Biologia Evolucion Ecologia y Ambiente 3ero Medio

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Biología Evolución, Ecología y Ambiente Programa de Estudio Tercer Año Medio Formación Diferenciada

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Tercer Ao Medio Biologa Ministerio de Educacin

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Biologa Evolucin, Ecologa y Ambiente Programa de Estudio Tercer Ao MedioFormacin Diferenciada

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Presentacin

El programa de Biologa par a la Formacin Diferenciada de 3 Medio se centra en el estudio de tres temas: a) el origen de la vida y la evolucin biolgica, b) la evolucin humana y c) los flujos de materia y energa, entre los seres vivos y el medio ambiente. En la Unidad 1 se presenta el problema del origen de la vida desde la perspectiva de la ciencia y se examinan las grandes transiciones de la evolucin biolgica. Es importante mostrar que la ciencia se ha preocupado de este problema y que se han elaborado hiptesis. Estas hiptesis se basan en el conocimiento sobre los sistemas vivos actuales y sobre las posibles condiciones ambientales en la Tierra primitiva. Se espera que los estudiantes razonen y apliquen sus conocimientos para apreciar la naturaleza de los procesos que probablemente originaron a las primeras clulas hace aproximadamente 3,500 millones de aos. Tambin, se los debe orientar para comprender la naturaleza cientfica de las preguntas que permanecen no resueltas. La historia de la evolucin biolgica muestra que han ocurrido grandes transiciones en la forma de manejar la materia y la energa, as como en las formas de organizar la informacin gentica y en los modos de reproduccin y de organizacin entre clulas. Estas transiciones deben considerarse en su conjunto, incluyendo su relacin con las condiciones geolgicas y atmosfricas, para lograr una comprensin del fenmeno de la vida. El principio de la seleccin natural se aplica nuevamente como determinante en la diversificacin y adaptacin de los organismos.

Los aspectos evolutivos plantean interesantes problemas de relaciones ancestrales y linajes que no pueden resolverse slo por la paleontologa. En este sentido, se resalta el aporte de la biologa molecular para establecer o verificar relaciones filogenticas. Especies alejadas filogenticamente pueden evolucionar de manera convergente hacia fenotipos similares, mientras que especies estrechamente emparentadas pueden divergir. La tipificacin de las macromolculas provee informacin sobre la historia evolutiva, revelando tanto relaciones ancestrales comunes como divergencia evolutiva. En la Unidad 2 se aborda el problema del origen y evolucin del ser humano desde la perspectiva biolgica. Se hace nfasis en el significado del proceso de hominizacin y en el hecho que han existido numerosos grupos de homnidos, pero slo uno ha llegado hasta nuestros das. La biologa considera el problema del origen de la especie humana como uno de los problemas de la evolucin de las especies, en este caso como producto de la evolucin del orden primates. Por lo tanto, primero se estudian las relaciones filogenticas que ubican a los seres humanos en el linaje de los primates para apreciar por qu nuestros parientes ms cercanos son los simios y monos. Se debe aclarar que no derivamos de los monos sino que compartimos un ancestro comn hace unos 5,5 millones de aos. Luego se examinan los rasgos de hominizacin que aparecieron en la evolucin del linaje homnido, separando esta rama definitivamente de los otros primates, aunque compartamos con ellos ciertos rasgos anatmi-

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cos y funcionales y un acervo gentico similar. En el contexto de la hominizacin se resalta el significado del bipedismo, el aumento del tamao del cerebro y el desarrollo del lenguaje. Adems, se examina la importancia del reemplazo de los ciclos estrales en la fertilidad de las hembras por menstruaciones, que permiten una sexualidad mantenida, no estacional, y la reduccin en el tiempo de gestacin. Esto produce un neonato prematuro, que requiere mayor cuidado parental y una prolongada niez. A lo largo de estas transiciones aparece el uso de herramientas y surge el lenguaje, gramatical y simblico, asociado a una sociabilidad cada vez ms compleja. Atendiendo al hecho que el lenguaje es la caracterstica nica ms importante que distingue a los seres humanos de otras especies animales, varias actividades estn dedicadas a examinar lo intrigante de su aparicin y su potencial como agente de comunicacin y pensamiento. El lenguaje probablemente surgi como producto del aumento de la capacidad intelectual y de una compleja conducta social. La capacidad de emitir un enorme rango de sonidos se asocia a cambios anatmicos, como particularidades morfolgicas de la laringe, que nos distinguen de los simios y al parecer tambin de otros homnidos, y a cambios funcionales cerebrales an no aclarados. El lenguaje ha hecho posible nuevos fenmenos tales como la reflexin y la conciencia, la descripcin de s mismo y su circunstancia, y expresiones creativas tales como el arte, la ciencia y la tecnologa. Es decir, ha expandido los dominios de la experiencia ms all de lo inmediato y contingente. Para profundizar estos conceptos se invita a establecer actividades de anlisis conjunto con las asignaturas de lenguaje, msica y arte. Los conocimientos sobre evolucin adquiridos anteriormente permitirn establecer discusiones sobre los datos de registros fsiles de

nuestros antecesores homnidos. La historia evolutiva de los humanos, como la de otras especies, est marcada por la diversidad. Al ilustrar algunos rboles filogenticos sobre los posibles orgenes e historia evolutiva de la especie humana se enfatiza su carcter hipottico y algunas veces controvertido. El tema se presta especialmente para establecer debates en base a informacin de documentos presentados en los Anexos del programa. La polmica que se ha mantenido acerca de las interrelaciones entre los homnidos ms modernos y los Neandertales, cuya documentada co-existencia durante miles de aos ha sugerido variadas interpretaciones acerca de estas interrelaciones, se presenta en forma de resultados y documentos de anlisis. Es importante que los estudiantes aprecien el curso de las discusiones y el tipo de evidencia utilizada en el debate sobre estos intrigantes momentos de nuestra historia evolutiva. En la Unidad 3 se examinan los seres vivos como sistemas abiertos desde el punto de vista termodinmico, enfatizando que como tales necesitan continuamente del aporte energa y materia para mantener su estructura y organizacin. Es decir, los conocimientos que los alumnos y alumnas han adquirido anteriormente sobre el tema se refuerzan desde una perspectiva conceptual ms profunda y abstracta. En su funcionamiento, los seres vivos llevan a cabo procesos no espontneos que deben acoplarse a fuentes externas de energa. La principal de estas fuentes es la energa solar que hace posible la formacin de compuestos orgnicos a partir del dixido de carbono y agua durante la fotosntesis. Los alumnos y alumnas analizarn los cambios que la atmsfera ha experimentado en tiempos evolutivos, desde la aparicin de la fotosntesis y los cambios ms recientes derivados de la actividad humana. Al examinar los ciclos biogeoqumicos se reitera la constante utilizacin de componentes fun-

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damentales para la mantencin de la vida desde su origen. Es necesario enfatizar que estos procesos pueden ser interrumpidos o estimulados por la actividad humana. El flujo de la energa en los ecosistemas y el concepto de productividad se tratan haciendo nfasis en su distribucin en las cadenas trficas y en el hecho que el ser humano, al ocupar una determinada posicin en las cadenas trficas, experimenta de las mismas restricciones respecto a la limitacin de las fuentes energticas. Esto lo ha llevado a inventar formas de intervenir en los sistemas para aumentar su fuente de entradas a travs de cultivo y ganadera y disminuir las prdidas, economizando y distribuyendo mejor los recursos. El consumo humano de recursos naturales lleva a un aumento de desechos, incluyendo gases, sustancias txicas y materia orgnica. Como resultado, se ha hecho necesario que la humanidad estudie y legisle sobre los diversos aspectos del manejo de los recursos y la disposicin de desechos sin daar los sistemas, con el fin de lograr un desarrollo sustentable. El tema se trata de manera que pueda adquirirse mayor conciencia y apreciarse que la proteccin de la naturaleza es una preocupacin actual preponderante, porque su dao tiene graves consecuencias que se extendern por tiempos evolutivos En el tratamiento de estos temas aparecen nuevas oportunidades para apreciar la ciencia como una forma de conocimiento que se caracteriza por su criterio emprico, argumentacin lgica y revisin escptica. Las actividades promueven la formulacin de preguntas, el razonamiento, la comunicacin de argumentos cientficos y la planificacin y conduccin de investigaciones alrededor de un problema. Adems, promueven el trabajo en equipo y las presentaciones orales de los trabajos de indagacin.

Los temas de las dos primeras unidades se deben aprovechar para estimular las actividades de discusin distinguiendo hechos y conjeturas, puesto que tratan sobre temas que presentan controversia. Adems, se prestan para apreciar las relaciones entre ciencia y sociedad, ya que las ideas cientficas sobre el origen de la vida y la evolucin del hombre tienen un impacto cultural ms all de los lmites de ciencia. El problema de la evolucin humana aporta tambin oportunidades para un tratamiento transversal de ciertas materias, tales como el desarrollo del lenguaje, la organizacin de comunidades humanas y las migraciones, que pueden ser elaboradas ms completamente en conjunto con otras asignaturas. En la ltima unidad se debe propender a que los estudiantes tomen conciencia sobre los efectos de la actividad humana en el ambiente. La estrategia central de enseanza debe ser la indagacin a partir de preguntas originadas desde las experiencias de los estudiantes. Se entrega informacin y conceptos sencillos como puntos de inicio para involucrarlos en experiencias de indagacin cientfica que exigen capacidades cognitivas ms elaboradas y un mayor desarrollo de la autonoma en las distintas facetas del aprendizaje (gestin del tiempo de estudio, investigacin, trabajo grupal, etc.). Es necesario estimular a los estudiantes a discutir y debatir sus propias interpretaciones y a participar activamente en el anlisis de conceptos y explicaciones con base cientfica, para lograr un aprendizaje activo y una positiva experiencia.

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Objetivos FundamentalesLos alumnos y las alumnas desarrollarn la capacidad de: 1. 2. 3. Apreciar el problema del origen de la vida y su posterior diversificacin. Apreciar la dimensin biolgica de la especie humana y su proceso evolutivo. Distinguir las dependencias entre organismos respecto del flujo de la energa y la materia en el ecosistema y valorar su importancia para la vida.

Contenidos Mnimos1. Origen y evolucin a. Origen y diversificacin de la vida: anlisis de las innovaciones biolgicas, formas intermedias y sus momentos de aparicin en el tiempo. Perodos geolgicos. b. Evolucin divergente y convergente. c. Aporte del anlisis de secuencia de genes homlogos para determinar relaciones evolutivas. 2. Teora y mecanismos de la evolucin del hombre a. El lugar del hombre dentro de la clasificacin y perodos de evolucin de los organismos. b. Investigacin y anlisis de la relacin entre estructura y funcin de los cambios evolutivos en el linaje de los homnidos. c. Valoracin de la aparicin y desarrollo del lenguaje en la evolucin cultural del hombre. 3. Flujo y procesamiento de energa y materia en los sistemas biolgicos a. Flujo y eficiencia de la transferencia de energa y materia en el ecosistema, profundizando en los ciclos del carbono y nitrgeno. b. Descripcin cuantitativa de las cadenas alimentarias, utilizando pirmides de nmeros y de biomasa. c. Fundamentos del manejo de la produccin de alimentos para mejorar la eficiencia en la transferencia de energa. d. Desechos de materia y energa de origen humano como principales contaminantes de los sistemas biolgicos (por ejemplo, cambio climtico global). e. Investigacin y debate sobre los efectos de la deforestacin en los recursos de agua, suelo y aire.

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Objetivos Fundamentales Transversales y su presencia en el programa

El programa de Formacin Diferenciada de Biologa de Tercer Ao Medio refuerza algunos OFT que tuvieron presencia y oportunidad de desarrollo en la Formacin General de Primero, Segundo y Tercer Ao Medio y adicionan otros propios de las nuevas unidades. a. en el mbito crecimiento y autoafirmacin personal, se refuerza el OFT referido al cuidado, respeto y valoracin de la vida y el cuerpo humano a travs de la comprensin de la complejidad de los procesos que originaron la vida y de los cambios y la evolucin experimentada por el ser humano en su desarrollo evolutivo. Asimismo, el programa en su conjunto promueve la realizacin de los OFT de formar y desarrollar el inters y la capacidad de conocer la realidad, apreciar las relaciones entre ciencia y sociedad, ya que las ideas cientficas tienen un impacto cultural ms all de los lmites de la ciencia, y utilizar el conocimiento y la informacin. b. todos los OFT del mbito desarrollo del pensamiento son una dimensin central de los aprendizajes, contenidos y actividades del programa. En este marco, tienen especial nfasis las habilidades de investigacin y el desarrollo de formas de observacin, razonamiento y de proceder caractersticas de una actitud cientfica, as como las de exposicin, comunicacin, discusin, debate y argumentacin de resultados de actividades experimentales o de indagacin. Por sobre todo las Unidades 1 y 2: Origen y Evolucin, pretenden que los estudiantes comprendan la necesidad de re-

c.

d.

e.

visar planteamientos a la luz de nuevas evidencias, interpretaciones y perspectivas y suspendan juicios en ausencia de informacin suficiente. en el plano de la formacin tica se refuerza a travs de todo el programa el valorar el carcter nico de la especie humana; respetar las interpretaciones, ideas y creencias distintas, reconociendo el dilogo como fuente permanente de superacin de diferencias y de acercamiento a la verdad. en relacin a los OFT del mbito persona y su entorno, el programa conduce a la comprensin de la relacin que existe entre el sistema de comunicacin lingstica y las conductas y las formas de organizacin humana, lo que ha hecho posible la reflexin y la conciencia, y ha expandido los dominios de la experiencia ms all de lo inmediato y contingente. La Unidad 3 del programa refuerza el OFT relacionado con la proteccin del entorno natural y sus recursos como contexto de desarrollo humano, a travs de comprender y adquirir mayor conciencia de la necesidad de estudiar y legislar sobre los diversos aspectos del manejo de los recursos y la disposicin de desechos sin daar los sistemas, ya que podran tener graves consecuencias en la humanidad por muchas generaciones. adems, el programa se hace cargo de los OFT de Informtica incorporando en diversas actividades y tareas la bsqueda y seleccin de informacin a travs de redes de comunicacin y el empleo de software.

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Unidades y distribucin temporal

Cuadro sinpticoUNIDADES

1 Origen de la vida y evolucin

2 Evolucin humana

3 Flujo y procesamiento de energa y materia en los sistemas biolgicos

Distribucin temporal 10-12 semanas 14-15 semanas 11-13 semanas

Unidad 1: Origen de la vida y evolucin

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Unidad 1Origen de la vida y evolucin

Orientaciones didcticas En esta unidad se da una idea general sobre el problema del origen de la vida desde la perspectiva de la ciencia y se hace nfasis en las grandes transiciones de la evolucin biolgica. Durante su desarrollo se aconseja estimular actividades que se presten para practicar la especulacin, el debate y la argumentacin dirigida al anlisis de preguntas y problemas especficos, aprovechando los mltiples aspectos que no han sido aclarados por la ciencia. Aunque no se tiene una explicacin completa del origen de la vida es importante mostrar que la ciencia se ha preocupado constantemente de este problema. Se han propuesto hiptesis cientficas en base al conocimiento sobre los sistemas vivos actuales y se han realizado experimentos para intentar reproducir las supuestas condiciones iniciales y ensayar la creacin abitica de molculas orgnicas. Es importante que los alumnos y alumnas establezcan discusiones acerca de la complejidad de los procesos que debieron ocurrir para dar origen a los sistemas vivos. Debe estimularse el raciocinio acerca de los requerimientos que debieron ser solucionados para que se originaran las primeras clulas, aplicando el conocimiento previo sobre su organizacin, composicin y comportamiento. De esta manera, se reforzar el significado de la vida como fenmeno biolgico y se apreciarn las grandes incgnitas que an quedan por resolver. Los siguientes aspectos deben resaltarse: a) los experimentos de Miller lograron generar molculas tales como aminocidos a partir de metano, amonio, agua y energa elctrica, pero dejan sin explicar cmo podran haberse producido los polmeros biolgicos o macromolculas que conocemos actualmente. Se ha planteado que estos polmeros biolgicos podran haberse originado no en solucin sino en superficies cargadas; b) despus de la sntesis de las primeras molculas orgnicas en condiciones abiticas deben haberse producido membranas y polmeros. Respecto de las membranas, se debern recuperar los conceptos sobre sus propiedades para comprender la funcin que pudieron haber jugado en la formacin de compartimentos. Tambin deben comprender por qu se piensa que algunos polmeros debieron tener propiedades replicativas por templado y otros propiedades autocatalticas. Un ejemplo notable es la capacidad del RNA de autocopiarse sin la participacin de enzimas; c) membranas y polmeros, en base a sus propiedades qumicas e interactivas, podran haber evolucionado hacia una organizacin en unidades discretas o compartimentos, que llevaron a la aparicin de los procariontes ancestrales.

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Luego se examina el significado de las grandes transiciones en la evolucin biolgica. Entre stas se destacan; a) la fotosntesis y la respiracin aerbica como innovaciones en el manejo de la energa y la materia necesarias para la mantencin de los sistemas vivos; b) la reproduccin sexual y la multicelularidad; c) la colonizacin del ambiente terrestre por plantas y animales. Al analizar el significado de estas transiciones evolutivas es importante apreciar sus relaciones con los factores geolgicos y ambientales que por seleccin natural fueron determinantes en la diversificacin y adaptacin de los organismos. Otro aspecto que se resalta es el aporte de la biologa molecular para establecer o verificar relaciones filogenticas, especialmente cuando las limitaciones de la paleontologa no lo permiten.

Aprendizajes esperados Alumnos y alumnas saben y entienden que: existen teoras cientficas sobre el origen de la vida, que suponen la formacin abitica de macromolculas orgnicas en un ambiente escaso de oxgeno y su posterior organizacin en sistemas compartamentalizados, que conducen a la aparicin de los primeros procariontes, hace aproximadamente 3,500 millones de aos. La historia del origen de la vida y la evolucin orgnica estn ligadas a las condiciones geolgicas y atmosfricas; los modelos celulares (procariontes y eucariontes) que aparecieron tempranamente en la evolucin se han mantenido hasta ahora; en la evolucin han ocurrido grandes innovaciones en la manera de manejar la materia, la energa (anaerobiosis, fotosntesis y respiracin aerbica), la organizacin de la informacin gentica (procariontes y eucariontes), la reproduccin (sexual), y la organizacin celular (multicelularidad); la vida se origin y evolucion inicialmente en el ambiente acutico y, por lo tanto, la colonizacin de los ambientes terrestres debi acompaarse de adaptaciones en la respiracin, resistencia a la deshidratacin, reproduccin y locomocin (en animales); especies alejadas filogenticamente pueden evolucionar de manera convergente hacia fenotipos similares, mientras que especies estrechamente emparentadas pueden divergir; la secuencia de las macromolculas proveen informacin sobre la historia evolutiva, revelando tanto relaciones ancestrales comunes como divergencia evolutiva.

Los alumnos y alumnas mejoran sus habilidades de: informarse y debatir acerca de datos cientficos; distinguir hiptesis, hechos y controversias cientficas; utilizar terminologa cientfica; aplicar conocimiento cientfico; desarrollar la capacidad de trabajo en equipo.

Unidad 1: Origen de la vida y evolucin

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Actividades

Actividad 1Explicar y debatir sobre las hiptesis cientficas acerca del origen de la vida.

Ejemplo El docente presenta diferentes hiptesis sobre el origen de la vida explicando sus fundamentos y limitaciones, centrndose especialmente en los experimentos de Miller. Luego se estimular un debate sobre el significado de estos experimentos para la explicacin del origen de la vida.INDICACIONES AL DOCENTE:

Enfatizar que las teoras sobre el origen de la vida tienen grandes puntos de controversia, aunque se acepta que debe haber ocurrido inicialmente una evolucin puramente qumica. En esta evolucin deben haber jugado un papel importante las condiciones ambientales relativamente dramticas en trminos de energa calrica, radiacin y descargas elctricas. El enfriamiento de la Tierra debe haber sido crucial en la posibilidad de formar molculas ms complejas. Es importante iniciar la actividad explicando que la cuestin del origen de la vida no ha sido resuelta pero las hiptesis de Oparin (1924) y Haldane (1929) y los experimentos realizados por Miller y Harold Urey (1953) tienen gran importancia porque muestran que es factible la creacin de molculas orgnicas en condiciones abiticas que remedan las caractersticas del ambiente primitivo. Oparin y Haldane sugirieron independientemente que con las fuentes de energa que existan en el ambiente primitivo y si la atmsfera hubiera sido reductora se podran haber originado molculas orgnicas como las que observamos en los seres vivos. Miller trat de simular estas supuestas condiciones de la Tierra primitiva con el montaje experimental que se muestra en la figura. Los componentes que utiliz son CH4 y NH3 que deberan haber estado presentes en una atmsfera reductora, adems de agua. Descargas elctricas entre dos electrodos simularon la condicin de relmpagos que presumiblemente eran muy abundantes en la era prebitica. El resultado de este experimento fue asombroso ya que se formaron varios tipos de amino cidos. Los resultados de Miller parecan apoyar la idea de que la vida podra haber surgido a partir de sencillas reacciones qumicas en la sopa primordial. Debe guiarse al curso a discutir qu otras etapas habran sido necesarias para la formacin de las primeras clulas. En el debate es importante apreciar la complejidad de los procesos que deben haber ocurrido desde la formacin de las primeras molculas orgnicas hasta la aparicin de las primeras clulas. Para esto se deben recuperar primero los conocimientos sobre la composicin,

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catlisis enzimtica y reproduccin celular, y las bases genticas de la herencia. Los siguientes aspectos son importantes de considerar: 1) el origen de macromolculas y la importancia de las propiedades autocatalticas y autogenerativas para la multiplicacin de componentes. Explicar las propiedades autocatalticas y autoreplicativas del RNA; b) el problema del origen de los lpidos y su importancia por sus propiedades de autoensamblaje en membranas; c) Las ventajas de formar compartimentos con membranas limitantes donde pueden concentrarse las reacciones qumicas; b) el problema del transporte a travs de una membrana lmite; d) el origen de los cromosomas y del DNA. Resaltar que los eventos precisos son tema de controversia y especulacin y que el valor cientfico de las hiptesis se debe a que estn restringidas por consideraciones termodinmicas y qumicas aplicables a las formas de vida actuales. Proveer a los estudiantes con el texto del artculo En el principio de John Horgan, en Investigacin y Ciencia. Vol.75: pginas 80-90 (1991). Discutir estas ideas en un foro con el curso. Utilizar videos de la coleccin los Ciclos de la vida para ilustrar varios aspectos que se relacionan con el tema.Figura 1: Esquema del experimento de sntesis abitica de molculas orgnicas simulando las condiciones atmosfricas primitivas

Compartimento atmosfrico

Descargas elctricas que simulan rayos y proveen la energa para la sntesis de nuevos compuestos

Agua

Al enfriarse los gases "atmosfricos" se origina una "lluvia" que contiene los nuevos compuestos. Estos se colectan en un"ocano"

Este aparato es similar al utilizado por Stanley Miller para determinar el tipo de molculas que pudieron haberse producido en una atmsfera reductora primitiva

Compartimento ocenico

Se toman muestras del "ocano" para su anlisis

Calentador

Unidad 1: Origen de la vida y evolucin

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Actividad 2Examinar las innovaciones biolgicas y su significado en relacin al calendario geolgico y a las condiciones ambientales. Ejemplo Considerar como innovaciones biolgicas la aparicin de la fotosntesis, la respiracin aerbica, los eucariontes, la sexualidad, las algas y la pluricelularidad. El curso se divide la tarea de investigar sobre estas innovaciones biolgicas. Expone e ilustra sus resultados en un esquema que incluye el calendario geolgico, rotulando los momentos de aparicin de cada innovacin. Reflexionan y discuten sobre los siguientes aspectos: a) el orden en que aparecieron en el calendario geolgico; b) su relacin con las condiciones ambientales y c) sus consecuencias en la evolucin y diversidad de la vida.INDICACIONES AL DOCENTE:

Es importante destacar lo siguiente: a) las consecuencias del aumento del oxgeno en la atmsfera en la evolucin de la respiracin aerbica. Explicar que el hecho que el oxgeno sea altamente reactivo daa los compuestos orgnicos y por lo tanto las nuevas formas de vida debieron tener un mecanismo antioxidante para protegerse de este efecto. Mencionar tambin el efecto pantalla de la capa de ozono que deriva del oxgeno y que protege de la radiacin ultravioleta.; b) las diferencias en los niveles de complejidad entre procariontes y eucariontes; c) el incremento de la variacin gentica que implica la reproduccin sexual y su importancia en la evolucin; d) las nuevas propiedades que aparecen en los organismos como producto de la pluricelularidad.

Actividad 3Ilustrar y analizar los principales eventos evolutivos en la conquista de los ambientes terrestres por plantas y animales. Ejemplo El curso se divide en grupos que abordarn el tema centrndose unos en las plantas y otros en animales. Los diferentes grupos presentarn sus trabajos mediante ilustraciones y materiales audiovisuales e incluirn una sntesis sobre las relaciones ms evidentes entre los eventos evolutivos y el medio ambiente.

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Figura 2: Ejemplos de rganos homlogos y anlogos

Ala de murcilagoClavcula

Esternn

Escpula El ala osea de murcilagos y aves se origin de un ancestro comn

Ala de Ave

Escpula

Clavcula

Esternn

Ala de InsectoEl soporte del ala de insectos no es homlogo al de los huesos de murcilagos y aves

Las estructuras de las alas pueden ser homlogas o anlogas. Por ejemplo, la estructura de soporte de las alas de murcilagos y de aves derivan de un ancestro comn y son homlogas. En cambio, las alas de los insectos, aunque tambin se utilizan para volar, evolucionaron de manera independiente y su sistema de soporte no es homlogo con las alas seas de murcilagos y aves; son anlogas.

INDICACIONES AL DOCENTE:

El docente explicar que luego de 2.500.000.000 aos de vida acutica los organismos empezaron a colonizar ambientes terrestres hace 500.000.000 aos. Guiar a los estudiantes para que busquen informacin sobre las innovaciones evolutivas relacionadas especficamente con la respiracin, la reproduccin, la resistencia a la desecacin, tanto en plantas como animales. Deben reconocer que las variaciones del medio terrestre, incluyendo la estacionalidad, en comparacin a la constancia del medio acutico, significaron nuevos elementos de seleccin natural que llevaron a nuevas adaptaciones.

Unidad 1: Origen de la vida y evolucin

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Deben notar que el modelo de las plantas no lleva consigo el ambiente de los mares originarios, en cambio, los animales reproducen un medio interno similar al acutico original. Adems, deben apreciar las semejanzas y diferencias en las estrategias evolutivas. En animales, deben considerar la respiracin pulmonar, la reproduccin fuera del agua, la locomocin y la homotermia. Las plantas, al no necesitar otra cosa que dixido de carbono y sales en solucin para su sobrevida, permanecieron estacionarias. En cambio, los animales, al requerir alimentos vivientes, tenan que moverse y desarrollaron msculos, estructuras esquelticas y rganos de los sentidos para encontrar su comida. Tambin desarrollaron un sistema nervioso para la coordinacin de los impulsos desde los rganos de los sentidos hasta los msculos, para elaborar respuestas adecuadas a los estmulos. Es importante que el profesor o profesora gue en el anlisis de las modificaciones en los rganos homlogos en animales, utilizando los esquemas de la figura. Hacer notar que los insectos tambin colonizaron la Tierra y que su evolucin llev al desarrollo de rganos anlogos, de igual funcin pero distinto origen embrionario. Hacer notar que las primeras plantas y los primeros animales en ambientes terrestres an necesitaron agua para el movimiento de sus espermios hacia los vulos, tal como ocurre en anfibios, en musgos y helechos actuales. Con la formacin de grnulos de polen conteniendo los espermios y vulos conteniendo los huevos, la fertilizacin (polinizacin) en las plantas pudo tomar lugar en ambientes secos. En animales, la fertilizacin interna y el encierro del embrin dentro de un cascarn de huevo posibilitaron la vida en ambientes terrestres. Los mamferos mejoraron este sistema reteniendo los huevos fertilizados dentro del cuerpo de la madre. La colonizacin terrestre de las plantas se acompa de la aparicin de la semilla, adaptacin en la que el embrin est deshidratado, lo cual permite la colonizacin de nuevos espacios alejados del agua.

Actividad 4Deducir el concepto de convergencia evolutiva. Ejemplo: El docente presentar ejemplos de formas equivalentes que se encuentran en especies alejadas taxonmicamente, tales como las de mamferos placentados (marsupiales) y no-placentados, especies de Amrica del Norte y Amrica del Sur, el matorral chileno y el chaparral californiano (convergencia en la forma externa de los arbustos). Los estudiantes comparan las estructuras en relacin con sus funciones y proponen un mecanismo en base a sus conocimientos de evolucin y seleccin natural (convergencia evolutiva).

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Figura 3: a) Ejemplos de convergencia en plantas

Unidad 1: Origen de la vida y evolucin

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Figura 3: b) Ejemplos de convergencia en animales

ESPECIES CHILENAS

ESPECIES CALIFORNIANAS

INDICACIONES AL DOCENTE:

Guiar la discusin para llegar a la conclusin que los organismos bajo presiones ambientales similares, o cuando cumplen una funcin similar en el nicho ecolgico, evolucionan hacia formas similares.

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Actividad 5Establecer relaciones filogenticas comparando secuencias de material gentico y protenas. Ejemplo El curso se divide y toma como objeto de anlisis la secuencia de distintas protenas o DNA en la escala filogentica. Exponen sus ejemplos indicando el grado de divergencia en las distintas especies analizadas. Un ejemplo de esto aparece en la siguiente figura, que ilustra la evolucin de citocromo c con el rbol filogentico resultante.Figura 4: Comparacin de secuencias gnicas para establecer relaciones filogenticas

El grado de diferencia gentica entre especies se puede estimar indirectamente examinando las protenas codificadas por los genes.

Nmero de amino cidos diferentes en los citocromos de la especie humana, el caballo y el mono.

Relacin filogentica.Hombre

Mono rhesus

CaballoMono

Hombre Mono rhesus

1 -

12 11 Tiempo

Caballo

Organismo 1. Hombre 2. Mono 3. Perro 4. Caballo 5. Asno 6. Cerdo 7. Conejo

2 3 4 51 13 17 16 12 16 15 10 8 1

6 713 12 4 5 4 12 11 6 11 10 6

Nmero de nucletidos diferentes en la secuencia de DNA que codifica al citocromo C de distintas especies.

INDICACIONES AL DOCENTE:

Es importante resaltar la potencialidad de la comparacin de secuencias gnicas en la deteccin de relaciones que pueden estar ocultas en los registros fsiles. Explicar el concepto de mutaciones neutras y de relojes moleculares, y las ventajas de utilizar el DNA mitocondrial o el genmico en las comparaciones (ver Anexo).

Unidad 1: Origen de la vida y evolucin

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Evaluacin

Objetivo de evaluacin: Verificar y aplicar conocimientos.

Ejemplo 1: Las innovaciones biolgicas que se indican a continuacin tuvieron un orden de aparicin en el tiempo. Ordnelas segn sus conocimientos y deducciones y justifique su eleccin (por ejemplo, la respiracin aerbica debi aparecer cuando la concentracin de oxgeno alcanz un nivel suficiente para permitirla. El oxgeno se incorpor a la atmsfera como consecuencia de la fotosntesis). Vegetales terrestres Moluscos Reptiles Algas unicelulares Anfibios Aves Primeros animales pluricelulares Procariontes Mamferos Eucariontes unicelulares Respiracin aerbica Fotosntesis

Ejemplo 2: Qu condiciones de la Tierra primitiva habran favorecido la aparicin de las primeras molculas orgnicas y qu otras etapas debieron suceder en el origen de las primeras clulas?

Ejemplo 3: Cuando se lograron sintetizar abiognicamente algunos amino cidos se crey que se estaba a un paso de crear vida. Qu comentario hara Ud. a esa suposicin?

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Unidad 2: Evolucin humana

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Unidad 2Origen y evolucin humana

Orientaciones didcticas En esta unidad se aborda el problema del origen y evolucin del ser humano desde la perspectiva biolgica. Los conocimientos sobre evolucin adquiridos anteriormente permitirn establecer discusiones sobre los numerosos hallazgos y datos de registros fsiles de nuestros antecesores homnidos. Aunque ste es el ms completo de los registros existentes, persisten interpretaciones distintas respecto a las relaciones filogenticas entre los distintos homnidos, sus interacciones y posibles mezclas gnicas. Es interesante llamar la atencin sobre el hecho que han existido numerosos grupos de homnidos y slo uno ha llegado hasta nuestros das. La historia evolutiva de los humanos, como la de otras especies, est marcada por la diversidad. El origen de la especie Homo sapiens es oscuro pero se piensa que tuvo su cuna en Africa hace unos 150.000 a 200.000 aos. Es necesario iniciar el anlisis de la historia evolutiva humana examinando la clasificacin del Homo sapiens para apreciar por qu nuestros parientes ms cercanos son los simios y monos. Debe aclararse que no derivamos de los monos sino que en realidad compartimos un ancestro comn muy alejado en el tiempo, hace unos 5,5 millones de aos. La separacin del linaje homnido se inici despus que el grupo ancestral primate haba colonizado los rboles. Por lo tanto, una parte de las caractersticas que presentan los homnidos corresponden a adaptaciones de los primates a la vida arbrea, incluyendo la oposicin del pulgar, uas y no garras, escasa descendencia y visin frontal estereoscpica. El desarrollo posterior del ser humano est ntimamente ligado al bipedismo, condicin que liber las manos de la marcha, permitiendo su uso en el transporte de objetos y una conducta de recolectores. Adems, elev la altura de la mirada, facilitando la deteccin de depredadores y eventuales presas. Los homnidos fueron los nicos primates que adoptaron esta posicin erguida. Para comprender la evolucin humana se requiere considerar otras transiciones que ocurrieron a distintos ritmos a lo largo de varios millones de aos. Entre las ms notables estn el aumento del volumen cerebral, una conformacin dental particular asociable a una alimentacin omnvora, pero principalmente en base a semillas y nueces, y el reemplazo de los ciclos estrales en la fertilidad de las hembras por menstruaciones, con el desarrollo de una sexualidad mantenida, no estacional, y un enfrentamiento de los rostros en la cpula. Particular atencin merece la reduccin en el tiempo de gestacin, lo cual produce un neonato prematuro, que requiere mayor cuidado parental y una prolongada niez.

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A lo largo de estas transiciones aparece el uso de herramientas y surge el lenguaje, gramatical y simblico, asociado a una sociabilidad cada vez ms compleja. Llama la atencin el patrn espordico de las innovaciones que se observan en las herramientas al comienzo, con saltos en su elaboracin alejados por cerca de un milln de aos. El patrn de progreso continuado, junto con las expresiones artsticas que caracterizaron el surgimiento humano, se asocian al aumento del volumen cerebral. El lenguaje probablemente surgi como producto del aumento de la capacidad intelectual y de una compleja conducta social. En esta conducta destacan las estrechas y afectivas relaciones interpersonales, asociadas a recolectar y compartir alimentos. La aparicin del lenguaje simblico est relacionada con la capacidad de emitir un enorme rango de sonidos gracias a particularidades morfolgicas de la laringe, que nos distinguen de los simios y al parecer tambin de otros homnidos. Es importante ilustrar algunos rboles filogenticos sobre los posibles orgenes e historia evolutiva de la especie humana, enfatizando su carcter hipottico y algunas veces controvertido. Es claro que la especie humana proviene de alguno de los grupos de australopitecos que existieron hace unos 3 millones de aos, aunque la lnea ancestral se ha trazado con cierta controversia hasta fsiles de 4 millones de aos. De los australopitecos derivaron varias especies del gnero Homo. Las evidencias indican una co-existencia de diversos grupos de homnidos durante largos perodos de tiempo. No se sabe por qu sobrevivi un solo grupo, el Homo sapiens, que prosper como especie nica en la Tierra desde hace unos 25.000 aos, libre de competencia con otros homnidos. El tema se presta especialmente para establecer debates en base a informacin de diversos documentos presentados en los Anexos, incluyendo la polmica que se ha mantenido acerca de las interrelaciones entre los homnidos ms modernos y los Neandertales, cuya documentada co-existencia durante miles de aos ha sugerido variadas interpretaciones acerca de sus interrelaciones. Los neandertales desaparecieron hace 30.000 aos por causas an controvertidas. Tambin es tema de controversia el nivel de desarrollo cultural de los neandertales y su contribucin al acervo de genes de los humanos modernos. En los Anexos se incluyen documentos cientficos con los argumentos que sustentan las distintas posiciones. De estos documentos y de material entregado en las actividades se deben distinguir las evidencias y argumentos que sustentan las distintas interpretaciones de las relaciones entre neandertales y H.sapiens. Es importante que los estudiantes aprecien el curso de las discusiones y el tipo de evidencia utilizada en el debate sobre estos apasionantes aspectos de nuestra historia evolutiva.

Aprendizajes esperados Los alumnos y alumnas saben y entienden que: la biologa considera el problema del origen de la especie humana como uno de los problemas de la evolucin de las especies, en este caso como producto de la evolucin del orden primates; la especie humana es un mamfero primate homnido (de la familia Hominidae). Sus parientes vivientes ms cercanos son los antropoides de la familia Pongidae; el chimpanc, el gorila y el orangutn. Juntos forman la superfamilia antropoide y comparten ancentros comunes de hace 5,5 millones de aos;

Unidad 2: Evolucin humana

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existen varias especies extintas de homnidos fsiles: Homo erectus (Africa y Asia, hace un milln de aos); Homo habilis (Africa, hace dos millones de aos) y por lo menos seis especies de Australopithecus (Africa, entre 2 y 3 millones de aos). Los australopitecos tenan adaptaciones distintivas para bipedalismo, son los precursores ms directos del linaje humano y se piensa que le habran dado origen; los humanos presentan rasgos distintivos que se relacionan con su historia evolutiva, tales como estructuras esquelticas adaptadas para la marcha bpeda, una laringe apropiada para la vocalizacin, y una masa enceflica que es la ms desarrollada en la evolucin de los organismos. La locomocin bpeda libera las manos para la manipulacin de objetos y su transporte mientras se camina. Tambin eleva la altura de los ojos, permitiendo observar predadores y presas por sobre la vegetacin. Entre las conductas resaltan la manufactura y uso de herramientas, una sociabilidad acentuada y basada en la colaboracin y coordinacin, la invencin del lenguaje y una cultura simblica; el lenguaje es la caracterstica nica ms importante que distingue a los seres humanos de otras especies animales. Es un sistema de relacin y comunicacin de tal complejidad, flexibilidad y rango de expresin que ha sido capaz de modificar sustancialmente las conductas y las formas de organizacin humana. Ha hecho posible nuevos fenmenos tales como la reflexin y la conciencia, la descripcin de s mismo y su circunstancia, y las expresiones creativas tales como el arte, la poesa, la literatura, la ciencia y la tecnologa. Es decir, ha expandido los dominios de la experiencia ms all de lo inmediato y contingente; la especie humana Homo sapiens probablemente se origin en Africa hace 150.000 a 200.000 aos y, luego, de migrar varias veces fuera de este continente, co-existi durante miles de aos con los Neandertal que vivieron hace 200.000 y 30.000 aos atrs en Europa y otras regiones. Las interrelaciones y las causas de extincin de los neandertal son controversias no resueltas. Desde hace 25.000 aos el Homo sapiens qued como nico representante del linaje homnido, conquistando sin mayor competencia los ms diversos ambientes terrestres.

Los alumnos y alumnas mejoran sus habilidades de: informarse y debatir acerca de datos cientficos; distinguir hiptesis, hechos y controversias cientficas; utilizar terminologa cientfica; aplicar conocimiento cientfico; desarrollar la capacidad de trabajo en equipo.

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Actividad 1Examinar la taxonoma de los mamferos y la aparicin de los primates y su radiacin, incluyendo el linaje humano. Ejemplo El docente muestra un diagrama de la clasificacin taxonmica de los mamferos y promueve mediante preguntas un anlisis de los elementos anatmicos que distinguen al orden primate. Luego, utiliza la siguiente figura para apreciar la ubicacin de la especie humana en el orden primate. Describen las caractersticas morfolgicas comunes, discutiendo su valor adaptativo.Figura 5: Probable filogenia de los primates

Grandes simios y humanos Monos (Nuevo mundo) Monos Simios (Viejo menores mundo)

Loris Lemures

Tarsarios

Pleistoceno 1,7 5 Plioceno Mioceno

Millones de aos atrs

24 Oligoceno 36 Eoceno 55 Paleoceno 66 Cretcico tardo

Prosimios

Antropoides

98

Ancestro arbreo insectvoro

Unidad 2: Evolucin humana

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INDICACIONES AL DOCENTE:

Guiar la discusin para establecer los principales rasgos que distinguen a los primates de otros mamferos; sus adaptaciones a la vida en los rboles. Estas incluyen manos diestras con oposicin del pulgar, que pueden empuar ramas y manipular alimentos, uas en vez de garras, ojos frontales que dan mejor percepcin de profundidad y tercera dimensin, y muy poca descendencia. Llamar la atencin sobre el hecho que el linaje de los primates se dividi en dos ramas principales tempranamente en su historia evolutiva; los prosimios y los antropoides. Los antropoides incluyen los monos, simios y humanos, y evolucionaron de un ancestro comn primate alrededor de 5,5 millones de aos atrs.

Actividad 2Describir posibles relaciones filogenticas en el linaje homnido y las teora del origen de los humanos modernos. Ejemplo En las figuras aparecen rboles filogenticos especulativos de los distintos homnidos para los que existe registro fsil. Discutir sobre las bases que podran apoyar las relaciones filogenticas propuestas en este esquema y sobre el significado de su existencia en tiempos y espacios similares. Explicar algunas de las teoras del origen de los humanos modernos y sus controversias utilizando las figuras que siguen.

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Figura 6: Posibles relaciones evolutivas de los homnidos

H. sapiens (Todo el Mundo)

H. neanderthalensis (Europa y Asia del Oeste) H. erectus (Asia del Este)

H. heidelbergensis (Viejo Mundo) H. antecessor (Espaa) P. robustus (Sud Africa)

Un primo de los humanos, pero no en su lnea directa, es el P. robustus. Su rama desaparece sin dejar descendencia. Simplemente se extingui. Su dentadura indica que se alimentaba de plantas.

H. habilis (Africa Sub-Sahara) H. rudolfensis (Africa del Este) H. ergaster (Africa del Este) Millones de aos atrs

P. boisei (Africa del Este)

A. africanus (SudAfrica)

El A. africanus, totalmente erecto y con una capacidad craneana cercana a 450 ml. Su dentadura indica una alimentacin parcialmente carnvora

Paranthropus aethiopicus (Africa del Este)

A. bahrelghazali (Chad) A. afarensis (Etiopa y Tanzania) Este arbol familiar especulativo muestra la variedad de homnidos que han poblado la Tierra. Sugiere que el H. sapiens no proviene de una transformacin lineal de una especie en otra, sino que ha tenido una evolucin multifactica

Ardipthecus ramidus (Etiopa)

Australopithecus anamensis (Kenia)

Un cambio en la dentadura nos informa acerca de la aparicin de criaturas distintas de los simios pertenecientes al linaje que llev a los humanos. Los grandes caninos que clausuran de cierta manera la boca de los simios, desaparecen en el Ramapithecus, una criatura que existi alrededor de 14 millones de aos atrs (mioceno-plioceno). El Ramapithecus marca la cercana de una ramificacin ancestral hacia el linaje homnido. Se considera un ancestro de los homnidos. Despus de l se produce un vaco en el registro fsil de ms o menos 5-10 millones de aos. En este perodo debe haber ocurrido la separacin del linaje homnido y del de los simios modernos. En esta figura se ilustran miembros del linaje homnido en los ltimos 5 millones de aos.

Unidad 2: Evolucin humana

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Figura 7: Alternativas sobre posibles relaciones filogenticas en la evolucin humana

En este diagrama se contrastan dos teoras sobre el origen del hombre moderno. Segn la teora de continuidad regional, todas las poblaciones humanas modernas tienen su origen en el H. erecto. Cada poblacin habra evolucionado siguiendo una trayectoria distinta, pero intercambiando suficientes genes entre ellas (ilustrado por las flechas) como para permancer dentro de la misma especie. Todas estas poblaciones evolucionaron hacia el H.sapiens. En cambio, la teora del origen nico postula que el H.sapiens desciende de una sola poblacin ancestral que emergi en un solo lugar, probablemente en Africa. Teora de la continuidad regional Teora del origen nico

Figura 8: Supuestas migraciones del Homo Sapiens desde Africa al resto del mundo

40.000 aos atrs

15.000 - 30.000 aos atrs

60.000 aos atrs

La teora del origen nico del H. sapiens propone que ste habra surgido en Africa y reemplazado a otras poblaciones de hominidos en el resto del Mundo.

100.000 aos atrs

50.000-60.000 aos atrs

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INDICACIONES AL DOCENTE:

Explicar que una de las teoras evolutivas del Homo sapiens ms aceptadas es que se habra originado hace relativamente poco tiempo en Africa, hace unos 100.000 aos atrs, como una especie distinta de otras homnidos pre-existentes, tales como los Neandertales, y desde ah migr a otras partes de la Tierra, reemplazando a las otras especies de homnidos. Otra teora, llamada multiregionalismo, propone que los humanos surgieron en Africa hace unos 2 millones de aos y evolucionaron como una simple especie poblando el Viejo Mundo e interrelacionndose por intermedio de entrecruzamientos e intercambios culturales. La primera teora ha recibido enorme soporte debido a estudios con tcnicas de biologa molecular de las secuencias del DNA mitocondrial. Explicar que el DNA mitocondrial se hereda de la madre y por lo tanto sus variaciones genticas se originan slo por mutaciones (en contraste con las variaciones del DNA genmico que provienen predominantemente de la recombinacin durante la meiosis). La fecha de los DNAs mitocondriales ancestrales se puede calcular asumiendo que las mutaciones ocurren al azar y que se acumulan a una frecuencia constante. Este reloj molecular ha indicado que el ancestro comn de los homnidos existi hace unos 200.000 aos en Africa. Sin embargo, debe considerarse que la suposicin de una frecuencia de mutacin constante podra no ser correcta. La teora del origen multiregional ha recibido apoyo fundamentalmente en base a registros fsiles. El tema es controvertido y ser discutido ms detalladamente en la Actividad 5. Respecto a la posible filogenia humana recalcar los siguientes aspectos. Los australopitecinos son los precursores ms directos del linaje humano. Se piensa que el gnero Homo deriv de la evolucin de los Australopithecus que tenan adaptaciones distintivas para bipedalismo. La locomocin bpeda libera las manos para la manipulacin de objetos y su transporte mientras se camina. Tambin eleva la altura de los ojos, permitiendo observar predadores y presas por sobre la vegetacin. Ambas ventajas probablemente fueron importantes para los primeros australopitecinos. El primer fsil australopitecino se encontr en Africa del sur el ao 1924 (Australopithecus africanus). Luego prosperaron los hallazgos fsiles de este gnero. El ms viejo y ms completo de estos fsiles es de aproximadamente 3,5 millones de aos. Se encontr el ao 1974 en Etiopa, y corresponde al esqueleto fsil de una mujer, conocida mundialmente como Lucy, que caus gran impacto por encontrarse muy completo y bien preservado. Lucy pertenece a la especie Australopithecus afarensis y al parecer tena slo 1 metro de altura. Del A. aferensis evolucionaron varias especies de Australopithecus. Los ms robustos (40 kg) estn representados por dos especies que desaparecieron hace cerca de 1,5 millones de aos. Los otros eran los A. africanus, ms pequeos y al parecer menos abundantes que las otras especies puesto que dejaron escasos registros fsiles. Se piensa que los A. aferensis u otra especie muy relacionada dio origen al gnero Homo hace alrededor de 2,5 millones de aos. Los primeros miembros de la rama Homo vivieron al mismo tiempo con los australopitecinos por cerca de 500.000 aos. En las figuras que muestran las alternativas filogenticas se debe hacer notar el carcter especulativo de los diagramas y apreciar su distinto significado en la historia evolutiva. Es importante enfatizar que distintos grupos convivieron en el tiempo y espacio.

Unidad 2: Evolucin humana

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Actividad 3Comparar y cuantificar semejanzas y diferencias en la estructura cromosmica y secuencias de DNA de humanos y pngidos, para establecer su cercana filogentica. Ejemplo A: En este ejercicio se construyen modelos fsicos de secuencias parciales del gen para hemoglobina en varios primates superiores y se comparan cuantitativamente. Dividir el curso en grupos que sintetizarn las distintas secuencias que aparecen en la tabla 1. Utilizan clips de distintos colores que representen cada una de las cuatro bases del DNA (azul= adenina; gris = guanina; turquesa = timina; colorado =citosina) y los ordenan segn la siguiente secuencia. Comparan la secuencia del DNA humano con las del chimpanc haciendo coincidir las hebras base por base. Cuentan el nmero de bases diferentes y anotan el resultado en una tabla. Repiten lo mismo para las secuencias del humano y del gorila. Finalmente, evalan el significado del nmero de bases diferentes entre el DNA humano, del chimpanc y gorila. Debaten acerca del origen de las diferencias morfolgicas entre estas especies, considerando su notable grado de homologa gentica.

Tabla 1: Comparacin de una secuencia parcial del gen hemoglobina de distintas especies antropoides

OrigenHumano Chimpanc Gorila Ejemplo B:

Secuencia parcial del gen hemoglobinaA-G-G-C-A-T-A-A-A-C-C-A-A-C-C-G-A-T-T-A A-G-G-C-C-C-C-T-T-C-C-A-A-C-C-G-A-T-T-A A-G-G-C-C-C-C-T-T-C-C-A-A-C-C-A-G-G-C-C

Comparan cariotipos del hombre y del chimpanc. Identifican en la figura anexa algn do de cromosomas exactamente homlogos, o casi homlogos, en su forma y patrn de bandas. Los cromosomas a la izquierda de cada do son humanos. La numeracin corresponde al cariotipo humano. Explicar que dos cromosomas son homlogos cuando presentan el mismo patrn de bandas G (teidas con colorante Giemsa), en el sentido citogentico. Elaborar un explicacin para las homologas y diferencias observadas, considerando que ambas especies provienen de algn ancestro comn.

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Figura 9: Homologas en los cariotipos del hombre y del chimpanc

Y La comparacin entre un cariotipo humano y el de un chimpanc muestra numerosas similitudes. Sus diferencias son apenas alrededor de una docena de cambios estructurales, que aparecen indicados por flechas. El cromosoma de la izquierda de cada par es el humano. Las bandas revelan homologas en 13 cromosomas. Otros cromosomas, que incluyen los cromosomas 4, 5, 12, 15, y 17, difieren slo por la inversin de un segmento alrededor del centrmero o por la adicin de un segmento (cromosoma 1, 13 y 18). Los cromosomas 9 y 15 presentan modificaciones estructurales ms complejas. El cromosoma 2 humano corresponde a la unin de dos cromosomas de chimpanc.

X

Ejemplo 3 Comparar en la tabla siguiente las secuencias parciales del gen de la enzima NADdeshidrogenasa, en cinco grupos de primates. Colorear de amarillo suave los segmentos homlogos. Cuantificar el porcentaje de homologas entre los diferentes grupos y ordenarlos en una tabla. Hacer una pequea descripcin de estas observaciones discutiendo el significado de la magnitud de las homologas en trminos de cercana filogentica.

Unidad 2: Evolucin humana

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Tabla 2: Comparaciones de secuencia del gen de la enzima NAD deshidrogenasa en cinco grupos de primates

Las secuencias estn numeradas segn los tripletes para facilitar su comparacin. Los tripletes marcados en gris son idnticos o tienen mnimas variaciones.

INDICACIONES AL DOCENTE:

Es importante guiar los estudiantes a considerar estas semejanzas como cercana de parentesco. Mientras mayores son las diferencias ms sera la distancia respecto de los ancestros comunes. Debe aclararse que la clasificacin taxonmica no siempre coincide con las relaciones evolutivas que se hacen aparentes del anlisis molecular.

Actividad 4Examinar caractersticas anatmicas y funcionales relacionados con la evolucin humana. Ejemplo En base a ilustraciones como las que se presentan a continuacin, el curso discute sobre el valor adaptativo y evolutivo de las siguientes observaciones; a) los huesos comprometidos en la posicin bpeda de la marcha tienen distinta forma anatmica en homnidos y primates; b) el volumen de la caja craneana de diferentes homnidos y la complejidad de los utensilios que utilizaban estn relacionados. A partir de fotografas como las que aparecen a continuacin, o material de internet, y grficos de volumen craneano, el curso analiza y cuantifica la magnitud del incremento del volumen de la caja craneana entre los distintos ancestros humanos en la historia evolutiva. Luego, observan las imgenes de los objetos que utilizaban en la caza para apreciar la relacin de la cefalizacin progresiva y la complejidad en la manufactura y uso de estos objetos.

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Figura 10: Estructuras esquelticas relacionadas con el bipedismo

A. ChimpancSacro Hueso Ilaco

B.

Humano

Sacro

Hueso Ilaco

La figura A, muestra los huesos de la cadera del chimpac y del ser humano. El gran desarrollo del hueso ilaco en humanos es una de las caractersticas que provee mayor superficie de insercin a grandes grupos musculares que participan en la mantencin de la postura erecta y en el movimiento de las extremidades inferiores, que se ilustran en la figura B.

Los hominidios han caminado erguidos por al menos tres millones de aos. Esta es la edad del Australopithecus. La locomocin bpeda no es slo otra adaptacin anatmica de los humanos sino, tal vez, la ms fundamental. Todos los bpedos ms tempranos tenan un cerebro relativamente pequeo (450 ml).

Unidad 2: Evolucin humana

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Figura 10 C: Estructuras esquelticas relacionadas con el bipedismo

CHIMPANCE MANDIBULA

A. ANAMENSIS

HUMANO

La mandbula humana se ensancha hacia su extremo posterior

TIBIA

La mandbula en A. anamensis y chimpanc tiene forma de U

El extremo de la tibia cerca de la rodilla tiene forma de T en chimpanc

En A. anamensis y en humanos, esta parte de la tibia es ms robusta debido a un aumento de hueso esponjoso, que sirve para amortiguar el mayor impacto de la marcha bpeda Los humanos y los A. anamensis, carecen de esta caracterstica. Esto sugiere que los anamensis no caminaban en sus nudillos, al igual que los humanos

HUMERO

Primates como el chimpanc, que utilizan sus nudillos para una marcha cuadrpeda, tienen una profunda cavidad en el extremo del hmero que forma la articulacin del codo, dndole mayor estabilidad

La comparacin de fsiles del Australopithecus anamensis con huesos de chimpanc, y de humanos actuales, permite establecer similitudes y diferencias entre estas especies y determinar sus interrelaciones. De esta manera se puede trazar la historia evolutiva humana, ya que el linaje de los chimpancs y los humanos divergieron alrededor de 5-6 millones de aos atrs.

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Figura 11 A: Crneos de distintos homnidos

Australopithecus: Son los homnidos ms antiguos conocidos hasta ahora. Los primeros crneos provienen de Kenia, Africa, y se han encontrado diversas especies (ej: A. africanus, A. aferensis, A. robustus), con un registro fsil de casi 7 millones de aos (entre 1,9-9 millones de aos atrs). El rostro es alargado hacia adelante, los dientes son tpicos de una alimentacin vegetal en base a granos y races, y la bveda es baja, como en los pngidos. Pero su postura era erecta, bpeda, a juzgar por la posicin basal del foramen magno, la articulacin de la rodilla y las modificaciones de la pelvis. El volumen craneano es alrededor de 440530 cc. Sus fsiles no se acompaan de herramientas.

Homo habilis: Es el fsil del gnero Homo ms antiguo conocido. Sus fsiles datan entre 1-1,8 millones de aos atrs, encontrndose slo en Africa. Debido a su mayor capacidad craneana (700 cc) y a su asociacin con herramientas de piedra trabajada (cultura Oldowana) se catalogan dentro del gnero Homo. Sin embargo, an mantiene rasgos de los australopitecinos y pngidos, tales como el gran tamao de los molares y premolares, y el patrn de crecimiento y desarrollo de los dientes que refleja la duracin relativa del perodo de maduracin. La bveda craneana es ms alta y la parte posterior del crneo es ms redondeada que la de los australopitecinos.

Homo erectus: Esta especie es claramente ancestral a la humana, extendindose su datacin a por lo menos 1,7 millones de aos atrs. Su capacidad craneana es intermedia entre H.habilis y H. sapiens (775 y 1.225 cc). El rostro es ms corto pero mantiene el desarrollo del arco superciliar. Sus herramientas de piedra son ms variadas y sofisticadas. Era muy buen cazador y utilizaba fuego desde hace 1,4 millones de aos atrs. El hecho que los especmenes encontrados en Asia sean ms bien tardos sugiere que migr del Africa hace un 800.000 aos, y un poco ms tarde hacia Europa. Desaparece del Asia hace unos 200.000 aos.

Unidad 2: Evolucin humana

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Hombre de Neanderthal: Aparece despus de una variedad de especmenes de H. sapiens arcaicos, intermedios y difciles de clasificar por sus grados variables de modernizacin. El registro fsil de los Neandertales indica su presencia hace unos 90-30 mil aos atrs, ocupando una extensa regin geogrfica. Su relacin evolutiva con los humanos modernos es todava tema de controversia. Se le ha considerado como una subespecie, H. sapiens neandethalensis, hoy extinta y fusionada con los humanos modernos. Pero tambin se han dado evidencias de que se tratara de una especie distinta H. neanderthalensis,que divergiendo del H. sapiens hace 600.000 aos atrs. En cualquier caso, fue paulatinamente reemplazado por homnidos modernos, en una secuencia temporal hacia el Oeste: hace unos 40.000 aos en el Cercano Oriente, despus en Europa del Este 35.000 aos atrs, y finalmente en Europa Occidental hace unos 30.000 aos. El crneo de los Neandertales tiene todava marcadas arcadas superciliares y su capacidad es cercana, y an mayor (1.600 cc), a la de los humanos modernos, con un rostro de gran superficie y una bveda craneana relativamente aplanada.

Hombre de Cro-Magnon (Homo sapiens sapiens): Este crneo tiene caractersticas que se acercan claramente al de los humanos modernos, con una capacidad craneana de 1.400 cc.

La cabeza es ms que una imagen simblica de los humanos. Es el asiento de la visin y la fuerza que impulsa la evolucin cultural. La evolucin de la cabeza nos puede dar claves cruciales para entender la evolucin humana desde sus ancestros animales. Disponemos de muy pocos crneos distintos, identificables como etapas evolutivas dentro de los ltimos 50 millones de aos . Enterradas en el registro fsil deben haber an muchas otras etapas intermedias.

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Figura 11 B: Crneos de distintos homnidos

NEANDERTHAL

Frente aplanada

Arco superciliar prominente Mayor prominencia occipital

Espacio retromolar

Cara-media proyectada hacia adelante

Sin mentn

HOMINIDO TEMPRANO

MODERNOFrente pronunciada

Menor prominencia occipital

Arco superciliar delicado

Sin espacio retromolar

Cara-media vertical

Mentn

Se muestran las diferencias en ciertas caractersticas de un especimen Neandertal (La Ferrassie 1, Francia) y un crneo de hominidio moderno. En comparacin con el crneo homnido moderno, el del Neandertal es ms alargado, ms bajo y ms macizo, y su cara se proyecta hacia adelante, especialmente alrededor de la nariz y la dentadura.

Unidad 2: Evolucin humana

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Figura 12 : Grfico del cambio de volumen craneal de distintos homnidos.

Homo sapiens Homo erectus Homo habilis Australopithecus robustus Australopithecus gracilisChimpanc Gorila Orangutn 200 500 1000 15003

Homnidos

Australopithecus

Pngidos

2000

Capacidad del crneo en cm

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Figura 13: Herramientas de los homnidos y volumen craneal

No se han encontrado herramientas asociadas a sus fsiles 450 ml

Monofsicas750 ml

Bifsicas850-1100 ml

Australopithecus

Homo habilis

Homo erectus

Entre 10 y 4 millones de aos atrs, debe haber aparecido un ancestro de la rama humana divergente del chimpanc y del gorila, que caminaba apoyando sus nudillos. Este modo de locomocin posibilita a un cuadrpedo trasladarse acarreando objetos en sus manos.

El Australopithecus tena una pelvis adaptada a la posicin erecta y caminar bpeda. No se han encontrado herramientas asociadas a l. En cambio el H. habilis, de capacidad craneana 750 ml, tambin de postura erguida, fabric herramientas rudimentarias, desgastando piedras por un slo lado (monofsicas), que las dejaba aptas para cortar. Esto implica la preparacin de objetos con un propsito futuro. La potencia de esta primera invencin se refleja en que perdur por un milln de aos antes de aparecer otra herramienta ms sofisticada.

El H.erectus, es el primer representante del gnero Homo, con una pelvis moderna y un paso largo. Su capacidad craneana se aproxima al promedio humano moderno. Sus herramientas eran piedras desgastadas por ambos lados (filo bifsico).

MAS DE 4 MILLONES DE AOS ATRAS

3 MILLONES DE AOS ATRAS

1,7 MILLONES DE AOS ATRAS

Unidad 2: Evolucin humana

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1600 ml

1400 ml

Neanderthal

Homo sapiens

No hay cambios significativos en la marcha

No hay cambios significativos en la marcha

No hay diferencias significativas en la mandbula y la pelvis

No hay diferencias significativas en la mandbula y la pelvis

El crneo de los Neandertales, aunque de forma relativamente distinta de los humanos modernos, tena similar capacidad. Sus herramientas estan hechas de lascas ms que de piedras redondas.

El H. sapiens fabricaba no slo instrumentos y herramientas ms finas, hechos de hueso, sino tambin objetos de adorno, no utilitarios, que reflejan otra sensibilidad. Hace 10.000 aos realiz una transicin de la caza al cultivo.

90.000 AOS ATRAS

60.000-40.000 AOS ATRAS

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INDICACIONES AL DOCENTE:

Es importante que en esta actividad se discutan los siguientes aspectos: 1) los cambios que deben haber ocurrido en la regin de la pelvis como adaptacin al bipedismo; 2) los sonidos producidos en la laringe son modificados para formar consonantes y vocales por la forma de la lengua en la faringe. Esto es favorecido en los humanos por la baja posicin de la laringe que promueve mayor movilidad de la lengua. Claro est que esto impide respirar y comer o beber al mismo tiempo, como pueden hacerlo los primates. En los neandertales, al parecer la faringe tena mayores limitaciones para la vocalizacin por la elevada posicin de la laringe, determinando menor movilidad de la lengua. Esto habra permitido slo un limitado rango de sonidos; 3) Dos cambios mayores acompaaron la evolucin desde los australopitecinos hasta el Homo: un aumento del tamao del cuerpo y duplicacin del tamao del cerebro. Hacer notar el enorme espacio de tiempo que separa las innovaciones de las herramientas fabricadas al principio de la historia evolutiva y contrastarla con el cambio constante que trajo consigo el Homo sapiens moderno. El fsil ms viejo que se ha encontrado del gnero Homo, llamado Homo habilis, fue descubierto en Olduvai George, Tanzania, y se estima que tiene alrededor de 2 millones de aos. Estos homnidos ya usaban utensilios para obtener su alimento. Otra especie del gnero Homo que se conoce y que se extingui corresponde al Homo erectus, que evolucion en Africa hace 1,5 millones de aos. Los representantes del Homo erectus tenan un tamao similar al de los humanos actuales aunque sus huesos eran ms fuertes. El Homo erectus utilizaba fuego para cocinar y para cazar grandes animales. Haca herramientas de piedra que probablemente utilizaba para cavar y extraer races, cazar animales pequeos, cortar carne y lea. Su sobrevida se extendi hasta hace 250.000 aos. El tamao del crneo de los primeros Homo sapiens superaba a los de sus ancestros y este cambio fue probablemente favorecido por una creciente complejidad en la organizacin social. La capacidad de comunicarse entre los individuos fue valioso para la cooperacin en la caza y recoleccin, para la divisin del trabajo, y para mejorar la posicin en las interacciones sociales cada vez ms complejas.

Actividad 5Indagar en la bibliografa sobre los homnidos Neandertales y Cro-Magnon, sus formas de vida, utensilios, expresiones culturales, tiempo y habitat. Ejemplo Divididos en grupos, buscan informacin sobre estos homnidos en internet y en la biografa disponible. El docente aporta fotocopias de los Anexos correspondientes para que extraigan informacin y puedan discutir las diferentes posiciones respecto de las cualidades culturales e interrelaciones entre homnidos modernos y Neandertales. Utilizar las fotografas y esquemas que aparecen a continuacin para establecer sus semejanzas y diferencias, especialmente en relacin al volumen del crneo y a la regin farngea relacionada con sus capacidades lingsticas. Explicar que la posicin de la

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laringe en el Homo sapiens y los neandertal tiene diferencias que inciden en la movilidad de la lengua. Discutir sobre causas de extincin del grupo de Neandertal apreciando los tiempos en que co-existieron ambos grupos.Figura 14: Comparacin de la regin laringea entre Homo sapiens y Neandertales

Faringe Lengua Laringe

Los sonidos producidos en la laringe son modificados para formar consonantes y vocales por la forma de la boca y la faringe . En los Neandertales, la faringe estaba limitada por la alta posicin de la laringe, mientras que el tamao y posicin de la lengua restringa el movimiento, permitiendo slo un limitado rango de sonidos

Figura 15: Diferencias en el DNA mitocondrial de Homo sapiens , Neandertales y chimpanc

% de comparaciones pareadas

humano-Neandertal

humano-humano

humano-chimpanc

Nmero de diferencias

La figura muestra la distribucin de las diferencias en las secuencias del DNA mitocondrial al comparar poblaciones humanas de distintas etnias entre s, o con un especimen Neandertal de 30.000-100.000 aos atrs, o con secuencias de chimpanc. En el eje X estn el nmero de diferencias y en el eje Y se grafic el porcentaje de comparaciones por pares. La comparacin entre los grupos humanos muestra un promedio de 8 diferencias, con un rango de 1-24, mientras que con Neandertal se muestra un promedio de 27 diferencias con un rango de 22-26. Por lo tanto, la secuencia Neandertal queda fuera de las variaciones del DNA mitocondrial humano actual. Esto sugiere que los Neandertales se extinguieron sin contribuir con genes mitocondriales a los humanos modernos, y por lo tanto, que no se mezclaron reproductivamente con los H.sapiens sapiens con que coexistieron en la misma poca. La comparacin entre humanos y chimpanc, que divergieron hace 4-5 millones de aos atrs, muestra un promedio de 40 diferencias. Tomando en cuenta este dato se estim en 500.000 aos atrs la divergencia molecular entre humanos y Neandertales, mientras que un ancestro comn a los humanos modernos habra existido hace 120.000-150.000 aos atrs (Krings y cols. Cell 90; 19-13. 1999).

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Figura 16: Documento de anlisis sobre las relaciones entre los Neandertales y los humanos modernos

El nio hbrido de Portugal: En 1998, dos arquelogos encontraron huesos fsiles de un nio de cuatro aos que vivi hace 25.000 aos en el valle Lapedo de Portugal central. Al extender la excavacin se encontraron evidencias de que el nio haba sido enterrado ceremonialmente en un estilo conocido, utilizado por los grupos humanos modernos que poblaban Europa de ese tiempo. En base a la abrupta transicin cultural que se observa en los restos arqueolgicos de la pennsula Ibrica, es probable que los humanos modernos que llegaron a esa regin hace 30.000 aos hayan reemplazado rpidamente a los Neardentales nativos que habitaban la regin. Por lo tanto, el fsil del nio encontrado, que se ha llamado Lagar Velho 1, se piensa que representa un espcimen humano moderno. El esqueleto relativamente completo de este nio tiene un conjunto de caractersticas que lo asemejan predominantemente con otros restos humanos tempranos de Europa. Entre stas se incluyen un mentn prominente y ciertos detalles de la mandbula, pequeos dientes frontales, la estrechez del frente de la pelvis y varios otros aspectos de los huesos del hombro y del antebrazo. Sin embargo, es intrigante que tambin tiene numerosas caractersticas de los Neandertales, especialmente en la forma del frente de la mandbula, que a pesar del mentn tiene una pendiente hacia atrs, y en los huesos cortos de las piernas. De manera que el nio Lagar Velho 1 parece exhibir un mosaico de caractersticas pertenecientes a los Europeos tempranos, por un lado, y a los Neandertales, por otro lado. Los fsiles de humanos modernos encontrados en Europa tienen largos huesos en las extremidades inferiores, una caracterstica adaptacin a clima tropical que refleja su origen de ancestros Africanos. En cambio, los Neandertales tenan extremidades inferiores cortas, una adaptacin al clima fro. La conclusin a la que se llega es que la combinacin slo pudo haberse originado por un cruzamiento entre los Neandertales nativos de la pennsula Ibrica y los humanos modernos que estaban esparcindose por toda esa regin hace ms de 30000 aos. Como el nio existi varios miles de aos despus de la poca en que los Neandertales desaparecieron, su anatoma probablemente refleja una verdadera mezcla entre estas poblaciones durante el perodo en que co-existieron. Es necesario someter a este espcimen a un mayor y riguroso estudio por numerosos especialistas debido a las enormes implicaciones que tiene este descubrimiento de una anatoma hbrida entre humanos modernos y Neandertales. Si esta interpretacin persiste despus de un mayor estudio, se tendra que reconsiderar la teora de la evolucin humana fuera de Africa. Sera errnea la hiptesis que supone que los humanos modernos que emergieron en Africa reemplazaron posteriormente a los homnidos en otros lugares. La anatoma del nio Lagar Velho 1 apoya en cambio un escenario que combina la expansin de los humanos modernos fuera de Africa con cruzamientos entre stos y las poblaciones arcaicas que encontraban. Ms an, el cruzamiento indicara una similitud de comportamiento entre los Neandertales y los humanos modernos. Sus comportamientos sociales y medios de comunicacin, incluyendo el lenguaje, no deben haber sido muy distintos. Para los humanos modernos de esa poca, los Neandertales podran haber sido otro grupo de cazadoresrecolectores tan humanos como ellos mismos. (Extracto del texto de Erik Trinkaus y Cidlia Duarte, incluido en el artculo de Kate Wong Who were the Neandertals Scientific American, 282; pags. 79-87).

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INDICACIONES AL DOCENTE:

Estimular discusiones sobre las distintas interpretaciones que se han dado sobre las interrelaciones de estos dos grupos de homnidos, a partir de los datos suministrados en las figuras y en el texto. Muchos investigadores sostienen que los Neandertals desaparecieron hace unos 30.000-28.000 aos y no hicieron ninguna contribucin biolgica a los humanos modernos. Esto se evidencia al comparar los DNAs mitocondriales de los humanos actuales con los extrados de un crneo fsil Neandertal por el grupo de Paabo en 1997. En la figura se puede ver que las diferencias entre estos DNAs son mayores que las que existen entre distintos grupos humanos actuales. Estos datos hacen pensar que los Neandertales y los humanos modernos que llegaron a Europa no se mezclaron.

Actividad 6Discutir sobre el valor de la aparicin y desarrollo del lenguaje en la evolucin cultural del hombre, identificando sus caractersticas ms distintivas en comparacin con otros sistemas de comunicacin animal. Ejemplo El docente describe diversas situaciones que muestren la complejidad del lenguaje humano y su carcter simblico. A travs de preguntas orienta un anlisis de las caractersticas ms distintivas del lenguaje y una discusin sobre su valor evolutivo.INDICACIONES AL DOCENTE:

Los siguientes aspectos permiten apreciar la potencia de nuestro lenguaje. A medida que nuestros ancestros evolucionaron grandes cerebros, tambin incrementaron sus capacidades conductuales, especialmente la capacidad de lenguaje. La mayor parte de la comunicacin no-humana de animales se restringe a un limitado nmero de seales que pertenecen a circunstancias inmediatas y se asocian a cambios emocionales relacionados con esas circunstancias. El lenguaje humano es extraordinariamente ms rico en su carcter simblico. Nuestras palabras pueden referirse a tiempos pasados y futuros y lugares distantes. Tenemos la capacidad de aprender miles de palabras, muchas de las cuales denotan conceptos abstractos. Ordenamos las palabras construyendo un nmero grande e indeterminado de frases con significados complejos. La expansin en las capacidades mentales de los humanos son responsables del desarrollo cultural, cuyas normas son traspasadas de generacin en generacin (evolucin cultural). Cmo y cundo se desarroll el lenguaje es tema de especulacin. El lenguaje en su forma moderna debe haber aparecido hace 40.000 aos atrs, con una explosin en diversas expresiones humanas, como las que se reflejan en la complejidad del arte y la tecnologa. Es posible que el lenguaje haya estado presente desde la aparicin de las formas humanas modernas hace unos 100.000 aos.

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El lenguaje parece ser un prerrequisito para organizar las conductas y desarrollar sociedades complejas. Las sociedades fueron dejando la caza y recoleccin como fuente de alimento para reemplazarlo por el pastoreo de animales domsticos y la agricultura, que apareci en el Medio Oriente hace 11.000 aos atrs, y se expandi rpidamente por Europa. La revolucin de la agricultura llev a un incremento de la vida sedentaria, desarrollo de ciudades, expansin rpida de las fuentes alimenticias y aumento de la poblacin humana, con mayor distribucin y especializacin del trabajo. En todos estos aspectos podemos apreciar las ventajas de una comunicacin con las caractersticas de nuestro lenguaje. Hasta el momento no se han dado evidencias de que un tipo de lenguaje hablado por algn grupo humano sea ms o menos complejo que otro. La lingstica ha observado que si un lenguaje parece ser ms simple que otro en ciertos aspectos es a la vez ms complejo en otros. Se ha estimado que actualmente se hablan alrededor de 6.000 lenguajes en el mundo.

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Evaluacin

Objetivo de evaluacin: Verificar y aplicar conocimientos.

Ejemplo 1: Indique como se justificaran las semejanzas fenotpicas entre los humanos y los monos. Cules son sus principales diferencias y el posible orden en el cual aparecieron en el tiempo.

Ejemplo 2: Desde el punto de vista de las teoras de evolucin humana, qu significado le atribuye Ud. al hecho de los hallazgos de fsiles de distintos homnidos en una misma zona?

Ejemplo 3: En una caverna de Israel se encontraron fsiles de homnidos modernos y neandertales en el mismo estrato geolgico. Adems, se encontraron fsiles con caractersticas hbridas entre ambos grupos. Qu hiptesis formulara Ud. en base a estos hallazgos y qu importancia le atribuye considerando las controversias acerca de las relaciones entre ambos grupos? Justifique.

Ejemplo 4: Qu herramientas conoce Ud. para determinar las relaciones filogenticas? Comente sus ventajas y limitaciones.

Ejemplo 5: Qu relaciones puede establecer entre el desarrollo del lenguaje, el fenotipo y la evolucin humana?

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Unidad 3Flujo y procesamiento de energa y materia en los sistemas biolgicos

Orientaciones didcticas Esta unidad pone nfasis en que los seres vivos son sistemas abiertos termodinmicamente, y como tales necesitan continuamente del aporte energa y materia para mantener su estructura y organizacin. Los estudiantes deben recuperar conocimientos de termodinmica y aplicar especialmente la segunda ley para analizar el flujo de la energa en el ecosistema, incluyendo las fuentes de energa disponibles y apreciando la contribucin mayor del sol y la excepcional de los quimiotrficos. Es importante que reconozcan que la nica fuente de carbono para los seres vivos es el CO2. Adems, es importante recalcar que la materia componente de los seres vivos proviene de gases y sales formados durante el enfriamiento de la Tierra y que no son los ms abundantes en la corteza terrestre. Por lo tanto, la constante utilizacin de ellos en la mantencin de la vida desde su origen hace 3.500.000.000 de aos implica su constante reutilizacin, reflejada en los ciclos biogeoqumicos. La energa en los ecosistemas es relativamente escasa, especialmente en los niveles superiores de las cadenas trficas. El manejo de la energa ha incidido en la evolucin de los organismos seleccionndose en general las formas que ofrecen mejor economa de los recursos. Ejemplos claros de esto se pueden observar en bacterias. Puesto que el ser humano tiene una determinada posicin en las cadenas trficas sufre de las mismas restricciones respecto a la limitacin de las fuentes energticas. Por lo cual, ha inventado formas de intervenir en los sistemas para aumentar su fuente de entradas a travs de cultivo y ganadera y disminuir las prdidas, economizando y distribuyendo mejor los recursos. Es preciso comprender que toda intervencin en los ecosistemas tiene una consecuencia que ha sido advertida por la ecologa hace unos 40 aos. Se debe considerar que el estudio de la desforestacin es slo un ejemplo de intervencin humana dentro de muchos otros. La proteccin de la naturaleza es una preocupacin actual preponderante y responde a la conciencia que su dao tiene graves consecuencias que se extendern por tiempos evolutivos.

Unidad 3: Flujo y procesamiento de energa y materia en los sistemas biolgicos

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Aprendizajes esperados Alumnos y alumnas saben y entienden que: los seres vivos son sistemas termodinmicamente abiertos, que en su funcionamiento llevan a cabo procesos no espontneos que deben acoplarse a fuentes externas continuas de energa. La principal de estas fuentes es la energa solar que se transforma en materia orgnica durante la fotosntesis; la cantidad de materia producida por hectrea y por ao (productividad) va disminuyendo desde los productores a herbvoros y carnvoros, con eficiencias diferentes debido a la prdida de energa calrica en cada nivel trfico. Los carnvoros son los que manejan con mayor eficiencia la energa como resultado de la seleccin natural. La productividad de los distintos niveles de un sistema se puede expresar en pirmides energticas vlidas para toda la comunidad. Existen otras pirmides trficas para el nmero y la biomasa; slo el 20% de todos los elementos conocidos son utilizados por los seres vivos. Estos elementos no son los ms abundantes de la corteza terrestre y pueden ser reutilizados como nutrientes varias veces, no as la energa que es unidireccional. Los elementos limitantes en la productividad de los seres vivos, tales como el carbono y el nitrgeno, deben ser recirculados o reciclados, pasando de los seres vivos al ambiente abitico y de vuelta a ellos. Estos procesos pueden ser interrumpidos o estimulados por la actividad humana; la poblacin humana necesita, al igual que otras poblaciones hetertrofas, aporte de energa y nutrientes, que obtiene principalmente de los productores y no de los herbvoros. El crecimiento de la poblacin humana, el consumo, la productividad, las prdidas y las formas de distribucin de los recursos energticos son factores modificables en beneficio del sistema global; el consumo humano de recursos naturales lleva a un aumento de desechos, incluyendo gases, sustancias txicas y materia orgnica. La humanidad ha acordado estudiar y legislar sobre los diversos aspectos del manejo de los recursos y la disposicin de desechos sin daar los sistemas, con el fin de lograr un desarrollo sustentable; la desforestacin provoca los siguiente problemas: a) disminuye la fotosntesis y aumenta la materia orgnica oxidada, la que sumada a la explotacin del carbono fsil ha ocasionado un aumento en la concentracin del CO2 atmosfrico, principal responsable del calentamiento global debido al efecto invernadero; b) disminuye la biodiversidad; c) aumenta la prdida de suelos por erosin y, d) provoca eutroficacin en lagos, ros y mares; el cuidado de la naturaleza es necesario para evitar mayores daos que afectarn seriamente a la humanidad por muchas generaciones. La naturaleza se recupera pero requiere tiempos evolutivos.

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Los alumnos y alumnas mejoran sus habilidades de: representar datos en grficos y utilizar computacin; realizar montajes experimentales; utilizar terminologa cientfica; aplicar conocimiento cientfico, desarrollar la capacidad de trabajo en equipo.

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a) Flujo de energa en el ecosistema

Actividad 1Analizar por qu los seres vivos son sistemas abiertos desde la perspectiva de la termodinmica. Ejemplo El profesor o profesora presenta casos de distintos sistemas, tales como un escritorio, cpsula espacial, acuario, y gua al curso en su clasificacin como sistemas abiertos, cerrados o aislados, segn sus caractersticas termodinmicas.INDICACIN AL DOCENTE:

Hacer notar al alumno o alumna que la sntesis de los componentes orgnicos esenciales para la vida, la organizacin y la actividad de los seres vivos no son procesos espontneos, sino que se realizan con gasto de energa. Por lo tanto, los seres vivos requieren un aporte externo y constante de energa. Son sistemas abiertos desde la perspectiva de la termodinmica. En cada transformacin de la energa se pierde una parte en forma de calor. El aporte externo de energa les permite mantenerse alejados del equilibrio termodinmico mientras viven. Es importante incorporar estos conceptos junto con los aprendidos en Qumica y Fsica, para entender que los seres vivos utilizan energa externa para disminuir su entropa (mantener una organizacin).

Actividad 2Relacionar la incidencia solar sobre la tierra con las variaciones estacionales y valorar la influencia de la ubicacin de la Tierra en sus condiciones climticas. Ejemplo Examinar diagramas que muestren cmo la radiacin solar calienta fuertemente el ecuador y dbilmente los polos.

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Figura 17: Diagrama de temperatura de la Tierra

Isotermas a nivel del mar, para el verano nrdico (A, promedio de los meses de julio y agosto) y para el invierno nrdico (B, promedio de los meses de enero y febrero)

INDICACIONES AL DOCENTE:

Guiar a los estudiantes a aplicar sus conocimientos previos para deducir que la corteza, al calentarse ms en el ecuador, genera corrientes ascendentes de aire que al enfriarse producen las lluvias ecuatoriales. Cuando baja cerca de los trpicos, se calienta nuevamente produciendo los desiertos como los de Atacama, Sahara y Gobi. Esto, sumado a las influencias de las corrientes marinas y topografa terrestre resulta en los distintos tipos de clima y aportes de agua a los continentes, produciendo el ciclo hidrolgico.

Unidad 3: Flujo y procesamiento de energa y materia en los sistemas biolgicos

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Actividad 3Conocer ecosistemas con otras fuentes energticas distintas a la solar. Ejemplo Examinar fotografas o un dibujos de un ecosistema a 2.000 metros en los fondos marinos, reconociendo los elementos que lo constituyen en sistema ecolgico.

Figura 18: Ilustracin de un oasis marino

Humo negro (rico en sulfuros) Agua a 350C

Chimenea formada de sulfuros de fierro, zinc, cobre

Agua rica en sulfuros

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Figura 19: Comparacin entre fotosntesis y quimiosntesis

FOTOSNTESIS

Sol

QUIMIOSNTESISAcido sulfhdrico

Energa

Energa Bacterias oxidantes de sulfuros

Plantas Pogonforos (gusanos tubulares gigantes, de 1,5 m)

CO2

ATP Ciclo de Calvin

ATP

Fijacin de Carbono (azcares, grasas, amino cidos)

INDICACIONES AL DOCENTE:

Conducir a los estudiantes a tratar de determinar cul ser la fuente de energa a esas profundidades donde la oscuridad es absoluta. Entrega datos sobre los gusanos de 3 metros de largo y 10 cm de dimetro que pertenecen al filum de los pogonforos y no poseen sistema digestivo, viven en simbiosis con bacterias quimiotrficas. Estos gusanos entregan a las bacterias gases que captan por sus penachos y aprovechan las materias orgnicas que estos procariontes fabrican. Otros animales se alimentan de los penachos de los gusanos. Se establece as una cadena trfica muy especial sin intervencin de la luz. No se debe entrar en detalles sobre la clasificacin de esos seres vivos, ni en el metabolismo de estas