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.
El 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:
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.
|
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".
|
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.
|
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).
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.
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.
*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 H2O
hunidos 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.
hunidos 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.
~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.
~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.
~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.
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.
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.
|
 virus de la influenza(M.E.) |
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.
La Célula
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 cromosómica.
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
Se
calcula que el consumo
de cigarrillo es la
principal causa evitable de muerte en Estados Unidos. Una de cada cinco muertes
cada año es el resultado directo o indirecto del 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:
·
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)
Recesivo ligado al cromosoma X:
·
Distrofia muscular de
Duchenne
Autosómico dominante:
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
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
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.
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
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
La biología
molecular ha suministrado la evidencia más universal de homología. Todos los
organismos vivos compartimos el mismo material hereditario, el DNA, una
molécula helicoidal cuya información se encuentra codificada en 4 letras o
nucleótidos distintos. Igualmente, el código genético es prácticamente
Universal, todos los organismos comparten el mismo diccionario que da el
significado a la secuencia de DNA. Ambos ejemplos son pruebas muy robustas de
la relación íntima que existe entre lo viviente.
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)
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.
No hay comentarios.:
Publicar un comentario