Carlos Chapela OteroMargarita González SabaterJavier López Bermúdez

AdaptaciónÓscar Pareja Serna

Revisión técnicaVicent Pardo Saiz

MADRID • BUENOS AIRES • CARACAS • GUATEMALA • LISBOA • MÉXICO • NUEVA YORK PANAMÁ • SAN JUAN • SANTAFÉ DE BOGOTÁ • SANTIAGO • SÃO PAULOAUCKLAND • HAMBURGO • LONDRES • MILÁN • MONTREAL • NUEVA DELHI • PARÍSSAN FRANCISCO • SIDNEY • SINGAPUR • ST. LOUIS • TOKIO • TORONTO

BIOLOGÍA Y GEOLOGÍA4

ComuNiDaD VaLENCiaNa

APRENDERÁS A…

— Reconocer la complejidad de la materia en los seres vivos.

— Reconocer a la célula como unidad estructural, funcional y genética de los seres vivos.

— Conocer la estructura, composición y propieda-des del ADN, así como su trascendencia para la Biología.

— Conocer los procesos de división celular por mi-tosis y meiosis, sus diferencias y su importancia biológica.

— Valorar la importancia de la teoría celular en la interpretación de las funciones vitales.

4LA CÉLULA,UNIDAD DE VIDA

Todo lo que nos rodea está constituido pormateria. Los objetos inertes y los seres vivos comparten los elementos químicos de sucomposición. Sin embargo, en la materia vivalas moléculas se han asociado para originarunas estructuras estables y capacesde autoperpetuarse en el tiempo: las células. Todos los seres vivos están formados por esas minúsculas unidades elementales.

Además de intercambiar energía y materiacon el medio, las células han podido evolucionar gracias a una molécula, el ADN, capaz dealmacenar las instrucciones genéticasy de autoduplicarse para repartirlas entresus descendientes en cada división celular.

CÉLULAS MORTALESE INMORTALESLos expertos en genética y en envejecimiento celular discuten sobre la existencia de un reloj biológico que marque un límite para la vida. Para unos, las células están programadas para dividirse un número � nito de vecesy morir. Para otros, ese programa no existe, la vida nuncase rinde ante la muerte.

Quizá la razón esté repartida entre ambas partes. En el cuerpo existen dos tipos de células: unas, cuyos genes no se transmiten a la descendencia, envejecen y mueren porque acumulan errores a lo largo de su vida, y otras, consideradas inmortales porque se transmitende generación en generación.

• ¿Serías capaz de reconocer en tu cuerpo esos dos tipos de células?

• ¿Estás de acuerdo con esa distinción entre célulasmortales e inmortales?

¿QUÉ SABES DE…?

1. ¿Por qué se considera la célula como la unidad de vida?

2. ¿Cómo y dónde se encuentra almacenada la información genética de la célula?

3. ¿Cuántos cromosomas tiene una célula humana? ¿Tienen la misma cantidad de cromosomas todas las células del cuerpo? Esa cifra, ¿es igual en todas las especies?

4. ¿Sabes qué es la meiosis? ¿Para qué sirve?5. Indica si las siguientes a� rmaciones son verdaderas

o falsas:

a) Las células procariotas carecen de núcleo pero poseen los mismos orgánulos que las eucariotas.

b) Las células vegetales carecen de mitocondrias y poseen cloroplastos.

c) Los genes son segmentos de ADN situados en los cromosomas.

d) Las células producidas tras una mitosis son idénticas entre sí.

e) Todos los gametos de un individuo son iguales.

No hay nada vivo más sencillo que una célulay nada puede llegar a ser más complejo sin comenzar por ser una célula.

M. Hoagland

4

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EL NÚCLEO CELULAR

El núcleo es una estructura presente en las células eucariotas encargadade controlar y dirigir la actividad celular a través de la información genética

contenida en el ADN que alberga en su interior.

Componentes del núcleo

El núcleo celular está constituido por: membrana nuclear, nucleoplasma, nucleolo y cromatina.

• Membrana nuclear: es el conjunto de dos membranas de estructura similar a la de la membrana plasmática que separa el contenido nuclear del resto del citoplasma. La membrana nuclear externa está comunicada con el retículo en-doplasmático rugoso y, al igual que éste, presenta ribosomas adheridos a su super� cie. Ambas membranas nucleares se fusionan en numerosos puntos para formar poros nucleares, a través de los que el núcleo y el citoplasma intercam-bian sustancias.

• Nucleoplasma: es el � uido interno del núcleo en el que se encuentran dispersas todas las moléculas implicadas en la actividad nuclear.

• Nucleolo: es una región del núcleo en la que se concentra el material genético responsable de la fabricación de los ribosomas.

• Cromatina: es la sustancia fundamental del núcleo que se extiende por todo el nucleoplasma y que está constituida por la asociación de ADN y unas proteínas, denominadas histonas. La cromatina aparece fragmentada en una serie de � la-mentos de distinta longitud cuyo número es característico de cada especie.

DD

D1D1El volumen del citoplasma y el volumen del núcleo deben man-tener una proporción constante. Si el volumen citoplasmático aumenta mucho con respecto al del núcleo, la célula comienza el proceso de división.

Sabías que...

El número de � lamentos de cro-matina de un núcleo en interfase es el mismo que el de cromo-somas durante la división. Ese número es propio de cada espe-cie. Una célula humana tiene 46 cromosomas. Los cromosomas de otras especies son:

Mosca del vinagre .......... 8

Gato ................................. 38

Perro ................................ 78

Guisante ..........................14

Sabías que...

Componentes del núcleo (a). Núcleo celular (amarillo) con nucleolo (rojo en foto y verde en dibujo) vistos al microscopio electrónico (b).

Fig. 4.12

Cromatina y cromosomas

El estado del núcleo de una célula que crece y desarrolla normalmente su actividad es diferente del de otra célula que se encuentre en división.

La etapa de desarrollo celular y no división se denomina interfase.

Durante la interfase el material genético del núcleo se encuentra en forma de cro-matina. Las � bras de ADN se extienden por el nucleoplasma como una masa amorfa y entremezclada no distinguibles al microscopio óptico.

Cuando la célula se prepara para la división, la cromatina experimenta dos procesos: la duplicación del ADN y la progresiva condensación de sus componentes. Gracias a esa condensación o empaquetamiento la masa amorfa del núcleo interfásico se convertirá primero en unos � lamentos más cortos y bien visibles y al � nal del proceso, justo antes de la división, en unas estructuras con forma de X, denominadas cromosomas.

D2D2

11 ¿Cómo es la estructura de la membrana nuclear?

12 Indica las semejanzas y las diferencias entre croma-tina y cromosomas.

13 ¿Son siempre visibles los cromosomas de una célu-la? ¿Por qué?

14 ¿Qué es la interfase?

Actividades

Actividad resuelta

El cuerpo humano contiene unos 100 billones de células (1014). El ADN de cada célula mide unos 2 m. ¿Cuál es la longitud del ADN de todas las células? Compara esa cifra con la distancia entre la Tierra y el Sol que es de 1,5 · 1011 m.

10 14 · 2 m = 2 · 10 14 m (longitud de todas las células del cuerpo humano).2 · 10 14 / 1,5 · 10 11 = 1 333. La longitud del ADN de todas las células del cuerpo humano es 1 333 veces mayor que la distancia entre la Tierra y el Sol.

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Cromatina

Poros nucleares

Ribosomas

Nucleolo

Membrananuclear

Nucleoplasma

Retículoendoplasmáticorugoso

ADN, cromatina y cromosoma. Fig. 4.13

ADN (doble hélice)

Célula

Núcleo

Cromátida

Cinetocoro

Bucle

Solenoide

Fibrascinetocóricas

Centrómetro

Roseta Telómero

a)

b)

PRESENTACIÓN DE LA UNIDAD

Se comienza la unidad de manera didáctica y amena, presentando brevemente los conceptos a estudiar,con una experiencia práctica para situar al alumnoen antecedentes de forma lúdica. Dicha actividad aporta al alumno información complementaria relacionada con los contenidosde la Unidad.

DESARROLLO DE LA UNIDAD

Los contenidos se apoyanen imágenes y fotografíascon un lenguaje claro y asequible. A lo largo del desarrollo de la unidad didáctica se conjugade manera equilibrada el texto explicativo, orientado a fomentar la lectura, con la inclusión de numerosos esquemas, facilitando la esquematización de los contenidos.

¿CÓmo SE uTiLiZa ESTE LiBro?

CÓMO SE USA EL CD

Dentro del libro está incluido un CD para el alumno con material multimedia para que trabaje en el aula y en casa. En cada unidad didáctica, en aquellos apartados que se complementen con el CD, aparece el símbolo que indica el empleo del CD.

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ACTIVIDADES FINALES7

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Para repasar

1 De� ne fotosíntesis y respiración. ¿Están relacionados ambos procesos?

2 ¿Por qué recibe el nombre de respiración el proceso de obtención de energía a partir de la materia orgánica?

3 ¿Cuál es la principal diferencia entre los seres vivos autótrofos y los heterótrofos?

4 De� ne los siguientes conceptos:

a) Productor.b) Consumidor.c) Descomponedor.

5 ¿De dónde proceden, en última instancia, la energía y la materia que utilizan los seres vivos?

6 ¿Cuáles son las vías de pérdida de energía cuando ésta se trans� ere de un nivel tró� co a otro?

7 ¿Qué entendemos por � jación del carbono? ¿Qué seres vivos � jan el carbono atmosférico?

8 ¿Qué seres vivos � jan el nitrógeno atmosférico?

Para aplicar

9 Haz corresponder a cada organismo de la columna izquierda las características de la columna de la derecha.

Tiburón Oso Autótrofo Atún Heterótrofo Mariquita Productor Roble Descomponedor Saltamontes Consumidor primario Zooplancton Consumidor secundario Fitoplancton Consumidor terciario Cabra Hongo

10 Completa las siguientes cadenas tró� cas:

a) Trigo ----- serpiente -----b) ------ vaca -----c) Fitoplancton ---- ----- gaviota

11 ¿Qué ocurriría en un ecosistema si desapareciesen:

a) Los productores?b) Los consumidores?c) Los descomponedores?

12 Con la siguiente lista de seres vivos: lince, hierba, co-nejo, oruga, mariquita, gorrión, halcón, pulgón, constru-ye una red tró� ca y responde las siguientes preguntas:

a) ¿Qué organismo es el productor?b) Nombra dos consumidores primarios, dos consumido-

res secundarios y dos consumidores terciarios.c) ¿Hay algún organismo que ocupe más de un nivel tró-

fico?d) ¿Como afectaría al ecosistema la desaparición de los

conejos?

13 Si un águila come cada día cinco pájaros, cada pájaro come diez orugas y cada oruga veinte hojas, ¿cuántas hojas harán falta para mantener un águila durante un año?

14 ¿Sabrías explicar por qué es más caro un kilo de carne de ternera que un kilo de pan?

15 ¿Podrías decir cuál de las dos pirámides de individuos, a o b, pertenece a un bosque templado durante el invier-no y cuál a una pradera durante el verano? ¿Cómo lo has deducido?

16 Basándote en los datos de la siguiente tabla construye una pirámide de biomasa del ecosistema:

Seres vivos Biomasa(mg de C/m2)

Productores 65 000

Consumidores primarios 6 500

Consumidores secundarios 500

Consumidores terciarios 55

17 Comenta la siguiente a� rmación: «Toda la materia usa-da por la vida es materia reciclada, materia que reaparece y nunca se consume».

18 Idea dos circuitos, uno muy corto y otro muy largo, para un átomo de carbono desde que es � jado por un ve-getal hasta que regresa al aire nuevamente en forma de dióxido de carbono.

19 Indica si son verdaderas o falsas las siguientes a� rma-ciones:

a) La fotosíntesis es un proceso exclusivo de los vegetales y la respiración de los animales.

b) La fotosíntesis puede resumirse mediante la siguiente ecuación:

CO2 + H2O+ energía solar C6H12O6 + O2

c) Las algas y los hongos pertenecen al nivel tró� co de los descomponedores.

d) Los insectos y, en general, los invertebrados son consu-midores primarios.

e) En una red tró� ca una misma especie puede ocupar dis-tintos niveles tró� cos.

f) Un nivel tró� co puede transferir al nivel tró� co superior aproximadamente un 70 % de la energía asimilada.

g) La biomasa referida a los productores de un ecosistema ha de ser siempre superior a la de los consumidores pri-marios.

h) La producción se de� ne como el aumento de biomasa por unidad de tiempo.

i) La producción bruta es igual a la producción neta menos la respiración.

j) La materia que forma parte de los seres vivos se recicla constantemente.

Para investigar

20 ¿Utilizan el mismo tipo de energía una bicicleta y una motocicleta? Razona la respuesta.

21 ¿Por qué la utilización de abonos nitrogenados arti-� ciales en la agricultura altera el ciclo natural de este ele-mento?

22 Las cadenas tró� cas marinas suelen tener un número más elevado de eslabones que las cadenas tró� cas terres-tres. ¿Qué signi� cado tiene este hecho? ¿A qué crees que puede ser debido?

23 Copia en tu cuaderno y completa el siguiente esquema del ciclo del nitrógeno.

NITRÓGENOen el aire N2

NITRATOSen el suelo NO-

3

AMONIACONH+

3

Vegetales

Animales Restos deorganismos

(Excreción)

UN ECOSISTEMA EN UN TARRO DE CRISTAL

La práctica consiste en mantener un pequeño acuario en un tarro de cristal cerrado. En él se darán todos los niveles tró� cos. Los productores serán las algas; los consumidores, los caraco-lillos y los peces; y los descomponedores serán las bacterias que de forma natural se encuentren en el agua y en la arena. Si el ecosistema se equilibra puede mantenerse durante mucho tiempo.

• ¿De dónde procede el O2 que requieren los seres vivos de este ecosistema?

• ¿De dónde procede la energía que utilizan los seres vivos del tarro?

• ¿De dónde procede el CO2 que usan las algas en la fotosín-tesis?

Pon en práctica

– Un tarro grande de cristal que pueda cerrarse– Algas (Elodea, por ejemplo), caracolillos y algunos

pececillos de agua dulce– Arena de acuario

Materiales

a)

b)

170

8

171

LA PROTECCIÓN DE LA NATURALEZALa extinción de una especie es un fenómeno natural que ha ocurrido sin cesar a lo largo de la historia de la vida en la Tierra. Sin embargo, hoy día el número de espe-cies animales y vegetales que se extinguen anualmente, como consecuencia de la destrucción de su hábitat por parte de los seres humanos, ha aumentado de forma alarmante. Ante esta situación, resulta obvia la necesidad de tomar medidas para proteger la vida silvestre y frenar la desaparición de las especies.

Actualmente, en la mayoría de los países desarrollados, se preserva la vida de los animales y vegetales en peligro de extinción mediante dos estrategias distintas:

• La conservación in situ, que consiste en crear áreas naturales protegidas en las que se preservan las especies y el medio ambiente en el que habitan.

• La conservación ex situ, que implica la conservación de los seres vivos fuera de su hábitat natural.

LA CONSERVACIÓN IN SITU

La conservación in situ es la mejor manera de conservar la diversidad biológica,ya que se protegen, no sólo determinadas especies, sino los espacios

en los que estas especies habitan de forma natural.

En nuestro país existen varias categorías de protección para los espacios naturales, la máxima corresponde a los parques nacionales. En los parques nacionales, además de proteger la vida silvestre, se llevan a cabo programas de recuperación de espe-cies en peligro de extinción y campañas de concienciación de la población sobre la necesidad de proteger los seres vivos y su medio ambiente.

55

AA

Vocabulario

• In situ es una locución latina que signi� ca, en el lugar, en el sitio.

• Ex situ, es el término contrario, signi� ca fuera del lugar o del sitio.

Red de parques nacionales de España.Fig.8.16

LA CONSERVACIÓN EX SITU

La conservación ex situ se lleva a cabo fuera del hábitat natural de la especie, nor-malmente en zoológicos, acuarios y jardines botánicos, en un intento de salvar de la extinción inminente a ciertas especies animales y vegetales.

En muchos zoológicos y acuarios y en las instalaciones de algunos parques naturales se llevan a cabo programas de reproducción de animales en peligro de extinción, con la intención de reintroducirlos posteriormente en su hábitat natural e incrementar el tamaño de sus poblaciones.

En nuestro país, en el centro «El Acebuche» del parque nacional de Doñana, por ejemplo, se está llevando a cabo un programa de cría en cautividad del lince ibérico (Lynx pardinus), con el � n de recuperar sus poblaciones naturales. El lince ibérico se considera la especie de felino más amenazada del mundo, pues, en estado salvaje, quedan apenas unos 200 ejemplares.

En los jardines botánicos se cultivan especies de plantas amenazadas o en peligro de extinción. También se conservan colecciones de semillas desecadas, en un ambiente de muy baja humedad y temperatura, en los denominados bancos de semillas.Con ello se pretende que, en caso de que � nalmente las plantas se extingan, en el futuro puedan ser regeneradas a partir de sus semillas y reintroducidas en su medio natural.

La conservación ex situ es una estrategia valiosa. Sin embargo, hay que tener en cuenta que no es útil si, al mismo tiempo, no se preserva el medio natural de las especies que se pretende proteger y se eliminan las causas que han provocado la disminución de sus poblaciones.

BB

17 ¿Cuál es la principal diferencia entre la conservación in situ y la conservación ex situ?

18 ¿Por qué la conservación ex situ no tiene sentido si no se ponen medios para la conservación de los espacios naturales?

19 Averigua qué espacios naturales están protegidos en tu localidad o en tu comunidad autónoma.

20 Averigua qué especie animal o vegetal es la más amenazada de tu localidad y si está incluida en algún programa de conservación.

Actividades

Lince ibérico (a). Crías de lince ibérico nacidas en El acebuche (b).Fig.8.17

Sabías que...

Las especies de vertebrados más amenazadas de nuestro país son:

Oso pardo Lince ibérico

Águila imperial

Quebranta-huesos

Bucardo

Malvasía

Urogallo

Lagartogigante

de laGomera

Samaruc

a) b)

Caldera de Taburiente

Garajonay

TeideTimanfaya

Doñana

SierraNevada

Tablas deDaimiel

Cabañeros

Monfragüe

Picos deEuropa

Marítimo-Terrestrede las Islas Atlánticas

de GaliciaOrdesa

y Monte Perdido

Archipiélagode Cabrera

Aigüestortesi Estany de Sant Maurici

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INVESTIGACIÓN CIENTÍFICA8

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Cuestiones

1 ¿A qué crees que es debido el considerable aumento de especies invasoras en las últimas décadas?

2 ¿En qué medida puedes colaborar tú para frenar dicho avance?

3 Busca información sobre el mejillón cebra y elabora un informe sobre sus características, posibles vías de propagación y los efectos que puede ocasionar fuera de su hábitat natural.

La plaga de las palmeras

El picudo rojo (Rhynchophorus ferrugineus) es un escarabajo originario de las áreas tropicales del Sudeste Asiático y Poli-nesia. Supone una grave plaga para las palmáceas, entre ellas la palmera datilera (Phoenix dactylifera). Su entrada en España se produjo a mediados de los años noventa, por la costa anda-luza, mediante la importación de palmeras datileras adultas infectadas procedentes de Egipto y destinadas a la jardinería. En el año 2004 se dejaron notar sus efectos en la Comunidad Valenciana, donde representa una seria amenaza debido a la elevada densidad de palmeras presentes en ciudades como Elche, cuyo palmeral ha sido declarado Patrimonio de la Humanidad por la UNESCO.

Cada hembra de esta especie puede realizar hasta cuatro puestas al año de unos 350 huevos cada una. Al desarrollarse las larvas penetran en el tronco, alimentándose de su siste-ma vascular y labrando galerías, triturándolo interiormente. Cuando la planta muere, los adultos la abandonan, pudiendo realizar vuelos de hasta cinco kilómetros, para colonizar una nueva palmera y repetir el proceso.

Los síntomas que se pueden detectar en los ejemplares de palmera afectados son: palmas externas desprendidas; � bras con coloración rojiza, ligeramente humedecidas y con un fuerte olor ácido debido al proceso de fermentación; y corona con aspecto desplomado.

Otros casos

En cuanto a la � ora alóctona, los mayores problemas se han detectado en playas y dunas litorales, donde se han identi� -cado hasta el momento más de 40 plantas exóticas. Entre las más agresivas se encuentran la pitera (Agave americana) y la uña de gato (Carpobrotus edulis). Estas plantas presentan un crecimiento muy rápido, invadiendo grandes extensiones de terreno en poco tiempo.

Otras especies que entrañan un grave peligro para los ecosis-temas valencianos son el «alga asesina» (Caulerpa taxifolia), que afecta fundamentalmente a las praderas de posidonia, de incalculable valor ecológico en nuestro ecosistema marino; el pez momia, que compite con el samaruc, especie endémica valenciana; y el mejillón cebra.

(a) El picudo rojo, la plaga de las palmeras, (b) el palmeral de Elche, Patrimonio de la Humanidad, (c) aspecto de una palmera con la corona desplomada por efecto del picudo, (d) uña de gato, (e) alga asesina, (f), mejillón cebra.

ECOSISTEMAS EN PELIGRO: ESPECIES INVASORASEl término «especies invasoras» lo utilizamos para referirnos a especies alóctonas o exóticas que son introducidas por el ser hu-mano fuera de su área de distribución natural y que, una vez establecidas en su nuevo territorio, constituyen una amenaza para la fauna y � ora nativas. Las especies invasoras comprometen la viabilidad de numerosas especies autóctonas por competencia por los mismos recursos, predación o transmisión de enfermedades infecciosas y parasitarias, alterando el equilibrio ecológico y modi� cando notablemente la estructura, composición y funcionamiento de los ecosistemas.

Desde mediados del siglo XX, las invasiones biológicas vienen generando enormes problemas ecológicos, económicos y de salud en todo el mundo, en muchos casos imprevisibles. Además, según la Unión Internacional para la Conservación de la Naturaleza (UICN), representan la segunda causa de la desaparición o extinción de especies en todo el planeta, tras la destrucción directa de los hábitats.

La introducción de especies exóticas se puede producir de forma accidental, intencionada o por la combinación de ambas, me-diante diferentes vías:

• El transporte internacional de mercancías y pasajeros que provoca el trasiego de semillas y pequeños animales.

• La explotación de ciertas especies con � nes comerciales en acuicultura o granjas cinegéticas de donde pueden escapar de forma accidental.

• El fomento de actividades deportivas como la caza y la pesca.

• El trá� co de animales y plantas para diversos � nes.

• La adquisición de especies exóticas como mascotas o animales de compañía y su posterior abandono en el medio natural.

• Los trasvases de agua entre cuencas, que facilitan la dispersión y colonización de nuevos ríos o embalses por parte de algunas especies.

El cangrejo rojo americano

En 1976, en la Albufera de Valencia, se introdujo el cangrejo rojo americano (Procambarus clarkii) procedente de Estados Unidos, con la intención de obtener una mayor rentabilidad de los marjales, que ya se gestionaban como arrozales. Desde entonces su expansión ha sido imparable a lo largo de todos nuestros ríos y marjales, convirtiéndose en una auténtica plaga, debido a su gran adaptabilidad a todo tipo de condiciones ambientales y a su enorme capacidad de multiplicación y crecimiento.

Por si esto fuera poco, la especie americana es portadora de un hongo que produce en el cangrejo de río autóctono(Austropotamobius pallipes) una enfermedad mortal deno-minada afanomicosis. Así pues, en tan sólo unos años se constató un notable declive poblacional de esta especie, dándose prácticamente por extinguido en la provincia de Alicante en 1996. Hoy día, las últimas poblaciones de cangrejo autóctono han quedado arrinconadas allí don-de el cangrejo americano y las esporas del hongo no han podido llegar: en las cabeceras de algunos ríos y en los barrancos más abruptos.

Por otro lado, la presunta rentabilidad económica que motivó la introducción del cangrejo americano quedó en entredicho ya que este crustáceo acabó dañando se-riamente a los cultivos de arroz y ha repercutido negati-vamente en el ecosistema del humedal.

Cangrejo rojo americano.

a) b) c)

d) e) f)

ACTIVIDADES FINALES

Estructuradas por nivelde difi cultad, se encuentran divididas en tres grupos: para repasar, para aplicary para investigar, facilitan la asimilación de los contenidos propuestos de una forma clara y práctica para el alumno.

ANEXOS

Situados en el margen del libro tienen como objetivo resaltar aspectos importantes de la materia.

A lo largo del texto, es posible encontrar elementos tales como Sabías que…, Recuerda, Internet (referencias a páginas web) o Vocabulario. Todos ellos están relacionados con los contenidos teóricos juntoa los que aparecen.

INVESTIGACIÓNCIENTÍFICA

Textos de interés para el alumno cuyo objetivo es acercar los conceptos estudiados a la vida cotidiana, mostrando las aplicacionesde la ciencia.