LA BIOLOGÍA
La ciencia que tiene como objeto de estudio a losseres vivos y, más específicamente, su origen, su evolución y sus propiedades: nutrición, morfogénesis, reproducción, patogenia, etc. Se ocupa tanto de la descripción de las características y los comportamientos de los organismos individuales, como de las especies en su conjunto, así como de la reproducción de los seres vivos y de las interacciones entre ellos y el entorno. De este modo, trata de estudiar la estructura y la dinámica funcional comunes a todos los seres vivos, con el fin de establecer las leyes generales que rigen la vida orgánica y los principios explicativos fundamentales de ésta.
La palabra «biología» en su sentido moderno parece haber sido introducida independientemente por Gottfried Reinhold Treviranus(Biologie oder Philosophie der lebenden Natur, 1802) y por Jean-Baptiste Lamarck (Hydrogéologie, 1802). Generalmente se dice que el término fue acuñado en 1800 por Karl Friedrich Burdach, aunque se menciona en el título del tercer volumen de Philosophiae naturalis sive physicae dogmaticae: Geología, biología, phytologia generalis et dendrologia, de Michael Christopher Hanov y publicado en 1766.
l método científico: sus etapas
Los conocimientos que la humanidad posee actualmente sobre las diversas ciencias de la naturaleza se deben, sobre todo, al trabajo de investigación de los científicos. El procedimiento que éstos emplean en su trabajo es lo que se llamará MÉTODO CIENTÍFICO.
El método científico consta de las siguientes fases:
Observación
Los científicos se caracterizan por una gran curiosidad y el deseo de conocer la naturaleza. Cuando un científico encuentra un hecho o fenómeno interesante lo primero que hace es observarlo con atención.
La Observación consiste en examinar atentamente los hechos y fenómenos que tienen lugar en la naturaleza y que pueden ser percibidos por los sentidos.
Ejemplo: Queremos estudiar si la velocidad de caída libre de los cuerpos depende de su masa. Para ello, dejamos caer, desde una misma altura una tiza y una hoja de papel. Observamos que la tiza llega mucho antes que el papel al suelo. Si medimos la masa de la tiza, vemos que ésta es mayor que la masa del papel.
Formulación de hipótesis
Después de las observaciones, el científico se plantea el cómo y el porqué de lo que ha ocurrido y formula una hipótesis.
Formular una hipótesis consiste en elaborar una explicación provisional de los hechos observados y de sus posibles causas.
Ejemplo: Podemos formular, como hipótesis, el siguiente razonamiento: "Cae con mayor velocidad el cuerpo que posee mayor masa".
Experimentación
Una vez formulada la hipótesis, el científico debe comprobar si es cierta. Para ello realizará múltiples experimentos modificando las variables que intervienen en el proceso y comprobará si se cumple su hipótesis.
Experimentar consiste en reproducir y observar varias veces el hecho o fenómeno que se quiere estudiar, modificando las circunstancias que se consideren convenientes.
Durante la experimentación, los científicos acostumbran a realizar múltiples medidas de diferentes magnitudes físicas. De esta manera pueden estudiar qué relación existe entre una magnitud y la otra.
Ejemplo: Si lanzamos la tiza junto a una hoja de papel arrugada, vemos que llegan al suelo prácticamente al mismo tiempo. Si seguimos esta línea de investigación y lanzamos una hoja de papel arrugada y otra hoja sin arrugar desde la misma altura, vemos que la hoja arrugada llega mucho antes al suelo.
Emisión de conclusiones
El análisis de los datos experimentales permite al científico comprobar si su hipótesis era correcta y dar una explicación científica al hecho o fenómeno observado.
La emisión de conclusiones consiste en la interpretación de los hechos observados de acuerdo con los datos experimentales.
A veces se repiten ciertas pautas en todos los hechos y fenómenos observados. En este caso puede enunciarse una ley. Una ley científica es la formulación de las regularidades observadas en un hecho o fenómeno natural. Por lo general, se expresa matemáticamente.
Las leyes científicas se integran en teorías. Una teoría científica es una explicación global de una serie de observaciones y leyes interrelacionadas.
Ejemplo: A la vista de los resultados experimentales, se puede concluir que no es la masa la que determina que un objeto caiga antes que otro en la Tierra; más bien, será la forma del objeto la determinante. Como comprobación de nuestro resultado deducimos que nuestra hipótesis inicial era incorrecta. Tenemos, por ejemplo, el caso de un paracaidista: su masa es la misma con el paracaídas abierto y sin abrir; sin embargo, cae mucho más rápido si el paracaídas se encuentra cerrado.
La química de la vida
LOS BIOELEMENTOS:
Son los elementos químicos presentes en los seres vivos. Los más abundantes son: Carbono (C), Hidrógeno (H), Oxígeno (O) y Nitrógeno (N), y también se encuentra Fósforo (P) y Azufre (S). Son imprescindibles para formar biomoléculas (glúcidos, lípidos, proteínas y ácidos nucléicos).
LAS BIOMOLÉCULAS:
Son las moléculas que forman parte de la materia viva. Hay dos tipos:
·Biomoléculas inorgánicas: No estan formadas por seres vivos.
–Gases: O2, CO2 y N2. El O2 es necesario para la respiración aeróbica, libera CO2. El CO2 atmosférico es la puerta de entrada del carbono, se utiliza para la fotosíntesis (para elaborar glucosa). El N2 forma parte de las proteínas y de los ácidos nucléicos.
–Minerales: En general estan en forma de sales, pero se pueden encontrar en la materia viva de tres maneras:
*Minerales precipitados: constituyen estructuras sólidas e insolubles, forman parte del esqueleto de los vertebrados, de las cáscaras de los moluscos y equinodermos.
*Sales minerales disueltas: Las sales solubles se disocian en aniones y cationes. Mantienen el grado de salinidad y actuan como tampones ayudantes a mantener constante el PH.
*Iones asociados: El Fe^2+ se encuentra en la hemoglobina y es un cofactor de nombrosas enzimas; el Mg^2+ forma parte de la clorofila; el PO43- (fosfato) forma parte de los nucleótidos y fosfolípidos.
–Agua: Es la biomolécula inorgánica que forma parte de los seres vivos y de la materia inerte, es la biomolécula mas importante y se considera que no puede exisitir vida sin esta. La molécula de agua esta formada por H2Ohunidos por enlaces covalentes; es bipolar; se pueden unir entre ellas por puentes de higrógeno. Todas las reacciones químicas, que se producen dentro de la célula, necesitan que los reactivos esten en disolución acuosa.
*PROPIEDADES:
~Temperatura de fusión: OºC. Temperatura de ebullición: 100ºC.
~Gran fuerza de cohesión entre las moléculas.
~Tensión superficial elevada.
~Posibilidad de ionizarse.
~Mayor densidad en estado líquido que en estado sólido (hasta 25ºC).
~Máxima densidad a 4ºC.
~Calor especifica elevada.
*FUNCIONES BIOLÓGICAS:
~Es un disolvente universal de moléculas orgánicas e inorgánicas (iónicas o polares de bajo peso molecular).
~Tiene capacidad de actuar como reativo químico en reacciones de oxidación-reducción i/o hidratación.
~Actua como vehículo de circulación para el intertambio de moléculas en el ámbito celular.
~Interviene en las deformaciones y en los movimientos citoplasmáticos.
~Favorece los desplazamientos de órganos lubricados por líquidos orgánicos.
~Amortigua cambios buscos de temperatura y distribuye la calor en el interior de los seres vivos.
~Actua de esqueleto hidrostático.
*LOCALIZACIÓN DEL AGUA EN LOS SERES VIVOS:
~Circulando (sangre).
~Intersticial (entre las células)
~Intracelular (citoplasma celular).
·Biomoléculas orgánicas: Estan formadas por seres vivos.
–Glúcidos: estan formados por carbono, hidrógeno y oxígeno. El monómero básico de los glúcidos son los monosacários. Los monosacários pueden unirse entre si mediante enlaces glicosídicos, originando oligosacáridos o polisacáridos (de 2 a 10 monosacáridos, como el disacárido sacarosa y con +10 monosacáridos como el midón y la celulosa). Los monosacáridos y los disacáridos tienen basicamente función energética, siendo combustibles que las células utilizan para generar la energia que necesitan para realizar sus funciones; la glucosa es el combustible universal de las células.
–Lípidos: estan formados por C, H, O y a menudo P y N. Son un grupo heterogéneo de sustáncias que solo tienen en común ser insolubles en agua. Hay dos tipos:
*Lípidos saponificables: estos contienen en su estructura uno o más ácidos grasos para poder saponificar (reacción química entre un ácido graso y una base o alcalino. Los ácidos grasos son moléculas formadas por una larga cadena lineal hidrocarbonada con un grupo hidroxilo en un extremo.
~Triglicéridos: Resultado de la esterificación de tres ácidos grasos con cada uno de los grupos hidroxil (-OH). Si a temperatura ambiente son sólidos: grasas. A temperatura ambiente son líquidos: aceites. Su función es reserva de energia.
~Céridos: Las ceras son el resultado de la esterificación de un ácido graso con un alcohol de cadena larga. Impermeabilizan y protegen (piel,
plumas…).
~Fosfolípidos: La esterificació de dos ácidos grasos con dos hidroxilos de glicerol; el tercer hidroxilo se esterifica con un ácido fosfórico y este con un alcohol. Forman parte de la bicapa lipídica de la membrana celular.
*Lípidos insaponificables: no contienen ácidos grasos.
~Terpenos: aceites esenciales (mentol), el fitol (clorofila), vitaminas A, K i E, carotenoides (pigmentos fotosintéticos) y caucho (àrbol Hevea brasiliensis).
~Esteroides: Se destacan el colesterol, los corticoides, las hormonas sexuales y la vitamina D.
–Proteínas: Son polipéptidos (largas cadenas no ramificadas de aminoácidos conectados ente si por medio de enlaces peptídicos). Cada proteína tiene una
secuencia característica de aminoácidos, se conoce como estructura primaria,
determinada genéticamente segun el orden de los codones del ADN. La cadena
primaria de aminoácidos se pliega en forma de hélice alfa constituyendo, así,
la estructura secundaria; puede replegarse sobre si misma para adoptar una
conformación globular, denominada estructura terciaria; finalmente diversas estructuras terciarias se pueden agrupar y formar la estructura cuaternaria.
Las encimas llevan a cabo todas las reacciones metabólicas; algunas proteínas son hormonas; la insulina y la hormona del crecimiento.
–Ácidos nucléicos: son biomoléculas orgánicas encargadas de almacenar y difundir la información genética. Son polímeros (largas cadenas de nucleótidos denominadas polinucleótidos). Un nucleótido tiene tres componentes básicos: un monosacárido de 5 carbonos (ribosa o desoxiribosa), una base nitrogenada (adenina, guanina, citosina, timina y uracilo) y un grupo fosfato.
El ADN está formado por dos cadenas de nucleótidos: contiene, de manera codificada, la información necesaria para el funcionamiento de la célula en unas unidades denominadas genes. El ADN tiene siempre desoxiribosa y NUNCA URACIL.
El ARN está formado por un solo polinucleótido, es siempre la copia de un segmento (un gen) de ADN. El ARN siempre tiene ribosa y NUNCA TIMINA.
Los Virus
El virus es un agente genético que posee una región central de ácido nucleico, ADN o ARN (genoma) y que está rodeado por una cubierta de proteína o cápside y, en algunos casos, por una envolturalipoproteica.
Los virus contienen toda la información necesaria para su ciclo reproductor; que solamente puede ocurrir adentro de las células vivas, apoderándose de las enzimas y de la maquinaria biosintética de sus hospedadores.
Los virus difieren entre sí por el tamaño, la forma y la composición química de su genoma.
EL GENOMA
En algunos virus, el genoma se presenta segmentado en 8 moléculas de RNA de cadena simple, que se asocian con moléculas de una proteína que le confieren forma helicoidal. Los RNA genómicos asociados con la proteína reciben el nombre de nucleocápsides. Rodeando las nucleocápsides, existe una membrana lipoproteica a través de la cual emergen las glucoproteínas virales de envoltura (neuroaminidasa y hemaglutinina).
¿Sabía que...?
El virus de la influenza muta frecuentemente. Los cambios en su ácido nucleico alteran las proteínas de la envoltura externa y, por lo tanto, los anticuerpos previamente formados ya no lo "reconocen". Es probable que surjan nuevas cepas de virus de influenza más rápidamente que las vacunas que puedan producirse para combatirlas.
CLASIFICACIÓN
A) En las primeras épocas se tenían en cuenta los siguientes factores:
- La patogenicidad;
- El órgano o tejido atacado; y
- El tipo de transmisión.
B) En el presente, merced a la microscopía electrónica, se tienen en cuenta:
- La forma o estructura; y
- El tamaño
Tipos de estructuras:
* Helicoidal
En este tipo de estructura, los cápsides se agrupan y se ensamblan formando una hélice cerrada, en cuyo espacio medio se encuentra el genoma.
*Icosaédrica:
Cada uno de los veinte lados de esta estructura es un triángulo equilátero, compuesto por subunidades proteicas idénticas. Muchos virus están constituidos sobre este principio. Hay 252 subunidades en total. Dentro del icosaedro se encuentra el genoma viral de DNA de doble cadena.
* "T4". (bacterófagos)
Foto con microscopio electrónico
C) La biología molecular estudia los virus considerando que:
1- El genoma de los virus puede estar constituido por DNA o RNA de cadena simple o doble.
2- Las proteínas de la cápside pueden tomar distintas formas, que son:
a. Capas adicionales; y
b. Estructuras proteicas complejas
3- La envoltura lipídica, proveniente de la célula infectada, en la que están insertadas proteínas virales. La mayor parte de esas proteínas están glucosiladas y se denominan glucoproteínas de envoltura.
¿Sabia que...?
Las proteínas de la cápside o las proteínas de envoltura determinan la especificidad de un virus; una célula puede ser infectada por un virus si la proteína viral puede "encajar" en uno de los receptores específicos de la membrana celular de ese tipo de célula.
Aparentemente, todos los tipos de células, tanto procarióticas como eucarióticas, son susceptibles de infección por virus específicos capaces de establecer una interacción con sus receptores de membrana.
Los virus pueden actuar de dos formas distintas:
Reproduciéndose en el interior de la célula infectada, utilizando todo el material y la maquinaria de la célula hospedante.
Uniéndose al material genético de la célula en la que se aloja, produciendo cambios genéticos en ella.
Por eso se pueden considerar los virus como agentes infecciosos productores de enfermedades o como agentes genéticos que alteran el material el material hereditario de la célula huésped.
Ciclo de multiplicación de los distintos virus:
La única función que cumplen los virus y que comparten con el resto de los seres vivos es la de reproducirse (generar copias de sí mismos); para ello, necesitan utilizar la materia, la energía y la maquinaria de la célula huésped, por lo que se los denomina parásitos obligados. Como no poseen metabolismo ni organización celular, se los sitúa en el límite entre lo vivo y lo inerte.
Una vez que infectan una célula, los virus pueden desarrollar dos tipos de comportamiento: a) como agentes infecciosos, produciendo la lisis o muerte de la célula, o b) como virus atenuados o templados, que añaden material genético a la célula hospedante y, por lo tanto, resultan agentes de la variabilidad genética.
Ambos casos han sido estudiados con detalle en los virus bacteriófagos, que pueden observarse en estos dibujos esquemáticos.
En los dos casos de infección el proceso empieza de esta forma:
1. Fase de fijación (a): Los virus se unen por la placa basal a la cubierta de la pared bacteriana.
2. Fase de contracción (b): La cola se contrae y el ácido nucleico del virus empieza a inyectarse.
3. Fase de penetración (c): El ácido nucleico del virus penetra en el citoplasma de la bacteria, la cubierta proteínica (cápsides) queda fuera de la célula.
A partir de este momento el proceso infeccioso puede seguir dos ciclos diferentes:
1. En el ciclo lítico El ADN del virus codifica todas las proteínas necesarias, el ADN bacteriano fabrica las proteínas víricas y copias de ácidos nucleicos víricos, la cabeza de la cápside, las estructuras más importantes de la cola y las fibras de la cola que se ensamblan por separado.
Después de que el DNA vírico ha sido insertado en la cabeza de la cápside, el ensamble de la cola preformada se une a ella. La adición de las fibras de la cola completa la partícula viral
Cuando hay suficiente cantidad, los virus se liberan al medio, produciendo la muerte de la célula.
2. En el ciclo lisogénico se produce cuando el genoma del virus queda integrado en el genoma de la bacteria, no expresa sus genes y se replica junto al de la bacteria.
El virus queda en forma de profago.
Y en esta secuencia animada, puedes ver a un virus en acción...
En otras, el virus intacto entra a la célula pero, una vez dentro, la cápside se desensambla por distintos mecanismos, liberando el ácido nucleico viral. Luego, el genoma viral comienza a transcribirse y a replicarse y forma nuevas partículas virales. La estrategia que utilizan los virus para multiplicarse varía de acuerdo al tipo de virus, lo que determina, a su vez, el lugar dentro de la célula en que se replica y transcribe su genoma.
Actividad biosintética del los Virus:
En los virus con genoma de ADN, el ADN del virus se replica y también se transcribe a ARN mensajero (mARN). El mARN codifica enzimas virales, proteínas de la cubierta viral y, en algunos casos, proteínas reguladoras que controlan la expresión del genoma de la célula hospedadora. El virus realiza sus actividades biosintéticas con el equipamiento de la célula hospedadora. Muchos virus usan enzimas del hospedador al igual que las codificadas por sus propios ácidos nucleicos; algunos fragmentan el ADN del hospedador y reciclan los nucleótidos para la síntesis del ADN viral. En la mayoría de los virus de ARN, el ARN viral se replica y actúa directamente como mARN. Otros en cambio, llevan en la partícula viral una enzima propia que les permite sintetizar los mARN, usando como molde el ARN genómico, ya que éste no puede funcionar como mensajero.
En otro tipo de virus de ARN, el ARN viral se transcribe a ADN a partir de éste vuelve a transcribirse luego el mARN. Este fenómeno de transcripción inversa es característico de los retrovirus, tanto de los que causan cáncer, como del virus HIV, responsable del SIDA (síndrome de inmunodeficiencia adquirida).
Las partículas virales se ensamblan dentro de la célula hospedadora. Los virus recién formados surgen como brotes en porciones de la membrana de la célula hospedadora que contienen las proteínas virales y, al hacerlo, quedan envueltos por fragmentos de ella.
Cuando se ha completado el ensamble de partículas virales, éstas se desprenden de la célula hospedadora, a menudo provocando la lisis de su membrana en el proceso. Cada nueva partícula viral es capaz de comenzar un nuevo ciclo de infección en una célula no infectada.
Evolución de los virus:
El estudio del origen y de la evolución de los virus se ve dificultado por la falta de restos fósiles. Los síntomas de enfermedades virales que conocemos actualmente pueden ser rastreados sólo hacia el comienzo de los registros de la historia humana.
Para realizar estudios comparativos, sólo disponemos de virus aislados hace no más de 80 años. Por lo tanto, para elaborar una hipótesis sobre el origen de los virus, solo podemos hacer extrapolaciones hacia atrás, basándonos en el estudio detallado de las características de los virus actuales.
Existen tres teorías principales que explicarían el origen de los virus. Una de ellas, la teoría regresiva, propone a los virus como formas degeneradas de parásitos intracelulares. Otra teoría postula que los virus se habrían originado a partir de componentes celulares normales (ADN o ARN) que habrían adquirido la capacidad de replicarse en forma autónoma y de evolucionar independientemente. La tercera teoría se relaciona con la hipótesis de un mundo prebiótico basado en ARN.
Han sido aislados e identificados otros agentes infecciosos aun más simples que los virus: los viroides (pequeñas moléculas de ARN sin proteínas asociadas) y los priones. Los viroides son el agente causal de ciertas enfermedades de las plantas y los priones transmiten enfermedades neurodegenerativas llamadas encefalopatías espongiformes. No se conocen los mecanismos por los cuales los viroides ejercen sus efectos patogénicos, pero una hipótesis sugiere que estos elementos interfieren con la regulación génica de las células infectadas.
Hooke, Robert (1635-1703), científico inglés, conocido por su estudio de la elasticidad. Hooke aportó también otros conocimientos en varios campos de la ciencia.
Nació en la isla de Wight y estudió en la Universidad de Oxford. Fue ayudante del físico británico Robert Boyle, a quien ayudó en la construcción de la bomba de aire. Hooke realizó algunos de los descubrimientos e invenciones más importantes de su tiempo, aunque en muchos casos no consiguió terminarlos. Formuló la teoría del movimiento planetario como un problema de mecánica, y comprendió, pero no desarrolló matemáticamente, la teoría fundamental con la que Isaac Newton formuló la ley de la gravitación. Entre las aportaciones más importantes de Hooke están la formulación correcta de la teoría de la elasticidad (que establece que un cuerpo elástico se estira proporcionalmente a la fuerza que actúa sobre él), conocida como ley de Hooke, y el análisis de la naturaleza de la combustión. Fue el primero en utilizar el resorte espiral para la regulación de los relojes y desarrolló mejoras en los relojes de péndulo. Hooke también fue pionero en realizar investigaciones microscópicas y publicó sus observaciones, entre las que se encuentra el descubrimiento de las células vegetales.
Célula
La célula es una unidad mínima de un organismo capaz de actuar de manera autónoma. Todos los organismos vivos están formados por células, y en general se acepta que ningún organismo es un ser vivo si no consta al menos de una célula. Algunos organismos microscópicos, como bacterias y protozoos, son células únicas, mientras que los animales y plantas están formados por muchos millones de células organizadas entejidos y órganos. Aunque los virus y los extractos acelulares realizan muchas de las funciones propias de la célula viva, carecen de vida independiente, capacidad de crecimiento y reproducción propias de las células y, por tanto, no se consideran seres vivos. La biología estudia las células en función de su constitución molecular y la forma en que cooperan entre sí para constituir organismos muy complejos, como el ser humano. Para poder comprender cómo funciona el cuerpo humano sano, cómo se desarrolla y envejece y qué falla en caso de enfermedad, es imprescindible conocer las células que lo constituyen.
Características generales de las células
Hay células de formas y tamaños muy variados. Algunas de las células bacterianas más pequeñas tienen forma cilíndrica de menos de una micra o µm (1 µm es igual a una millonésima de metro) de longitud. En el extremo opuesto se encuentran las células nerviosas, corpúsculos de forma compleja con numerosas prolongaciones delgadas que pueden alcanzar varios metros de longitud (las del cuello de la jirafa constituyen un ejemplo espectacular). Casi todas las células vegetales tienen entre 20 y 30 µm de longitud, forma poligonal y pared celular rígida. Las células de los tejidos animales suelen ser compactas, entre 10 y 20 µm de diámetro y con una membrana superficial deformable y casi siempre muy plegada.
Pese a las muchas diferencias de aspecto y función, todas las células están envueltas en una membrana —llamada membrana plasmática— que encierra una sustancia rica en agua llamada citoplasma. En el interior de las células tienen lugar numerosas reacciones químicas que les permiten crecer, producir energía y eliminar residuos. El conjunto de estas reacciones se llama metabolismo (término que proviene de una palabra griega que significa cambio). Todas las células contienen información hereditaria codificada en moléculas de ácido desoxirribonucleico (ADN); esta información dirige la actividad de la célula y asegura la reproducción y el paso de los caracteres a la descendencia. Estas y otras numerosas similitudes (entre ellas muchas moléculas idénticas o casi idénticas) demuestran que hay una relación evolutiva entre las células actuales y las primeras que aparecieron sobre la Tierra.
Composición química
En los organismos vivos no hay nada que contradiga las leyes de la química y la física. La química de los seres vivos, objeto de estudio de la bioquímica, está dominada por compuestos de carbono y se caracteriza por reacciones acaecidas en solución acuosa y en un intervalo de temperaturas pequeño. La química de los organismos vivientes es muy compleja, más que la de cualquier otro sistema químico conocido. Está dominada y coordinada por polímeros de gran tamaño, moléculas formadas por encadenamiento de subunidades químicas; las propiedades únicas de estos compuestos permiten a células y organismos crecer y reproducirse. Los tipos principales de macromoléculas son las proteínas, formadas por cadenas lineales de aminoácidos; los ácidos nucleicos, ADN y ARN, formados por bases nucleotídicas, y los polisacáridos, formados por subunidades de azúcares.
Células procarióticas y eucarióticas
Entre las células procarióticas y eucarióticas hay diferencias fundamentales en cuanto a tamaño y organización interna. Las procarióticas, que comprenden bacterias y cianobacterias (antes llamadas algas verdeazuladas), son células pequeñas, entre 1 y 5 µm de diámetro, y de estructura sencilla; el material genético (ADN) está concentrado en una región, pero no hay ninguna membrana que separe esta región del resto de la célula. Las células eucarióticas, que forman todos los demás organismos vivos, incluidos protozoos, plantas, hongos y animales, son mucho mayores (entre 10 y 50 µm de longitud) y tienen el material genético envuelto por una membrana que forma un órgano esférico conspicuo llamado núcleo. De hecho, el término eucariótico deriva del griego ‘núcleo verdadero’, mientras que procariótico significa ‘antes del núcleo’.
Partes de la célula
El núcleo
El órgano más conspicuo en casi todas las células animales y vegetales es el núcleo; está rodeado de forma característica por una membrana, es esférico y mide unas 5 µm de diámetro. Dentro del núcleo, las moléculas de ADN y proteínas están organizadas en cromosomas que suelen aparecer dispuestos en pares idénticos. Los cromosomas están muy retorcidos y enmarañados y es difícil identificarlos por separado. Pero justo antes de que la célula se divida, se condensan y adquieren grosor suficiente para ser detectables como estructuras independientes. El ADN del interior de cada cromosoma es una molécula única muy larga y arrollada que contiene secuencias lineales de genes. Éstos encierran a su vez instrucciones codificadas para la construcción de las moléculas de proteínas y ARN necesarias para producir una copia funcional de la célula.
El núcleo está rodeado por una membrana doble, y la interacción con el resto de la célula (es decir, con el citoplasma) tiene lugar a través de unos orificios llamados poros nucleares. El nucleolo es una región especial en la que se sintetizan partículas que contienen ARN y proteína que migran al citoplasma a través de los poros nucleares y a continuación se modifican para transformarse en ribosomas.
El núcleo controla la síntesis de proteínas en el citoplasma enviando mensajeros moleculares. El ARN mensajero (ARNm) se sintetiza de acuerdo con las instrucciones contenidas en el ADN y abandona el núcleo a través de los poros. Una vez en el citoplasma, el ARNm se acopla a los ribosomas y codifica la estructura primaria de una proteína específica.
Citoplasma y citosol
El citoplasma comprende todo el volumen de la célula, salvo el núcleo. Engloba numerosas estructuras especializadas y orgánulos, como se describirá más adelante.
La solución acuosa concentrada en la que están suspendidos los orgánulos se llama citosol. Es un gel de base acuosa que contiene gran cantidad de moléculas grandes y pequeñas, y en la mayor parte de las células es, con diferencia, el compartimiento más voluminoso (en las bacterias es el único compartimiento intracelular). En el citosol se producen muchas de las funciones más importantes de mantenimiento celular, como las primeras etapas de descomposición de moléculas nutritivas y la síntesis de muchas de las grandes moléculas que constituyen la célula.
Aunque muchas moléculas del citosol se encuentran en estado de solución verdadera y se desplazan con rapidez de un lugar a otro por difusión libre, otras están ordenadas de forma rigurosa. Estas estructuras ordenadas confieren al citosol una organización interna que actúa como marco para la fabricación y descomposición de grandes moléculas y canaliza muchas de las reacciones químicas celulares a lo largo de vías restringidas.
Citoesqueleto
El citoesqueleto es una red de filamentos proteicos del citosol que ocupa el interior de todas las células animales y vegetales. Adquiere una relevancia especial en las animales, que carecen de pared celular rígida, pues el citoesqueleto mantiene la estructura y la forma de la célula. Actúa como bastidor para la organización de la célula y la fijación de orgánulos y enzimas. También es responsable de muchos de los movimientos celulares. En muchas células, el citoesqueleto no es una estructura permanente, sino que se desmantela y se reconstruye sin cesar. Se forma a partir de tres tipos principales de filamentos proteicos: microtúbulos, filamentos de actina y filamentos intermedios, unidos entre sí y a otras estructuras celulares por diversas proteínas.
Los movimientos de las células eucarióticas están casi siempre mediatizados por los filamentos de actina o los microtúbulos. Muchas células tienen en la superficie pelos flexibles llamados cilios o flagelos, que contienen un núcleo formado por un haz de microtúbulos capaz de desarrollar movimientos de flexión regulares que requieren energía. Los espermatozoides nadan con ayuda de flagelos, por ejemplo, y las células que revisten el intestino y otros conductos del cuerpo de los vertebrados tienen en la superficie numerososcilios que impulsan líquidos y partículas en una dirección determinada. Se encuentran grandes haces de filamentos de actina en las células musculares donde, junto con una proteína llamada miosina, generan contracciones poderosas. Los movimientos asociados con la división celular dependen en animales y plantas de los filamentos de actina y los microtúbulos, que distribuyen los cromosomas y otros componentes celulares entre las dos células hijas en fase de segregación. Las células animales y vegetales realizan muchos otros movimientos para adquirir una forma determinada o para conservar su compleja estructura interna.
Mitocondrias y cloroplastos
Las mitocondrias son uno de los orgánulos más conspicuos del citoplasma y se encuentran en casi todas las células eucarióticas. Observadas al microscopio, presentan una estructura característica: la mitocondria tiene forma alargada u oval de varias micras de longitud y está envuelta por dos membranas distintas, una externa y otra interna, muy replegada.
Las mitocondrias son los orgánulos productores de energía. La célula necesita energía para crecer y multiplicarse, y las mitocondrias aportan casi toda esta energía realizando las últimas etapas de la descomposición de las moléculas de los alimentos. Estas etapas finales consisten en el consumo de oxígeno y la producción de dióxido de carbono, proceso llamado respiración, por su similitud con la respiración pulmonar. Sin mitocondrias, los animales y hongos no serían capaces de utilizar oxígeno para extraer toda la energía de los alimentos y mantener con ella el crecimiento y la capacidad de reproducirse. Los organismos llamados anaerobios viven en medios sin oxígeno, y todos ellos carecen de mitocondrias.
Los cloroplastos son orgánulos aún mayores y se encuentran en las células de plantas y algas, pero no en las de animales y hongos. Su estructura es aún más compleja que la mitocondrial: además de las dos membranas de la envoltura, tienen numerosos sacos internos formados por membrana que encierran el pigmento verde llamado clorofila. Desde el punto de vista de la vida terrestre, los cloroplastos desempeñan una función aún más esencial que la de las mitocondrias: en ellos ocurre la fotosíntesis; esta función consiste en utilizar la energía de la luz solar para activar la síntesis de moléculas de carbono pequeñas y ricas en energía, y va acompañado de liberación de oxígeno. Los cloroplastos producen tanto las moléculas nutritivas como el oxígeno que utilizan las mitocondrias.
Membranas internas
Núcleos, mitocondrias y cloroplastos no son los únicos orgánulos internos de las células eucarióticas delimitados por membranas. El citoplasma contiene también muchos otros orgánulos envueltos por una membrana única que desempeñan funciones diversas. Casi todas guardan relación con la introducción de materias primas y la expulsión de sustancias elaboradas y productos de desecho por parte de la célula. Por ello, en las células especializadas en la secreción de proteínas, por ejemplo, determinados orgánulos están muy atrofiados; en cambio, los orgánulos son muy numerosos en las células de los vertebrados superiores especializadas en capturar y digerir los virus y bacterias que invaden el organismo.
La mayor parte de los componentes de la membrana celular se forman en una red tridimensional irregular de espacios rodeada a su vez por una membrana y llamada retículo endoplasmático (RE), en el cual se forman también los materiales que son expulsados por la célula. El aparato de Golgi está formado por pilas de sacos aplanados envueltos en membrana; este aparato recibe las moléculas formadas en el retículo endoplasmático, las transforma y las dirige hacia distintos lugares de la célula.
Los lisosomas son pequeños orgánulos de forma irregular que contienen reservas de enzimas necesarias para la digestión celular de numerosas moléculas indeseables. Los peroxisomas son vesículas pequeñas envueltas en membrana que proporcionan un sustrato delimitado para reacciones en las cuales se genera y degrada peróxido de hidrógeno, un compuesto reactivo que puede ser peligroso para la célula. Las membranas forman muchas otras vesículas pequeñas encargadas de transportar materiales entre orgánulos. En una célula animal típica, los orgánulos limitados por membrana pueden ocupar hasta la mitad del volumen celular total.
División celular
Las plantas y los animales están formados por miles de millones de células individuales organizadas en tejidos y órganos que cumplen funciones específicas. Todas las células de cualquier planta o animal han surgido a partir de una única célula inicial —el óvulo fecundado— por un proceso de división. El óvulo fecundado se divide y forma dos células hijas idénticas, cada una de las cuales contiene un juego de cromosomas idéntico al de la célula parental. Después cada una de las células hijas vuelve a dividirse de nuevo, y así continúa el proceso. Salvo en la primera división del óvulo, todas las células crecen hasta alcanzar un tamaño aproximado al doble del inicial antes de dividirse. En este proceso, llamado mitosis, se duplica el número de cromosomas (es decir, el ADN) y cada uno de los juegos duplicados se desplaza sobre una matriz de microtúbulos hacia un polo de la célula en división, y constituirá la dotación cromosómica de cada una de las dos células hijas que se forman.
Pasos para la realización de la división de las células
· La célula se prepara para dividirse.
· Los cromosomas se dividen.
· Se forma el huso acromático.
· Las cromátidas se alinean en el centro de la célula.
· Las cromatidas se separan.
· La célula se estrecha por el centro.
· La membrana celular empieza a dividirse.
· Las dos nuevas células hijas reciben la misma dotación cromosomica.
Cáncer
El cáncer es el crecimiento tisular producido por la proliferación continua de células anormales con capacidad de invasión y destrucción de otros tejidos. El cáncer que puede originarse a partir de cualquier tipo de célula en cualquier tejido corporal, no es una enfermedad única sino un conjunto de enfermedades que se clasifican en función del tejido y célula de origen. Existen varios cientos de formas distintas, siendo tres los principales subtipos: los sarcomas proceden del tejido conectivo como huesos, cartílagos, nervios, vasos sanguíneos, músculos y tejido adiposo. Los carcinomas proceden de tejidos epiteliales como la piel o los epitelios que tapizan las cavidades y órganos corporales, y los tejidos glandulares de la mama y próstata. Los carcinomas incluyen algunos de los cánceres más frecuentes. Los carcinomas de estructura similar a la piel se denominan carcinomas de células escamosas. Los que tienen una estructura glandular se denominan adenocarcinomas. En el tercer subtipo se encuentran las leucemias y linfomas que incluyen los cánceres de los tejidos formadores de las células sanguíneas. Producen inflamación de los ganglios linfáticos, invasión del bazo y médula ósea, y sobreproducción de células blancas inmaduras. Estos factores ayudan a su clasificación.
Naturaleza de la enfermedad
El crecimiento canceroso, o neoplasia, es clonal —todas las células proceden de una única célula madre. Estas células han escapado al control que en condiciones normales rige el crecimiento celular. Como las células embrionarias, son incapaces de madurar o diferenciarse en un estadio adulto y funcional. La proliferación de estas células puede formar una masa denominada tumor, que crece sin mantener relación con la función del órgano del que procede.
Clonación de genes
Es el proceso mediante el cual puede aislarse un gen de entre todos los genes diferentes que existen en un organismo, lo que permite realizar su caracterización. Esto se consigue con la preparación de una batería de bacterias que contienen todos los genes distintos presentes en un organismo de manera que cada una de ellas contiene un solo gen. Esto se lleva a cabo efectuando cortes del ADN de un individuo. Otra alternativa es la de crear un conjunto de todas las secuencias de ADN expresadas en una célula específica mediante la producción de copias complementarias de ADN a partir del ARNm hallado en dichas células. En ambos casos, los fragmentos de ADN se unen a un vector, un virus bacteriano conocido como bacteriófago o a un ADN circular denominado plásmido, que se introduce en una bacteria de forma que cada una adquiere sólo una copia del vector y por tanto recibe sólo un fragmento de ADN.
Los grupos preparados de esta forma se pueden examinar para identificar la bacteria que contiene el gen objeto de estudio. Entonces, se toma esta bacteria y se hace crecer para producir un clon de bacterias idénticas. Como el vector que contiene el ADN insertado se replica siempre que la célula bacteriana se divide, se produce la cantidad suficiente de ADN insertado clonado necesaria para caracterizar el gen. De esta manera es posible estudiar los genes que codifican proteínas que tienen un interés especial, o aquellos cuya inactivación, consecuencia de una mutación, origina una enfermedad específica. Por ejemplo, podemos determinar su secuencia y la naturaleza de la mutación que da lugar a una enfermedad.
Gen, unidad de herencia, partícula de material genético que determina la herencia de una característica determinada, o de un grupo de ellas. Los genes están localizados en los cromosomas en el núcleo celular y se disponen en línea a lo largo de cada uno de ellos. Cada gen ocupa en el cromosoma una posición, o locus. Por esta razón, el término locus se intercambia en muchas ocasiones con el de gen.
Vida saludable
Los buenos hábitos de salud pueden ayudarle a evitar una enfermedad y mejorar su calidad de vida. Las siguientes medidas le ayudarán a sentirse y vivir mejor.
· Hacer ejercicio en forma regular y controlar el peso
· No fumar
· No tomar mucho alcohol y evitarlo por completo en caso de tener antecedentes de alcoholismo
· Utilizar los medicamentos recetados por el médico según las instrucciones
· Consumir una dieta saludable y equilibrada
· Cuidar los dientes
· Controlar la hipertensión arterial
· Seguir buenas prácticas de seguridad
EJERCICIO
Es un factor clave para mantenerse saludable. El ejercicio fortalece los huesos, el corazón y los pulmones, tonifica los músculos, mejora la vitalidad, ayuda a conciliar mejor el sueño y alivia la depresión.
Hable con el médico antes de comenzar un programa de ejercicios si tiene problemas de salud como obesidad, hipertensión o diabetes. Esto ayuda a garantizar que el ejercicio sea seguro y que usted le saque el mejor provecho.
TABAQUISMO
La exposición indirecta al cigarrillo puede causar cáncer pulmonar en personas que no fuman. La exposición indirecta al tabaco también está ligada con enfermedades cardíacas.
Nunca es demasiado tarde para dejar de fumar. Hable con el médico o el personal de enfermería sobre medicamentos y programas que le puedan ayudar a dejar de fumar.
CONSUMO DE ALCOHOL
El consumo de alcohol cambia muchas funciones cerebrales. Afecta en primera instancia las emociones, el pensamiento y el juicio. Con la ingestión continua de alcohol, se afecta el control motor, produciendo mala pronunciación al hablar, reacciones más lentas y pérdida del equilibrio. Tener una cantidad más alta de grasa corporal y beber con el estómago vacío aceleran los efectos del alcohol.
El alcoholismo puede llevar a que se presenten enfermedades como:
· Enfermedades del hígado y del páncreas
· Cáncer y otras enfermedades del tubo digestivo
· Daño al miocardio
· Daño cerebral
No tome alcohol durante el embarazo. El alcohol puede causar daño serio al feto y llevar a que se presente el síndrome de alcoholismo fetal.
Los padres deben hablar con sus hijos acerca de los efectos peligrosos del alcohol. Consulte con el médico si usted o alguien cercano tiene un problema con el alcohol. Muchas personas cuyas vidas han resultado afectadas por el alcohol se benefician al formar parte un grupo de apoyo para el alcoholismo.
CONSUMO DE DROGAS Y MEDICAMENTOS
Las drogas y los medicamentos afectan a las personas de diferentes formas. Siempre coméntele al médico acerca de todas las drogas que se estén tomando, incluso medicamentos de venta libre y vitaminas.
· Las interacciones pueden ser peligrosas.
· Las personas mayores deben ser muy cuidadosas acerca de las interacciones cuando están tomando muchos medicamentos.
· Todos los médicos deben conocer todos los medicamentos que usted está tomando. Lleve la lista consigo cuando asista a chequeos y tratamientos.
· Evite el consumo de alcohol mientras esté tomando medicamentos, ya que esto puede causar problemas serios. La combinación de alcohol y tranquilizantes o analgésicos puede ser mortal.
Las madres embarazadas no deben tomar ningún fármaco o medicamento sin consultar con el médico, ni siquiera los medicamentos de venta libre. El feto es más sensible al daño de las drogas durante los primeros 3 meses. Coméntele al médico si usted ha estado tomando cualquier droga antes de quedar embarazada.
Siempre tome los medicamentos en la forma como se los recetaron: tomar cualquier droga en una forma distinta a la recetada o tomar demasiado puede causar serios problemas de salud y se considera drogadicción. El abuso y la adicción no están asociados solamente con las drogas "ilícitas".
· Las drogas legales como laxantes, analgésicos, aerosoles nasales, píldoras para adelgazar y medicinas para la tos también se pueden usar de forma indebida.
La adicción se define como el uso continuo de una sustancia aunque esté experimentando problemas relacionados con su consumo. El hecho de simplemente necesitar un fármaco (como un analgésico o un antidepresivo) y tomarlo como se la recetaron no es una adicción.
MANEJO DEL ESTRÉS
El estrés es normal. Puede ser un gran motivador y sirve en algunos casos. Sin embargo, demasiado estrés puede ocasionar problemas de salud como insomnio, malestar estomacal, ansiedad y cambios en el estado de ánimo.
· Aprenda a reconocer los factores que muy probablemente le ocasionan estrés en su vida.
· Es posible que usted no pueda evitar todo el estrés, pero conocer la fuente puede ayudarlo sentir que tiene el control.
· Cuanto más control sienta usted que tiene sobre su vida, menos dañino será el estrés en su vida.
OBESIDAD
La obesidad es una preocupación de salud grave. El exceso de grasa corporal puede sobrecargar el corazón, los huesos y los músculos. También puede incrementar el riesgo de hipertensión arterial, accidente cerebrovascular, venas varicosas, cáncer de mama y enfermedad de la vesícula biliar.
La obesidad puede ser causada por comer demasiado y consumir alimentos malsanos. La falta de ejercicio también juega un papel. Los antecedentes familiares también pueden ser un riesgo para algunas personas.
DIETA
Una dieta equilibrada es importante para la buena salud.
· Escoja alimentos con un contenido bajo de grasas saturadas y grasas trans, al igual que poco colesterol.
· Reduzca la ingesta de azúcar, sal (sodio) y alcohol.
· Consuma más fibra, que se puede encontrar en frutas, verduras, legumbres, productos de granos enteros y nueces.
CUIDADO DENTAL
La buena higiene dental puede ayudarle a mantener los dientes y encías sanos toda una vida. Es importante que los niños adquieran buenos hábitos dentales desde edad temprana. La higiene apropiada debe incluir:
· Cepillarse los dientes dos veces diarias y utilizar el hilo dental diariamente.
· Utilizar una pasta dental con fluoruro.
· Hacerse chequeos dentales regulares.
· Limitar el consumo de azúcar.
· Usar un cepillo de dientes con cerdas suaves. El cepillo dental debe reemplazarse apenas las cerdas comiencen a doblarse.
· Pídale al odontólogo que le muestre las formas apropiadas de cepillarse y usar el hilo dental.
Información
Los buenos hábitos de salud pueden ayudarle a evitar una enfermedad y mejorar su calidad de vida. Las siguientes medidas le ayudarán a sentirse y vivir mejor.
· Hacer ejercicio en forma regular y controlar el peso
· No fumar
· No tomar mucho alcohol y evitarlo por completo en caso de tener antecedentes de alcoholismo
· Utilizar los medicamentos recetados por el médico según las instrucciones
· Consumir una dieta saludable y equilibrada
· Cuidar los dientes
· Controlar la hipertensión arterial
· Seguir buenas prácticas de seguridad
Genética
La genética es el estudio de la herencia, el proceso en el cual un padre le transmite ciertos genes a sus hijos. La apariencia de una persona (estatura, color del cabello, de piel y de los ojos) está determinada por los genes. Otras características afectadas por la herencia son:
· Probabilidad de contraer ciertas enfermedades
· Capacidades mentales
· Talentos naturales
Un rasgo anormal (anomalía) que se transmite de padres a hijos (heredado) puede:
· No tener ningún efecto en la salud ni en el bienestar de la persona (por ejemplo, el rasgo podría simplemente ser un mechón de cabello blanco o el lóbulo de la oreja más largo de lo normal).
· Tener sólo un efecto menor (por ejemplo, daltonismo).
· Tener un mayor efecto en la calidad o duración de la vida.
Para la mayoría de los trastornos genéticos, se recomienda asesoría genética. Es posible que muchas parejas también quieran buscar diagnóstico prenatal si uno de ellos tiene un trastorno genético.
Información
Los seres humanos tienen células con 46 cromosomas: dos cromosomas que determinan su sexo (cromosomas X y Y) y 22 pares de cromosomas no sexuales (autosómicos). Los hombres tienen "46, XY" y la mujeres "46, XX". Los cromosomas se componen de hebras de información genética, llamadas ADN. Cada cromosoma contiene secciones de ADN llamadas genes, los cuales transportan la información necesaria para que su cuerpo produzca ciertas proteínas.
Cada par de cromosomas autosómicos contiene un cromosoma de la madre y uno del padre. Cada cromosoma en un par porta básicamente la misma información, es decir, cada par tiene los mismos genes. Algunas veces, hay ligeras variaciones de estos genes. Estas variaciones se presentan en menos del 1% de la secuencia de ADN. Los genes que tienen estas variaciones se denominan alelos.
Algunas de estas variaciones pueden provocar un gen que es anormal. Un gen anormal puede conducir a una proteína anormal o a una cantidad anormal de una proteína normal. En un par de cromosomas autosómicos, hay dos copias de cada gen, uno de cada padre. Si uno de estos genes es anormal, el otro puede producir suficiente proteína para que no se desarrolle ninguna enfermedad. Cuando esto sucede, el gen anormal se denomina recesivo y el otro gen en el par se denomina dominante. Se dice que los genes recesivos se heredan en un patrón autosómico recesivo.
Sin embargo, si únicamente se necesita un gen anormal para producir la enfermedad, esto lleva a que se presente un trastorno hereditario dominante. En el caso de un trastorno dominante, si un gen anormal se hereda del padre o de la madre, el niño probablemente manifestará la enfermedad.
A una persona con un gen anormal se la denomina heterocigoto para ese gen. Si un niño recibe un gen anormal para enfermedad recesiva de ambos padres, manifestará la enfermedad y será homocigoto para ese gen.
TRASTORNOS GENÉTICOS
Casi todas las enfermedades tienen un componente genético, pero la importancia de ese componente varía. Los trastornos en los cuales los genes juegan un papel importante (enfermedades genéticas) se pueden clasificar como:
· Defectos monogenéticos
· Trastornos cromosómicos
· Multifactoriales
Un trastorno monogenético, también llamado trastorno mendeliano, es causado por un defecto en un gen particular. Los trastornos monogenéticos son poco comunes, pero dado que hay cerca de 4,000 trastornos monogenéticos conocidos, su impacto combinado es considerable.
Los trastornos monogenéticos se caracterizan por la forma como se transmiten en familias. Hay cinco patrones básicos de herencia monogenética:
· Autosómico dominante
· Autosómico recesivo
· Dominante ligado al cromosoma X
· Recesivo ligado al cromosoma X
· Herencia ligada al cromosoma Y
· Herencia materna (mitocondrial)
El efecto observado de un gen (la apariencia de un trastorno) se denomina el fenotipo.
En la herencia autosómica dominante, la anomalía o anomalías generalmente aparecen en cada generación. Cada vez que una mujer afectada tenga un niño, ese niño tendrá un 50% de probabilidad de heredar la enfermedad.
Las personas con una copia del gen para enfermedad recesiva se denominan portadores y normalmente no manifiestan síntomas para la enfermedad. Sin embargo, el gen a menudo puede encontrarse por medio de pruebas de laboratorio sensibles.
En la herencia autosómica recesiva, es posible que los padres de una persona afectada pueden manifiesten la enfermedad (son portadores). En promedio, la probabilidad de que los padres portadores pudieran tener niños que desarrollen la enfermedad es del 25% con cada embarazo. Los niños y las niñas tienen las mismas probabilidades de resultar afectados. Para que un niño tenga los síntomas de un trastorno autosómico recesivo, debe recibir el gen anormal de ambos padres. Debido a que la mayoría de los trastornos recesivos son raros, un niño tiene mayor riesgo de una enfermedad recesiva si los padres tienen lazos de consanguinidad. Los parientes tienen una probabilidad más alta de haber heredado el mismo gen raro de un ancestro común.
En la herencia recesiva ligada al cromosoma X, la probabilidad de contraer la enfermedad es mucho mayor en los hombres que en las mujeres y, debido a que el gen anormal lo porta el cromosoma X, los hombres no lo trasmiten a sus hijos varones (que recibirán el cromosoma Y de sus padres). Sin embargo, sí lo transmiten a sus hijas. En las mujeres, la presencia de un cromosoma X normal enmascara los efectos del cromosoma X con el gen anormal. De esta manera, casi todas las hijas de un hombre afectado por la enfermedad parecen normales, pero todas son portadoras del gen anormal y cada vez que tengan un hijo, hay un 50% de probabilidades de que reciba el gen anormal.
En la herencia dominante ligada al cromosoma X, el gen anormal aparece en las mujeres, incluso así también haya un cromosoma X normal presente. Dado que los hombres le pasan el cromosoma Y a sus hijos varones, los hombres afectados no tendrán hijos varones afectados, pero todas sus hijas sí resultarán afectadas. Los hijos o hijas de mujeres afectadas tendrán un 50% de probabilidades de contraer la enfermedad.
EJEMPLOS DE TRASTORNOS MONOGENÉTICOS
Autosómico recesivo:
· Deficiencia de ADA (a veces denominado "enfermedad del niño en una burbuja")
· Deficiencia de alfa-1-antitripsina (AAT)
· Fibrosis quística (FQ)
· Fenilcetonuria (FC)
· Anemia drepanocítica
Recesivo ligado al cromosoma X:
· Distrofia muscular de Duchenne
· Hemofilia A
Autosómico dominante:
· Hipercolesterolemia familiar
· Enfermedad de Huntington
Dominante ligado al cromosoma X:
Solamente muy pocas y muy raras enfermedades son dominantes ligadas al cromosoma X. Una de ellas es el raquitismo hipofosfatémico, también denominado raquitismo resistente a la vitamina D.
TRASTORNOS CROMOSÓMICOS
En los trastornos cromosómicos, el defecto se debe a un exceso o falta de genes contenidos en todo un cromosoma o en un segmento de un cromosoma.
Los trastornos cromosómicos abarcan:
· Síndrome de Down
· Síndrome de Klinefelter
· Síndrome de Turner
TRASTORNOS MULTIFACTORIALES
Muchas de las enfermedades más comunes son causadas por interacciones de algunos genes y factores en el ambiente (por ejemplo, enfermedades en la madre y medicamentos). Éstas abarcan:
· Cáncer
· Cardiopatía coronaria
· Hipertensión
· Accidente cerebrovascular
TRASTORNOS MITOCONDRIALES LIGADOS AL ADN
Las mitocondrias son pequeños organismos presentes en la mayoría de las células del cuerpo y son responsables de la producción de energía dentro de éstas. Las mitocondrias contienen su propio ADN privado.
En los últimos años, se ha demostrado que más de 60 trastornos hereditarios resultan de cambios (mutaciones) en el ADN mitocondrial. Dado que las mitocondrias provienen sólo del óvulo femenino, la mayoría de los trastornos relacionados con el ADN mitocondriales se transmiten de la madre.
Los trastornos relacionados con el ADN mitocondriales pueden aparecer a cualquier edad y tienen una amplia variedad de síntomas y signos. Estos trastornos pueden causar:
· Ceguera
· Retraso en el desarrollo
· Problemas gastrointestinales
· Hipoacusia
· Problemas del ritmo cardíaco
· Alteraciones metabólicas
· Baja estatura
Algunos otros trastornos también se conocen como trastornos mitocondriales, pero no implican mutaciones en el ADN mitocondrial. Estos trastornos suelen ser defectos de un solo gen y que siguen el mismo patrón de herencia como otros trastornos de un único gen.
¿Qué es Ecología?
La ecología es la ciencia que estudia los ecosistemas. Éstos estan formados por el medio físico y los seres vivos que habitan en él. Entre estos elementos se establecen numerosas relaciones, que son las que garantizan su equiibrio. Las características y la composición de los diferentes ecosistemas dependen, en gran parte, de las condiciones climáticas de cada zona. Sólo el hombre, en función de su capacidad para modificar el medio, puede, prácticamente, habitar o explotar los ecosistemas. Esto ha facultado a la humanidad para extraer recursos desde la más remota antigüedad. Pero el impacto actual de esta acción sobre el medio es muy grave y puede originar el agotamiento de algunos recursos naturales y la destrucción de los ecosistemas. Urge, pues la necesidad de la explotación del medio ambiente mediante un modelo que respete el equilibrio ecológico, denominado ”Desarrollo Sostenible”. Ecologia La palabra ecología deriva del griego oikos, que significa ”casa”, ”hogar” y logía, que quiere decir, ”estudio” o ”tratado de”. Por tanto, etimológicamente, la Ecología es la ciencia que estudia las condiciones naturales en las que habitan los seres vivos. La Ecologia estudia los seres vivos, su ambiente, la distribución y abundancia; cómo estas propiedades se afectan por la interacción de los organismos y su ambiente. El estudio científico de los procesos que influencian la distribución y abundancia de los organismos, las interacciones entre los organismos, así como las interacciones entre organismos y la transformación de los flujos de energía y materia de la naturaleza. Esta es la visión de la Ecologia. Fundador de la Ecologia Ernst Haeckel es considerado el fundador de la Ecologia. Ernst fue un biólogo y filósofo alemán que dió impulso y popularidad al trabajo de Darwin y quiénpromovió la teoría de la evolución en Alemania, creando el término de Ecologia, entre otros. Haeckel fundó el Museo Filético de Jena y fue miembro de casi un centenar de instituciones científicas, como la Academia Leopoldina, la de Ciencias Bávara de Berlin, la Imperial de Ciencias de Viena, la de Turín,… La ideas evolucionistas de Haeckel fueron recogidas en 1866 en su Generelle Morphologie der Organismen (Morfologia general de los organismos), cuyo segundo volumen dedicó a Charles Darwin, Wolfgang Goethe y Jean-Baptiste Lamarck. Haeckel sostenía que todos los organismos; animales, plantas y organismos unicelulares, procedían de una sola forma ancestral. En 1866 anticipó el hecho de que la llave de los factores hereditarios reside en el núcleo de la célula. RESERVAS NATURALES PRIVADAS DE PETEN Las Reservas Privadas garantizan la conservación, estabilidad o supervivencia de ciertas especies de flora y fauna. Para el año 2007 se reportan 104 Reservas Naturales Privadas en la República de Guatemala. Guatemala. Tienen un área de 48623.93 hectáreas. ¿Qué es una Reserva Natural Privada? Son áreas que pertenecen a personas individuales o jurídicas, que los dueños destinan VOLUNTARIAMENTE Y DURANTE EL TIEMPO QUE ESTIMEN CONVENIENTE, a la conservación y protección de hábitat de flora y fauna, así como comunidades bióticas o rasgos del ambiente. En ellas se garantiza la conservación, estabilidad o supervivencia de ciertas especies de plantas y animales, a través de la protección de hábitat críticos, poblaciones reproductoras y áreas de alimentación o reproducción. Estas reservas cuentan con el respaldo y el reconocimiento pleno del Estado para la protección de la integridad del teorreno y sus recursos. ¿Por qué son importantes las Reservas Naturales Privadas? Las reservas naturales privadas son una alternativa para enriquecer el Sistema Guatemalteco de Áreas Protegidas (SIGAP), ya que muchas de ellas se encuentran en terrenos que no están debidamente representados en el SIGAP, agregando de esa forma más áreas de protección en las zonas de vida del país. De esta forma se convierte en en parte importante del Corredor Biológico Mesoamericano (CBM). Su administración está avalada por un plan de desarrollo aprobado por el Consejo Nacional de Áreas Protegidas (CONAP). Con esto no sólo se garantiza el adecuado manejo del recurso suelo, sino también se pone especial atención a los recursos hídricos y a la biodiversidad existente en esos bosques. Además de contribuir con la representatividad ecológica, se convierte en un ente social capaz de sugerir y de influenciar en la toma de decisiones de los diferentes sectores del país. Las reservas naturales privadas son otra contribución más de la iniciativa privada para colaborar a mejorar la calidad de vida de la sociedad guatemalteca y de la región centroamericana. Listado de Reservas Naturales Privadas de Guatemala por Región Región Norte (Petén, Alta Verapaz, Baja Verapaz, Izabal, Quiché) Región Sur (Santa Rosa, Escuintla) Región Occidente (Huehuetenango, San Marcos, Totonicapan, Quetzaltenango, Retalhuleu, Sololá, Suchitepequez) Región Oriente (Zacapa, Chiquimula, El Progreso, Jalapa, Jutiapa) Región Central (Guatemala, Chimaltenango, Sacatepequez) Fincas de uso sostenible Fincas en proceso para inscribir como RNP ante CONAP Reserva Natural Privada Ceibo Mocho Flor de la Pasión Categoría de Manejo: Tipo V Ubicación: Municipio de Sayaxché, Petén Administrador: Propietario Privado Año Declaratoria: 1995 Extensión: 454 Hectáreas Zona de Vida: Bosque Muy Húmedo Subtropical (cálido) Reserva Natural Privada Doña Chanita Flor de la Pasión Categoría de Manejo: Tipo V Ubicación: Municipio de Sayaxché, Petén Administrador: Propietario Privado Año Declaratoria: 1995 Extensión: 556 Hectáreas Zona de Vida: Bosque Muy Húmedo Subtropical (cálido) Reserva Natural Privada La Cumbre Flor de la Pasión Categoría de Manejo: Tipo V Ubicación: Municipio de Sayaxché, Petén Administrador: Propietario Privado Año Declaratoria: 1995 Extensión: 586 Hectáreas Zona de Vida: Bosque Muy Húmedo Subtropical (cálido)
Pocas ideas han cambiado tan profundamente nuestra visión de la naturaleza como la misma idea de cambio que implica la evolución de los seres vivos. Los organismos biológicos se agrupan en unidades naturales de reproducción que denominamos especies. Las especies que ahora pueblan la Tierra proceden de otras especies distintas que existieron en el pasado, a través de un proceso de descendencia con modificación. La evolución biológica es el proceso histórico de transformación de unas especies en otras especies descendientes, y su reverso es la extinción de la gran mayoría de las especies que han existido. Una de las ideas más románticas contenidas en la evolución de la vida es que dos organismos vivos cualesquiera, por diferentes que sean, comparten un antecesor común en algún momento del pasado. Nosotros y cualquier chimpancé actual compartimos un antepasado hace algo así como 5 millones años. También tenemos un antecesor común con cualquiera de las bacterias hoy existentes, aunque el tiempo a este antecesor se remonte en este caso a más de 3000 millones de años.
La idea de evolución por modificación y derivación de nuevas especies implica la existencia de antepasados comunes para cualquier par de especies. Hay un antepasado común del hombre y el chimpancé, y del hombre y las bacterias.
La evolución es el gran principio unificador de la Biología, sin ella no es posible entender ni las propiedades distintivas de los organismos, sus adaptaciones; ni las relaciones de mayor o menor proximidad que existen entre las distintas especies. La teoría evolutiva se relaciona con el resto de la biología de forma análoga a como el estudio de la historia se relaciona con las ciencias sociales. La famosa frase del genético evolucionista Theodosius Dobzhansky que abre este tema, no es más que una aplicación particular del principio más general que afirma que nada puede entenderse sin una perspectiva histórica.
La revolución darwiniana
Aunque la idea de la evolución tenía precedentes, no fue hasta 1859, con la aparición de la obra El origen de las especies del naturalista británico Charles Darwin, que la idea de la evolución se estableció definitivamente. Darwin recopiló e interpretó un gran número de observaciones y experimentos de muy diversas disciplinas de investigación y los presentó como un argumento irrefutable en favor del hecho de la evolución. Pero Darwin suministró además un mecanismo para explicar las adaptaciones complejas y características de los seres vivos: la selección natural. ¿Qué significó la teoría de la evolución y de la selección natural en el contexto de la biología del siglo XIX? En 1802 el teólogo W. Paley publica la obra Teología natural, en donde arguye que el diseño funcional de los organismos evidenciaba la existencia de un creador omnisapiente. Según él, el ojo humano, con su delicado diseño, constituía una prueba concluyente de la existencia de Dios. Para los naturalistas que querían explicar los fenómenos biológicos por procesos naturales, explicar la adaptación, la maravillosa adecuación de los organismos a su ambiente, constituía el problema fundamental.
El gran reto de Darwin era explicar las complejas adaptaciones de los organismos vivos, como el diseño funcional de un ojo, por mecanismos naturales. La solución de Darwin fue proponer el mecanismo de la selección natural
El argumento del diseño de Paley tenía una gran influencia en los naturalistas del XIX, a pesar de que esta visión intervencionista violaba flagrantemente el concepto de naturaleza que se había establecido con el desarrollo de la física en los siglos XVI y XVII. Los fenómenos del Universo, según esta nueva concepción, eran explicables por procesos naturales. La naturaleza, per se, era un objeto lícito para preguntar y contestar científicamente. Con el Origen de Darwin se introduce esta revolución en la Biología. Lo verdaderamente revolucionario en Darwin fue el proponer un mecanismo natural para explicar la génesis, diversidad y adaptación de los organismos.
El naturalista británico Charles Darwin (1809-1882) introdujo en su libro El origen de las especies (1859) dos ideas revolucionarias: la evolución biológica y la selección natural
El pensamiento poblacional
Hay grandeza en esta concepción de la vida,... que mientras este planeta ha ido girando según la constante ley de la gravitación, se han desarrollado y se están desarrollando, a partir de un comienzo tan sencillo, infinidad de formas cada vez más bellas y maravillosas
Charles Darwin
Para imponer su teoría de la evolución y de la selección natural, Darwin tuvo que introducir una nueva forma de entender la variación en la naturaleza, el pensamiento poblacional. En el tiempo de Darwin las especies se consideraban entidades fijas e inmutables; representaban a un tipo platónico, la idea perfecta de la mente de su creador. Las diferencias en la forma, en la conducta, o en la fisiología de los organismos de una especie no eran más que imperfecciones, errores en la materialización de la idea de la especie. En contraste con esta visión esencialista dominante, la variación individual, lejos de ser trivial, es para Darwin la piedra angular de la evolución. La variación en el seno de las especies o poblaciones es lo único real, es la materia prima de la evolución, a partir de la que se va a crear toda la diversidad biológica. Son las diferencias existentes entre los organismos de una especie las que, al magnificarse en el espacio y en el tiempo, producirán nuevas poblaciones, nuevas especies, y por extensión, toda la diversidad biológica.
Bajo la visión darwiniana, la variación es la única realidad de las especies. No hay un color de piel en la especie humana ideal o arquetípico. Cada individuo con su variación característica es un elemento esencial de nuestra especie
El estudio de la evolución
Los estudios y afirmaciones acerca de la evolución generalmente se refieren a uno de dos aspectos distintos: (1) las investigaciones acerca del hecho de la evolución y (2) las que se refieren al mecanismo de la evolución. Las primeras abarcan las disciplinas biológicas, tales como la paleontología, la clasificación, la biología comparada, la biología de poblaciones,... que muestran de manera inequívoca el hecho de la evolución. Las segundas, las afirmaciones acerca del mecanismo de la evolución, son el objeto principal de estudio de lagenética de poblaciones, y nos informan de los factores, fuerzas o procesos que producen el cambio evolutivo, es decir, los mecanismos naturales que causan la descendencia con modificación. Una analogía cotidiana que ilustra esta distinción es la del tiempo meteorológico. Las precipitaciones, los vientos, las gotas frías, los tifones, son las evidencias que constituyen las afirmaciones de hecho del tiempo atmosférico. Ahora bien, si queremos explicar el porqué se dan los diferentes fenómenos meteorológicos, entonces nos tenemos que introducir en el ámbito de las afirmaciones del proceso o de los mecanismos meteorológicos. Debemos proponer los factores, tales como las diferencias de temperatura entre distintas masas de aire, que producen los fenómenos meteorológicos.
La evidencia de la evolución
La evolución que se da en una escala reducida, en el interior de una especie y en el intervalo de unas pocas generaciones, se denomina microevolución. La macroevolución es la evolución a gran escala, y abarca periodos considerables de tiempo, y grandes procesos de transformación; en el caso más extremo comprendería toda la evolución de la vida. Se pueden efectuar experimentos y/o observaciones de poblaciones de especies actuales a pequeña escala y obtener evidencia directa de evolución. Hay muchos ejemplos en los que se detecta la evolución en acción, como el clásico caso del melanismo industrial que se comentará más adelante. La selección artificial efectuada por el hombre en el perro o el caballo son también claros ejemplos que muestran el potencial de modificación de una especie. Por su propia dimensión temporal, no podemos demostrar la macroevolución directamente, exceptuando los casos de creación de nuevas especies de plantas mediante cruzamiento de especies distintas por el hombre. Aunque la evidencia evolutiva que suministra el registro fósil, la biología comparada, y la biología molecular es indirecta, no por ello es menos concluyente a la hora de demostrar la comunidad de origen de todos los organismos.
Las diferentes razas de perro que el hombre ha obtenido por selección artificial ilustran el potencial de cambio que tienen las especies.
El registro fósil
Los sedimentos que se han ido acumulando sobre la corteza de la tierra durante su historia geológica dejan una huella inestimable, generalmente en forma de huesos o esqueletos duros petrificados, de organismos muertos en el pasado: son los fósiles. El registro fósil es una ventana maravillosa a la historia de la vida. Si no existiera no podríamos inventarlo. Sin él, el vacío acerca de la evolución de la vida sobre la tierra sería insustituible. Podríamos especular, teorizar infinitamente, pero ¿quién podría haber imaginado que la Tierra estuvo dominada durante 150 millones de años por unos reptiles inmensos y fantásticos, los dinosaurios, que desaparecieron en un instante relativo de tiempo, si no hubieran existido fósiles de dinosaurios que nos lo contasen? La desintegración de los elementos químicos radiactivos que hay en las rocas ha permitido estimar que la Tierra se originó alrededor de hace 4600 millones de años. La Tierra, que era una esfera caliente, se enfría gradualmente, iniciándose un periodo de evolución química que culminará con la formación de las primeras células. En Australia y África se han encontrado sedimentos retenidos y fijados por bacterias de hace 3600 millones de años, lo que hace que esta fecha sea una estima mínima de la edad de inicio de la evolución biológica. La magnitud del tiempo en el que ha transcurrido la evolución se escapa completamente a nuestra comprensión, no podemos siquiera imaginar, limitados a la minúscula escala de nuestro tiempo vital, el potencial de transformación que suponen 3600 millones de años de evolución.
El tiempo geológico
El tiempo geológico se ha dividido en una serie de etapas jerárquicas, las eras, los períodos, y las épocas, que no siguen una cronología lineal, sino que es una crónica de los momentos claves de la historia de la vida. Las transiciones entre las cuatro eras, la Precámbrica, la Paleozoica, la Mesozoica y la Cenozoica representan grandes cambios en las fauna y flora de toda la Tierra. En el primer período de la era Paleozoica, el Cámbrico, hace 570 millones de años, aparecen de golpe en el registro fósil los animales pluricelulares que tienen partes duras, como las conchas, y exoesqueletos,... El final del Paleozoico coincide con la mayor extinción habida en la Tierra, en la que desaparecieron el 96% de las especies. Al final del Mesozoico, en la transición entre el período Cretácico y Terciario, se da la conocida extinción de los dinosaurios, junto a un 70% de las especies existentes.
Cronología de siete momentos estelares de la evolución
¿Qué nos enseña el registro fósil sobre la historia de la vida sobre la Tierra? Esta es una lista de los acontecimientos más importantes
Origen de la célula procariota 3600 M (M=Millones de años)
Origen de la célula eucariota 1400 M
Origen de la fauna de animales pluricelulares 650 M
Fauna de la explosión cámbrica 570 M
Origen de los vertebrados terrestres 360 M
Extinción de los dinosaurios. La antorcha pasa de los dinosaurios a los mamíferos 65 M
Origen de Homo sapiens 0,1 M.
Si toda la historia de la Tierra la comprimiésemos en una hora, a los 20 minutos aparecerían las bacterias, a los 55 los dinosaurios, los antropoides aparecen a 40 segundos antes del final, y los humanos al cumplirse la hora.
Hay una coherencia entre el registro fósil y el origen evolutivo de las especies y sus grupos correspondientes. Si la vida se debiera a la creación espontánea e independiente de especies, no tendríamos porqué esperar que el hombre surgiera con los mamíferos, podríamos haber surgido en cualquier momento, cuando aparecieron los peces, o los dinosaurios, o antes de que surgieran los primates.
La evolución no tiene dirección definida
La historia de la vida es una historia de extinciones y muerte,... con unos pocos supervivientes. El 99,9% de las especies que han existido alguna vez están hoy extintas. Grupos enteros de organismos, como los dinosaurios, los trilobites, los ammonoideos, se han extinguido para siempre sin dejar descendiente alguno.
Como señala el reconocido paleontólogo S. Gould, el registro fósil no es un relato convencional que conduce a los diferentes linajes a más excelencia, más complejidad, más diversidad. La historia de la vida no muestra un rumbo definido, no tiene dirección ni sentido. La evolución es una narración de eliminación masiva seguida de diferenciación en el interior de unos cuantos supervivientes. Es a priori imposible determinar la dirección de la evolución porque la importancia de los acontecimientos concretos, contingentes, como la extinción o no de un grupo de organismos en el caso de una extinción en masa, o la posesión o no de una variante adaptativa adecuada cuando ésta es requerida, son los verdaderos agentes de la historia.
Las extinciones en masa
Hay dos regímenes de extinciones: la extinción normal, que afecta a las especies que dejan de seguir a su ambiente en su lucha diaria por adaptarse, y la extinción en masa, que son más rápidas y devastadoras en cuanto a su magnitud. Al menos han ocurrido cinco extinciones en masa, y han dejado muchos huecos ecológicos que han permitido que sean ocupados por los descendientes de las especies supervivientes. Esta ocupación del bioespacio disponible suele ir acompañada de una rápida y extensa diversificación morfológica que se denomina radiación adaptativa. No se sabe con certeza la causa de las extinciones masivas, aunque las causas físicas como el impacto de asteroides o el cambio climático parecen más probables que las biológicas. Según una hipótesis reciente, hay ciclos de extinción masiva aproximadamente cada 26 millones de años, y el impacto periódico de lluvias de cometas sobre la Tierra podría explicar dicho ciclo.
La fauna de Burguess Shale
Si tuviéramos la oportunidad de volver a un momento del pasado, el período previo al Cámbrico sería sin duda uno de los más atractivos. En el Cámbrico, hace 570 M, se produce la gran explosión en el registro fósil de los primeros animales pluricelulares con partes duras. Darwin se preguntaba por qué estos primeros animales eran ya anatómicamente complejos y sin precursores aparentes. La respuesta está en el yacimiento de Burguess Shale, situado en las montañas rocosas canadienses. Debido a condiciones muy especiales de conservación, aquí se encuentra la única fauna de cuerpo blando (sin estructuras duras) que existe de un tiempo inmediatamente anterior a la explosión cámbrica.
La gran sorpresa de Burguess Shale es que las pocas especies analizadas contienen una disparidad de diseños anatómicos que exceden, con mucho, la gama moderna que hay en todo el mundo. En ninguna fauna posterior se repite la riqueza anatómica de este yacimiento. De los 120 géneros analizados, 20 son diseños de artrópodos únicos, y además de estar representados los 4 grupos de animales que hoy existen, hay 8 diseños que no encajan en ningún grupo animal conocido. La época de Burguess Shale parece ser que fue un tiempo asombroso de experimentación, una era de gran flexibilidad evolutiva, que fue seguido de una gran extinción.
Opabinia: una vida extraña de un remoto pasado
Opabinia fue el fósil de Burguess Shale que reveló la caja de sorpresas que había en este yacimiento. Su diseño singular no pertenece a ningún grupo animal conocido. ¡Tiene 5 ojos!, trompa flexible formada por un tubo cilíndrico estriado, un tubo digestivo en forma de U, un tronco de 15 segmentos, con lóbulos delgados laterales. Los 3 segmentos últimos forman una cola con tres pares de hojas delgadas y lobuladas dirigidas hacia afuera.
Opabinia fue el primer fósil del yacimiento de Burguess Shale que demostró la singularidad morfológica de las primeras formas pluricelulares. Tiene 5 ojos, trompa flexible, tubo digestivo en forma de U, un tronco de 15 segmentos, los 3 últimos forman una cola.
Los dinosaurios
Durante el periodo Triásico surgen los dinosaurios de una línea de los reptiles e inician una dinastía sobre el medio terrestre que habría de durar 150 M. Se han identificado más de 350 especies de dinosaurios, y se cree que esta es una estima muy inferior a la de las especies que realmente existieron. Entre los dinosaurios están los animales más grandes que alguna vez hayan vivido sobre la Tierra. El Seismosaurus, el mayor herbívoro conocido, tenía unas 40 metros de longitud. El Tyrannosaurus rex, uno de los mayores carnívoros, tenía 12 m de longitud. Los dinosaurios se dividen en dos grandes órdenes, los de pelvis de lagarto (Saurisquios), que comprenden tanto especies carnívoras como herbívoras, y los de pelvis de ave (Ornistiquios), cuyas especies eran todas herbívoras. Los dinosaurios se extinguieron casi en su totalidad, exceptuando una línea menor que dio lugar a las aves, hace 65 M. Junto a ellos, desaparecieron en un breve lapso de tiempo el 75% de las especies existentes. Se ha propuesto que el impacto de un asteroide sobre la superficie terrestre podría ser la causa de la extinción en masa.
¿Quien podría haber imaginado que la Tierra estuvo dominada durante 150 millones de años por unos reptiles inmensos y fantásticos, los dinosaurios, que desaparecieron en un instante relativo de tiempo, si no hubieran existido fósiles de dinosaurios que nos lo contasen?
Biología comparada: homología y analogía
Cuando uno observa similitudes entre especies, se pueden distinguir entre dos tipos de semejanzas, la analogía y la homología. El ala de un ave y el de una mosca forman una extensión plana y tienen un movimiento de aleteo similar; los peces, los delfines, o los pingüinos tienen una sección transversal aplanada que les permite desplazarse por el agua. Estas semejanzas, llamadas analogías, son más bien superficiales y se deben a que estos organismos están sometidos a las mismas restricciones funcionales o adaptativas, y no son debidas a que posean un antepasado común reciente.
En contraste con la analogía, una homología es la similitud que hay entre caracteres de distintas especies debido a que tienen un origen común, y no a la acción directa de una presión funcional. Por ejemplo, todos los tetrápodos (animales vertebrados terrestres con cuatro extremidades) tienen una la extremidad de cinco dedos, y esta se encuentra tanto en las alas de la aves y de murciélagos como en la mano del ser humano, a pesar que estas extremidades representan unos papeles funcionales muy distintos. La razón de esta estructura común es que todos los tetrápodos conservamos la misma estructura básica de la especie ancestral original.
Homología
todos los tetrápodos tienen una extremidad con cinco dedos, aunque tengan diferentes funciones.
La homología es la base de la clasificación
La clasificación se basa en la comparación de los caracteres de las especies, y los caracteres homólogos son los elementos claves para establecer una clasificación evolutiva. Si las especies proceden de otras especies por evolución, y además no varían tan rápidamente como para perder toda su herencia histórica, se esperaría que los distintos seres vivos compartieran una serie de caracteres homólogos. El análisis de los diferentes caracteres fenotípicos, como la morfología, la conducta, los cromosomas, la anatomía externa e interna, el desarrollo embrionario, el metabolismo, la variación genética y proteica muestran que las especies presentan semejanzas homológas en todos los niveles del fenotipo. Cuanto más próxima sean la especies, mayor será el grado de semejanza, y lo contrario también es cierto, cuanto más alejada estén menos semejanzas encontraremos. Así, las diferencias que hoy vemos entre las especies se deben a las nuevas variaciones que han adquirido desde su separación del antepasado común. Las similitudes que atribuimos a las homologías no podrían explicarse si las especies se originasen independientemente unas de otras.
Órganos vestigiales
Un caso especialmente significativo de homología es la de los órganos vestigiales o residuales. La pelvis de los tetrápodos es una estructura ósea cuya función es articular las extremidades posteriores. Las ballenas son tetrápodos cuyos antepasados mamíferos abandonaron la tierra para habitar en el mar. En este nuevo medio las ballenas perdieron sus extremidades inferiores, pero aún conservan como huella acusatoria de su pasado tetrápodo, la serie completa de los huesos de la pelvis. De forma similar, las serpientes presentan vestigios de la extremidad posterior que portaban sus antepasados.
La reducida pelvis de los cetáceos es un órgano vestigial que prueba su origen tetrápodo.
Biología molecular y homología
El DNA es una molécula helicoidal que tiene información genética codificada a partir de cuatro letras o nucleótidos distintos.
El árbol de la vida: filogenia
Si la historia de la vida es cambio y ramificación por descendencia, entonces su representación sería la de un árbol o filogenia, en la que el tronco y las ramas internas se corresponderían a los antepasados de las especies actuales y los extremos de las ramas externas serían las especies actuales. ¿Como se establece una filogenia? Ordenando las especies actuales atendiendo a la similaridad morfológica y/o genética de sus caracteres homólogos.
El sistema linneano
El botánico sueco Carolus Linnaeus (1707-78) ideó el sistema de clasificación que se utiliza, con algunas modificaciones, hoy en día. Hay siete niveles inclusivos de clasificación, que son, de menor a mayor, la especie, el género, la familia, el orden, la clase, el tipo o Phylum y el reino. El nombre científico de cada especie tiene dos partes, el león, por ejemplo, se denomina Panthera leo. La primera parte se refiere al género y la segunda a la especie. Consideremos un ejemplo de como se agrupan las especies actuales en las distintas categorías linneanas. El león, la pantera, el tigre, pertenecen al género Panthera, que junto al género Felix (el gato doméstico) y otros se agrupan en la familia de los felinos. Los felinos, con los cánidos y úrsidos, constituyen el orden de los carnívoros. Primates, roedores, carnívoros, ... se reúnen en la clase mamíferos. Estos organismos comparten características como el amamantar a sus crías con leche, gestarlas en el útero mediante un órgano complejo, la placenta. Su piel está protegida por pelaje o pelos. Mamíferos, aves, reptiles, anfibios, y peces se reúnen en un solo tipo o phylum, porque todos tienen columna vertebral, un máximo de cuatro miembros, y sangre roja con hemoglobina, son los cordados. Los insectos, las arañas, los crustáceos, y los ciempiés, se clasifican en otro tipo, los artrópodos. Las almejas, caracoles y calamares se agrupan en los moluscos, y así sucesivamente. El tipo cordado, artrópodo, molusco y otros forman el reino Animal. El árbol de la vida se ordena siguiendo divisiones que van de características generales a aspectos más específicos.
El botánico sueco Carolus Linnaeus (1707-78) creó el sistema de clasificación que se utiliza hoy en día.
Significado de los niveles jerárquicos de clasificación
¿Por qué se ordena la diversidad biológica en diferentes niveles jerárquicos? Los rasgos de las divisiones más generales corresponderían a adaptaciones básicas o principales que surgieron en los momentos iniciales de la evolución de los especies progenitoras de estos grupos. Por ejemplo, hay cinco grandes reinos, las moneras, los protistas, los hongos, las plantas y los animales, que se corresponden con las cinco diferenciaciones principales de la vida sobre la Tierra. El Phylum o tipo es la siguiente unidad básica de diferenciación entre reinos, y podrían entenderse como proyectos básicos fundamentales de anatomía. En el reino Animal estos planos fundamentales serían las esponjas, los anélidos (gusanos), los artrópodos (insectos, crustáceos,...), los cordados, .... A partir de estas adaptaciones principales surgen posteriormente nuevas variaciones o subadaptaciones diversas, que por tener un menor tiempo de evolución, tienen un rango clasificatorio menor.
La clasificación de la diversidad biológica es una prueba de la evolución
El hecho que la diversidad de la vida esté jerarquizada es un fuerte argumento en favor de la evolución. El que las especies compartan estructuras anatómicas y adaptaciones básicas puede explicarse fácilmente si suponemos que las especies actuales compartieron antepasados, pero no esperaríamos dicho patrón si las especies hubieran sido creadas independientemente.
Filogenia molecular
La universalidad de la molécula portadora de la información genética hace que el DNA sea un carácter muy apropiado para el estudio comparativo y filogenético de las especies. Morfológicamente no es posible comparar una bacteria con un hombre, sin embargo si que es posible establecer una comparación con moléculas de DNA de ambos organismos, ya que están formadas por el mismo lenguaje de bases. Con datos de secuencias podemos comparar cualesquier grupo de organismos, por distantes que sean. Los datos moleculares tienen otras propiedades adicionales que todas juntas los convierten en el carácter ideal de estudios filogenéticos. Muchos trabajos obtienen y analizan las secuencias de genes y proteínas de diferentes especies para resolver cuestiones todavía dudosas de relaciones entre organismos. Los datos moleculares han demostrado que nuestra especie está mucho más cerca del chimpancé y el gorila de lo que creíamos.
Árbol filogenético Universal
El análisis molecular de secuencias también nos ha enseñado que hay una división en la raíz misma del árbol de la vida que es más fundamental que la división de 5 reinos que se enseña normalmente. En lugar de los dos tipos celulares canónicos, los procariotas y eucariotas, hay tres tipos principales de células, las arqueobacterias, las eubacterias y los eucariotas. Este nuevo árbol recibe el nombre de árbol filogenético universal.
Árbol filogenético universal
La sexta extinción en masa
El destino natural de cada especie es su extinción. Pero la vida continúa porque muchas especies dejan especies descendientes antes de morir. La diversidad biológica es un proceso dinámico que resulta del equilibrio entre la extinción y la producción de especies. Ninguna de los dos puede predominar por mucho tiempo. Una extinción que fuese superior a la producción de especies durante muchas generaciones conduciría a la pérdida de la vida sobre la Tierra, mientras que una situación inversa llevaría al agotamiento de los recursos y por tanto a la extinción. Actualmente desaparece una especie cada 15 minutos. El crecimiento desmesurado de la especie humana ha aumentado en mil veces la tasa normal de extinción, creando una situación que es análoga a la de una gran catástrofe. Estamos frente a la sexta, y quizá definitiva, gran extinción de la Tierra.
El movimiento creacionista
A pesar de la resistencia inicial a la visión darwinista, a principios del siglo XX la idea de la evolución de la vida era ya aceptada por la mayoría de las confesiones cristianas. Sin embargo, en el sur y el medio oeste de los EE.UU., numerosos grupos de cristianos evangélicos muy activos han intentado repetidamente prohibir la enseñanza de la evolución en las escuelas o compartirla en tiempo y reconocimiento científico con el relato bíblico del Génesis. En tiempos recientes, los creacionistas se han renovado y organizado a través del movimiento del diseño inteligente, ganando adeptos de otras confesiones. Los fundamentalistas dan un valor supremo a un texto escrito hace más de 2500 años en un contexto histórico y cultural que nada tiene que ver con el actual, y que aún así lo consideran más creíble que todo el cuerpo de conocimientos, datos empíricos y estructuras teóricas que millares de mentes dotadas de nuestra especie han desarrollado trabajando en colaboración durante los últimos 150 años. La universalización de la práctica de la ciencia no se ha traducido en la adopción de una cosmovisión común del Universo y la vida. La persistencia, un siglo y medio después delOrigen de las especies, de creencias abiertamente anticientíficas es una gran paradoja de nuestro tiempo. La consecución de un credo universal de base darwiniana conduciría a un plano superior de conciencia de la especie humana y sería, sin duda, el mayor legado de Darwin. (Véase el artículo Darwinismo - Creacionismoescrito por el autor)
Evolución humana
Las semejanzas morfológicas, bioquímicas, y genéticas sitúan al ser humano en el orden de los primates de la clase mamíferos. Dentro de los primates, son el chimpancé, el gorila y el orangután, sus parientes más próximos. Los datos de comparación de secuencias muestran que hay una similitud del 98,5% entre el DNA humano y el del chimpancé. Esta semejanza es mayor que la que existe entre el chimpancé y el gorila o el gorila y nosotros, por lo que el chimpancé y los humanos compartimos un antecesor común más reciente que ambos con los gorilas. Esta cercanía, que se ha estimado en 5M de años, es mucho mayor de lo que se había inferido sólo con datos morfológicos, y muestra la capacidad de los datos de DNA para desvelar relaciones de parentesco. En la evolución humana existen dos grandes adquisiciones, la marcha bípeda, y el desarrollo extraordinario del cerebro. El registro fósil nos muestra que la postura erguida precedió al desarrollo cerebral y que África es la cuna de la humanidad. El Australopithecus, de una antigüedad de 1,5-5M de años es el primer mono antropoide de marcha bípeda. Su capacidad craneal era similar a la del chimpancé y gorila actual. ElHomo habilis y el Homo erectus son las líneas que siguen cronológicamente hasta la llegada de nuestra especie, Homo sapiens, hace 100.000 años.
Filogenia actual del humanos y antropomorfos modernos que integra los datos moleculares y morfológicos. H: hombre, C: Chimpancé, G: Gorila, O: Orangután y G: Gibón.
DNA del hombre de Neandertal
En 1997 se publica la secuencia de un trozo del DNA del primer fósil que se encontró del hombre de Neandertal, una subespecie extinta de la especie humana. Es la primera vez que se obtiene la secuencia molecular de un fósil humano. Cuando la secuencia se comparó con secuencias homólogas de DNA humano actual se dedujo que el antepasado común de nosotros y el hombre de Neandertal vivió hace 500.000 años, de lo que se concluye que el hombre de Neandertal se extinguió sin mezclarse con el hombre actual.
P.S.: La publicación de la secuencia completa del genoma de Neandertal en mayo de 2010 ha revelado que hubo cierto flujo genético tras un primer contacto inicial en Asia Menor, de modo que entre el 1-4% del genoma de la humanidad actual (exceptuando los africanos subsaharianos) procede del hombre de Neandertal.
El análisis de la secuencia de DNA del hombre de Neandertal parece indicar que esta especie humana se mantuvo prácticamente aislada de nosotros.
El futuro de la evolución
Con la aparición del cerebro humano se produce un hecho singular: el surgimiento de la conciencia objetiva en la biosfera. Somos chispas de conciencia en un Universo que hasta nuestra irrupción era ciego y sordo a su devenir. Por primera vez, y en un sentido recursivo, el universo se piensa a si mismo cuando descubrimos su existencia de igual forma que nosotros nos pensamos y descubrimos con nuestro cerebro. Esto constituye el momento más trascendental de toda la evolución. El pensamiento científico que resulta de la actividad de mentes que trabajan en colaboración para entender la realidad física, biológica y mental de nuestro universo nos conduce a niveles de conciencia superiores. Como señala Mosterín (2005), nos dirigimos hacia a una conciencia cósmica, donde se alcanzarán planos superiores de empatía, alegría y lucidez.
La evolución científica y cultural no se limita a las leyes de la selección natural y la herencia genética. Sigue un proceso de transmisión horizontal (entre individuos de una generación) y vertical (entre generaciones) que es mucho más veloz que los procesos de evolución biológica típicos. El ser humano está en el umbral de poder dirigir la evolución en la dirección que el crea conveniente. Podrá limitar enormemente los azares de la mutación y de la segregación genética y unión de gametos. Genes mutados que causan graves enfermedades a la especie humana podrán ser sustituidos por sus contrapartidas no deletéreas,... Pero paradójicamente la humanidad se enfrenta hoy a los retos de su propio éxito evolutivo. El crecimiento explosivo de su población, con las necesidades de espacio y recursos que genera, provoca la eliminación o reducción hasta tamaños insoportables de los hábitats de las especies. La tasa de extinción actual no es sostenible. Es posible que el ser humano pueda mantener la diversidad biológica en forma de semillas o células congeladas, e incluso que pueda compensar la pérdida de especies con la creación de nuevas mediante ingeniería genética. Pero la reducción drástica de espacios naturales limitará inevitablemente la diversidad. Los grandes retos de la humanidad son el control del crecimiento de la población, la eliminación de las desigualdades socioeconómicas, el mantenimiento de un desarrollo sostenido y viable y la conservación de hábitats naturales y de especies. El éxito frente a tales desafíos precisa del desarrollo de una conciencia ética universal basada en el respeto a la diversidad de pueblos y culturas de nuestra especie. Dicha conciencia debe extenderse hasta abarcar a la totalidad de la vida, al conjunto precioso de formas orgánicas que nos han acompañado, desde la primera célula antecesora común, en este fascinante periplo singular e irrepetible que es nuestra historia biológica.
