¿CÓMO SE UTILIZA ESTE LIBRO? PRESENTACIÓN DE LA UNIDAD Se comienza la Unidad de manera didáctica y amena, con la detección de ideas previas y con una breve presentación de los conceptos que se van a estudiar, así como una experiencia práctica para situar al alumnado en antecedentes de forma lúdica. Dicha actividad aporta información complementaria relacionada con los contenidos de la Unidad. 1. ¿Por qué se considera la célula como la unidad de vida? 2. ¿Cómo y dónde se encuentra almacenada la información genética de la célula? 3. ¿Cuántos cromosomas tiene una célula humana? ¿Tienen la misma cantidad de cromosomas todas las células del cuerpo? Esa cifra, ¿es igual en todas las especies? 4. ¿Sabes qué es la meiosis? ¿Para qué sirve? 5. Indica si las siguientes afirmaciones son verdaderas o falsas: Todo lo que nos rodea está constituido por materia. Los objetos inertes y los seres vivos comparten los elementos químicos de su composición. Sin embargo, en la materia viva las moléculas se han asociado para originar unas estructuras estables y capaces de autoperpetuarse en el tiempo: las células. Todos los seres vivos están formados por esas minúsculas unidades elementales. — Reconocer la complejidad de la materia en los seres vivos. — Reconocer a la célula como unidad estructural, funcional y genética de los seres vivos. — Conocer la estructura, composición y propiedades del ADN, así como su trascendencia para la Biología. — Conocer los procesos de división celular por mitosis y meiosis, sus diferencias y su importancia biológica. — Valorar la importancia de la teoría celular en la interpretación de las funciones vitales. Además de intercambiar energía y materia con el medio, las células han podido evolucionar gracias a una molécula, el ADN, capaz de almacenar las instrucciones genéticas y de autoduplicarse para repartirlas entre sus descendientes en cada división celular. CÉLULAS MORTALES E INMORTALES Los expertos en genética y en envejecimiento celular discuten sobre la existencia de un reloj biológico que marque un límite para la vida. Para unos, las células están programadas para dividirse un número finito de veces y morir. Para otros, ese programa no existe, la vida nunca se rinde ante la muerte. Quizá la razón esté repartida entre ambas partes. En el cuerpo existen dos tipos de células: unas, cuyos genes no se transmiten a la descendencia, envejecen y mueren porque acumulan errores a lo largo de su vida, y otras, consideradas inmortales porque se transmiten de generación en generación. 4 D El núcleo es una estructura presente en las células eucariotas encargada de controlar y dirigir la actividad celular a través de la información genética contenida en el ADN que alberga en su interior. D1 Componentes del núcleo El núcleo celular está constituido por: membrana nuclear, nucleoplasma, nucleolo y cromatina. • Sabías que... El número de fi lamentos de cromatina de un núcleo en interfase es el mismo que el de cromosomas durante la división. Ese número es propio de cada especie. Una célula humana tiene 46 cromosomas. Los cromosomas de otras especies son: Mosca del vinagre .......... 8 Guisante ..........................14 Membrana nuclear: es el conjunto de dos membranas de estructura similar a la de la membrana plasmática que separa el contenido nuclear del resto del citoplasma. La membrana nuclear externa está comunicada con el retículo endoplasmático rugoso y, al igual que éste, presenta ribosomas adheridos a su superficie. Ambas membranas nucleares se fusionan en numerosos puntos para formar poros nucleares, a través de los que el núcleo y el citoplasma intercambian sustancias. • Nucleoplasma: es el fluido interno del núcleo en el que se encuentran dispersas todas las moléculas implicadas en la actividad nuclear. • Nucleolo: es una región del núcleo en la que se concentra el material genético responsable de la fabricación de los ribosomas. • Cromatina: es la sustancia fundamental del núcleo que se extiende por todo el nucleoplasma y que está constituida por la asociación de ADN y unas proteínas, denominadas histonas. La cromatina aparece fragmentada en una serie de filamentos de distinta longitud cuyo número es característico de cada especie. Gato ................................. 38 Perro................................ 78 D2 EL NÚCLEO CELULAR Sabías que... a) Retículo endoplasmático rugoso Componentes del núcleo (a). Núcleo celular (amarillo) con nucleolo (rojo en foto y verde en dibujo) vistos al microscopio electrónico (b). • ¿Serías capaz de reconocer en tu cuerpo esos dos tipos de células? • ¿Estás de acuerdo con esa distinción entre células mortales e inmortales? Cromatina y cromosomas El estado del núcleo de una célula que crece y desarrolla normalmente su actividad es diferente del de otra célula que se encuentre en división. La etapa de desarrollo celular y no división se denomina interfase. Durante la interfase el material genético del núcleo se encuentra en forma de cromatina. Las fibras de ADN se extienden por el nucleoplasma como una masa amorfa y entremezclada no distinguibles al microscopio óptico. Cuando la célula se prepara para la división, la cromatina experimenta dos procesos: la duplicación del ADN y la progresiva condensación de sus componentes. Gracias a esa condensación o empaquetamiento la masa amorfa del núcleo interfásico se convertirá primero en unos filamentos más cortos y bien visibles y al final del proceso, justo antes de la división, en unas estructuras con forma de X, denominadas cromosomas. ADN, cromatina y cromosoma. Fig. 4.13 Cromátida Célula Cinetocoro Fibras cinetocóricas Solenoide Núcleo Centrómetro Cromatina Poros nucleares ADN (doble hélice) Fig. 4.12 Bucle Roseta Telómero Ribosomas Actividad resuelta El cuerpo humano contiene unos 100 billones de células (1014). El ADN de cada célula mide unos 2 m. ¿Cuál es la longitud del ADN de todas las células? Compara esa cifra con la distancia entre la Tierra y el Sol que es de 1,5 · 1011 m. b) 10 14 · 2 m = 2 · 10 14 m (longitud de todas las células del cuerpo humano). 2 · 10 14 / 1,5 · 10 11 = 1 333. La longitud del ADN de todas las células del cuerpo humano es 1 333 veces mayor que la distancia entre la Tierra y el Sol. Nucleolo Actividades Membrana nuclear Nucleoplasma 82 Dentro del libro está incluido un CD para el alumno con material multimedia para que trabaje en el aula y en casa. En cada unidad didáctica, en aquellos apartados que se complementen con el CD, aparece el símbolo que indica el empleo del CD. No hay nada vivo más sencillo que una célula y nada puede llegar a ser más complejo sin comenzar por ser una célula. M. Hoagland APRENDERÁS A… El volumen del citoplasma y el volumen del núcleo deben mantener una proporción constante. Si el volumen citoplasmático aumenta mucho con respecto al del núcleo, la célula comienza el proceso de división. CÓMO SE USA EL CD LA CÉLULA, UNIDAD DE VIDA a) Las células procariotas carecen de núcleo pero poseen los mismos orgánulos que las eucariotas. b) Las células vegetales carecen de mitocondrias y poseen cloroplastos. c) Los genes son segmentos de ADN situados en los cromosomas. d) Las células producidas tras una mitosis son idénticas entre sí. e) Todos los gametos de un individuo son iguales. DESARROLLO DE LA UNIDAD Los contenidos se apoyan en imágenes y fotografías con un lenguaje claro y asequible. A lo largo del desarrollo de la Unidad didáctica se conjuga de manera equilibrada el texto explicativo, orientado a fomentar la lectura, con la inclusión de numerosos esquemas, que facilitan la estructura de los contenidos. 4 ¿QUÉ SABES DE…? 11 ¿Cómo es la estructura de la membrana nuclear? 12 Indica las semejanzas y las diferencias entre cromatina y cromosomas. 13 ¿Son siempre visibles los cromosomas de una célula? ¿Por qué? 14 ¿Qué es la interfase? 83 7 Para repasar 1 Define fotosíntesis y respiración. ¿Están relacionados ambos procesos? 2 ¿Por qué recibe el nombre de respiración el proceso de obtención de energía a partir de la materia orgánica? 3 ¿Cuál es la principal diferencia entre los seres vivos autótrofos y los heterótrofos? 4 Define los siguientes conceptos: a) Productor. b) Consumidor. c) Descomponedor. 5 ¿De dónde proceden, en última instancia, la energía y la materia que utilizan los seres vivos? 6 ¿Cuáles son las vías de pérdida de energía cuando ésta se transfiere de un nivel trófico a otro? 12 Con la siguiente lista de seres vivos: lince, hierba, conejo, oruga, mariquita, gorrión, halcón, pulgón, construye una red trófica y responde las siguientes preguntas: Para investigar 19 Indica si son verdaderas o falsas las siguientes afirmaciones: a) La fotosíntesis es un proceso exclusivo de los vegetales y la respiración de los animales. a) ¿Qué organismo es el productor? b) Nombra dos consumidores primarios, dos consumidores secundarios y dos consumidores terciarios. c) ¿Hay algún organismo que ocupe más de un nivel trófico? d) ¿Como afectaría al ecosistema la desaparición de los conejos? b) La fotosíntesis puede resumirse mediante la siguiente ecuación: CO2 + H2O+ energía solar m C6H12O6 + O2 c) Las algas y los hongos pertenecen al nivel trófico de los descomponedores. 13 Si un águila come cada día cinco pájaros, cada pájaro come diez orugas y cada oruga veinte hojas, ¿cuántas hojas harán falta para mantener un águila durante un año? d) Los insectos y, en general, los invertebrados son consumidores primarios. 14 ¿Sabrías explicar por qué es más caro un kilo de carne de ternera que un kilo de pan? e) En una red trófica una misma especie puede ocupar distintos niveles tróficos. 15 ¿Podrías decir cuál de las dos pirámides de individuos, a o b, pertenece a un bosque templado durante el invierno y cuál a una pradera durante el verano? ¿Cómo lo has deducido? f) Un nivel trófico puede transferir al nivel trófico superior aproximadamente un 70 % de la energía asimilada. 7 ¿Qué entendemos por fijación del carbono? ¿Qué seres vivos fijan el carbono atmosférico? 20 ¿Utilizan el mismo tipo de energía una bicicleta y una motocicleta? Razona la respuesta. 21 ¿Por qué la utilización de abonos nitrogenados artificiales en la agricultura altera el ciclo natural de este elemento? 22 Las cadenas tróficas marinas suelen tener un número más elevado de eslabones que las cadenas tróficas terrestres. ¿Qué significado tiene este hecho? ¿A qué crees que puede ser debido? 23 Copia en tu cuaderno y completa el siguiente esquema del ciclo del nitrógeno. NITRÓGENO en el aire N2 g) La biomasa referida a los productores de un ecosistema ha de ser siempre superior a la de los consumidores primarios. a) NITRATOS en el suelo NO -3 h) La producción se define como el aumento de biomasa por unidad de tiempo. 8 ¿Qué seres vivos fijan el nitrógeno atmosférico? Vegetales Animales Para aplicar i) La producción bruta es igual a la producción neta menos la respiración. j) La materia que forma parte de los seres vivos se recicla constantemente. b) 9 Haz corresponder a cada organismo de la columna izquierda las características de la columna de la derecha. Tiburón Oso Atún Mariquita Roble Saltamontes Zooplancton Fitoplancton Cabra Hongo 16 Basándote en los datos de la siguiente tabla construye una pirámide de biomasa del ecosistema: a) Trigo m ----- m serpiente m ----b) ------ m vaca m ----c) Fitoplancton m ---- m ----- m gaviota Productores 65 000 Consumidores primarios 6 500 500 Consumidores terciarios 55 • • ¿De dónde procede la energía que utilizan los seres vivos del tarro? 18 Idea dos circuitos, uno muy corto y otro muy largo, para un átomo de carbono desde que es fijado por un vegetal hasta que regresa al aire nuevamente en forma de dióxido de carbono. • ¿De dónde procede el CO2 que usan las algas en la fotosíntesis? 153 B LA PROTECCIÓN DE LA NATURALEZA • In situ es una locución latina que significa, en el lugar, en el sitio. • Ex situ, es el término contrario, • La conservación in situ, que consiste en crear áreas naturales protegidas en las que se preservan las especies y el medio ambiente en el que habitan. • La conservación ex situ, que implica la conservación de los seres vivos fuera de su hábitat natural. A ANEXOS LA CONSERVACIÓN EX SITU La conservación ex situ se lleva a cabo fuera del hábitat natural de la especie, normalmente en zoológicos, acuarios y jardines botánicos, en un intento de salvar de la extinción inminente a ciertas especies animales y vegetales. En muchos zoológicos y acuarios y en las instalaciones de algunos parques naturales se llevan a cabo programas de reproducción de animales en peligro de extinción, con la intención de reintroducirlos posteriormente en su hábitat natural e incrementar el tamaño de sus poblaciones. Actualmente, en la mayoría de los países desarrollados, se preserva la vida de los animales y vegetales en peligro de extinción mediante dos estrategias distintas: significa fuera del lugar o del sitio. – Un tarro grande de cristal que pueda cerrarse – Algas (Elodea, por ejemplo), caracolillos y algunos pececillos de agua dulce – Arena de acuario Sabías que... Las especies de vertebrados más amenazadas de nuestro país son: Oso pardo En nuestro país, en el centro «El Acebuche» del parque nacional de Doñana, por ejemplo, se está llevando a cabo un programa de cría en cautividad del lince ibérico (Lynx pardinus), con el fin de recuperar sus poblaciones naturales. El lince ibérico se considera la especie de felino más amenazada del mundo, pues, en estado salvaje, quedan apenas unos 200 ejemplares. Quebrantahuesos b) a) Lince ibérico Situados en el margen del libro tienen como objetivo resaltar aspectos importantes de la materia. Bucardo Águila imperial LA CONSERVACIÓN IN SITU La conservación in situ es la mejor manera de conservar la diversidad biológica, ya que se protegen, no sólo determinadas especies, sino los espacios en los que estas especies habitan de forma natural. Malvasía Lagarto gigante de la Gomera Urogallo En nuestro país existen varias categorías de protección para los espacios naturales, la máxima corresponde a los parques nacionales. En los parques nacionales, además de proteger la vida silvestre, se llevan a cabo programas de recuperación de especies en peligro de extinción y campañas de concienciación de la población sobre la necesidad de proteger los seres vivos y su medio ambiente. Picos de Europa Samaruc Aigüestortes i Estany de Sant Maurici Marítimo-Terrestre de las Islas Atlánticas de Galicia Ordesa y Monte Perdido Monfragüe Fig.8.17 Lince ibérico (a). Crías de lince ibérico nacidas en El acebuche (b). En los jardines botánicos se cultivan especies de plantas amenazadas o en peligro de extinción. También se conservan colecciones de semillas desecadas, en un ambiente de muy baja humedad y temperatura, en los denominados bancos de semillas. Con ello se pretende que, en caso de que finalmente las plantas se extingan, en el futuro puedan ser regeneradas a partir de sus semillas y reintroducidas en su medio natural. Cabañeros Tablas de Daimiel Archipiélago de Cabrera La conservación ex situ es una estrategia valiosa. Sin embargo, hay que tener en cuenta que no es útil si, al mismo tiempo, no se preserva el medio natural de las especies que se pretende proteger y se eliminan las causas que han provocado la disminución de sus poblaciones. Sierra Nevada Doñana Actividades Caldera de Taburiente Teide Timanfaya 17 ¿Cuál es la principal diferencia entre la conservación 19 Averigua qué espacios naturales están protegidos in situ y la conservación ex situ? en tu localidad o en tu comunidad autónoma. Garajonay 170 Fig.8.16 8 18 ¿Por qué la conservación ex situ no tiene sentido si 20 Averigua qué especie animal o vegetal es la más no se ponen medios para la conservación de los espacios amenazada de tu localidad y si está incluida en algún naturales? programa de conservación. Red de parques nacionales de España. 171 LA FOCA MONJE, UNA ESPECIE EN PELIGRO DE EXTINCIÓN Las focas monje son mamíferos del grupo de los pinnípedos, como los leones marinos o las morsas, todos ellos carnívoros marinos cuyo cuerpo se ha adaptado a la natación. Cuando nacen miden entre ochenta y noventa centímetros y pesan unos veinte kilos. Su pelaje es oscuro, casi negro, con una mancha blanca en el vientre. Cuando se hacen adultos pueden llegar a medir más de tres metros de longitud y a pesar más de trescientos kilos. Su pelaje adquiere un tono más claro, gris o marrón. Pueden llegar a vivir entre treinta y cuarenta años. Son depredadores muy activos que necesitan consumir diariamente unos veinte kilos de alimento que está compuesto sobre todo por peces, cefalópodos y crustáceos. Pueden descender hasta los setenta metros de profundidad en busca de sus presas y permanecer entre diez y quince minutos sin respirar. Su organismo está perfectamente adaptado a la inmersión. Unos músculos especiales cierran los orificios de la nariz para evitar la entrada de agua y otros músculos adaptan su cristalino a la visión subacuática. Cuando están sumergidos su circulación sanguínea se modifica de manera que el corazón late tan sólo cuatro veces por minuto. Las focas monje son animales vivíparos como todos los mamíferos. La gestación dura once meses tras los cuales las hembras paren una sola cría a la que amamantan durante unos cuatro meses. Tras este periodo los pequeños se alimentan de pescado. Esta estrategia reproductiva tan lenta, una sola cría al año, es propia de especies sin depredadores. Viven en colonias, durante el día nadan en busca de alimento cerca de la costa, de la que no se alejan más de treinta kilómetros. Para dormir regresan a la costa, pasan la noche en playas inaccesibles o en cuevas marinas alejadas de la presencia humana. Hasta comienzos del siglo XX la foca monje era un animal frecuente en nuestro litoral, especialmente en Baleares, Cataluña, Alicante, Murcia y Almería, lugares en donde se conservan muchos topónimos que aluden a las focas: Cueva de las vacas, Punta del lobo, Isla de lobos, pues popularmente estos animales eran conocidos como lobos o vacas marinas. La población originaria se extendía por todo el litoral del mar Mediterráneo y del mar Negro. En el océano Atlántico eran muy abundantes en las costas de Marruecos, Sahara occidental, Mauritania, Senegal, las islas Canarias y Cabo Verde. Actualmente, los únicos ejemplares que quedan en el Mediterráneo se refugian en playas y cuevas recónditas de las islas griegas y turcas, en donde se estima que existe una población dispersa de unos cien a ciento cincuenta individuos. En el Atlántico hay dos poblaciones, una muy reducida en la isla de Madeira con unas quince focas y otra en la costa de Mauritania formada por unos doscientos ejemplares que constituye la población más importante y numerosa de cuantas existen hoy día. La drástica reducción del número de individuos de foca monje en estos últimos años, que hace peligrar su supervivencia como especie, se debe a varios factores, todos ellos relacionados con la actividad humana: • Hembra con su cría. El cristalino cambia su curvatura para facilitar la visión debajo del agua Forma del cuerpo hidrodinámica, adaptada a la natación Textos de interés para el alumnado cuyo objetivo es acercar los conceptos estudiados a la vida cotidiana, mostrando las aplicaciones de la ciencia y haciendo especial hincapié en la problemática ambiental. Límite de la distribución originaria Distribución actual Distribución de la foca monje. Distribución ¿Por qué están en peligro de extinción? Foca fraile. La ocupación del litoral para actividades de ocio y la urbanización incontrolada de la costa ha reducido enormemente los lugares adecuados para pernoctar y criar. Extrema ocupación urbanística del litoral. • La sobrepesca ha reducido las poblaciones de peces y cefalópodos que les sirven de alimento. Además, los pescadores la consideraron durante décadas un enemigo a combatir, porque rompían las redes para hacerse con el pescado, y las mataban sin contemplaciones. • La contaminación de las aguas, especialmente en la proximidad de la costa, también ha tenido una repercusión negativa sobre las focas monje. Los contaminantes, que de forma incontrolada se vierten al mar, van concentrándose a medida que circulan por las cadenas tróficas, de forma que los últimos eslabones de las cadenas ingieren cantidades muy elevadas de estas sustancias que repercuten en su salud y en su capacidad de reproducirse. ¿Podemos salvar a la foca monje? Actualmente, existe un fondo para la protección de la foca monje y se están llevando a cabo programas de reproducción en cautividad con la intención de reintroducir ejemplares en áreas protegidas. En nuestro país existe el proyecto de introducir algunos ejemplares, procedentes de la población de Mauritania, en la costa de las islas Canarias orientales. La finalidad de este proyecto es crear nuevas colonias en un punto estratégico, a mitad de camino entre la colonia de Madeira y la de Mauritania, y de esta manera permitir la relación y el intercambio genético entre colonias alejadas. Pero la situación de la foca monje es muy crítica y cualquier eventualidad, como una epidemia vírica o una intoxicación, puede acabar con la esperanza de recuperar la especie. Las extremidades se han transformado en aletas Cuestiones Los orificios nasales se cierran durante la inmersión Los dedos tienen fuerte uñas Pelo corto muy impermeable Longitud: 3 m 174 Adaptaciones de la foca monje. A lo largo del texto, es posible encontrar elementos tales como Sabías que…, Ten en cuenta, Recuerda, Internet (referencias a páginas web) o Vocabulario. Todos ellos están relacionados con los contenidos teóricos junto a los que aparecen. INVESTIGACIÓN CIENTÍFICA INVESTIGACIÓN CIENTÍFICA Entre las diez especies de animales más amenazadas del planeta figura la única foca del mar Mediterráneo, conocida como foca monje o foca fraile (Monachus monachus). La población mundial de estas focas actualmente no sobrepasa los cuatrocientos ejemplares. Estructuradas por nivel de dificultad, se encuentran divididas en tres grupos: para repasar, para aplicar y para investigar. Facilitan la asimilación de los contenidos propuestos de una forma clara y práctica para el alumno. ¿De dónde procede el O2 que requieren los seres vivos de este ecosistema? da por la vida es materia reciclada, materia que reaparece y nunca se consume». La extinción de una especie es un fenómeno natural que ha ocurrido sin cesar a lo largo de la historia de la vida en la Tierra. Sin embargo, hoy día el número de especies animales y vegetales que se extinguen anualmente, como consecuencia de la destrucción de su hábitat por parte de los seres humanos, ha aumentado de forma alarmante. Ante esta situación, resulta obvia la necesidad de tomar medidas para proteger la vida silvestre y frenar la desaparición de las especies. Vocabulario Materiales Consumidores secundarios 17 Comenta la siguiente afirmación: «Toda la materia usa- a) Los productores? b) Los consumidores? c) Los descomponedores? 5 Restos de organismos AMONIACO NH+3 UN ECOSISTEMA EN UN TARRO DE CRISTAL La práctica consiste en mantener un pequeño acuario en un tarro de cristal cerrado. En él se darán todos los niveles tróficos. Los productores serán las algas; los consumidores, los caracolillos y los peces; y los descomponedores serán las bacterias que de forma natural se encuentren en el agua y en la arena. Si el ecosistema se equilibra puede mantenerse durante mucho tiempo. Seres vivos Biomasa (mg de C/m2) 11 ¿Qué ocurriría en un ecosistema si desapareciesen: 8 (Excreción) Pon en práctica Autótrofo Heterótrofo Productor Descomponedor Consumidor primario Consumidor secundario Consumidor terciario 10 Completa las siguientes cadenas tróficas: 152 ACTIVIDADES FINALES ACTIVIDADES FINALES Peso: 300 kg 1 Enumera las principales adaptaciones que han de3 ¿Por qué crees que las focas monje acusan más que sarrollado las focas monje para vivir en el medio acuá- otros animales el efecto de los vertidos de sustancias tico. contaminantes al mar? 2 ¿A qué tipo de seres vivos, estrategas de la r o de la 4 Si quieres saber más sobre la foca monje puedes k, crees que pertenecen las focas monje? visitar la página www.focamonje.es 175
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