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DE LA PRIMERA CÉLULA A LOS ORGANISMOS PLURICELULARES

En nuestro cuerpo existen diferentes tipos de células. No es lo mismo una neurona, que una célula de la piel, o una célula de la sangre. Cada tipo de célula cumple una función particular. Incluso, tienen formas adaptadas a esa función. Por ejemplo, una neurona es diferente a un glóbulo rojo. Normalmente, la gran mayoría de las células se renueva. Unas células mueren y otras se forman en su lugar. Pero, en ocasiones la formación de nuevas células se realiza para reparar un tejido dañado, como al lastimarse la piel. En cualquier caso, las células se originan por un proceso de división celular: de una célula se forman otras. En los embriones, los diferentes tipos de células se originan a partir de células indiferenciadas que se llaman células madre. Estas células pueden especializarse y formar todo el cuerpo del bebé. Pero, también hay células madre en el cuerpo de los adultos. ¿Qué función cumplen? Pueden regenerar tejidos dañados. Es decir, no pueden formar todo un organismo, pero sí un tejido o un órgano nuevo. Por ejemplo, hay células madre que dan origen, específicamente, a células de la sangre. Los científicos especializados investigan la posibilidad de desarrollar terapias basadas en células madre para tratar determinadas enfermedades. ¿Alguna vez pensaron… por qué puede ser importante guardar células de la sangre del cordón umbilical de un recién nacido?

Hay seres vivos formados por una sola célula, procariota o eucariota, y otros por muchas. Pero, no todas las células de un mismo organismo son iguales. Existe una gran variedad: hay células que se mueven y otras que permanecen quietas, las hay que proveen el alimento a otras, que protegen al organismo, algunas transportan sustancias, las hay de diferentes tamaños y múltiples formas. Es decir, existe diversidad celular así como también existen diversos seres vivos. ¿Cómo se formó toda esta diversidad a partir de un ancestro común, un organismo simple que surgió hace 3500 millones de años? Vamos a intentar aproximarnos al diverso mundo de los seres vivos para conocer las claves de su organización.

DE UNA A MUCHAS CÉLULAS Si se transportaran hace unos 3500 millones de años, podrían ser testigos del surgimiento de los primeros seres vivos que habitaron este planeta. Estos organismos estaban formados por una sola célula, del tipo procariota. Esa única célula se encargaba de realizar todas las funciones vitales. Tuvieron que transcurrir mil millones de años más (¿pueden imaginar tanto tiempo?) para que aparecieran en forma azarosa, las primeras células eucariotas. Todo este proceso estuvo acompañado de diversos cambios en la atmósfera terrestre, en los océanos y en los suelos. Pero, hasta entonces, solo los microorganismos reinaban en el planeta Tierra. Si nos adelantamos unos cuantos millones de años desde aquel entonces hasta la actualidad, podemos observar en todas partes seres vivos formados, en muchos casos, por un número inimaginable de células. ¿Cómo llegamos a esta situación? ¿Cómo aparecieron los arrecifes de coral que hay en aguas tropicales? ¿Cómo surgieron los bosques repletos de árboles, plantas y lombrices? ¿Cómo se cubrieron los cielos de aves? Es decir, ¿cómo

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comenzaron a aparecer en la Tierra, plagada de seres microscópicos, los organismos pluricelulares? ¿Representaba alguna ventaja adaptativa su condición de pluricelulares? Seguramente que si, sino no hubieran prosperado en la Tierra. Pero, ¿cuál era esa ventaja? Las colonias de individuos En algún momento de la evolución, algunos seres unicelulares se agrupan formando colonias. Las colonias pueden ser consideradas como un ejemplo del pasaje evolutivo desde los organismos unicelulares independientes hasta los pluricelulares. Es lo que se conoce como estado de transición evolutiva. Las colonias son un conjunto de seres vivos que se agrupan con mayor o menor organización, compartiendo las tareas en forma cooperativa. Algunas veces distribuyen las funciones entre sus integrantes. A diferencia del dicho popular “mejor solos que mal acompañados”, en el caso de las colonias, cada individuo se ve beneficiado por compartir funciones vitales, como obtener mayor cantidad de alimento y protección, sin perder su individualidad. Una colonia se puede formar cuando los organismos unicelulares que la integran, se multiplican y no se llegan a separar de su progenitor. De esta forma, al no independizarse, estos organismos quedan agrupados formando las colonias. Un ejemplo de este tipo de “cooperativa” de individuos es la colonia Volvox, que se muestra en la imagen, formada por un conjunto de algas unicelulares eucariotas. En este caso, las funciones de la colonia están repartidas entre individuos diferentes. Volvox es una colonia formada por una esfera hueca (construida por los propios integrantes de la colonia) que tiene hasta 600.000 individuos. Algunos se encargan de la alimentación, y

se los conoce como células vegetativas. En la superficie, es posible encontrar células reproductoras, mientras que en el interior de la esfera se pueden observar colonias hijas que

serán expulsadas y formarán nuevas colonias.

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Algunas colonias se denominan heteromorfas ya que sus integrantes se diferencian en su forma y función. En las colonias homomorfas todos los individuos realizan las mismas funciones y tienen una apariencia similar.

I II

I: Colonia heteromorfa formada por varios tipos de pequeños animales (eucariotas,

pluricelulares) emparentados con las medusas. Algunos de sus integrantes se encargan de la captura del alimento, otros de la defensa, otros de la reproducción. II. Colonia homomorfa de corales marinos formada por pequeños animales muy

similares entre sí que habitan en estructuras rígidas de colores muy vivos.

Las células procariotas (pro-anterior, caryon-núcleo) tienen el material genético disperso en el citoplasma. Las células eucariotas (eu-verdadero, caryon-núcleo) tienen su material genético encerrado en una envoltura nuclear formando un núcleo. Las bacterias son unicelulares cuya célula es procariota, mientras que los protistas son unicelulares cuya célula es eucariota. Los animales y las plantas son pluricelulares con células eucariotas. Los hongos tienen estructuras parecidas a las células del tipo eucariota.

Célula procariota Célula eucariota animal

Pared celular

Membrana plasmática

Material genético

Nucelolo

Membrana plasmática

Mitocondria

Material genétcio

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LA APARICIÓN DE ORGANISMOS PLURICELULARES EN LA TIERRA A medida que algunos unicelulares se fueron agrupando, comenzaron a surgir estructuras con un número cada vez mayor de células. El aumento de tamaño podía representar una ventaja ya que los organismos más grandes podían incorporar mayor cantidad de alimento. Sin embargo, podría ser una desventaja ya que, al estar formados por muchas células, las más internas, no estarían en contacto con el entorno con el cual intercambiar nutrientes, gases y desechos. Sin estos recursos las células internas morirían y los organismos pluricelulares no hubieran sobrevivido. Sin embargo, los organismos pluricelulares existen, lo que demuestra que han sido exitosos en la carrera evolutiva. Esto se explica por la división de tareas que se desarrolló en estos organismos. El poseer múltiples células les permitió a estos individuos repartir sus funciones en células especializadas. Por ejemplo, algunas células se encargaron de transportar los nutrientes al resto de las células. Esto representó una ventaja evolutiva ya que las células transportadoras proveen a todas las células del organismo, incluso las más internas, de nutrientes y oxígeno, y recogen sus desechos. De esta forma, la vida de un ser pluricelular puede ser eficiente y viable. ¿Cuándo surgieron los pluricelulares? Se cree que hace unos 600 millones de años hubo una gran “explosión evolutiva”, y como resultado aparecieron en el agua, una gran variedad de invertebrados. Algunas de estas especies se han conservado hasta la actualidad y otras se han extinguido, dejando pocos registros fósiles que den cuenta de su presencia.

CONCEPTOS BÁSICOS. Invertebrados. Organismos sin esqueleto interno. Ejemplos de invertebrados son las medusas, lombrices, gusanos, insectos, entre otros.

La Spirulina es una cianobacteria (bacteria fotosintética). Desde hace unos años, se comercializan cápsulas adelgazantes con Spirullina en polvo. Al parecer, al consumirlas, su contenido se hidrata (se llena de agua) en el estómago dando sensación de saciedad a la persona y, de esta forma, no ingiere alimentos por un rato. Los especialistas afirman que, si bien el contenido de la cápsula tiene cierto valor nutricional, de ningún modo sustituye la ingesta adecuada de alimentos.

I II

I) Spirullina. II) cápsulas de Spirulina

I) Spirullina. II) cápsulas de Spirulina

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El origen de los primeros animales El origen de los primeros seres vivos, los primeros unicelulares, se desarrolló en los océanos de la Tierra primitiva, en el caldo primitivo. Se cree, que los seres pluricelulares también surgieron en ese medio. Y se cree que fueron heterótrofos, es decir que se alimentaban de otros seres vivos o de sus productos y restos. Los primeros animales incorporaban su alimento mediante una abertura que les servía de cavidad bucal, lo digerían, y los desechos eran eliminados por esa misma abertura. Por este motivo, la alimentación debía ser periódica, para que la ingesta no interfiriera con la eliminación de desechos. En algún momento, surgieron de forma azarosa, animales con dos aberturas, una con la cual incorporaban alimento (boca) y otra por la cual eliminaban desechos (ano). Separar estas funciones hizo más eficaz y continua la alimentación, lo que representó una ventaja en la supervivencia. Hace aproximadamente 400 millones de años, las relaciones de competencia y de depredación entre estos animales se volvieron más diversas e intensas, a medida que surgían distintas especies. Entre éstas comenzaron a aparecer animales con un caparazón de protección. Un ejemplo de estos seres, fueron los Trilobites. Estos artrópodos, extintos en nuestros días, solían deslizarse en las aguas barrosas y eran presa fácil del molusco (“pariente” de los caracoles) Nautilus de mayor tamaño.

Los Trilobites (A) son los fósiles de animales con caparazón más antiguos que se conocen. Actualmente, es posible encontrar a Nautilus (B) en el océano Pacífico. Su caparazón puede

tener diversos y brillantes colores dependiendo de la especie.

A B

La figura (A) representa el tubo digestivo de los primeros animales que aparecieron en la Tierra. Este tubo digestivo contaba con una sola abertura. (B) Animales que desarrollaron una segunda abertura. Estos animales prosperaron por resultar más eficiente la alimentación y eliminación de desechos mediante dos aberturas separadas.

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Algunos depredadores comenzaron a ser cada vez más veloces así como sus presas al escapar de ellos. Los mecanismos de locomoción de muchos organismos mejoraron haciendo que se vuelvan más eficientes para desplazarse. Sus sentidos de agudizaron, permitiendo que estén más alertas a los peligros así como también al alimento. Así, se habían poblado las aguas de diferentes seres vivos, muchos de los cuales ya no existen hoy en día pero que fueron los antepasados de especies vivientes en la actualidad. CONCEPTOS BÁSICOS: Competencia. Es un tipo de relación entre seres vivos de la misma especie o de especies diferentes. La competencia puede ser por el alimento, el territorio, las hembras, etc. Depredación. Es una relación entre seres vivos en general de especies diferentes en donde el depredador caza y mata a la presa para comerla. Artrópodos. Grupo muy variado de animales que se caracterizan por tener un esqueleto externo a modo de caparazón. Ejemplos de artrópodos son los insectos, las arañas, las langostas y los ciempiés, entre otros.

Competencia Depredación

Los desafíos del medio terrestre y aéreo Los primeros vegetales, al igual que los animales, surgieron en el medio acuático hace más de 400 millones de años. Eran algas de diferentes colores, formas y tamaños que hasta el día de hoy, viven en el agua y en zonas húmedas. Las algas son seres vivos con una organización más simple que las plantas. Existen también plantas acuáticas como la Elodea (frecuente en los acuarios). Entre la diversidad de plantas que se formaron en esa época, surgieron algunas capaces de sobrevivir y mantenerse erguidas en el medio terrestre. Tenían tallos más gruesos y raíces que absorbían el agua de la tierra, con la que realizaban el proceso de fotosíntesis. Las primeras plantas que, se cree, poblaron el medio terrestre y que tienen descendientes en la actualidad son los musgos y los helechos. Posteriormente surgieron plantas con flores.

I) Si caminan por un bosque húmedo, podrán ver que las rocas o los troncos de los árboles están tapizados de verde. Si toman una lupa observarán pequeñas plantas con raíces, tallo

y hojas: son musgos. II) Helechos.

II

I

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El medio terrestre ofrecía un ambiente nuevo, con vegetales que podían servir de alimento. Sólo faltaba algún ser vivo capaz de aprovecharlo. Fue así que algunos artrópodos, que hasta entonces habitaban el mar, encontraron en el medio terrestre un ambiente propicio para sobrevivir, con abundante alimento. Estos animales tenían un esqueleto externo que les proporcionaba protección, sostén y era impermeable. Otra característica que les permitió habitar el medio terrestre era su capacidad de aprovechar los gases del aire debido a estructuras respiratorias adaptadas al nuevo medio. Simultáneamente, en el agua surgieron peces diversos. Algunos comenzaron a desplazarse de un estanque a otro en busca de alimento pasando períodos de tiempo cada vez más largos en el suelo terrestre. Estos peces fueron los antecesores de los anfibios, que aparecieron hace unos 350 millones de años. Los anfibios, entre ellos sapos y ranas, se caracterizan por vivir parte de su vida en el agua y la etapa adulta en la tierra. Es decir que no pudieron independizarse del medio acuático por completo ya que se reproducen y ponen sus huevos en el agua. Algunos animales desarrollaron cambios que resultaron beneficiosos para sobrevivir a situaciones de escasez de agua, lo que les permitió independizarse totalmente del medio acuático. Por ejemplo, pudieron reproducirse fuera del agua mediante la formación de huevos con cáscara dura que evitaba la desecación del embrión que había en su interior. Además, tenían una piel gruesa y con escamas que evitaba la pérdida de agua. Estos nuevos organismos que poblaron el medio terrestre se llamaron reptiles, cuyos representantes primitivos fueron los dinosaurios, hoy extintos. Hace 80 millones de años surgían en los árboles los primeros primates que serían los antecesores de los humanos. Se llaman musarañas y tienen descendientes en nuestros días. CONCEPTOS BÁSICOS. Primates. Grupo de animales integrado por el hombre, los monos, los simios, y otras especies emparentadas.

Aunque no se parezcan mucho a los monos y menos a los humanos, las musarañas de los árboles fueron los primeros primates. Se alimentan de insectos. Son animales ágiles y de hábitos nocturnos.

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LAS CÉLULAS CUMPLEN UN CICLO Un ciclo es un evento o un proceso que se da en forma repetitiva, que se renueva, por ejemplo el ciclo lunar, el ciclo menstrual, el ciclo del agua. Si se parte de un momento del ciclo, al recorrerlo, se debería llegar al mismo punto. Todas las células cumplen un ciclo celular cuya duración va a depender del tipo de célula que se trate. Por ejemplo, los glóbulos rojos en la sangre viven 120 días aproximadamente. Un óvulo, célula reproductora, vive 3 días al salir de los ovarios. Hay células que no se dividen, como las neuronas, y su ciclo de vida dura el tiempo que viva el organismo. Algunas bacterias, en condiciones óptimas, cumplen un ciclo en solo 20 minutos. En cualquier caso, las etapas del ciclo son similares y se representan en el siguiente esquema: La división celular implica que la célula se divide y forma dos células nuevas, repartiendo en forma equitativa su material genético y todo el contenido celular. Las células nuevas emprenderán un nuevo ciclo celular. Esta etapa de división celular se llama Mitosis al tipo de división celular que se da en este caso. En general, este proceso funciona de tal manera que las células que se formaron producto de la división, sean idénticas entre si e idénticas a la célula que las formó (con idénticas nos referimos además a que el contenido de material genético de ambas células nuevas es igual).

Este esquema representa un ciclo celular, representado por un círculo. El ciclo tiene dos etapas: la etapa de Interfase durante el cual la célula realiza todas sus funciones vitales, incorpora nutrientes y otras sustancias de su entorno, elimina desechos, y crece de tamaño. Es la etapa en la cual pasa la mayor parte de su vida celular. La etapa de división celular, se denomina mitosis. Previo a la división celular, se nota que la célula duplica su material genético.

Duplicación del material genético

Si analizan el contenido de este capítulo, notarán que al describir las condiciones de vida de los seres vivos que fueron apareciendo en la Tierra, se toman en cuenta aspectos como: de qué se alimentaban, cómo era el lugar donde vivían, etc. Siguiendo este tipo de descripción, realicen una lista de aspectos a tener en cuenta a la hora de describir la vida de los primeros primates, las musarañas. Es decir, ¿qué se preguntarían sobre la vida de estos seres vivos cuando surgieron, hace casi 100 millones de años?

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El material genético en las células eucariotas En el siglo XX, en la década del 30, un investigador alemán, Joachim Hämmerling, realizó una investigación con un alga del género Acetabularia. El alga Acetabularia está formada por una sola célula que mide 5 centímetros de largo aproximadamente. Una célula que se puede ver a simple vista! Su cuerpo posee un pedúnculo (a modo de raíz) que le permite fijarse al suelo, un tallo o pie, y un “sombrero”. El núcleo de la célula se localiza en el pedúnculo. Hammerling se interesó en la relación que pudiera haber entre el núcleo de la célula y las características del alga. Para eso realizó experimentos con dos especies de Acetabularia: A. mediterránea cuyo sombrero es circular liso y A. crenulata cuyo sombrero es circular dentado.

I: Acetabularia mediterránea. II: Acetabularia crenulata.

Siempre se habla del ciclo vital o ciclo de la vida. Si se parte del nacimiento para comenzar el ciclo, se debería finalizar con la muerte. Según esta situación: ¿el nacimiento y la muerte son situaciones iguales?. En base a esta respuesta, piensen si es adecuado o no, decir que la vida cumple un ciclo. ¿De qué manera gráfica representarían las etapas por las cuales pasa un ser vivo en el transcurso de su vida (nacimiento, juventud, adultez, etc.)?

Escherichia coli, (E. coli) es una bacteria que vive en el interior del intestino de muchos animales, incluido el hombre. En condiciones óptimas E. coli se divide cada 20 minutos, es decir que su ciclo celular dura 20 minutos. ¡Calculen la cantidad de estos microorganismos que pueden formarse en un día, teniendo en cuenta que en el intestino habitan muchísimas E. coli!

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El investigador cortó los sombreros de ambas especies, y cortó además sus tallos. Luego, intercambió los tallos con los pedúnculos. ¿Qué habrá ocurrido? Al pasar el tiempo, el pedúnculo de A.crenulata con el tallo injertado de A. mediterránea, generó un sombrero circular dentado (tipo A. crenulata). A la inversa, el pedúnculo de A. mediterránea con el tallo injertado de A. crenulata generó un sombrero circular liso, propio de A. mediterránea. Es decir que la forma del sombrero se invierte, al igual que los núcleos. Por lo tanto, en el núcleo había “algo” que determinaba cómo sería el sombrero de la planta. ¿Cómo se explican esos resultados? Hammerling dedujo que el núcleo, localizado en el pedúnculo, era el que controlaba la actividad celular, el que tenía la información para producir el sombrero correspondiente a esa especie. Pero, ¿que es lo que contiene el núcleo para ejercer ese control? El núcleo de las células eucariotas contiene el material genético que regula y controla la actividad y estructura celular. La división celular. En los organismos unicelulares como las bacterias, el ciclo celular equivale a su ciclo de vida, ya que al dividirse la única célula que forma al organismo, genera un nuevo organismo. Por lo tanto, en los seres procariotas la división celular es su forma de reproducción, lo que les permite aumentar el número de individuos. En cambio, en un organismo pluricelular, la división celular no genera nuevos organismos, sino nuevas células de un mismo organismo. Tanto los organismos unicelulares como la mayoría de las células que componen a los seres pluricelulares se dividen por el proceso denominado mitosis. En este tipo de proceso la célula se divide (luego de haber duplicado su material genético), y se originan dos nuevas células con la misma cantidad de material genético y otros componentes celulares. Es decir, dos nuevas células iguales entre sí e iguales a las que le dio origen. La célula que se divide no muere ni desaparece: se divide en dos y forma parte de dos células nuevas. Si tomamos el ejemplo de una bacteria, cuando ésta se divide, origina dos bacterias iguales a ella, se reproduce. Si se trata de una célula de la piel que se divide, se forman dos células iguales entre si e iguales a la célula que se dividió. Pero, como explicamos, en este caso no se origina un nuevo individuo (no hay reproducción), sino que se obtienen más células que podrían, por ejemplo, regenerar un sector lesionado de la piel.

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Mitosis. Es un tipo de división celular en el cual una célula se divide formando dos células nuevas idénticas. Además, es el mecanismo de reproducción que tienen las bacterias. b)

Reproducción asexual en una bacteria. Se divide por mitosis, formando dos bacterias nuevas que comenzarán su ciclo celular.

LOS NIVELES DE ORGANIZACIÓN DE LA MATERIA ORGÁNICA

La materia es lo que forma tanto a los seres vivos como a los objetos inanimados (que no tienen vida). Si tocan su propia mano, su cara, el tronco de un árbol, una mesa, etc.…eso es materia. La materia en la naturaleza se organiza desde niveles sencillos hasta niveles cada vez más complejos. De hecho, la diferencia fundamental entre los seres vivos y aquello que no tiene vida, es su nivel de organización. Es decir, los componentes químicos pueden ser similares, pero la materia inerte alcanza niveles de organización más simples, que no llegan a constituir “algo” con vida. Por ejemplo, el aire está compuesto por gases que están formados por los mismos elementos químicos que la materia de una célula (carbono, oxígeno, hidrógeno, nitrógeno), sin embargo el aire no tiene vida y la célula sí. ¿Por qué ocurre esto? ¿A qué llamamos niveles de organización? Quizás hayan escuchado hablar del sistema circulatorio, del corazón, del tejido epitelial que compone la piel, o de los glóbulos rojos que son un tipo de células de la sangre. Estos componentes pertenecen a diferentes niveles de organización. Cada nivel de organización de la materia está formado por el conjunto de los componentes de los niveles inferiores. Pero, es importante aclarar que un nivel de organización no es la simple suma de los integrantes de los niveles de menor organización, sino que tiene propiedades nuevas que son únicas de ese nivel. Por ejemplo, una molécula de agua no es simplemente la suma de átomos de oxígeno y de hidrógeno, sino que implica un ordenamiento de estos átomos que hacen que la molécula de agua tenga una estructura y propiedades determinadas, diferentes a las propiedades del hidrógeno y del oxígeno por separado. Los átomos de hidrógeno y de oxígeno dejan de tener sus propiedades

Teniendo en cuenta que en la mitosis de una célula se obtienen dos células nuevas idénticas entre si, ¿Por qué creen que en el ciclo celular, la duplicación del material genético sucede antes (en la Interfase) o previo a la división celular? Es decir, ¿qué relación guarda la duplicación del material genético con la mitosis? ¿Por qué creen que la célula se divide en dos y no en cuatro o en otro número? ¿Qué sucedería si las células no se dividieran?

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particulares para pasar a integrar una molécula con propiedades totalmente diferentes. Estas moléculas son las que forman la sustancia agua que conocemos. CONCEPTOS BÁSICOS. Modelo: es una representación conceptual o gráfica de un fenómeno, sistema o proceso natural, que se elabora para facilitar su comprensión y el estudio de su comportamiento.

El nivel celular Resulta difícil imaginar cómo es una célula y que sucede dentro y fuera de ella porque las células son estructuras microscópicas. De hecho, no fue hasta el siglo XVII que, utilizando un microscopio rudimentario, se reveló el sorprendente mundo de las células, las que forman parte de un organismo pluricelular, como las que forman a un ser unicelular. Como ya estudiaron, las células están organizadas en compartimentos, las organelas, cada una con una función particular. Por ejemplo, en la mitocondria se realiza la respiración celular, mientras que los cloroplastos se encargan de captar la luz en células vegetales. Pero, la célula es más que la simple suma de las organelas que la componen. Las organelas, a su vez están formadas por moléculas de diferente tipo y en diferente cantidad. Al organizarse, se forma un nuevo nivel de organización más complejo, la célula. Las células son el nivel más simple de organización en el cual podemos encontrar vida. Es decir que las

A. Modelo molecular del agua. Se representan los tipos, cantidad y ordenamiento de los átomos que la integran.

B. Aspecto de la sustancia agua en estado líquido.

A B

1. Elaboren una lista de los componentes con vida y aquellos sin vida que puedan observar en el aula.

2. ¿Creen que pueden existir en el aula, seres vivos y objetos inanimados que no puedan evidenciar a simple vista?

3. En relación a lo comentado acerca de la molécula de agua y los átomos que la componen: ¿el nivel de organización de los átomos es menor o mayor que el nivel de las moléculas?

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moléculas y organelas que las componen no tienen vida. A su vez, si se analizan los componentes de una molécula (los átomos) tampoco tienen vida. Es decir que el primer nivel de organización en el cual se encuentra la vida como propiedad es la célula. Las neuronas, las células óseas, las células de la sangre, las epiteliales y las musculares, son ejemplos de células animales especializadas ya que cumplen una función específica. las formas y los tamaños de las células, se relacionan con las funciones que cumplen. Algunas células pueden cambiar de tamaño o de forma como los glóbulos blancos, un tipo de célula sanguínea que tiene la función de defensa del organismo. Estas células, emiten prolongaciones citoplasmáticas que van englobando al microorganismo o partícula extraña que ingresa al cuerpo.

Esquema de un glóbulo blanco que emite prolongaciones (seudópodos) que engloban a dos bacterias, las introducen en su interior y luego las destruyen. Este proceso se llama fagocitosis. Muchas bacterias utilizan este mecanismo para alimentarse.

Las neuronas, son células nerviosas que tienen prolongaciones largas y delgadas. Las prolongaciones conectan a los centros nerviosos con los músculos haciendo que se muevan.

Los glóbulos rojos son células que forman parte de la sangre. Su función es transportar el oxígeno a todas las células del cuerpo. Su forma les permite doblarse y viajar por los vasos sanguíneos más finos.

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La siguiente imagen está representando los niveles de organización de la materia. Este es un tipo de representación que ejemplifica cómo se pueden ordenar los distintos niveles de organización y complejidad de la materia. Si comenzamos a “leer” este esquema en un orden de menor a mayor complejidad, el primer nivel representado es el de los átomos. Incluso, se representan las partes que componen a los átomos (electrones, protones, neutrones). Y el mayor nivel de organización representado es el del ecosistema, formado por los componentes y las relaciones que se establecen entre los seres vivos y el ambiente. Los tejidos Se cree que las primeras células fueron observadas por el célebre científico inglés, Robert Hooke, en 1665 utilizando un microscopio que el mismo había inventado, que aumentaba los objetos unas 50 veces. Hooke cortó una delgada lámina de corcho (tejido vegetal) y la observó. Como se representa en la imagen, Hooke vio estructuras a modo de celdillas, que llamó células.

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Los tejidos animales y vegetales, están formados por un conjunto organizado de células similares entre sí, y que cumplen una misma función. Hay diferentes tipos de tejidos con diferentes funciones. Por ejemplo, el tejido muscular se caracteriza por células musculares, especializadas en la contracción, mientras que El tejido epitelial constituye una cubierta para el cuerpo y sus cavidades. Como explicamos anteriormente, un nivel de organización no es la suma de los niveles inferiores, sino más que eso. Teniendo en cuenta esto, observen las siguientes figuras:

Figura 1 Figura 2

Si se observa en un microscopio ambas figuras, para un observador poco entrenado pueden parecer lo mismo, es decir, un montón de células una al lado de la otra. Pero no es así. Si tomamos una muestra de agua de estanque, quizás veamos algo parecido a lo que se muestra en la figura 1: muchas células independientes, organismos unicelulares. En cambio, en la figura 2 se muestra un fragmento de tejido cartilaginoso. En el primer caso, se representa el nivel de organismo y en el segundo el nivel de organización de tejidos. Las células que forman los tejidos, están relacionadas entre sí, a través de la sustancia intercelular. Hay tejidos cuyas células están más separadas y otros que están más juntas, y por lo tanto, tienen menos sustancia intercelular. La sustancia intercelular tiene una composición diferente dependiendo el tipo de tejido, aunque su componente principal es el

Imagen observada por Hooke en 1665 al observar un tejido

vegetal.

En la imagen se muestran distintos tipos de tejidos epiteliales que revisten y tapizan

diferentes partes del cuerpo. Por ejemplo, la piel, el interior del sistema digestivo y del

sistema respiratorio, entre otros.

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agua. En el tejido conjuntivo laxo, que es el tejido que acompaña a casi todo el resto de los tejidos, la sustancia intercelular tiene fibras colágenas y elásticas, mientras que en el tejido óseo, que forma a los huesos, ésta sustancia tiene minerales como el calcio que es lo que le da dureza al hueso. Es decir que la diferencia entre la piel y los huesos no está en sus células, sino en la sustancia que rodea a las células. CONCEPTOS BÁSICOS: Tejido cartilaginoso o cartílago. Es un tejido blanquecino, más blando que el hueso. En nuestro cuerpo lo encontramos en el pabellón de las orejas, en la punta de la nariz, y en los extremos de los huesos.

Las células que conforman los tejidos son células eucariotas. Éstas tienen organelas en su interior en donde se cumplen en forma repartida, todas las funciones de la célula. El tipo de organela y la cantidad que haya de ese tipo, determina la función de esa célula. Por ejemplo, en las células musculares que forman al tejido muscular, hay gran cantidad de mitocondrias*. Esto determina que la producción de gran cantidad de energía para que se produzca la contracción muscular (movimiento del músculo). En los espermatozoides, que son las células sexuales masculinas presentes en los pluricelulares también hay gran cantidad de mitocondrias, lo que les permite generar la cantidad de energía que necesitan para moverse hacia la célula sexual femenina. ¿En qué momento de la vida se forman los tejidos? Durante la gestación, algunas células comienzan a diferenciarse de sus vecinas y lentamente se van agrupando para formar un tejido. Esto sucede con todos los tejidos del cuerpo del animal. Luego, algunos de esos tejidos, se reúnen para formar los diferentes órganos y éstos últimos se asocian para formar los sistemas de órganos. Los órganos de los animales y de los vegetales Un órgano está formado por un conjunto de tejidos diferentes que se agrupan y se organizan para cumplir una función determinada. Por ejemplo, los huesos están formados por tejido conectivo (impregnado con cristales duros de calcio que le otorgan rigidez y dureza), tejido nervioso y tejido epitelial. Cada hueso está rodeado por una cápsula protectora que contiene los vasos sanguíneos que aportan oxígeno y alimento al hueso. Si se analiza la estructura de un hueso largo, se puede apreciar que está rodeado por una capa de hueso compacto, muy denso y duro. Debajo de ella, hay una capa de hueso esponjoso, menos compacta pero muy resistente. En el interior del hueso hay una cavidad llena de médula ósea, que puede ser roja o amarilla. La médula ósea roja se encuentra fundamentalmente en el interior de las costillas, de las vértebras, de los huesos de la pelvis y del cráneo. Su función consiste en fabricar las células de la sangre (glóbulos rojos, glóbulos blancos y plaquetas). La médula ósea amarilla se encuentra en el interior de los huesos largos, y constituye un depósito de grasas que actúa como reserva de energía. Los extremos de los huesos largos están revestidos por cartílago, un material blanquecino, de textura lisa que evita el rozamiento entre los huesos, y de esta forma, facilita el movimiento.

El colágeno es una proteína que se encuentra en la sustancia intercelular de la piel. Hace algunos años, se está utilizando para la industria cosmética. Actualmente hay muchas personas que consumen cremas a base de colágeno cuyos fabricantes aseguran que nutre y rejuvenece la piel. Hay casos en donde se inyectan colágeno en ciertas partes del cuerpo como los pómulos, para “rellenar” los surcos que aparecen en la piel con el avance de los años.

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La piel, es el órgano más extenso del cuerpo humano. Mide aproximadamente 2 m2. La piel actúa como primera barrera de defensa ante organismos o partículas extrañas que, “aprovechando” una herida como puerta de entrada, pueden ingresar al cuerpo y causar alguna infección. La capa de la piel que toma contacto con el exterior es la epidermis y la capa más profunda es la dermis. La dermis siempre esta acompañada de una capa de grasa. En la dermis se localizan los folículos pilosos en donde se forman los pelos, hay glándulas que producen cebo y sudor y también una serie de estructuras nerviosas que reciben estímulos y determinan el sentido del tacto.

I II I) Esta imagen representa un corte de piel. La epidermis (la capa más superficial) está formada por tejido epitelial que a su vez se compone de células epiteliales planas. II) Nuestra piel tiene marcas y surcos con los cuales nacemos y que nos identifican, son las huellas digitales.

El fémur es un hueso largo ubicado en el muslo. Dentro de este hueso hay médula ósea, un tejido cuyas células dan origen a las células que componen la sangre (glóbulos rojos, glóbulos blancos y plaquetas).

En el organismo existen grupos de células, llamadas células madre, que se especializan para formar un tipo particular de tejido. Por ejemplo, las células madre que forman a los componentes de la sangre se llaman hematopoyéticas. Estas células madre nos acompañan durante toda la vida, alojadas en la médula ósea en el interior de muchos de los huesos del cuerpo.

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El cerebro es un órgano del sistema nervioso que controla casi todas las funciones del cuerpo. Es posible dividir áreas que se encargan de diferentes funciones: el habla, la memoria, el oído, el movimiento de los músculos, el sueño, etc. Casi todos los órganos del cuerpo están conectados al cerebro por medio de nervios.

En los vegetales también es posible identificar órganos. Las plantas tienen tres tipos de órganos: raíz, tallo y hojas. Las raíces absorben el agua y minerales del suelo, el tallo realiza la función de conducción de sustancias desde la raíz hacia las hojas y viceversa, y las hojas realizan la fotosíntesis (alimentación) y respiración. Algunos órganos vegetales están modificados en relación a la función que cumplen. Por ejemplo, los cactus viven en ambientes calurosos y con poco agua. Para evitar la desecación, el agua que obtienen del suelo la reservan en el tallo y mediante las espinas, que son hojas modificadas, evitan que se evapore el agua a la vez que ahuyenta a los animales predadores. En este caso, el proceso de fotosíntesis lo realiza el tallo.

El cactus es una planta que vive en climas desérticos o muy secos y calurosos. La conservación del agua es esencial para su supervivencia.

Los sistemas de órganos. Un sistema puede ser definido como un conjunto de componentes que se relacionan entre si, donde cada uno de ellos tiene una función específica y que actúan de forma coordinada. Por ejemplo, un auto puede considerarse un sistema formado por diferentes componentes como las ruedas, el motor, el caño de escape, etc. Cada parte tiene una función particular, y todos actúan de forma coordinada de manera tal que permiten el movimiento del auto. Pero, el auto es el que tiene la propiedad de desplazarse y no el motor, o los asientos. Es decir, el sistema tiene propiedades diferentes a las de sus componentes, pero necesita de cada uno de ellos para cumplir sus funciones. Si uno de esos componentes falla, el sistema en su totalidad se ve afectado. En los animales, los órganos que integran un sistema también funcionan en forma coordinada y dependen unos de otros. Por ejemplo, el sistema digestivo, está formado por órganos que cumplen funciones específicas en la digestión. Y en conjunto permiten que el alimento ingrese al cuerpo, sea digerido y que los nutrientes pasen a la sangre. Asimismo, el sistema respiratorio permite el intercambio de gases como el oxígeno y el dióxido de

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carbono entre el cuerpo y el exterior, y entre los pulmones y la sangre. Si alguno de los componentes, como las vías respiratorias, se obstruye, la función respiratoria en su totalidad se ve afectada.

LOS ORGANISMOS Si quisieran saber cuántos tipos diferentes de seres vivos existen en nuestro planeta, no tendrían una respuesta concreta. Si bien, según cálculos actuales, se han identificado cerca de 2 millones de especies diferentes, se estima que aún faltan por identificar otras 14 millones más, aproximadamente. Para darles una idea, en un gramo de tierra puede haber hasta 10.000 especies de bacterias de las cuales los biólogos quizás hayan identificado un 30 por ciento. Todas estas formas de vida, son producto de millones de años de cambios a partir de un ancestro común. El concepto de diversidad biológica o biodiversidad comprende a la cantidad de seres vivos diferentes que existen en un área determinada. Por lo tanto, se puede calcular la biodiversidad en la biósfera, como también se puede calcular la biodiversidad en una selva tropical o en la sabana africana. Existen regiones en nuestro planeta con mayor biodiversidad, como sucede en la selva Amazónica. CONCEPTOS BÁSICOS: Biósfera es la parte del planeta Tierra donde habitan los seres vivos.

LOS ORGANISMOS SE CLASIFICAN Muchas veces clasificamos objetos. Por ejemplo, podemos clasificar lápices de colores según su tamaño, entonces agrupamos por un lado a los más chicos y por el otro a los de mayor tamaño. Por lo tanto, juntamos los que son parecidos en base a un criterio: el

El sistema digestivo. Órganos y glándulas anexas.

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tamaño. Ese es un criterio de clasificación elegido, pero podría ser también el color, la forma, la utilidad, etc., tantos criterios como a la persona que clasifica le interese. Ahora bien, no es lo mismo clasificar lápices que seres vivos. ¿Cómo utilizarían los conocimientos que tienen acerca de los seres vivos para clasificarlos en categorías? ¿Podrían incluir a las ballenas, los delfines y los tiburones en el mismo grupo? Es útil clasificar a los seres vivos y nombrarlos, ya que eso permite ordenar la diversidad, reconocerla y estudiarla. Para realizar esta tarea es imprescindible conocer las características de los seres vivos, y encontrar criterios para agruparlos. En el caso de las ballenas, los delfines y los tiburones, el criterio propuesto podría ser correcto si tomamos en cuenta como criterio de clasificación el medio en que viven. Pero, si queremos considerar el parentesco evolutivo de estos seres vivos, no sería correcto incluirlos en el mismo grupo. Pero, no siempre se supo que los organismos tienen una historia evolutiva en común, por lo tanto, los criterios de clasificación fueron cambiando a medida que se conoció más acerca de los seres vivos. Los criterios de clasificación La historia de las clasificaciones se remonta a Grecia antigua. El filósofo Aristóteles, en el siglo IV A.C. clasificó a los seres vivos en animales y vegetales. San Agustín, ocho siglos después, catalogó a los animales en tres categorías: útiles, dañinos y superfluos. No fue hasta el siglo XVIII que, mediante los avances científicos y tecnológicos (como la invención del microscopio) se utilizaron otros criterios biológicos para clasificarlos. En el siglo XVIII, el naturalista sueco Carl Linneo, propuso otro criterio de clasificación basado en la semejanza de estructuras que poseen los seres vivos entre sí. Este sistema divide a los organismos por categorías ordenadas jerárquicamente, desde lo más amplio a lo más específico, o sea, del grado de menor semejanza hasta el grado de mayor semejanza en las estructuras. Es así que cada ser vivo que se descubre se trata de clasificar en base a 7 categorías ordenadas jerárquicamente. Estas categorías son de la más amplia a la más específica: Reino, Filo (o División), Clase, Orden, Familia, Género y Especie. Es así que creó el Sistema Binomial para designar a los seres vivos. El sistema binomial (“dos nombres”) se refiere al Género y la Especie; sería como el apellido y el nombre. El género (apellido) abarca a varios integrantes, mientras que, al agregar el nombre se identifica exactamente de qué especie se trata.

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Utilizando estos criterios de semejanzas, en 1969, el investigador Robert Whittaker propuso agrupar a los seres vivos en cinco reinos: Mónera, Protista, Fungi, Vegetal y Animal. El Reino Monera está integrado por organismos unicelulares, procariotas como las bacterias. El Reino Protista, lo componen seres vivos unicelulares, eucariotas, como la Ameba. El Reino Fungi, está compuesto por individuos uni y pluricelulares, eucariotas, como las levaduras. El Reino Vegetal está formado por seres pluricelulares, con células eucariotas vegetales, como los árboles, y el Reino Animal, está compuesto por organismos pluricelulares, cuyas células son eucariotas, como las lombrices. Estas clasificaciones no son naturales. Son categorías que utiliza el hombre para agrupar a los seres vivos para estudiarlos. Los taxónomos, que se ocupan de clasificar a los seres vivos, analizan no solo el aspecto externo del organismo, sino también su estructura interna, y su desarrollo embrionario. Actualmente, con los conocimientos que aportan las diferentes ramas de la ciencia, la clasificación incluye un criterio evolutivo, se busca los antecesores que tiene cada especie en la historia de la evolución, registros fósiles, se estudia la composición molecular y genética de ese ser vivo para encontrar su lugar en la evolución. Hace algunos años, algunos investigadores propusieron un grupo más: Archaebacteria. Se trata de organismos que se cree que derivan de los seres vivos más primitivos que aparecieron en la Tierra. Es posible incluir en este grupo a aquellas bacterias que viven en aguas muy saladas, en volcanes, en glaciares, y en todo tipo de ambientes donde sería inimaginable la vida y que se las denomina extremófilas.

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ACTIVIDADES

1. Ubiquen en el esquema el nivel de organización al que corresponden los siguientes términos: sangre, óvulo, mitocondria, piel, proteína, Escherichia coli, flor, núcleo celular, glóbulo blanco, elemento carbono, agua, bacteria, levadura.

2. Cuando el núcleo de una Ameba (organismo unicelular eucariota, perteneciente al Reino Protista), se extrae, la ameba no crece y muere al cabo de unos pocos días. Analicen y comparen este resultado con el obtenido en el experimento que realizó Hammerling. ¿Qué conclusiones pueden sacar de esto? ¿Por qué la ameba no creció más

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y murió al poco tiempo? ¿Por qué creen que se utilizó un organismo unicelular para esta experiencia y para el experimento que realizó Hammerling y no uno pluricelular? 3. La siguiente imagen está representando al alga Spirogyra, perteneciente al Reino Vegetal. Si bien cada una de sus células que son muy similares entre sí, cumplen con todas sus funciones vitales y, al dividirse, quedan unidas unas a las otras, formando largos filamentos que es posible observar a simple vista en un charco de agua dulce. Comparten sus funciones por el bien de la colonia. En la imagen se puede observar que los cloroplastos de Spirogyra, donde se realiza la fotosíntesis, tienen forma espiralada. En base a lo trabajado en el texto y a esta imagen, respondan: 1) ¿Qué tipo de colonia es Spirogyra, homomorfa o heteromorfa? 2) ¿Por qué piensan que es de color verde? 3) Comparen a Spirogyra y a Volvox (en el texto). ¿Qué colonia puede ser considerada más

compleja en términos evolutivos: aquella que tiene células que se especializan o aquella cuyas células cumplen todas la misma función?

4. Analicen el siguiente esquema y respondan a las preguntas:

Imágenes representan la riqueza de la diversidad biológica de la Tierra.

Imagen de un alga Spirogyra en la que se puede observar el cloroplasto espiralado y las uniones entre las células.

Unión entre las células Imagen de un alga Spirogyra en la que se puede observar el cloroplasto espiralado y las uniones entre las células.

Cloroplasto espiralado Imagen de un alga Spirogyra en la que se puede observar el cloroplasto espiralado y las uniones entre las células.

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1) ¿Cómo interpretan las proporciones de tamaño entre las diferentes especies, es decir, por qué creen que el insecto es de mayor tamaño que el árbol? Comparen las relaciones de tamaño de las diferentes especies entre si. 2) ¿Qué datos pueden extraer de este esquema acerca de la biodiversidad de la Tierra? 3) ¿El hombre está representado en este esquema? ¿Dónde? 4) ¿Qué tipo de organismos se representan en relación al número de células que poseen? 5) Si se incluyera a los microorganismos en este esquema, qué tamaño creen que deberían tener, o en qué lado de la línea los colocarían? Justifiquen su respuesta. 5. Clasificándonos a nosotros mismos. Deben completar el texto con los términos que faltan en base a las características mencionadas. Al terminar tendrán la clasificación del ser humano, y nuestro nombre como especie. Si nuestro organismo está compuesto por células con un núcleo definido, entonces son células __________. Si estas células no tienen cloroplastos, entonces son células ________ y nuestro tipo de alimentación es __________. Si tenemos más de una célula, entonces somos _____________. Dadas esas características, podemos decir que pertenecemos al reino _________. Pero, ¿qué tipo de animales somos? Si tuvimos cuando éramos embriones, un esqueleto cartilaginoso y tenemos una columna vertebral, entonces somos __________. Entre los Vertebrados hay peces, anfibios, reptiles, aves y mamíferos. Si podemos mantener nuestra temperatura corporal constante (que en el caso de los humanos es de 36 grados Celsius aproximadamente), entonces somos o aves o mamíferos. Como no tenemos plumas y si poseemos pelos y dientes y si somos hembras podemos amamantar a nuestros hijos, entonces somos ___________. Si no nacimos a partir de un huevo y nuestra madre no nos cargó y amamantó dentro de una bolsa, entonces somos mamíferos ___________ y crecimos dentro del útero materno recibiendo todas las sustancias necesarias a través de la placenta. Como tenemos la capacidad de oponer los dedos de la mano, nuestros ojos están ubicados al frente, tenemos uñas planas, entonces somos __________, categoría que compartimos con los monos, simios, y otros seres vivos similares. Tenemos una postura erecta, extremidades inferiores más largas que las superiores, no mucho pelo corporal, entonces pertenecemos a la Familia _________. Esta familia tiene un solo Género viviente y una sola especie: _______ ________ que somos nosotros.