01- Metodo Cientifico-Origen y Organizacion

1 Carmen Díez Sánchez

Biología

I- Introducción

1- Biología: ciencia que estudia los seres vivos

2- Vida: conjunto de cualidades propias de los seres vivos

3- Características de los seres vivos:

- Nutrición: capacidad para captar materia del exterior y utilizarla en

provecho propio.

- Relación: capacidad para captar estímulos del exterior y dar una

respuesta adecuada.

- Reproducción: capacidad para originar nuevos individuos de la

misma especie.

4- Niveles de organización:

Nivel subatómicoNivel atómico

Nivel molecularBiomoléculas

MacromoléculasComplejos supramoleculares

OrgánulosNivel celular

Nivel pluricelularTejidosÓrganos

Aparatos y Sistemas


Nivel de poblaciónNivel de ecosistema


5- Biología descriptiva: características

- observación de estructuras y funcionamiento

- descripción de lo observado

6- Biología experimental: se basa en la experimentación --> aplicación

del método científico

a- Método científico

Conjunto de operaciones mentales que tienen como finalidad resolver un

problema del conocimiento.

a) Observación y planteamiento de un problema

b) Recogida de datos

c) Formulación de hipótesis

d) Experimentación para contrastar la hipótesis

e) Análisis e interpretación de los resultados: conclusiones

f) Aceptación o rechazo de la hipótesis

g) Enunciado de teorías

h) Comunicación de los resultados


b- Aplicación del método científico

Teoría de la generación espontánea

1- Observación e hipótesis: Redi (s. XVII): observó que cuando

las moscas se posaban en la carne, al cabo de unos días

aparecen larvas.

2- Experimentación:

Lo hizo sin aire y con aire

3- Resultados y conclusiones: sólo cuando las moscas se

posaban en la carne aparecían larvas --> Descartó la

generación espontánea.


4- Comprobaciones posteriores: varios, entre otros Pasteur

5- Los trabajos de investigación científica: leer pag 14-17 del libro.

6- Proyección social de la ciencia: pag 18 del libro.

7- Ciencia y Bioética: pag 19 del libro.

Todos los seres vivos proceden de otros seres vivos


II- Áreas de la Biología

1- Especialidades clásicas


3- Aplicaciones de la Biología

a- Investigación pura: finalidad, conocer el funcionamiento de los

seres vivos en todos sus niveles (molecular --> comportamiento),

sin buscar aplicación inmediata (Bioquímica, microbiología etc)

b- Investigación aplicada: finalidad utilizar los descubrimientos de la

biología en otras áreas (medicina, agricultura etc).


c- El origen de la vida

I- Primeras teorías sobre el origen de la vida:

a. Creacionismo

b. Generación espontánea (Pasteur demostró que no era cierta)

c. Panspermia (Arrhenius s. XIX)

II- Teoría moderna sobre el origen de la vida: EVOLUCIÓN

Bioquímica: m. i. m. o. sencilla

Abiótica

Protobiológica: m. o. sencilla protobionte

Evolución

Celular: procariota ≠ tipos celulares

Biótica

Biológica: diversificación de seres vivos


I- Evolución abiótica

A- Evolución bioquímica

Transformación de sustancias inorgánicas en biomoléculas (polímeros).

1- Síntesis de monómeros en atmósfera primitiva (Teoría de Oparín-

Haldane)

a- Atmósfera primitiva reductora: H2 , CH4 , NH3 , H2 O , He, neón

b- Aparición de las primeras moléculas orgánicas y caldo primitivo

- Tª >20ºC

- Fotones y radiaciones U-V del sol, descargas eléctricas, minerales

radiactivos, erupciones volcánicas sobre: CH4, NH3, H2, Vapor

de agua formación de: A. cianhídrico (CNH), Formaldehído

(CHOH) formación de moléculas orgánicas (monosacáridos, aa,

BN …)

Experimento de Miller


2- Síntesis de polímeros en el mar primitivo

La elevada concentración de monómeros que se encontraba en la sopa o

caldo primitivo pudo reaccionar por la acción de las arcillas catalíticas,

dando polímeros y estructuras sencillas, según Oparín-Haldane.

B- Evolución protobiológica

Paso de polímeros y estructuras sencillas a progenota (= protobionte =

coacervado)

a- Teoría de Oparín-Haldane: (años 20) proponían:

* formación de coacervados (gotas microscópicas formadas por

macromoléculas).

* los coacervados evolucionaron hasta protobiontes (doble

membrana de fosfolípidos en cuyo interior con ácidos nucléicos,

proteínas y glúcidos) que, a su vez, evolucionaron hasta eubiontes

(célula primitiva).

b-Génesis mineral: la mayoría de los científicos actualmente no

acepta que los polímeros pudieran formarse en el agua (propuesta de

Oparín-Haldane) sugiriendo que estos podrían haberse sintetizado

sobre superficies arcillosas que actuarían como biocatalizadores

atrayendo y concentrando en su superficie las moléculas sencillas y

facilitando la polimerización.

Recientemente se ha propuesto también que la polimerización podría

haber tenido lugar entre las diferentes láminas que forman la mica.


c- Hipótesis de las microesferas proteinoides y aparición del primer

gen. En las fuentes hidrotermales de las regiones volcánicas marinas

(130-180ºC), la formación de oligopéptidos con actividad catalítica

(Fox, 1977) pudo favorecer la síntesis de RNA y DNA primer

gen.

d-Panspermia: el hallazgo de compuestos orgánicos en el espacio

interestelar y en meteoritos caídos a la Tierra ha favorecido que

muchos investigadores del s. XX (Crick), piensen que una gran parte

de las moléculas orgánicas necesarias para la evolución química de la

vida fue sintetizada en el medio interestelar y sembradas en nuestro

planeta durante un periplo del Sistema Solar a través de nubes

interestelares, idea que ya había sido propuesta por Arrhenius un

siglo antes.


Resumen de las etapas de la EVOLUCIÓN ABIÓTICA

1. Síntesis de pequeños precursores: aminoácidos, azúcares, ácidos grasos,

nucleótidos, cofactores

2. Condensación de precursores (oligopéptidos, mononucleótidos, lípidos)

3. Primera molécula de RNA, con capacidad de replicación

4. RNA con genes

5. Aparición del código genético primitivo: transcripción y replicación del

RNA

6. Aparición del DNA por copia a partir del RNA

7. Progenota


II- Evolución biótica

A- Evolución celular

Hipótesis autógena (Taylor y Dobson): la célula eucariota procede de una gran célula procariota que se

compartimentó mediante membranas, formándose los orgánulos celulares.

Hipótesis de la endosimbiosis (Margulis y Sagan): la célula eucariota procede de una célula procariota

ancestral que habría englobado a otras células procariotas, estableciéndose una relación simbiótica y

transformándose cada una de ellas en un orgánulo celular.


B- Evolución de los seres vivos:

B.1- Concepto de evolución: proceso de transformación de unas

especies en otras mediante variaciones que se han sucedido a lo largo de

millones de años.

B.2- El hecho evolutivo

Las evidencias del proceso evolutivo son el conjunto de pruebas que los

científicos han reunido para demostrar que la evolución es un proceso

característico de la materia viva y que todos los organismos que viven en

la Tierra descienden de un ancestro común. Las especies actuales son un

estadio en el proceso evolutivo, y su riqueza relativa es el producto de

una larga serie de eventos de especiación y de extinción.

Pruebas de la evolución

1- Paleontológicas (estudio de los fósiles): 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.

.estudia los fósiles

.estructura series filogenéticas

.localiza formas intermedias entre otras conocidas


2- Biogeográficas:

especies de islas son semejantes a las de los continentes próximos

la divergencia se explica por la adaptación al medio

3- Anatómicas:

estudia caracteres constitucionales básicos

caracteres adaptativos

órganos análogos: = función (muestran convergencia adaptativa)

órganos homólogos: tienen la misma organización (pueden tener

divergencia adaptativa).


4- Embriología: demuestra la Ley biogenética fundamental:"La

Ontogenia es una recapitulación de la Filogenia" (Haeckel)

5- Taxonómicas: la clasificación de los seres vivos por sus semejanzas y

diferencias muestra un pasado común


6- Inmunología:

la reacción Ag-Ac es específica

pueden darse reacciones cruzadas si las especies están próximas en la

escala evolutiva

7- Bioquímica:

principios inmediatos idénticos en todos los seres vivos

proteínas específicas, más parecidas cuanto más próximas estén las

especies, evolutivamente.

Código genético común a todos lo seres vivos

B.3-Teorías relacionadas con la evolución de los seres vivos

1- Fijistas

a. Linneo: defendía el creacionismo

b. Cuvier: catastrofismo y policreacionismo

2- Evolucionistas

a. Preevolucionista = Transformismo=Lamarckismo: Lamarck

. La función hace al órgano

. Los caracteres adquiridos se heredan

. Voluntad de los organismos para transformarse


b. Darwinismo: basa la evolución en tres puntos importantes

-Elevada tasa de natalidad --> muchos individuos en la

población

-Pocos recursos

-Variabilidad intrapoblacional (Darwin no explicó el

origen de la variabilidad)

-Acción de la Selección natural: puesto que hay más

individuos que recursos --> sólo los más aptos accederán a

los recursos, se reproducirán y transmitirán sus

características a los descendientes.

c. T. Sintética (=Neodarwinismo): los descubrimientos de finales

del s. XIX y comienzos del XX determinó que surgiera esta

teoría para explicar el mecanismo evolutivo. Puntos

importantes:

- Sobre la variabilidad:

o En organismos con reproducción asexual: por mutaciones

o En organismo por reproducción sexual

Mutaciones: puede dar lugar a nuevos genes

Sobrecruzamiento

Disposición aleatoria de los cromosomas homólogos en los

planos de metafase I (Meiosis I)

Incrementar el pool genético por panmixia


- Se acepta el concepto de población genética (estudiada por la

Genética de poblaciones) con sus Frecuencias genotípicas y

alélicas: 2 alelos p y q (p2 + 2pq +q2). Evoluciona la especie, no

el individuo.

- Se acepta el concepto de aislamiento de subpoblaciones para

los mecanismos de especiación (geográfico o reproductor)

- Concepto de especie en seres con reproducción sexual:

conjunto de individuos que pueden reproducirse originando

individuos fértiles (no por diferencias anatómicas).

- Proponen la evolución más o menos lineal y mantenida en el

tiempo.

d. T. del Equilibrio puntuado (1972, Eldredge y Gould)

i. Observaron en el registro fósil que las especies

permanecen estables durante un tiempo y después

desaparecen o se transforman de forma brusca. Proponen

que los cambios evolutivos se producirán exclusivamente

durante la especiación.

ii. Evolución ramificada y no constante

e. T. Neutralista (Kimura) propone que las mutaciones neutras,

que las nuevas formas se deben más al azar que a la selección

natural.


f. T. de la simbiogénesis (Lynn Margulis): puesto que las

mitocondria, plastos y flagelos se cree que proceden de

bacterias simbiontes, propone que en la evolución ha influido

más la cooperación entre organismos que la lucha por la

supervivencia (selección natural)

B.5- Mecanismos evolutivos: factores que alteran las frecuencia alélicas

--> cambios de fenotipo

Mutaciones: aportan nuevos genes

Migraciones: aumentan el pool genético, si hay panmixia

Deriva génica: cambio en frecuencias génicas debido a que el

número de individuos reproductores es menor que el necesario

para que estén representados todos los genotipos posibles de la

población.

o Efecto fundador: la población se origina a partir de un

número muy pequeño de individuos

o Efecto cuello de botella: tras una reducción drástica de los

individuos de una población en condiciones adversas

Selección natural: vinculado a la eficacia biológica (capacidad de

un individuo de transmitir sus genes a la generación siguiente).

Actúa sobre los genotipos.

o Selección direccional: se favorece un genotipo extremo


o Selección estabilizadora: se favorece un genotipo

intermedio

o Selección disruptiva: se favorecen los genotipos extremos

Aislamiento de subpoblaciones para los mecanismos de

especiación

o Aislamiento geográfico

o Aislamiento reproductor

B.6- Especiación: surge como consecuencia de todos los procesos

evolutivos anteriores

1. Especie conjunto de individuos que pueden reproducirse originando

individuos fértiles

2. Cambios evolutivos

- Anagénesis: cambio de una especie bajo la influencia

de la selección natural direccional. La especie va acumulando

cambios en las sucesivas generaciones hasta que puede

considerarse diferente de la especie ancestral

- Cladogénesis: separación de una especie en especies

diferentes. Se forman especies nuevas con un antepasado común.

Alopátrica: por aislamiento geográfico. Los mecanismos

evolutivos serán: efecto fundador, deriva génica, mutaciones y la

selección natural


Simpátrica: por aislamiento reproductor

Según cuándo ocurren:

Mecanismos precigóticos: no se produce fecundación

Mecanismos postcigóticos: el cigoto no es viable o no

llega a adulto o sus descendientes no son fértiles

Tipos de aislamiento reproductor

Aislamiento ecológico: los individuos se adaptan a vivir

en hábitats diferentes

Aislamiento etológico: cambian las pautas de

comportamiento de la población, especialmente el cortejo

Aislamiento sexual: se producen cambios en los órganos

sexuales que impiden el acoplamiento.

Aislamiento genético: se deben a cambios cromosómicos

que producen esterilidad o falta de viabilidad en los

híbridos

Cuántica: por cambios cuantitativos en el genoma de la especie

original. El comienzo de la especiación es muy rápido, puede

aparecer una especie en una sola generación.

Autopoliploidía: interviene una sola especie original. Por mala

meiosis, puede duplicarse el número de cromosomas. La planta

resultante no puede cruzarse con su precursora diploide.


Alopoliplodía: intervienen dos o más especies próximas que

pueden dar un híbrido estéril. Si ocurre una mutación por la

que se duplica el número de cromosomas posteriormente,

pueden originarse individuos fértiles que darán una nueva

especie.

B.7- Tipos de evolución

- Microevolucion: responsable de la formación de razas, especies y

géneros, como mucho. Es lenta y constante y se debe a la acumulación de

pequeñas mutaciones.

- Macroevolucion: responsable de la aparición de tipos, clases y órdenes.

Puede deberse a:

. macromutaciones

. acción sumativa de pequeñas mutaciones (microevolución)

B.8- Leyes de la evolución

1- Fenómeno vinculado a la población, no al individuo.

2- No se da siempre con la misma velocidad

3- La velocidad varía según el tipo de organismos

4- La evolución se presenta de forma ramificada

5- La evolución es irreversible: cualquier característica que se pierde, no

se vuelve a presentar.

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