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MÓDULO COMPLEMENTARIO DE
SINTESIS
Electivo Biología I
Contenido
Bioquímica de los Ácidos Nucleicos ............................................................................................................................... 3
Ácido Desoxiribonucleico - ADN ................................................................................................................................ 3
Principios de Ingeniería Genética .............................................................................................................................. 4
Reacción en Cadena Polimerasa (PCR). .................................................................................................................. 4
Tecnología del ADN Recombinante. ....................................................................................................................... 4
Ensayo de Inmunoabsorción Asociado a Enzimas (Elisa) ....................................................................................... 4
Electroforesis .......................................................................................................................................................... 4
Replicación de ADN .................................................................................................................................................... 5
Transcripción del ADN................................................................................................................................................ 5
Sistema Inmunológico.................................................................................................................................................... 9
COMPONENTES DEL SISTEMA INMUNE ................................................................................................................. 9
EL SISTEMA INMUNE Y LAS ENFERMEDADES DE INMUNODEFICIENCIA PRIMARIAS .......................................... 12
Evolución ...................................................................................................................................................................... 13
Historia de la Evolución............................................................................................................................................ 13
Especiación............................................................................................................................................................... 15
LA HIPÓTESIS NEODARWINISTA ........................................................................................................................... 15
TIPOS DE ESPECIACIÓN ......................................................................................................................................... 16
Organismo y Ambiente: interacciones entre organismos ....................................................................................... 18
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Material de Apoyo PSU Electivo Biología.
Bioquímica de los Ácidos Nucleicos
Los ácidos nucleicos están compuestos químicamente por los elementos Carbono (C), Hidrogeno (H),
Oxígeno (O), Nitrógeno (N) y Fosforo (P).
Los ácidos nucleicos mas conocidos son el ADN, ARN, ATP, AMP, NADP, NADPH, FADH y otros intermediarios de
ciclos biológicos.
Ácido Desoxiribonucleico - ADN
Se encuentra formado por un azucar de cinco carbonos (Pentosa) llamada desoxirribosa, un grupo fosfato (PO 4 )
y una base nitrogenada (Adenina, Timina, Guanina y Citosina).
Corresponde a una doble hélice Dextrógira, cuyos enlaces horizontales entre bases nitrogenadas corresponden a
puentes de hidrógeno mientras que los verticales (5´ --> 3´) corresponden a enlaces Fosfodiester.
La Adenina se Asocia con la Timina a través de un doble puente de hidrógeno. La
Citosina se asocia con la Guanina a través de un triple puente de hidrógeno.
Podemos encontrar ADN en:
- Nucleos Eucariontes
- Nucleoide Procarionte
- Plásmidos Procariontes
- Mitocondrias y Cloroplastos.
- Virus.
Se dice que el ADN es una molécula Dinámica, dado que puede cambiar su nivel de condensación y puede
verse alterado su sentido de giro. A raíz de esto se distinguen 3 tipos de ADN:
- ADN A = ADN condensado. Presente cuando hay baja concentración de agua (Dextrógira)
- ADN B = ADN estandar.
- ADN Z = ADN atípico (Laxo y levogiro). Ocasionalmente al centro de ADN B donde existen muchas secuencias GC que afectan el sentido de giro.
Actualmente se acepta el modelo de Watson y Crick cuyas bases son:
- 4 bases nitrogenadas coexistentes.
- 2 cadenas antiparalelas.
- Las cadenas están unidas por puentes de hidrógeno entre las bases nitrogenadas.
- El sentido de giro es Dextrógiro.
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Las ventajas biológicas del modelo de Watson y Crick:
- Equilibrio químico/físico de las Bases Nitrogenadas.
- Optimización de replicación.
- Eficiente forma de preservar la secuencia genética.
Principios de Ingeniería Genética
La ingeniería genética corresponde al área de la ciencia capaz de generar modificaciones en el ADN. Dentro de
estas técnicas encontramos:
- Reacción en Cadena Polimerasa (PCR).
- Tecnología de ADN Recombinante.
- Ensayo de Inmunoabsorcion Asociado a Enzimas (ELISA)
- Electroforesis.
Reacción en Cadena Polimerasa (PCR).
Busca el incremento de la cantidad de ADN con la cual los científicos pretenden trabajar.
Para su aplicación se requiere de una muestra de ADN, un pool de replicación de ADN (nucleotidos, enzimas y
primers) y control de temperatura.
El proceso se desarrolla desnaturalizando la hebra de ADN, las ADN polimerasas replican dicha cadena de ADN,
luego se vuelven a desnaturalizar las hebras y de esa forma continúa el ciclo.
Tecnología del ADN Recombinante.
Corresponde a un ADN "Artificial" sintetizado in vitro. Contiene secuencias de dos o mas especies
diferentes. Su objetivo es asignar nuevas características a un determinado organismo.
Las proteínas sintetizadas por las secuencias "artificiales" son llamadas "Proteínas Recombinantes".
Se toma ADN de una fuente cuyas características se quieren reproducir y se amplifica a través de PCR, luego de
transfiere a través de "vectores", principalmente virus. Las ventajas que se han obtenido a través de esta técnica
son los productos Transgénicos ( sujetos a amplio debate actualmente, como los tomates larga vida, ciruela
europea resistentes a plagas, etc. ) e Insulina de uso médico se puede sintetizar a través de esta técnica.
Ensayo de Inmunoabsorción Asociado a Enzimas (Elisa)
corresponde a una técnica altamente utilizada en ciencias médicas a través de diagnóstico directo
(antígenos) o indirectos (anticuerpos) de enfermedades.
Usa anticuerpos ligados a una enzima la cual altera el color de la solución en la que
haya. 1°) Se conjuga un anticuerpo con una enzima específica.
2°) Se agrega el anticuerpo a los pocillos con solución antigénica (directo) o anticuerpos (indirecto)
3°) Se forman capas de inmunocomplejos (antígeno+anticuerpo-antígeno+anticuerpo marcado por
enzima) 4°) Se agrega el sustrato enzimático para ver si hay reacción.
Electroforesis
Se basa en la movilidad eléctrica de biomoléculas en un gel. Se emplea luego de PCR para determinar
similitud molecular.
Dependiendo del peso molecular de la biomoléculas analizada, la marca se desplaza hasta cierto nivel del gel
otorgando un resultado característico.
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Replicación de ADN
El proceso de replicación del ADN corresponde al conjunto de etapas y procesos que permiten que la doble
hélice sea autocopiada.
Nombre de la Enzima
Función
ADN Polimerasa I
Elimina primer (exonucleasa) y actividad de síntesis de
ADN (endonucleasas) 5'--> 3'
ADN Polimerasa II
Eliminación de nucleotidos mal posicionados y adición de
nucleotidos correctos.
ADN Polimerasa III
Polimerisa una hebra de ADN nueva en sentido 5'-->3'. Se
clasifica como la principal polimerasa.
ADN ligasa
Sintetiza los enlaces 5'-->3' fosfodiester entre los
fragmentos de Okazaki de la cadena discontinua.
Topoisomerasa (o girasa)
Desenrolla el ADN.
Helicasa
Rompe los enlaces de hidrogeno del ADN abriendo la
hebra.
ARN Primasa
Sintetiza un primer (ARN Cebador) en el sitio de iniciación
de la síntesis.
SSBP (Single Stand DNA Binding Proteins)
Proteínas que se unen a las cadenas abiertas del ADN para
mantenerlo separado.
La replicación del ADN se divide en tres etapas:
- Iniciación = Actúan las topoisomerasas, helicasas y SSBP.
- Elongación = ADN polimerasa identifica el primer y comienza la replicación 5'-->3', ADN polimerasa I retira el
primer y se sintetiza ADN. La ADN Ligasa sella las uniones de fragmentos de ADN y ADN polimerasa II busca
errores y repara. ADN Ligasa une los Fragmentos de Okazaki de la cadena discontinua.
- Terminación = se liberan las enzimas del pool (Replisoma).
Transcripción del ADN
Corresponde al proceso a través del cual una hebra de ADN es copiada a ARN mensajero (ARNm)
ADN --> ARN --> PROTEINAS
ARN es una estructura basada en nucleotidos de carácter lineal, formado por Adenina, Citosina, Guanina y
Uracilo + pentosa (ribosa) + grupo fosfato. Se encuentra principalmente en el citoplasma celular y existen al
menos 20 tipos diferentes de ARN.
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El ARNm es líneal, en extremo 5' tiene una zona CAP (7-metil-guanosina), determina la secuencia en que se ordenarán los
aminoácidos. Es sintetizado en el núcleo celular a partir del ADN y luego pasa al citoplasma para que sea "leído" por los
ribosomas. Las expresiones del ADN copiadas en ARN son llamadas "Codones" y codifican para un aminoácido en particular.
El ARN no contiene secuencias no codificantes ya que estas son extraídas en el proceso de Splicing.
A la secuencia de 3 nucleotidos que sintetizan un aminoácido se le conoce como Triplete. Cada aminoácido está
determinado por mas de un triplete por lo que se dice que "el código genético es degenerado", a esta condición
se le considera prueba del origen común y al "Código genético como Universal". Debido a la posibilidad de
combinatoria de tres bases nitrogenadas se obtienen los 64 aminoácidos de los cuales 61 codifican para
aminoácidos y 3 indican inicio/término de sintesis.
ARN polimerasas(ARNpol) que utilizan como molde una cadena de ADN.Las ARNpol recorren la cadena de ADN en
sentido 3`5`y añaden los nucleótidos complementarios a los de la cadena de ADN que se transcribe.
La ARN polimerasa empareja A,C,G y T del ADN con A,C,G y U de la cadena de ARN que va creciendo.. Así la secuencia de
bases del ARN es complementaria a la secuencia de la cadena codificadora e igual a la secuencia de la cadena estabiliza dora
del ADN, cambiando T por U.La molécula de ARN crece en sentido 5`3`,pues añaden los ribonucleótidos en el extremo 3`OH
libre de la cadena naciente.Cada vez que se añade un nucleótido trifosfato (NTP), el extremo 5` del nucleótido se une al 3`libre
de la cadena que se está formando mediante un enlace fosfodiéster y se libera un irofosfato. La transcripción es asimétrica:
solamente se trascribe para cada gen una de las dos cadenas del ADN. La cadena trascrita se llama codificadora, y la cadena
de ADN que no se transcribe se denomina estabilizadora. En los organismos eucariotas, para cada gen, solamente se
transcribe una cadena de ADN (la codificadora), deforma que genes distintos del mismo cromosoma pueden utilizar como
codificadora una cadena diferente a la de otros genes.
TRANSCRIPCIÓN EN PROCARIOTAS
En bacterias existe solamente una ARN polimerasa que sintetiza todos los tipos de ARN. La ARN
polimerasa de E. coli está formada por varios polipéptidos: dos α, uno β, otro β`.
Además la enzima completa u holoenzima tiene el factor ∂ (sigma) necesario para iniciar la transcripción, aunque
una vez inicia da la transcripción se libera y el núcleo central prosigue con la elongación del ARN. En la
transcripción se distinguen tres etapas: iniciación, elongación y terminación.
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1.INICIACIÓN
En el ADN existen unas secuencias llamadas promotoras donde se inicia la transcripición. Para que se inicie la
transcripción, el factor ∂ debe estar unido al núcleo central de la ARN polimerasa, porque es el responsable de la
enzima reconozca al promotor y se una a él. A continuación comienza a separar las dos cadenas de ADN y
comienza la transcripción.
La actividad de los promotores puede modificarse por la presencia de otras secuencias, que suelen estar cercad de
las promotoras y pueden ser estimuladoras (aumentan la tasa de transcripción) o atenuadoras (que disminuyen la
tasa de transcripción).
2.ELONGACIÓN
Una vez iniciada las transcripción, el factor sigma se suelta y el núcleo central de la ARN polimerasa comienza a
sintetizar ARN en el sentido 5`3` a partir de los ribonucleótidos trifosfato libres. A la vez, la región del ADN que se
está transcribiendo se va desenrollando.
3.TERMINACIÓN
La terminación en la transcripción en E.coli puede deberse a:
Unas secuencias terminadoras que por autoapareamiento forman un lazo en el ARN, que es una señal para
que el ARN polimerasa se separe del ADN y termine la transcripción (figura izquierda)
El factor proteico rho (ρ), que reconoce una secuencia específica del ARN y se une a ella para tirar del
ARN y soltarlo de la ARN polimerasa (figura derecha).
En bacterias muchas veces los ARNm son policistrónicos (también llamados poligénicos), es decir, un solo ARNm contiene la
información para la síntesis de varios polipéptidos distintos que suelen estar sometidos al mismo control.
El grupo de genes que codifica a esos polipéptidos se denomina operón.
TRANSCRIPCIÓN EN EUCARIOTAS
Es más compleja que en eucariotas, pues además de que el ADN está unido a histonas, intervienen varias ARN
polimerasas y numerosas proteínas reguladoras denominadas factores de transcripción.
La ARN polimerasa de eucariotas son bastante más complejas que las de E.coli y se encargan de
sintetizar los distintos tipos de ARN:
La ARN polimerasa I sintetiza los precursores del ARN ribosómico (ARNr). La
ARN polimerasa II sintetiza el ARN heterogéneo nuclear (ARNhn).
La ARN polimerasa III sintetiza los precursores del ARN transferentes (ARNt) y el ARN 5S de la subunidad grande
del ribosoma.
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La iniciación de la transcripción también es más compleja y depende de la presencia de factores de transcripción
que interaccionan con las ARN polimerasas para iniciar el proceso. La terminación de la transcripción también es
más compleja que en procariotas. En eucariotas los ARNm son monocistrónicos(o monogénicos), de manera que
un ARNm contiene información para sintetizar un solo polipéptido.
PROCESAMIENTO O MADURACIÓN DEL ARN
Se refiere a las modificaciones que sufren los ARN después de sintetizarse. Es diferente en procariotas y en eucariotas:
MADURACIÓN DEL ARN EN PROCARIOTAS
Sólo maduran los ARN precursores de los ARN ribosómicos y transferentes. Los ARNm no sufren proceso de
maduración; según se transcriben, se les unen los ribosomas y se van traduciendo.
MADURACIÓN DEL ARN EN EUCARIOTAS
En eucariotas maduran todos los ARN. El procesamiento de los ARNr es más complejo y consiste en:
Adición en el extremo 5`una caperuza de metilguanisina que evita su degradación.
Adición en el extremo 3`una cola de poliA (formada por entre 100 y 200 ribonucleótidos de adenina) que también
evita su degradación. Eliminación de intrones, es decir, elementos del ARNhn que no se traducen. Las regiones que
se traducen se denominan exones. En diferentes tejidos de un mismo individuo, o en el mismo tejido en diferentes
momentos del desarrollo, se puede producir un procesamiento distinto del mismo ARNhn, y por eso, en cada
tejido o momento del desarrollo se produce un ARNm maduro diferente que origina un polipéptido distinto. Por
ejemplo, en el tiroides y en el hipotálamo el mismo ARNhn da lugar, con procesamientos diferentes, al péptido
calcitonina en el tiroides y al péptido CGRP en el hipotálamo.
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Sistema Inmunológico
El sistema inmune se compone de una variedad de diferentes tipos de células y proteínas.
Cada componente cumple con una tarea especial dirigida a reconocer y/o reaccionar contra material extraño.
EL SISTEMA INMUNE NORMAL LOS PRINCIPALES ÓRGANOS DEL SISTEMA
INMUNE A.
Timo:
El timo es un órgano localizado en la parte superior de la cavidad torácica. Linfocitos inmaduros salen de la médula
ósea y buscan su camino al timo en dónde son instruidos para convertirse en linfocitos T maduros.
B.
Hígado: El hígado es el principal órgano responsable de sintetizar proteínas del sistema complemento. Además,
contiene un gran número de células fagocíticas las cuales ingieren bacterias de la sangre mientras ésta pasa por el
hígado.
C.
Médula Ósea: La médula ósea es el lugar en el que todas las células del sistema inmune comienzan su desarrollo a
partir de células madre primitivas.
D.
Amígdalas: Las amígdalas son un conjunto de linfocitos en la
garganta. E.
Ganglios linfáticos: Los ganglios linfáticos son un conjunto de linfocitos B y linfocitos T a lo largo del
cuerpo. Los ganglios linfáticos son uno de los principales sitios de formación de anticuerpos.
F.
Bazo: El bazo es un conjunto de linfocitos T, linfocitos B y monocitos localizado en el torrente
sanguíneo. G.
Sangre: La sangre es el sistema circulatorio que lleva células y proteínas del sistema inmune de una parte del
cuerpo a otra.
COMPONENTES DEL SISTEMA INMUNE
El sistema inmune está compuesto por una variedad de diferentes tipos de células y proteínas. Cada componente
realiza una tarea especial dirigida a reconocer material extraño (antígenos) y/o reaccionar contra material extraño.
Para algunos componentes, el reconocer el material como extraño al cuerpo es su principal y única función. Otros
componentes funcionan principalmente para reaccionar contra el material extraño.
Mientras que otros componentes funcionan tanto para reconocer como para reaccionar contra antígenos extraños.
Dado que las funciones del sistema inmune son críticas para la supervivencia, algunas de ellas pueden ser
realizadas por más de un componente del sistema. Esta redundancia actúa como un mecanismo de respaldo. Por lo
tanto, si un componente del sistema completo falta o no funciona bien otro componente puede asumir
parcialmente por lo menos algunas de sus funciones. Los principales componentes del sistema inmune son:
Linfocitos B
Linfocitos T
Fagocitos
Complemento
LINFOCITOS B: Los linfocitos B (algunas veces llamados células B) son células especializadas del sistema inmune cuya principal
función es la de producir anticuerpos (también llamados inmunoglobulinas o gammaglobulinas). Los linfocitos B se desarrollan
de células primitivas (células madre) en la médula ósea (ver lámina IV). Una vez maduros, los linfocitos B pueden ser
encontrados en la médula ósea, ganglios linfáticos, bazo, algunas partes del intestino, y en menor proporción en el torrente
sanguíneo. Cuando los linfocitos B son estimulados por algún material extraño (antígenos),
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responden madurando en otro tipo de célula llamado células plasmáticas. Las células plasmáticas son las células maduras que
en efecto producen los anticuerpos. Los anticuerpos, el principal producto de las células plasma, buscan su camino al torrente
sanguíneo, tejidos, secreciones respiratorias, secreciones intestinales, e incluso lágrimas.
Los anticuerpos son moléculas proteínicas del suero altamente especializadas. Para cada antígeno extraño, hay moléculas de
anticuerpos diseñados específicamente para dicho antígeno. Tal cómo una llave y una cerradura, existen moléculas de
anticuerpos que encajan en el virus de polio, otras están dirigidas específicamente a la bacteria que causa la difteria, y algunas
otras que igualan con el virus del sarampión. La variedad de distintas moléculas de anticuerpos es tan extensa que los
linfocitos B tienen la habilidad de producirlas contra virtualmente cualquier microorganismo posible en nuestro entorno.
Cuando las moléculas de anticuerpos reconocen a los microorganismos como extraños, se adhieren físicamente al
microorganismo y desatan una compleja cadena de reacciones que involucran a otros componentes del sistema inmune
(véase Lámina II) que eventualmente destruye al microorganismo. Los nombres químicos de las proteínas de anticuerpos son
“inmunoglobulina” o “gammaglobulina”. Los anticuerpos varían de molécula a molécula con respecto a cuales
microorganismos se unan. Pueden también variar con respecto a sus funciones especializadas en el cuerpo (véase Lámina III).
Este tipo de variación en cuanto a las funciones especializadases determinada por la estructura química del anticuerpo, la cual
a su vez determina la clase del anticuerpo (o inmunoglobulina). Existen 4 tipos principales de anticuerpos o inmunoglobulinas:
Inmunoglobulina G (IgG)
Inmunoglobulina A (IgA)
Inmunoglobulina M (IgM)
Inmunoglobulina E (IgE)
Cada clase de inmunoglobulina tiene características químicas especiales que le proporcionan ventajas específicas.
Por ejemplo, los anticuerpos en la fracción IgG se forman en grandes cantidades, su duración es mayor a un mes y
viajan a través del torrente sanguíneo a los tejidos con facilidad. La clase IgG es la única clase de inmunoglobulinas
que atraviesa la placenta y lleva la inmunidad de la madre al recién nacido.
Los anticuerpos de la fracción IgA son producidos cerca de las membranas mucosas y buscan su camino dentro de secreciones
tales como lágrimas, saliva, bilis y moco, donde protegen contra infecciones del tracto respiratorio y los intestinos. Los
anticuerpos de la clase IgM son los primeros anticuerpos formados en respuesta a infecciones. Por l o anterior, son muy
importantes para proteger durante los días tempranos de una infección. Los anticuerpos de la clase IgE son responsables ante
reacciones alérgicas. Los anticuerpos protegen al portador contra infecciones de varias maneras. Por ejemplo, algunos
microorganismos, tales como los virus, deben adherirse a las células del cuerpo antes de poder causar alguna infección, pero
al unirse el anticuerpo a la superficie del virus puede interferir con la habilidad de
l virus de adherirse a la célula huésped. Además la adhesión del anticuerpo a la superficie de algunos
microorganismos puede provocar la activación de un grupo de proteínas llamadas sistema complemento que mata
directamente bacterias o virus. Las bacterias cubiertas por anticuerpos son también mucho más fáciles de ser
ingeridas y destruidas por los fagocitos (ver a continuación) que aquellas bacterias que no se encuentran cubiertas
por anticuerpos. Todas estas acciones de los anticuerpos previenen que los microorganismos tengan éxito al invadi
r los tejidos corporales y provoquen infecciones serias.
LINFOCITOS T: Los linfocitos T ( en ocasiones llamados células T) son otro tipo de células inmunes. Los linfocitos T no producen
moléculas de anticuerpos. Las tareas especializadas de los linfocitos T son: (1) atacar directamente antígenos extraños tales
como virus, hongos o tejidos transplantados, y (2) actuar como reguladores del sistema inmune. Los linfocitos T se desarrollan
a partir de células madre en la médula ósea. Desde muy temprano en la vida fetal, las células inmaduras emigran al timo, un
órgano especializado del sistema inmune en la cavidad torácica. Dentro del timo, los linfocitos inmaduros se desarrollan en
linfocitos T maduros (la “T” proviene de Timo). El timo es esencial en este proceso, y los linfocitos T no pueden desarrollarse si
el feto no tuviera timo. Los linfocitos T maduros dejan el timo para poblar otros órganos del sistema inmune, tales como el
bazo, los ganglios linfáticos, la médula ósea y la sangre. Cada linfocito T reacciona con un antígeno específico, así como cada
molécula de anticuerpo reacciona con un antígeno específico. De hecho, los linfocitos T tienen moléculas en sus superficies
que son parecidas a los anticuerpos y
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reconocen a los antígenos. La variedad de los distintos linfocitos T es tan extensa que el cuerpo tiene linfocitos T que pueden
reaccionar virtualmente contra cualquier antígeno. Los linfocitos T varían también de acuerdo a sus funciones.
Existen (1) linfocitos T “asesinos” o “efectores”, (2) linfocitos T “ayudantes”, y (3) linfocitos T “supresores”. Cada uno tiene
una tarea que cumplir en el sistema inmune. Los linfocitos T efectores son los que llevan a cabo la destrucción del
microorganismo invasor. Estos protegen al cuerpo de ciertas bacterias y virus que tienen la habilidad de sobrevivir e incluso
reproducirse dentro de las células del cuerpo. Los linfocitos T efectores responden también a tejidos extraños al cuerpo, tales
como un riñón transplantado. Estos emigran al sitio en donde exista una infección o tejido transplantado. Una vez que se
encuentran ahí, la célula efectora se dirige directamente a su blanco y lo destruye. Los linfocitos T ayudantes, asisten a los
linfocitos B en producir anticuerpos y asisten a los linfocitos T efectores en su ataque a sustancias extrañas. Los linfocitos T
ayudantes “ayudan” o aumenta la función de los linfocitos-B, provocando que estos produzcan más anticuerpos más
rápidamente y a cambiar de la producción de IgM a IgG y a IgA.
Los linfocitos T supresores, suprimen o apagan a los linfocitos T ayudantes. Sin las células supresoras, el sistema inmune
seguiría trabajando aún cuando una infección haya sido curada y exagerarían la reacción ante la infección. Juntos, los
linfocitos ayudantes y supresores actúan como el termostato del sistema de linfocitos lo que le permite funcionar
lo suficiente - ni demasiado ni muy poco. FAGOCITOS: Los fagocitos son células especializadas del sistema inmune cuya
principal función es la de ingerir y destruir microorganismos. Estas células, como algunas otras en el sistema inmune, se
desarrollan a partir de células madre en la médula ósea. Habiendo madurado, emigran a todos los tejidos del cuerpo, pero
son especialmente prominentes en el torrente sanguíneo, bazo, hígado, ganglios linfáticos y pulmones.
Hay diversos tipos de fagocitos. Leucocitos polimorfonucleares (neutrófilos o granulocitos) que son encontrados en el
torrente sanguíneo y pueden emigrar a sitios de infección en cuestión de minutos. Son estas células fagocíticas las que
aumentan en número en el torrente sanguíneo durante una infección y son en gran parte responsables por un recuento
elevado de glóbulos blancos en la sangre cuando existe una infección. Son también los fagocitos los que dejan el torrent e
sanguíneo y se acumulan en los tejidos durante las primeras horas de la infección, y son responsables por la formación de
“pus”. Los monocitos, otro tipo de células fagocíticas, se encuentran también circulando en el torrente sanguíneo. Estos
también forran las paredes de los vasos sanguíneos en órganos como el hígado y bazo. Aquí capturan microorganismos
mientras pasan por la sangre. Cuando los monocitos dejan el torrente sanguíneo y entran a los tejidos, estos cambian en
forma y tamaño y se convierten en macrófagos. Las células fagocíticas cumplen un número de funciones críticas en la defensa
del cuerpo contra infecciones. Tienen la habilidad de dejar el torrente sanguíneo y moverse dentro de los tejidos hacia el lugar
de la infección. Una vez que se encuentran en el lugar de la infección, ingieren al microorganismo invasor. La ingestión del
microorganismo por las células facocíticas se vuelve más fácil cuando los microorganismos se encuentran cubiertos ya sea por
el anticuerpo, por el complemento o por ambos. Habiendo ingerido al microorganismo, el fagocito inicia una serie de
reacciones químicas dentro de la célula, lo
cual resulta en la muerte del microorganismo.
COMPLEMENTO: El sistema complemento se compone de 18 proteínas del suero, que funcionan de una manera
ordenada e integrada para defender contra infecciones y producir inflamación. Algunas proteínas en el sistema
complemento se producen en el hígado, mientras que ciertas células fagocíticas, los macrófagos, producen otras.
Los componentes complementos deben ser convertidos de formas inactivas a formas activas para así poder ejercer
sus funciones de protección. En algunos casos, los microorganismos deben combinarse primero con anticuerpos
para poder activar al complemento. En otras ocasiones, los microorganismos pueden activar complementos sin la
necesidad de un anticuerpo. Tal como se menciona anteriormente, una de las proteínas del sistema complemento
cubre a los microorganismos para hacerlos más fáciles de ingerir por las células fagocíticas. Otros componentes del
complemento actúan enviando señales químicas para atraer células fagocíticas al lugar de la infección. Cuando el
sistema completo se encuentra armado en la superficie de algunos microorganismos, se crea un complejo que
puede perforar al microorganismo y hacerlo explotar.
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EL SISTEMA INMUNE Y LAS ENFERMEDADES DE INMUNODEFICIENCIA PRIMARIAS
Cuando parte del sistema inmune se encuentra ya sea ausente o alguna de sus funciones impedidas, puede
resultar una enfermedad de inmunodeficiencia. Una enfermedad de inmunodeficiencia puede ser causada ya sea
por un defecto intrínseco (innato) en las células del sistema inmune, o por que algún factor o agente ambiental
extrínseco dañe el sistema inmune. En el primer caso, la enfermedad de inmunodeficiencia es una enfermedad de
inmunodeficiencia primaria. Cuando el daño es causado por una fuerza extrínseca, tal como un factor o agente
ambiental, esta será llamada enfermedad de inmunodeficiencia secundaria. Por ejemplo, el SIDA es una
enfermedad de inmunodeficiencia secundaria causada por el virus VIH. Las enfermedades de inmunodeficiencia
secundaria pueden también ser causadas por radiación, quimioterapia, desnutrición y quemaduras. Las
enfermedades de inmunodeficiencia secundarias no están descritas en este libro.
Las Enfermedades de Inmunodeficiencia Primarias son un grupo de trastornos causados por defectos básicos en la
función inmune que son intrínsecas a, o inherentes en, las células y tejidos del sistema inmune.
Existen cerca de 100 enfermedades de inmunodeficiencia primarias. Algunas son relativamente comunes, mientras que otras
son relativamente raras. Aunque existen algunas que afectan una sola célula o proteína del sistema inmune, otras pueden
afectar a más de un componente del sistema inmune. Aún cuando las enfermedades de inmunodeficiencia primarias pueden
diferir unas de otras en varias formas, comparten una característica en común. Todas resultan de un defecto en una de las
funciones del sistema inmune normal. Las inmunodeficiencias primarias resultan de defectos en los linfocitos T, linfocitos B,
células fagocíticas o del sistema complemento. La mayoría de estas son enferme dades heredadas y pueden venir de familia,
tal como la agammaglobulinemia ligada al X (XLA) o la Inmunodeficiencia Combinada Severa (SCID). Otras inmunodeficiencias
primarias, tales como la Inmunodeficiencia Común Variable (CVID) y la Deficiencia Selectiva de IgA parecen no ser heredadas
en forma clara y predecible. En estos trastornos la causa es desconocida pero la interacción de factores genéticos y
ambientales pueden jugar un rol en su causalidad.
Ya que una de las funciones más importantes del sistema inmune normal es la de protegernos contra infecciones, es común
que los pacientes con enfermedades de inmunodeficiencia primaria tengan mayor susceptibilidad a infecciones. Esta mayor
susceptibilidad a infecciones puede incluir demasiadas infecciones, infecciones que son difíciles de eliminar, o infecciones
inusualmente graves. Las infecciones pueden ser localizadas en los senos paranasales (sinusitis), los bronquios (bronquitis),
pulmones (neumonía) o el tracto intestinal (diarrea infecciosa). Otra función del sistema inmune es la de discriminar entre el
material individual (propio) y el extraño (no propio), tales como microorganismos, polen o incluso un riñón transplantado de
otro individuo. En algunas enfermedades de inmunodeficiencia, el sistema inmune no puede discriminar entre lo “propio” y lo
“no propio”. Por lo tanto, además de una mayor susceptibilidad a infecciones, los pacientes con inmunodeficiencia pueden
tener enfermedades autoinmunes en las que su sistema inmune ataca a sus propias células o tejidos como si fueran extraños
o “no propios”. Las enfermedades de inmunodeficiencia primarias pueden presentarse en individuos de cualquier edad. Las
descripciones originales de estas enfermedades fueron en niños, pero al ir creciendo la experiencia médica, muchos
adolescentes y adultos han sido diagnosticados con enfermedades de inmunodeficiencia primarias. Esto es en parte debido al
hecho de que ciertos trastornos, tal como
la enfermedad de Inmunodeficiencia Común Variable y la Deficiencia Selectiva de Iga, pueden haber tenido su presentación
clínica inicial en la vida adulta. Pero también se debe al hecho que existe terapia efectiva para casi todos los trastornos y que
los pacientes diagnosticados en la infancia y niñez ahora alcanzan la edad adulta como miembros productivos de la sociedad.
Finalmente, en un origen se pensaba que las enfermedades de inmunodeficiencia
primarias eran muy poco comunes. Sin embargo, son más comunes de lo que originalmente se pensaba. De hecho,
la Deficiencia Selectiva de IgA, ocurre de modo tan frecuente como 1/500 individuos, lo que se traduce en un solo
país como Estados Unidos en 500,000 pacientes.
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Evolución
Historia de la Evolución
Darwin no fue el primer naturalista que afirmó que las especies se convertían en nuevas especies a lo largo del
tiempo (o, como diríamos ahora, que los seres vivos evolucionan). En el siglo XVIII, Buffon y otros naturalistas
comenzaron a plantear la idea de que era posible que los seres vivos no estuvieran establecidos desde la «creaci
ón». A finales del siglo XVIII, los paleontólogos habían hecho que crecieran las colecciones de fósiles europeas, que
ofrecían una imagen del pasado que estaba reñida con un mundo natural inmutable y, en 1801, un naturalista
francés llamado Jean Baptiste Pierre Antoine de Monet, caballero de Lamarck, dio un gran paso conceptual y
propuso una verdadera teoría de la evolución.
Lamarck comenzó su carrera científica como botánico, pero en 1793 se convirtió en uno de los profesores
fundadores del Musée National d’Histoire Naturelle, como experto en invertebrados. Clasificó gusanos, arañas,
moluscos y otros invertebrados, realizando un trabajo muy adelantado para su época.
Lamarck creía que los largos cuellos de las jirafas evolucionaban a medida que las generaciones de jirafas se
estiraban para alcanzar hojas cada vez más altas.
Cambio mediante uso y desuso
A Lamarck le llamaron la atención las similitudes entre muchos de los animales que estudiaba y también le
impresionó el creciente registro fósil. Le llevó a sostener que la vida no era fija y que, cuando el ambiente
cambiaba, los organismos tenían que cambiar su comportamiento para sobrevivir. Si comenzaban a utilizar un
órgano más de lo que lo habían hecho en el pasado, aumentaría durante su vida. Si, por ejemplo, una jirafa
estiraba el cuello para llegar a las hojas, un «fluido nervioso» fluiría hasta el cuello y lo haría más largo. Sus
descendientes heredarían el cuello más largo y el estiramiento continuado lo volvería todavía más largo con el
paso de varias generaciones. Entretanto, los órganos que los organismos dejaban de utilizar encogerían.
La tendencia de los organismos hacia la complejidad
Lamarck es famoso en la actualidad por este tipo de evolución, pero ese fue sólo uno de los dos mecanismos que
propuso. A medida que los organismos se adaptaban a su entorno, la naturaleza también los impulsaba
inexorablemente desde formas simples hacia formas cada vez más complejas. Como Buffon, Lamarck creía que la
vida había comenzado por generación espontánea, pero afirmaba que durante toda la historia de la vida surgían
nuevas formas de vida; los microbios de la actualidad eran, simplemente, «los chicos nuevos del barrio».
La evolución mediante procesos naturales
Cuvier y muchos otros naturalistas de su época atacaron a Lamarck y se mofaron de él. Aunque le cuestionaron en
el terreno científico, a muchos de ellos también les perturbaban las implicaciones teológicas de su trabajo, ya que
Lamarck proponía que toda la vida adquirió su forma actual a través de procesos naturales y no mediante
intervenciones milagrosas; esto era atroz, especialmente para los naturalistas británicos, que estaban imbuidos de
la teología natural. Ellos creían que la naturaleza era un reflejo del diseño benevolente de Dios y les parecía que
Lamarck afirmaba que era el resultado de ciegas fuerzas primarias. Lamarck murió en 1829 en la pobreza y el
anonimato, habiendo sido repudiado por la comunidad científica.
Sin embargo, la idea de la evolución no murió con él. El naturalista francés Geoffroy St. Hilaire defendería, en la década de
1820, otra versión del cambio evolutivo y el escritor británico Robert Chambers escribiría, en 1844, el best-seller sobre
evolución: Vestiges of a Natural Creation. Y, en 1859, Charles Darwin publicaría el Origen de las especies.
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Diferencias con Darwin
En muchos aspectos, el argumento central de Darwin es muy diferente del de
Lamarck. Darwin no aceptaba que hubiera una flecha señalando en una
dirección de complejidad a través de la historia de la vida. Argumentó que la
complejidad evolucionaba, sencillamente, como resultado de la adaptación de
la vida a sus condiciones locales de una generación a la siguiente. También
afirmó que las especies podían extinguirse en lugar de transformarse en formas
nuevas. Pero muchas de las pruebas de la
evolución en las que se basaba Darwin eran las mismas que utilizó Lamarck (como las estructuras vestigiales y la
selección artificial mediante la cría), y aceptaba erróneamente que los cambios adquiridos durante la vida de un
organismo podían transmitirse a sus descendientes.
La herencia lamarckiana siguió siendo popular durante el siglo XIX, en gran parte por que los científicos todavía no
entendían cómo funciona la herencia. Con el descubrimiento de los genes se abandonó casi por completo. Pero
Lamarck, a quien Darwin describió como «ese naturalista justamente célebre», sigue siendo una figura principal en
la historia de la biología por haber imaginado por primera vez el cambio evolutivo.
La genialidad de Darwin, la manera en la que volvió del revés toda la biología con la publicación del Origen de las especies
en 1859, puede dar a veces la impresión errónea de que la teoría de la evolución surgió de su mente completamente
formada y sin que hubiera ningún precedente en la historia científica. Pero, tal y como nos han mostrado los capítulos
anteriores de esta historia, la materia prima de la teoría de Darwin se conocía desde hacía decenios. Los geólogos y los
paleontólogos habían dado argumentos convincentes de que la vida existía en la Tierra desde hacía mucho tiempo, de que
había cambiado con el paso del tiempo y de que muchas especies se habían extinguido. Al mismo tiempo, los embriólogos y
otros naturalistas que estudiaban animales vivos a comienzos del siglo XIX habían descubierto, a veces sin darse cuenta,
gran parte de las mejores pruebas de la teoría de Darwin.
Ideas sobre la evolución anteriores a Darwin.
Fue la genialidad de Darwin la que nos enseñó cómo todas estas pruebas apoyaban la evolución de las especies a partir de
un antepasado común y ofreció un mecanismo plausible según el cual podría evolucionar la vida. Lamarck y otros habían
promovido teorías evolutivas, pero dependían de especulaciones para explicar precisamente cómo cambiaba la vida.
Típicamente, afirmaron que la evolución se guiaba por alguna tendencia a largo plazo. Por ejemplo, Larmarck pensaba que la
vida se esforzaba, con el paso del tiempo, por pasar desde formas simples unicelulares hasta formas complejas más
elevadas. Muchos biólogos alemanes se imaginaban que la vida evolucionaba de acuerdo a normas preestablecidas, de la
misma manera que un embrión se desarrolla en el útero. Pero, a mediados del s. XIX, Darwin y el biólogo inglés Alfred Russel
Wallace imaginaron de manera independiente una forma natural, incluso observable, en la que la vida podía cambiar: un
proceso al que Darwin llamó selección natural.
La presión del crecimiento poblacional
Es interesante que tanto Darwin como Wallace se inspiraron en la economía. Un clérigo inglés llamado Thomas Malthus
publicó, en 1797, un libro llamado Essay on the Principle of Population (Ensayo sobre el principio de la población), en el cual
advertía a sus conciudadanos ingleses de que la mayoría de las políticas diseñadas para ayudar a los pobres estaban
condenadas al fracaso debido a la presión implacable del crecimiento poblacional. Un país podía doblar fácilmente su
población en unos pocos decenios, lo cual llevaría a la hambruna y la miseria para todos.
Cuando Darwin y Wallace leyeron a Malthus, se les ocurrió a ambos que los animales y las plantas también debían de
estar experimentando esta misma presión poblacional. Debería llevar muy poco tiempo que el mundo estuviera
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cubierto hasta la rodilla de escarabajos o lombrices, pero no el mundo no está plagado de ellos, ni de ninguna otra
especie, porque no pueden reproducirse en todo su potencial. Muchos de ellos mueren antes de convertirse en
adultos. Son vulnerables a las sequías y a los inviernos fríos, y a otras agresiones ambientales, y su provisión de
alimento como la de cualquier nación no es infinita. Los individuos deben competir, aunque sea de manera
inconsciente, por la poca comida existente.
Especiación
Desde un punto de vista biológico, una especie es un grupo de poblaciones naturales cuyos miembros pueden
cruzarse entre sí y producir descendencia fértil, pero no pueden hacerlo (o no lo hacen en circunstancias
normales) con los integrantes de poblaciones pertenecientes a otras especies. Por tanto, desde un punto de vista
genético, se define la especie como la unidad reproductiva, es decir, el conjunto de individuos con capacidad de
producir descendencia fértil por cruzamiento entre sus miembros.
Cualquiera que sea el parecido fenotípico entre un grupo de individuos, si los apareamientos entre ellos no
produce descendientes (que es lo más habitual) o sólo producen descendientes estériles (como es el caso, por
ejemplo, del cruce entre caballos y burros) podemos afirmar que pertenecen a especies diferentes. En algunos
casos, cuando las especies que cruzan se han separado hace pocas generaciones (en términos evolutivos), el cruce
entre ellas puede que sólo sea estéril en una determinada dirección o que sólo produzca hijos de un determinado
sexo (como es el caso del cruce entre las especies Drosophila melanogaster y Drosophila simulans).
Desde una perspectiva evolutiva, las especies son grupos de organismos reproductivamente homogéneos, en un
tiempo y espacio dados, pero que sufren transformaciones con el paso del tiempo o la diversificación espacial.
Como consecuencia de estos cambios, las especies sufren modificaciones y se transforman en otras especies o
bien se subdividen en grupos aislados que pueden convertirse en especies nuevas, diferentes de la original.
Se conoce como especiación al proceso mediante el cuál una población de una determinada especie da lugar a otra
u otras poblaciones, asiladas reproductivamente de la población anterior y entre sí, que con el tiempo irán
acumulando otras diferencias genéticas. El proceso de especiación, a lo largo de 3.800 millones de años, ha dado
origen a una enorme diversidad de organismos, millones de especies de todos los reinos, que han poblado y
pueblan la Tierra casi desde el momento en que se formaron los primeros mares.
Ernst Mayr, afirmaba que las especies se originan de dos maneras diferentes:
Evolución Filética, cuando una especie E1, después de un largo período de tiempo, se transforma en una
especie E2 como consecuencia de la acumulación de cambios genéticos.
Evolución por cladogénesis: En este caso, una especie origina una o más especies derivadas mediante un
proceso de divergencia de poblaciones que puede ocurrir en un período largo de tiempo o súbitamente en
unas pocas generaciones.
El proceso contrario a la especiación es la extinción, que es, en definitiva, el destino último de todas las
especies, como ya lo ha sido del 99% de las especies que alguna vez existieron en el planeta.
LA HIPÓTESIS NEODARWINISTA
La teoría más difundida para la comprensión del proceso evolutivo fue elaborada, en origen, por Charles Darwin y
Alfred R. Wallace en 1858. La hipótesis darwinista consideraba que la evolución de los caracteres se debía,
básicamente, a la acción de la selección natural y sus puntos básicos son los siguientes:
Las especies cambian continuamente, con el tiempo unas se extinguen y aparecen otras
nuevas. Los cambios se producen mediante un proceso continuo y gradual.
Todas las especies descienden de un antepasado común, por tanto todos los organismos están emparentados
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La evolución o cambio evolutivo es el resultado de un proceso de selección natural.
El mayor problema de la teoría de Darwin, cuando fue planteada, consistía en que a finales del siglo XIX se creía que la
herencia biológica era mezclada, es decir, que las características de los padres se combinaban indisolublemente para formar
las de los hijos y, de esta forma, la variabilidad disponible desaparecía. No obstante, en estas misma fechas (1865), Gregor
Mendel publicó sus estudios sobre la herencia genética, donde demostraba que la naturaleza de la herencia de ciertos
caracteres era particulada, es decir, que ciertos caracteres genéticos se transmitían a través de las generaciones sin
desaparecer por efecto de la mezcla. Lamentablemente Darwin nunca supo de los trabajos de Mendel. En el año 1900, Des
Vries, Correns y Tschermack redescubrieron los principios de la herencia particulada y, con ello, se inició el desarrollo de la
genética. En los primeros años Hardy y Weinberg publicaron su trabajo sobre el equilibrio poblacional que explica cómo se
mantiene la variabilidad genética en las poblaciones.
En los años 30, sobre la base de los nuevos conocimientos genéticos y fundiéndolos con las hipótesis de Darwin, Fisher
(1929), Haldane (1932) y Wright (1931) iniciaron el desarrollo de los modelos matemáticos teóricos que desembocarían en la
Teoría Sintética de la Evolución o teoría Neodarwinista, que contempla la evolución de las especies como un proceso lento y
gradual, consecuencia de la acumulación de pequeños cambios genéticos producidos por mutación, regulados por la acción
de la selección natural y sometidos al efecto de la deriva genética y las migraciones.
Esta teoría ha sido aceptada como principio general para el estudio de la evolución desde que Theodosius Dobzhansky
publicara, en 1937, su libro "Genética y el origen de las especies". Entre los científicos que contribuyeron decisivamente a
desarrollar y validar experimentalmente la nueva teoría debemos citar a J. S. Huxley (1942), E. Mayr (1942), G. G. Simpson
(1944), G. L. Stebbins (1950), J. W. Valentine (1977) y F. Ayala (1972,1977). A partir de este momento se considera, como dijo
Dobzhansky, que "Nada tiene sentido en biología si no es bajo la luz de la evolución".
En los años 70, la escuela de M. Kimura y Ohta, T. propuso la teoría de la evolución neutralista o no -darwiniana
que proponía que la variación a nivel molecular no tenía carácter adaptativo y que, basicamente, aparecía como
consecuencia de la mutación y se mantenía en las poblaciones por efecto de la deriva genética. Después de años
de agrias discusiones entre seleccionistas y neutralistas se ha llegado a algún tipo de consenso en el que se admite
que evolución de los caracteres morfológicos, etológicos y de comportamiento están muy controlados por la
selección, mientras que la variabilidad a nivel molecular es casi universalmente neutra y se mantiene por deriva.
No obstante, como veremos, no todos los cambios evolutivos son lentos y graduales y la observación del registro
fósil muestra periodos de estabilidad evolutiva alternados con otros de evolución rápida. Por ello, los
paleontólogos S. Gould (1980) y S. M. Stanley (1979) han propuesto un patrón adicional de evolución, conocido
como modelo de los equilibrios intermitentes. Este modelo propone que el proceso de evolución es discontinuo en
el tiempo y las nuevas especies se forman en períodos muy breves, casi instantáneos en la escala del tiempo
geológico, a partir de pequeñas poblaciones periféricas aisladas que, a veces, competirán con éxito con las especies
previamente existentes, que pueden llegar a extinguirse. Esta teoría supone que los cambios evolutivos a nivel de
especie ocurren como resultado de la selección que actúa sobre las especies (nivel macroevolutivo) que es similar a
la selección natural que actúa sobre los individuos que las integran ( nivel microevolutivo).
TIPOS DE ESPECIACIÓN
El modo más simple de especiación es la especiación alopátrida o geográfica que es la que se produce cuando las poblaciones
quedan aisladas físicamente debido a barreras geográficas (ríos, montañas, etc.) que interrumpen el flujo genético entre
ellas. Las poblaciones aisladas irán divergiendo genéticamente por efecto de la aparición de nuevos genes mutantes y
reorganizaciones cromosómicas, los cambios en frecuencias alélicas debidos a la selección natural y la deriva genética y, con
el paso del tiempo llegarán a producir razas distintas que se convertirán en especies distintas. Cuando desaparezcan las
barreras y estas poblaciones vuelvan a encontrarse, si las diferencias acumuladas no son suficientemente importantes,
podrían hibridar y fusionarse en una única población que contendría todo el acervo genético acumulado. No obstante, los
acervos genéticos de las poblaciones pueden haber divergido hasta tal punto que hayan aparecido mecanismos físicos o
etológicos de aislamiento reproductivo. Los mecanismos de aislamiento reproductivo son auténticas barreras genéticas que
impiden el flujo de genes entre poblaciones y se clasifican en dos tipos según cuál sea el momento en el que actúen:
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Mecanismos de aislamiento precigóticos que tienen lugar antes de la fecundación o en el momento en que
ésta se produce e impiden la formación de cigotos. Entre ellos, se pueden mencionar:
aislamiento ecológico o de
hábitat, aislamiento etológico,
aislamiento sexual,
aislamiento temporal o estacional,
aislamiento mecánico,
aislamiento por especificidad de los
polinizadores, aislamiento gamético,
aislamiento por barreras de incompatibilidad.
Mecanismos de aislamiento postcigóticos que tienen lugar después de la fecundación. Entre ellos, se
pueden mencionar:
inviabilidad de los híbridos, esterilidad genética de los híbridos, esterilidad cromosómica o segregacional de los
híbridos, el deterioro de la segunda generación híbrida.
Otro modelo de especiación alternativo es el de especiación simpátrida
que consiste en que distintas poblaciones de una misma especia, que ocupan un mismo territorio, se diversifican
debido a la aparición de mecanismos de aislamiento que cumplen la misma función que las barreras geográficas.
Estos mecanismos son:
Aislamiento ecológico: Cuando distintas poblaciones se adaptan a vivir en distintos hábitats, caracterizados por diferencias
de iluminación, temperatura, humedad relativa y otras variantes ecológicas, dentro un mismo ecosistema.
Aislamiento etológico: Cuando se crean o modifican señales de atracción, apaciguamiento, cortejo sexual,
etc. que provocan atracción, huida o ataque.
Aislamiento sexual: Cuando se producen variantes en los órganos reproductores o en la morfología de los
gametos que dificultan o impiden la cópula.
Aislamiento genético: Habitualmente derivado de la aparición de cambios cromosómicos que producen
esterilidad o falta de viabilidad de los híbridos.
Una situación intermedia entre la especiación alopátrida y la simpátrida es la llamada especiación
parapátrica que ocurre cuando dos o más poblaciones divergen en territorios adyacentes.
También se han propuesto otros mecanismos de especiación, tales como la especiación instantánea o
cuántica que corresponde al establecimiento brusco del aislamiento reproductivo. Este proceso puede ocurrir
en diversas situaciones:
Por efecto de la deriva genética y la consanguinidad. Cuando una población sufre un cuello de botella que
provoca una reducción drástica del tamaño poblacional.
Que un pequeño grupo de individuos emigre y forme una pequeña población aislada.
Si disminuye súbitamente el área de distribución de la población central se establecen de pequeños
aislados poblacionales periféricos.
Por un cambio súbito del número monoploide.
Estos procesos de especiación son exclusivos del reino vegetal y producen especiación instantanea. Sus tipos son:
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Especiación por autopoliploidía: En este proceso interviene una sola especie original que, debido a un error durante la meiosis
no separa los cromosomas homólogos y produce una duplicación del número de cromosomas, de tal forma que el número
monoploide de la especie pasa de ser n a ser 2n ; el número de cromosomas de la especie resultante de este tipo de procesos
será un múltiplo par del número monoploide de la especie original (4n, 6n u 8n).
Típicamente, los individuos de la especie resultante tienen gran tamaño.
Especiación por aloploidía: En este proceso intervienen dos o más especies próximas que cruzan para producir un
híbrido, que en principio será estéril, que sufre un proceso de poliploidización al no separarse los cromosomas
homólogos. Un ejemplo típico de este tipo de especies son las del género Triticum; Triticum durum (el trigo duro)
es un alotetraploide formado a partir de dos especies ancestrales y Triticum aestivum (el trigo del pan) es un
aloexaploide procedente de un cruce entre el anterior y una tercera especie.
Por un cambio repentino de la estructura de los cromosomas. En este caso, lo que sucede es que los cromosomas
experimentan cambios estructurales (inversiones, traslocaciones, etc. ) que provocan la esterilidad de los híbridos.
Los roedores y los drosophilidos han seguido este patrón de especiación, en muchos casos.
Organismo y Ambiente: interacciones entre organismos
Así como en las poblaciones hay interacciones entre los miembros de una misma especie, en las comunidades hay
interacciones entre las poblaciones de distintas especies. Muchas especies tienen interacciones de tipo específico
con otras especies. En general las interacciones entre las especies, como la depredación y la competencia se basan,
en si cada especie hace algún tipo de beneficio o daño a las otras especies en una relación determinada.
Depredación
En la depredación, un individuo de una especie, llamado el depredador, se come la totalidad o parte de un
individuo de otra especie, llamado la presa. La depredación es una poderosa fuerza en una comunidad. La relación
entre depredador y presa influye en el tamaño de la población y afecta en dónde y cómo vive cada especie.
Ejemplos de depredadores incluye carnívoros: depredadores que se alimentan de animales, y herbívoros depredadores que se alimentan de plantas. Muchos tipos de organismos pueden actuar como depredadores o
presa. Todos los heterótrofos son depredadores o parásitos o ambos.
Competencia
La competencia interespecífica es un tipo de interacción en el que dos o más especies usan el mismo recurso limitado. Por
ejemplo, leones y hienas compiten por presas tales como las cebras. Del mismo modo, muchas especies de plantas compiten
por el suelo o la luz solar. Algunas especies de plantas tratan de impedir que otras especies crezcan alrededor liberando
toxinas en el suelo. Si dos poblaciones compiten para un recurso, el resultado puede ser una reducción en el número de
especies o la eliminación de uno de los dos competidores. Más a menudo, una especie será capaz de utilizar un recurso de
forma más eficaz que otra. Como resultado, habrá menos recurso disponible para las otras especies.
Exclusión Competitiva
El ecólogo George Gause fue uno de los primeros científicos en estudiar la competencia en el laboratorio. En tubos
de ensayo abastecidos con un suministro de alimentos de bacterias, Gause cultivó varias especies de paramecio en
diversas combinaciones. Cuando eran crecidos en tubos de ensayo separados, cada uno, Paramecium caudatum y
Paramecium aurelia crecian en forma óptima. Pero cuando se combinaban las dos especies, p. caudatum siempre
desaparecía porque p. aurelia era un depredador más eficiente de las bacterias. Los ecólogos usan el principio de
exclusión competitiva para describir situaciones, en el que una especie es eliminada de una comunidad debido a la
competencia para el mismo recurso limitado. La exclusión competitiva puede resultar cuando una especie utiliza
un recurso limitado de manera más eficiente que otras especies.
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El hombre como un organismo fuertemente interactuante en el mundo biológico
En la interacción del hombre con el ambiente muchas veces se producen problemas ambientales, los cuales
pueden ser de dos tipos:
Los originados por un inadecuado manejo de los recursos naturales: La población mundial ha ido en constante
aumento, produciéndose, además, un incremento en sus necesidades. Para cubrirlas, el hombre debe ocupar los
recursos naturales. Sin embargo, si el consumo de estos no está en equilibrio con su capacidad de recuperación, se
produce una sobreexplotación, en la cual desaparecen tantos individuos que la población no puede mantenerse
por sí sola. Entre las consecuencias de la sobreexplotación podemos mencionar:





la deforestación.
la desertificación.
la pérdida de biodiversidad.
la escasez de agua potable.
Los originados por la contaminación: La contaminación es la presencia de sustancias nocivas y molestas en el aire,
el agua y los suelos. Estas sustancias son depositadas por la actividad humana en tal cantidad, que pueden
interferir la salud y el bienestar del hombre y de los ecosistemas. Existen diversos tipos de contaminación:






Biológica: se presenta cuando encontramos en el ecosistema seres vivos (generalmente microorganismos)
ajenos a él o en concentraciones superiores a las normales y que puedan llegar a causar algún daño al
ecosistema o a la salud humana.
Química: se presenta cuando en el ecosistema existen sustancias químicas ajenas a él o que se encuentran
en concentraciones superiores a las normales y pueden llegar a causar algún daño en el ecosistema o en la
salud humana.
Física: se presenta cuando en un ecosistema hay presencia de una energía (generalmente calor y ruido)
ajena a él o en concentraciones superiores que puedan llegar a ocasionar cambios en el ecosistema o
daños a la salud humana.
Poblaciones y comunidades
En una comunidad biológica encontramos una gran cantidad de poblaciones distintas, como por ejemplo población
de aves, insectos y arácnidos, entre otros. Las poblaciones son un conjunto de organismos de una misma especie
(por lo tanto, pueden reproducirse entre sí), que ocupan un mismo espacio en un tiempo determinado. Una de las
características de las poblaciones es su densidad, la cual puede aumentar o disminuir por parámetros o variables
como natalidad, mortalidad, inmigración o emigración. Sin embargo, el tamaño de las poblaciones de seres vivos se
mantiene en equilibrio, oscilando ampliamente en torno a un valor medio.
El crecimiento de una población bajo condiciones ideales del ambiente, es decir, sin factores limitantes (por
ejemplo, cuando una especie coloniza un nuevo espacio y no hay restricciones en los recursos, espacio, ni
competencia por ellos), corresponde a un crecimiento exponencial (curva en J), el cual comienza inicialmente en
forma le nta, haciéndose luego más y más rápido. Este tipo de crecimiento lo presentan organismos reconocidos
como estrategas “r”, cuyas poblaciones mantienen un crecimiento exponencial hasta desaparecer bruscamente
cuando las condiciones cambian, se caracterizan por ser organismos pequeños, de corto ciclo de vida, con gran
cantidad de descendencia y poco cuidado de sus crías.
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Crecimiento exponencial de las poblaciones
En la naturaleza el tipo de crecimiento exponencial no es el más frecuente, pues las poblaciones no crecen
indefinidamente debido a que la resistencia ambiental se opone a la expresión del potencial biológico de una
población (capacidad de una población para aumentar su densidad). El ritmo de crecimiento en estas poblaciones
decrece a medida que aumenta la densidad de población y se aproxima a un valor máximo denominado “capacidad
de carga” (K), para el cual el crecimiento se hace 0.
En estas condiciones las poblaciones presentan un crecimiento logístico (curva en S): primero la población crece en
forma lenta, luego el crecimiento es acelerado y finalmente se desacelera. Este tipo de crecimiento suelen
presentarlo organismos reconocidos como estrategas “K”, que se caracterizan por ser de tamaño grande, ciclo de
vida largo, reproducción tardía y cuidado de sus crías.
Crecimiento poblacional que incorpora resistencia ambiental.
En términos generales, la población humana ha aumentado en forma exponencial debido al descenso de la tasa de
mortalidad. Sin embargo, hay diferencias en las tasas de crecimiento entre los países desarrollados y los
subdesarrollados. Además, la sobrevivencia de los individuos a distintas edades varía según el estado de de
sarrollo, por lo que existen poblaciones en expansión, estables y en disminución.
Sucesión ecológica como expresión de la dinámica de la comunidad
Las comunidades biológicas presentan estructuras características (biomas) en cualquier parte del mundo (desierto, sabana,
selva, etc.). Una comunidad no surge de forma repentina, sino gradualmente. Este proceso se conoce como sucesión
ecológica, que es el reemplazo de algunos elementos del ecosistema por otros en el transcurso del tiempo. Así,
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una determinada área es colonizada por especies vegetales cada vez más complejas. Si el medio lo permite, la
aparición de musgos y líquenes es sucedida por pastos, luego por arbustos y finalmente por árboles.
Podemos distinguir dos tipos de sucesión ecológica:
Primaria: se inicia con organismos que colonizan lugares en los que antes de su llegada no existía suelo vegetal.
Este tipo de proceso puede durar miles de años.
Secundaria: ocurre por la destrucción de una comunidad por el efecto de incendios o sobrepastoreo, por ejemplo.
En este caso el ambiente contiene nutrientes y residuos orgánicos que facilitan el crecimiento de los vegetales.
Sucesión ecológica
Una vez que se ha alcanzado un estado de equilibrio, las modificaciones se dan entre los integrantes de una misma
especie: por ejemplo, los árboles nuevos reemplazan a los viejos.
Debemos tener presente que la velocidad de recuperación es extremadamente lenta, sobre todo si se ha afectado
la biodiversidad de tal manera que implique la extinción de especies y el agotamiento de los recursos naturales.
Ecología y Sociedad
La diversidad biológica y su rol en los ecosistemas
La diversidad biológica proporciona importantes beneficios a las personas. Por ejemplo, miles de especies
vegetales y animales pueden servir como alimento. Los árboles proporcionan madera para el hogar y combustible.
Muchas especies son fuentes de medicamentos y productos químicos útiles. Especies sin descubrir podrían
eventualmente suministrar beneficios. Los ecosistemas reciclan los desechos humanos, incluyendo el CO2. Se
podría decir que "la diversidad biológica es la clave para el mantenimiento del mundo tal como la conocemos".
La problemática ambiental, apreciando los aspectos básicos para evaluarla y su carácter multidisciplinario y
multisectorial
la población humana global utiliza alrededor de un 10 a 55% de la producción primaria de la tierra, la energía total
almacenada a través de la fotosíntesis por organismos terrestres. Las personas usan este recurso en forma de
combustible y alimentos para los mismos seres humanos y los animales domésticos. A medida que aumenta la
población humana, también lo hace el uso de este recurso. Otro análisis de impacto humano sobre los
ecosistemas, es el uso que hace la gente de los alimentos y recursos naturales, tales como tierra y agua, así como
producción humana de desechos y contaminación. Los ecólogos están preocupados de que la Biosfera tiene una
capaci dad limitada para renovar o repararse a sí misma de estos impactos. Un grupo de ecólogos y economistas
calcula que desde la década de 1980, la demanda humana ha superado la capacidad de renovación de la Biosfera.
En nuestro planeta aire, agua, tierra y organismos están interconectados. Los problemas ambientales se conectan a
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través de las fronteras nacionales, lo que implica que las soluciones pueden requerir esfuerzos en todo el mundo.
Científicos, organismos gubernamentales y los ciudadanos individuales deben trabajar juntos para vivir de manera
responsable dentro de la Biosfera. La comprensión científica de esos impactos es débil, pero está mejorando.
Mientras tanto, los individuos, tales como los estudiantes pueden contribuir a la comprensión científica y también
asumir la responsabilidad de reducir al mínimo los impactos humanos sobre los ecosistemas.
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