazas contra la biodiversidad? 617La humanidad est acabando con el capital ecolgico de la Tierra 617 GUARDIN DE LA TIERRA

P R E FA C I O GUARDIN DE LA TIERRA En defensa de las tortugas marinas 621 Los animales se clasifican por la forma en que regulan su temperatura corporal 636 ENLACES CON LA VIDA Calor o humedad? Los sistemas de retroalimentacin regulan las condiciones internas 638 Los sistemas internos del cuerpo actan de manera coordinada 639 637

xvii

30.4 Cmo puede ayudar la biologa de la conservacin a preservar la biodiversidad? 623Fundamentos de la biologa de la conservacin 623 La biologa de la conservacin es una ciencia integrada 623 Preservacin de los ecosistemas salvajes 623 GUARDIN DE LA TIERRA Recuperacin de un depredador clave 624

31.2 Cmo est organizado el cuerpo animal?

639

30.5 Por qu la sustentabilidad es la clave de la conservacin?

625

La vida y el desarrollo sustentables estimulan el bienestar ecolgico y de la humanidad a largo plazo 625 Las reservas de la biosfera ofrecen modelos para la conservacin y el desarrollo sustentable 626 La agricultura sustentable ayuda a preservar las comunidades naturales 627 El futuro est en tus manos 627 GUARDIN DE LA TIERRA Preservacin de la biodiversidad con caf cultivado a la sombra 629 ENLACES CON LA VIDA Qu pueden hacer los individuos? 630 OTRO VISTAZO AL ESTUDIO DE CASO De regreso a la extincin 629

Los tejidos animales se componen de clulas similares que desempean una funcin especfica 639 Los rganos incluyen dos o ms tipos de tejidos que interactan 643 Los sistemas de rganos consisten en dos o ms rganos que interactan 644 OTRO VISTAZO AL ESTUDIO DE CASO La vida suspendida? 646

32

Circulacin

648649

ESTUDIO DE CASO Muerte sbita

32.1 Qu caractersticas y funciones principales tienen los sistemas circulatorios? 650Los animales tienen dos tipos de sistemas circulatorios El sistema circulatorio de los vertebrados tiene muy diversas funciones 651 650

UNIDAD

5

32.2 Cmo funciona el corazn de los vertebrados? 651Durante la evolucin de los vertebrados han surgido corazones cada vez ms complejos y eficientes 651 El corazn de los vertebrados consta de dos cavidades musculares que forman dos bombas individuales 652 GUARDIN DE LA SALUD Al rescate de los corazones enfermos 654

Anatoma y fisiologa de los animales 633

31

Homeostasis y organizacin del cuerpo animal 634635

32.3 Qu es la sangre?

657

ESTUDIO DE CASO La vida suspendida?

31.1 Homeostasis: Cmo regulan los animales su ambiente interno?

636

El ambiente interno se mantiene en un estado de continuidad dinmica 636

El plasma es primordialmente agua en la que se disuelven protenas, sales, nutrimentos y desechos 658 Los glbulos rojos llevan oxgeno de los pulmones a los tejidos 658 Los glbulos blancos ayudan a defender al cuerpo contra las enfermedades 659 Las plaquetas son fragmentos celulares que ayudan a coagular la sangre 659

32.4 Qu tipo de vasos sanguneos hay y qu funciones tienen? 661Las arterias y arteriolas son vasos de paredes gruesas que transportan sangre desde el corazn 661 Los capilares son vasos microscpicos que permiten el intercambio de nutrimentos y desechos entre la sangre y las clulas del cuerpo 661 Las venas y vnulas llevan sangre de regreso al corazn 662 Las arteriolas controlan la distribucin del flujo sanguneo 662

32.5 Cmo colabora el sistema linftico con el circulatorio? 663Los vasos linfticos se parecen a las venas y capilares del sistema circulatorio 664 El sistema linftico devuelve lquidos a la sangre El sistema linftico transporta grasas del intestino delgado a la sangre 665 El sistema linftico ayuda a defender al cuerpo contra las enfermedades 665 664

xviii

P R E FA C I O

33

Respiracin

668669

ESTUDIO DE CASO Vidas que se esfuman

33.1 Por qu es necesario El intercambio de gases? 670 33.2 Cules son algunas de las adaptaciones evolutivas que permiten el intercambio de gases? 670Algunos animales de ambientes hmedos carecen de estructuras respiratorias especializadas 671 Los sistemas respiratorios facilitan el intercambio de gases por difusin 671 Las branquias facilitan el intercambio de gases en ambientes acuticos 672 Los animales terrestres tienen estructuras respiratorias internas 672 DE CERCA Las branquias y los gases: un intercambio contracorriente 674

33.3 Cmo funciona el aparato respiratorio humano? 675La porcin conductora del aparato respiratorio lleva aire a los pulmones 675 El intercambio de gases se efecta en los alveolos 676 El oxgeno y el dixido de carbono son transportados por mecanismos distintos 677 GUARDIN DE LA SALUD Fumar: una decisin de vida 678 ENLACES CON LA VIDA Quienes abandonan el hbito de fumar son ganadores 680 El aire se inhala activamente y se exhala pasivamente 680 El centro respiratorio del cerebro controla la frecuencia respiratoria 680 OTRO VISTAZO AL ESTUDIO DE CASO Vidas que se esfuman 681

El desdoblamiento mecnico y qumico de los alimentos se inicia en la boca 695 El esfago conduce los alimentos al estmago 697 Casi toda la digestin se efecta en el intestino delgado 698 GUARDIN DE LA SALUD Las lceras digieren el tracto digestivo 699 Casi toda la absorcin se efecta en el intestino delgado 700 En el intestino grueso se absorbe agua y se forman heces 701 La digestin es controlada por el sistema nervioso y ciertas hormonas 701 OTRO VISTAZO AL ESTUDIO DE CASO Adelgazar o morir? 702

35

El sistema urinario

706707

ESTUDIO DE CASO Compatibilidad perfecta

35.1 Cules son las funciones bsicas de los sistemas urinarios?

708

34

35.2 Cules son algunos ejemplos de sistemas excretores de invertebrados? 708Los protonefridios filtran el lquido intersticial en los platelmintos 708 Los tbulos de Malpighi filtran la sangre de los insectos 709 Los nefridios de la lombriz de tierra filtran el lquido celmico 709

Nutricin y digestion

684685

ESTUDIO DE CASO Adelgazar hasta morir?

34.1 Qu nutrimentos necesitan los animales?

686

La energa se obtiene de los nutrimentos y se mide en caloras 686 Los lpidos incluyen triglicridos (grasas), fosfolpidos y colesterol 686 GUARDIN DE LA SALUD Cuando se antoja una hamburguesa con queso 687 Los carbohidratos son una fuente de energa rpida 688 Los aminocidos forman los bloques de construccin de las protenas 688 Los minerales son elementos indispensables para el cuerpo 688 Las vitaminas desempean diversos papeles en el metabolismo 688 Dos terceras partes del cuerpo humano se componen de agua 691 Ciertas pautas nutricionales ayudan a obtener una dieta equilibrada 691

35.3 Qu funciones tienen los sistemas urinarios de los vertebrados? 709Los riones de los vertebrados filtran la sangre La excrecin de los desechos nitrogenados est adaptada al ambiente 709 709

35.4 Cules son las estructuras y funciones del aparato urinario humano?

710

El aparato urinario consta de riones, urteres, vejiga y uretra 710 La orina se forma en las nefronas de los riones 710 El filtrado se convierte en orina en el tbulo de las nefronas 712 DE CERCA Las nefronas y la formacin de orina 712 GUARDIN DE LA SALUD Cuando los riones fallan 714 El asa de Henle permite la concentracin de la orina 714

34.2 Cmo se efecta la digestin? 692Generalidades de la digestin 692 En las esponjas la digestin se efecta dentro de clulas individuales 693 Una bolsa con una abertura es el sistema digestivo ms simple 693 La digestin en un tubo permite a los animales alimentarse con mayor frecuencia 693 Especializaciones digestivas 693

35.5 Cmo ayudan los riones de los mamferos a conservar la homeostasis? 715Los riones liberan hormonas que ayudan a regular la presin arterial y los niveles de oxgeno de la sangre 715 Los riones vigilan y regulan las sustancias disueltas en la sangre 716 Los riones de los vertebrados estn adaptados a diversos entornos 716 ENLACES CON LA VIDA Demasiado lquido para beber?

34.3 Cmo digieren los alimentos los seres humanos? 695

717

P R E FA C I O

xix

36

Defensas contra la enfermedad 720721

ESTUDIO DE CASO Lucha contra la gripe

36.1 Cules son los mecanismos de defensa bsicos contra la enfermedad? 722Los vertebrados tienen tres principales lneas de defensa 722 Los invertebrados poseen las dos primeras lneas de defensa 722

36.2 Cmo funcionan las defensas no especficas? 723La piel y las membranas mucosas forman barreras externas contra la invasin 723 Defensas internas no especficas combaten a los microbios 723

Las glndulas tiroides y paratiroides influyen en el metabolismo y en los niveles de calcio 750 El pncreas es una glndula tanto exocrina como endocrina 752 Los rganos sexuales secretan hormonas esteroides 752 Las glndulas suprarrenales tienen dos partes que secretan hormonas distintas 753 GUARDIN DE LA TIERRA Engao endocrino 754 Otras fuentes de hormonas comprenden la glndula pineal, el timo, los riones, el corazn, el tracto digestivo y las clulas grasas 755 ENLACES CON LA VIDA Ms cerca de la cura de la diabetes 756 CONEXIONES EVOLUTIVAS La evolucin de las hormonas 756 OTRO VISTAZO AL ESTUDIO DE CASO Perder por el uso de hormonas artificiales 757

36.3 Qu caractersticas clave tiene la respuesta inmunitaria? 725Las clulas del sistema inmunitario reconocen al invasor 726 Las clulas del sistema inmunitario lanzan un ataque 729 Las clulas del sistema inmunitario recuerdan sus victorias anteriores 730

38

El sistema nervioso y los sentidos 760761

ESTUDIO DE CASO Cmo te amo?

36.4 Cmo logra la atencin mdica mejorar la respuesta inmunitaria? 730Las vacunas estimulan el desarrollo de clulas de memoria INVESTIGACIN CIENTFICA El descubrimiento de las vacunas 732 Los antibiticos frenan la reproduccin microbiana 732 730

38.1 Qu estructura y funciones tienen las neuronas? 762 38.2 Cmo se genera y se transmite la actividad neuronal? 762Las neuronas generan voltajes elctricos a travs de sus membranas 762 Las neuronas se comunican por las sinapsis 763

36.5 Qu sucede cuando el sistema inmunitario no funciona correctamente? 733Las alergias son respuestas inmunitarias mal dirigidas 733 GUARDIN DE LA SALUD El combate a la influenza: Es inminente una pandemia de gripe aviar? 734 Una enfermedad autoinmune es una respuesta inmunitaria contra las molculas del propio cuerpo 734 Una enfermedad de deficiencia inmunitaria incapacita al sistema inmunitario 735 El cncer puede evadir o abatir la respuesta inmunitaria 736 OTRO VISTAZO AL ESTUDIO DE CASO Lucha contra la gripe 738

38.3 Cmo se organizan los sistemas nerviosos?

764

El procesamiento de la informacin en el sistema nervioso requiere de cuatro operaciones bsicas 764 DE CERCA Los iones y las seales elctricas en las neuronas 766 GUARDIN DE LA SALUD Drogas, enfermedades y neurotransmisores 769 Los caminos neuronales dirigen el comportamiento 770 Los sistemas nerviosos complejos estn centralizados 770

38.4 Cmo se organiza el sistema nervioso humano? 770El sistema nervioso perifrico vincula al sistema nervioso central con el cuerpo 771 El sistema nervioso central consiste en la mdula espinal y el encfalo 773 La mdula espinal es un cable de axones protegido por la espina dorsal 773 El encfalo consta de varias partes especializadas para desempear funciones especficas 774

37

Control qumico del organismo animal: El sistema endocrino 740741

ESTUDIO DE CASO Perder por el uso de hormonas artificiales

37.1 Cmo se comunican las clulas animales? 37.2 Qu caractersticas tienen las hormonas animales? 742Las hormonas locales se difunden hacia las clulas blanco adyacentes 742 El torrente sanguneo transporta las hormonas del sistema endocrino 742 Las hormonas se unen a receptores especficos en las clulas blanco 743 Mecanismos de retroalimentacin regulan la liberacin de hormonas 744 Las hormonas endocrinas de vertebrados e invertebrados tienen asombrosas similitudes 746

742

37.3 Qu estructuras y hormonas constituyen el sistema endocrino de los mamferos? 746

xx

P R E FA C I O

38.5 Cmo produce el encfalo la mente? 778El hemisferio izquierdo y el hemisferio derecho del cerebro se especializan en diferentes funciones 778 Dilucidar los mecanismos del aprendizaje y la memoria es el objetivo de profundas investigaciones 778 El conocimiento de cmo el cerebro crea la mente proviene de diversas fuentes 779 INVESTIGACIN CIENTFICA Neuroimgenes: Una mirada al interior de la caja negra 780

39.5 Cmo se mueve el cuerpo? 808Los msculos mueven al esqueleto en torno a articulaciones flexibles 808 GUARDIN DE LA SALUD Osteoporosis: Cuando los huesos se vuelven quebradizos 810 OTRO VISTAZO AL ESTUDIO DE CASO Riesgos ocultos de los viajes espaciales 810 ENLACES CON LA VIDA Caminar con un perro 811

38.6 Cmo funcionan los receptores sensoriales? 781 38.7 Cmo se detectan los estmulos mecnicos? 782 38.8 Cmo se detecta el sonido? 782El odo convierte las ondas sonoras en seales elctricas 782

40

Reproduccin animal

814815

ESTUDIO DE CASO El zoolgico congelado

40.1 Cmo se reproducen los animales?

816

38.9 Cmo se detecta la luz? 785Los ojos compuestos de los artrpodos producen una imagen de mosaico 785 El ojo de los mamferos capta y enfoca las ondas luminosas y las convierte en seales elctricas 785

La reproduccin asexual no implica la fusin de espermatozoide y vulo 816 La reproduccin sexual requiere de la unin de un espermatozoide y un vulo 817

40.2 Cmo funciona el aparato reproductor humano? 820La capacidad para reproducirse se inicia en la pubertad El tracto reproductor masculino incluye los testculos y las estructuras accesorias 820 El tracto reproductor femenino comprende los ovarios y las estructuras accesorias 823 La cpula permite la fecundacin interna 825 820

38.10 Cmo se detectan las sustancias qumicas? 788Los receptores olfatorios detectan las sustancias qumicas en el aire 788 Los receptores del gusto detectan las sustancias que entran en contacto con la lengua 789 El dolor es un sentido qumico especializado 790 CONEXIONES EVOLUTIVAS Sentidos poco comunes Ecolocalizacin 790 Deteccin de campos elctricos 790 Deteccin de campos magnticos 791 OTRO VISTAZO AL ESTUDIO DE CASO Cmo te amo?

790

DE CERCA El control hormonal del ciclo menstrual 826 GUARDIN DE LA SALUD Enfermedades de transmisin sexual 828

40.3 Cmo podemos limitar la fertilidad? 829792 La esterilizacin es un mtodo anticonceptivo permanente 829 La anticoncepcin y el aborto evitan o ponen fin al embarazo 829 GUARDIN DE LA SALUD Reproduccin con alta tecnologa 831 INVESTIGACIN CIENTFICA En busca de un anticonceptivo masculino 832 OTRO VISTAZO AL ESTUDIO DE CASO El zoolgico congelado 832

39

Accin y sostn: Los msculos y el esqueleto 796797

ESTUDIO DE CASO Riesgos ocultos de los viajes espaciales

41

Desarrollo animal

836

39.1 Una introduccin a los sistemas muscular y esqueltico 798 39.2 Cmo trabajan los msculos? 798La estructura y la funcin de las clulas de los msculos esquelticos estn ntimamente relacionadas 800 Las contracciones musculares son el resultado del deslizamiento de los filamentos gruesos y delgados 800 El msculo cardiaco acciona al corazn 804 El msculo liso produce contracciones lentas e involuntarias 804

ESTUDIO DE CASO Los rostros del sndrome de alcoholismo fetal 837

41.1 En qu difieren el desarrollo indirecto y el directo? 838Durante el desarrollo indirecto, los animales sufren un cambio radical en la forma de su cuerpo 838

39.3 Qu funcin desempea el esqueleto? 804Entre los animales hay tres tipos de esqueletos El esqueleto de los vertebrados desempea muchas funciones 805 804

39.4 Qu tejidos forman el esqueleto de los vertebrados? 806El cartlago proporciona un sostn flexible y conexiones 806 El hueso brinda al cuerpo un armazn rgido y resistente 806 La remodelacin sea permite la reparacin del esqueleto y su adaptacin a las tensiones 807 GUARDIN DE LA SALUD Cmo se repara un hueso fracturado 808

P R E FA C I O Los animales recin nacidos que tienen un desarrollo directo parecen adultos en miniatura 839

xxi

41.2 Cmo procede el desarrollo animal? 840Con la segmentacin del cigoto se inicia el desarrollo La gastrulacin forma tres capas de tejidos 841 Las estructuras adultas se desarrollan durante la organognesis 841 841

41.3 Cmo se controla el desarrollo?

842

Cada clula contiene todos los planos genticos del organismo 842 INVESTIGACIN CIENTFICA La promesa de las clulas madre 843 La transcripcin gentica se regula con precisin durante el desarrollo 844

41.4 Cmo se desarrollan los seres humanos? 845Durante los primeros dos meses, la diferenciacin y el crecimiento son muy rpidos 845 La placenta secreta hormonas y permite el intercambio de materiales entre la madre y el embrin 848 El crecimiento y el desarrollo continan durante los ltimos siete meses 850 El desarrollo culmina con el parto y el alumbramiento 850 Las hormonas del embarazo estimulan la secrecin de leche 851 GUARDIN DE LA SALUD La placenta slo brinda una proteccin parcial 852 El envejecimiento es inevitable 852 ENLACES CON LA VIDA Por qu el parto es tan difcil? 854 OTRO VISTAZO AL ESTUDIO DE CASO Los rostros del sndrome de alcoholismo fetal 854

42.4 Cmo obtienen nutrimentos las plantas?Las races obtienen minerales del suelo 873 Las relaciones simbiticas ayudan a las plantas a obtener nutrimentos 873

873

DE CERCA Cmo absorben agua y minerales las races?

874

42.5 Cmo transportan las plantas el agua de las races a las hojas? 876El movimiento del agua en el xilema se explica con la teora de cohesin-tensin 876 Estomas ajustables controlan la intensidad de la transpiracin 877 GUARDIN DE LA TIERRA Las plantas ayudan a regular la distribucin del agua 878

42.6 Cmo transportan azcares las plantas?

879

UNIDAD

6

Anatoma y fisiologa de las plantas 857

42

Anatoma de las plantas y transporte de nutrimentos 858

La teora de flujo-presin explica el movimiento de azcares en el floema 879 CONEXIONES EVOLUTIVAS Adaptaciones especiales de races, tallos y hojas 880 Algunas races especializadas almacenan alimento; otras realizan fotosntesis 880 Algunos tallos especializados producen plantas nuevas, almacenan agua o alimento, o bien, producen espinas o zarcillos 880 Hojas especializadas conservan y almacenan agua y alimentos e incluso capturan insectos 881 OTRO VISTAZO AL ESTUDIO DE CASO Por qu las hojas se tien de rojo en el otoo? 883

ESTUDIO DE CASO Por qu las hojas se tien de rojo en el otoo? 859

42.1 Cmo est organizado el cuerpo de las plantas y cmo crecen? 860Las fanergamas consisten en un sistema de races y un sistema de vstago 860 Durante el crecimiento de una planta, clulas meristemticas producen clulas diferenciadas 861

43

Reproduccin y desarrollo de las plantas 886887

ESTUDIO DE CASO Hermoso? s, pero caliente?

43.1 Cules son las caractersticas fundamentales de los ciclos de vida de las plantas? 888Las plantas participan en el sexo 888 La alternancia de generaciones es evidente en los helechos y los musgos 889

42.2 Qu tejidos y tipos de clulas tienen las plantas? 862El sistema de tejido drmico cubre el cuerpo de la planta 862 El sistema de tejido fundamental constituye casi todo el cuerpo de las plantas jvenes 863 El sistema de tejido vascular transporta agua y nutrimentos 864

43.2 Cmo se adapta la reproduccin en las plantas con semilla a los ambientes secos? 889 43.3 Cul es la funcin y la estructura de las flores? 889La mayora de las flores atraen a los animales que las polinizan 889 GUARDIN DE LA SALUD

42.3 Cules son las estructuras y funciones de las hojas, las races y los tallos? 865

xxii

P R E FA C I O

Las flores completas tienen cuatro partes principales 892 El polen contiene el gametofito masculino 892 El gametofito femenino se forma dentro del vulo del ovario 895 La polinizacin de la flor permite la fecundacin 895

44

Respuestas de las plantas al ambiente 908909

ESTUDIO DE CASO Plantas de rapia

43.4 Cmo se desarrollan los frutos y las semillas? 896El fruto se desarrolla a partir del ovario 896 La semilla se desarrolla a partir del vulo 896 GUARDIN DE LA TIERRA Dods, murcilagos y ecosistemas perturbados 898

44.1 Qu son las hormonas vegetales y cmo actan? 910 44.2 Cmo regulan las hormonas el ciclo de vida de las plantas? 911El ciclo de vida de las plantas comienza con una semilla 911 INVESTIGACIN CIENTFICA Cmo se descubrieron las hormonas vegetales? 912 La auxina controla la orientacin de la plntula que brota 913 La forma genticamente determinada de la planta adulta es resultado de interacciones hormonales 915 La duracin del da controla la floracin 916 Las hormonas coordinan el desarrollo de semillas y frutos 918 La senectud y el estado de latencia preparan a la planta para el invierno 919

43.5 Cmo germinan y crecen las semillas? 899El estado de latencia de las semillas ayuda a asegurar la germinacin en el momento apropiado En la germinacin, la raz surge primero, seguida del vstago 899 Los cotiledones nutren a la semilla germinada 899 899

43.6 Cules son algunas adaptaciones para la polinizacin y la dispersin de semillas? 900La coevolucin pone en contacto a plantas y polinizadores 900 Los frutos ayudan a dispersar las semillas 903 OTRO VISTAZO AL ESTUDIO DE CASO Hermoso? s, pero caliente? 904

44.3 Las plantas pueden comunicarse y moverse rpidamente? 920Las plantas llaman a los guardianes cuando son atacadas Las plantas podran advertir a sus vecinos y a su descendencia de los ataques 920 Algunas plantas se mueven rpidamente 921 OTRO VISTAZO AL ESTUDIO DE CASO Plantas de rapia 922 920

Apndice I: Conversiones del sistema mtrico

925

Apndice II: Clasificacin de los principales grupos de organismos 926 Apndice III: Vocabulario de biologa: races, prefijos y sufijos de uso comn 927 Glosario G1 A1

Respuestas a las preguntas de pies de figura Crditos fotogrficos ndice I1 P1

PrefacioNuestros alumnos reciben y continuarn recibiendo un cmulo de informacin cientfica, y muchas veces de informacin errnea, sobre una diversidad de temas: calentamiento global, cultivos manipulados mediante bioingeniera, investigacin sobre clulas madre, enfermedad de las vacas locas y biodiversidad, entre muchos otros. En un campo en rpida expansin como el de la biologa, cmo se decide qu conceptos y hechos comunicar? Qu tipo de conocimiento sobre biologa ayudar mejor a los estudiantes a tomar decisiones informadas en relacin con sus vidas, en el presente y en el futuro? Qu conocimientos ayudarn a los estudiantes a prepararse mejor para los cursos ms avanzados? Hemos revisado la octava edicin de Biologa: La vida en la Tierra reconociendo que no existen respuestas nicas a tales preguntas y con la idea de dar a los usuarios del libro mayores opciones. Al consultar con educadores comprometidos en la emocionante pero desafiante misin de introducir a los alumnos en el campo de la biologa, surgi un consenso: Necesitamos ayudar a los estudiantes a estar informados en el terreno cientfico. El conocimiento cientfico da a un estudiante herramientas mentales para hacer frente al conocimiento en expansin. Esto requiere un fundamento de conocimiento fctico que provea un marco cognoscitivo en el que pueda integrarse la nueva informacin. No obstante, el conocimiento cientfico tambin incluye la capacidad de captar y evaluar nuevos datos de los medios de informacin, como la prensa. Un individuo informado en el terreno cientfico reconoce la interrelacin de los conceptos y la necesidad de integrar informacin proveniente de muchas reas. estudiantes podrn localizar los temas clave dentro del captulo. Las secciones principales se presentan con preguntas generales, mientras que los subttulos son enunciados que resumen y reflejan su contenido ms especfico. Una importante meta pedaggica de esta organizacin es el nfasis en la biologa como una jerarqua de conceptos interrelacionados, y no como un simple compendio de temas aislados e independientes. El Resumen de conceptos clave une importantes conceptos utilizando los ttulos de mayor jerarqua en el captulo, y su sistema de numeracin permite a los profesores y estudiantes revisar la informacin de manera eficiente. Se incluyen preguntas al final de cada Estudio de caso, en muchos pies de figura, as como en la seccin Aplicacin de conceptos. Estas caractersticas estimulan a los estudiantes a pensar acerca de la ciencia en vez de slo memorizar los hechos.

contiene ilustraciones mejoradas A partir del consejo de los revisores y del cuidadoso escrutinio de los autores, una vez ms hemos mejorado las ilustraciones. Para esta octava edicin: Se agregaron y remplazaron muchas fotografas para ayudar a captar el inters del estudiante. La organizacin del libro, ahora ms flexible, permiti incorporar fotografas de plantas y animales que antes slo se describan en palabras. Contina el nfasis en la consistencia del color Los colores se utilizan de manera consistente para ilustrar tomos, estructuras y procesos especficos. Se agregaron ms figuras que ilustran procesos clave Adems de volver a dibujar muchos diagramas para hacerlos ms claros e interesantes, agregamos nuevas figuras que ilustran visualmente y concatenan procesos complejos, como el de la fotosntesis y la respiracin celular. Hay mayor claridad en los rtulos de las figuras Hemos agregado recuadros de texto dentro de las figuras para garantizar explicaciones ms claras. Una vez ms, en muchos pies de figura se incluyen preguntas que hacen reflexionar al estudiante Las respuestas a estas preguntas estn disponibles por primera vez al final del libro.

BIOLOGA: LA VIDA EN LA TIERRA COMUNICA DE MANERA EFICAZ LA RIQUEZA DE LA INFORMACIN CIENTFICALa octava edicin de Biologa: La vida en la Tierra no slo es un libro revisado y mejorado, sino un paquete completo de herramientas de aprendizaje para los estudiantes, y de enseanza para los profesores. Nuestras principales metas son: Ayudar a los profesores a presentar la informacin sobre el tema en una forma que fomente el conocimiento cientfico entre los alumnos. Ayudar a los estudiantes a adquirir informacin de acuerdo con sus propios estilos de aprendizaje. Ayudar a los estudiantes a relacionar esta informacin con sus propias vidas, as como a comprender su importancia y relevancia.

BIOLOGA: LA VIDA EN LA TIERRAest organizado de manera clara y uniforme En todos los captulos, los alumnos encontrarn herramientas que les permitirn navegar a travs de la informacin. Cada captulo inicia con una seccin De un vistazo, en la que se presentan los principales apartados y ensayos de ese captulo. Los profesores pueden asignar fcilmente y los

se actualiz y reorganiz Incorporamos informacin acerca de descubrimientos cientficos sobre los que los estudiantes quizs hayan ledo en los peridicos; la informacin se ubica en el contexto cientfico para ayudar a consolidar su conocimiento. Aunque cada captulo se revis cuidadosamente, he aqu algunos puntos de inters de la octava edicin: Unidad 1: La vida de la clula Nuevos casos introducen al estudiante en el terreno de la bioingeniera y le presentan los enigmticos priones, responsables de la enfermedad de las vacas locas. En respuesta a las sugerencias de los revisores, hemos invertido el orden de presentacin de los cap-

xxiv

P R E FA C I O

Unidad 2: Herencia

30, Conservacin de la biodiversidad de la Tierra, describe los servicios que prestan los ecosistemas y los intentos por calcular su valor para la humanidad. Se explica cmo las actividades humanas reducen la biodiversidad y se analiza cmo los esfuerzos de conservacin y usos sustentables pueden preservar y restaurar los ecosistemas funcionales. Unidad 5: Anatoma y fisiologa de los animales Esta unidad se inicia con una cobertura revisada de la homeostasis y la termorregulacin. Los estudiantes encontrarn informacin nueva y actualizada sobre temas vigentes, que incluyen anorexia y obesidad, gripe aviar, la neuroqumica del amor, tecnologa reproductiva, nuevos anticonceptivos, enfermedades de transmisin sexual, clulas madre y sndrome de alcoholismo fetal. Hemos conservado nuestro enfoque en el ser humano brindando informacin comparativa, nuevos temas como el intercambio de gases contracorriente en los peces, los tbulos de Malpighi en los insectos y nuevas secciones sobre las hormonas y las defensas contra las enfermedades de los invertebrados. Unidad 6: Anatoma y fisiologa de las plantas Esta unidad hace alarde de muchas figuras revisadas y nuevas fotos para ilustrar mejor la anatoma y los procesos fisiolgicos de las plantas, as como las fascinantes adaptaciones al ambiente. Tambin se ampli la cobertura de los usos agrcolas de las hormonas vegetales.

Unidad 3: Evolucin y diversidad de la vida

Unidad 4: Comportamiento y ecologa

compromete y motiva a los estudiantes Los estudiantes no pueden volverse letrados en ciencia por imposicin; deben participar activamente en adquirir tanto la informacin como las destrezas necesarias para tal efecto. Por ello es crucial que los estudiantes reconozcan que la biologa se refiere a sus vidas personales y a la vida a su alrededor. Para ayudar a los estudiantes a comprometerse y a sentirse motivados, esta nueva edicin contina ofreciendo las siguientes caractersticas: Enlaces con la vida La breve seccin Enlaces con la vida, escrita de manera informal, se relaciona con temas que son familiares al estudiante, a la vez que relevantes para el captulo. Estudios de caso En esta octava edicin, hemos conservado y actualizado los estudios de caso ms relevantes, al tiempo que se introdujeron otros nuevos. Los estudios de caso se basan en asuntos de actualidad, situaciones que ataen a los estudiantes o temas de biologa particularmente fascinantes. Al final de cada captulo, la seccin Otro vistazo al estudio de caso permite a los estudiantes explorar el tema ms a fondo a la luz de lo que aprendieron. Los estudiantes tambin encontrarn una investigacin con mayor profundidad de cada estudio de caso en el sitio Web de este libro. Biotica Muchos temas explorados en el texto tienen implicaciones ticas para la vida humana. Entre ellos se incluyen la ingeniera gentica y la clonacin, el uso de animales en investigaciones y el efecto de las actividades humanas en otras especies. Ahora estn identificados con un icono de biotica que alerta a los estudiantes y profesores sobre la posibilidad de discutir e investigar ms ampliamente. Ensayos Conservamos el conjunto completo de ensayos en esta edicin. Los recuadros Guardin de la Tierra exploran asuntos ambientales de actualidad, mientras que las secciones Guardin de la salud se ocupan de temas m-

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dicos. Los ensayos De cerca permiten a los profesores explorar temas selectos con mayor detalle; las secciones Investigacin c