Una Visión de la Vida - Biología - PDF

# Una visión de la vida ## Start of OCR for page 1 1 Una visión de la vida NIBSC/Science Photo Library El virus H1N1 es la causa de la influenza H1N1 (gripe). Las partículas del virus H1N1 (azul) son visibles en la célula (verde). Cuando esta cepa de virus emergió, el sistema inmunológico human...

# Una visión de la vida ## Start of OCR for page 1 1 Una visión de la vida NIBSC/Science Photo Library El virus H1N1 es la causa de la influenza H1N1 (gripe). Las partículas del virus H1N1 (azul) son visibles en la célula (verde). Cuando esta cepa de virus emergió, el sistema inmunológico humano no reconocía su nueva combinación de genes. Como resultado, el virus se propagó fácilmente, causando una pandemia. El color de la micrografía electrónica de barrido (SEM) ha sido mejorado. CONCEPTOS CLAVE 1.1 Los temas básicos de biología incluyen evolución, transfe- rencia o flujo de información y transferencia o flujo de energía. 1.2 Las características de la vida incluyen estructura celular, crecimiento y desarrollo, metabolismo autorregulador, res- puesta a los estímulos, y reproducción. 1.3 La organización biológica es jerárquica e incluye molécu- las, célula, tejido, órgano, sistema de órganos e individuo; la organización ecológica incluye la población, comunidad, ecosistema y biosfera. 1.4 La transferencia de información incluye la del ADN de una generación a la siguiente, la transmisión de señales químicas y eléctricas dentro de las células de cada organismo y entre ellas, y de los productos químicos, así como de la información visual y sonora que permiten en conjunto a los organismos comunicarse unos con otros e interactuar con su entorno. 1.5 Los individuos y ecosistemas enteros dependen de un aporte continuo de energía. La energía fluye dentro de las células y de un organismo a otro. 1.6 La evolución es el proceso mediante el cual los organismos de las poblaciones cambian con el tiempo, adaptándose a las modificaciones en su entorno; el árbol de la vida incluye tres ramas principales, o dominios de vida. 1.7 Los biólogos se preguntan, formulan hipótesis, hacen predicciones y recogen datos de una cuidadosa observación y experimentación, y con base en sus resultados, llegan a conclusiones. E I brote de influenza H1N1 (gripe) se convirtió en el centro de atención mundial en abril de 2009. En pocos meses, más de 200 países habían notificado casos confirmados de esta enfermedad viral, la gripe H1N1 había causado miles de muertes. De acuerdo con Centros para el Control y Pre- vención de Enfermedades (CDC), de Estados Unidos, más de 200 agentes patógenos conocidos (organismos causantes de enfermedades) tienen el potencial de amenaza mundial. Históricamente, las cepas virales nuevas han cobrado muchas vidas humanas. Por ejemplo, en 1918, una pandemia de gripe mató a más de 20 millones de personas en todo el mundo. Los epidemiólogos advierten que aún hoy en día una pandemia de gripe podría matar a millones de personas. Las pandemias como la gripe H1N1 tienen un impacto global negativo. Afectan muchos aspectos de la vida, como la economía, los viajes, el turismo y la educación. Armados con nueva tecnología, los biólogos trabajan estrechamente con profesionales de la salud pública y de otras áreas de la salud para prevenir pandemias peligrosas. Cuando surge un nuevo agente causante de enfermedad, los biólogos estudian sus relaciones evolutivas con pató- genos conocidos. Por ejemplo, los investigadores han determinado que la pandemia de gripe de 1918 fue causada por el virus de influenza A (H1N1) que pudo haber mutado y recientemente emergido de una cepa porcina o aviar. La cepa de H1N1 que fue identificada en 2009 estuvo relacionada con el patógeno de 1918. Los biólogos determinaron que la cepa de H1N1 de 2009 evolucionó a partir de una combinación de cepas de este virus provenientes de cerdos, aves y seres humanos infectados. Además encontraron que esta cepa de H1N1 contiene una combinación única de segmentos de genes para los que los humanos no tienen inmunidad preexistente. 1 ## End of OCR for page 1 ## Start of OCR for page 2 Conocer acerca de los orígenes de los virus proporciona pistas impor- tantes sobre su estructura y comportamiento, y sugiere hipótesis para combatirla. Entonces, los científicos deben probar sus hipótesis en el laboratorio. Los investigadores fueron capaces de determinar los antí- genos (ciertas proteínas) en la superficie del H1N1. Estos antígenos se unen con los receptores de las células humanas para infectarlas. Con base en estudios detallados de la gripe H1N1, la vacuna se desarrolló rápidamente. Los agentes patógenos pueden atacar y expandirse rápidamente, y la continua evolución de los patógenos resistentes a los medicamentos constituye un reto importante. Las nuevas variedades de H1N1 siguen apareciendo, y los investigadores los deben caracterizar de forma rápida y evaluar su virulencia potencial. Los científicos predicen que las nuevas variedades pueden mostrar una mayor resistencia a los medica- mentos y pueden ser más virulentas. Además, las vacunas que se han desarrollado recientemente podrían no ser efectivas. Las enfermedades emergentes se tratarán más adelante en el capítulo 24. Este es un momento excitante para estudiar biología, la ciencia de la vida. Los importantes y nuevos descubrimientos biológicos que se están haciendo casi a diario afectan cada aspecto de nuestras vidas, incluyendo la salud, alimentación, seguridad, interacción con otras personas y seres vivos y con el entorno ambiental del planeta. Los conocimientos que surgen proporcionan nuevos puntos de vista acerca de la especie humana y de los millones de otros organismos con los que compartimos este planeta. La biología afecta nuestras decisiones personales, gubernamentales y sociales. Por ejemplo, se necesita un esfuerzo combinado de todos los niveles de la sociedad humana para proporcionar los recursos y conocimientos a fin de enfrentar los desa- fíos de una pandemia mundial. Sea cual sea su especialidad universitaria o el objetivo de su carrera, los conocimientos de los conceptos biológicos son una herra- mienta vital para la comprensión de nuestro mundo y para cumplir con muchos de los retos personales, sociales y globales a los que nos enfrentamos. Entre estos desafíos están la creciente población hu- mana, la disminución de la diversidad biológica, la disminución de los recursos naturales, el cambio climático global y la prevención y cura de enfermedades, tales como enfermedades del corazón, cáncer, diabetes, enfermedad de Alzheimer, síndrome de inmunodeficiencia adquirida (SIDA), y la gripe. Enfrentar estos desafíos requerirá de los esfuerzos combinados de biólogos y otros científicos, profesionales de la salud, educadores, políticos y ciudadanos con información de biología. Este libro es un punto de partida para la exploración de la biología. Le proporcionará los conocimientos básicos y las herramientas para ser parte de esta fascinante ciencia, así como un miembro más informado de la sociedad. 1.1 TRES TEMAS BÁSICOS OBJETIVO DE APRENDIZAJE 1 Describir los tres temas básicos de la biología. En este primer capítulo se presentan los tres temas básicos de la biología. Ellos están conectados entre sí y con casi todos los conceptos que se analizan en este libro. 1. Evolución. Las poblaciones de organismos han evolucionado a tra- vés del tiempo a partir de formas primitivas de vida. Los científicos han acumulado una gran cantidad de evidencia que muestra que las diversas formas de vida en este planeta están relacionadas entre sí y que las poblaciones han evolucionado, es decir, han cambiado con el tiempo, a partir de las primeras formas de vida. El proceso de evolución es el marco para la ciencia de la biología y es un tema importante de este libro. 2. Transferencia o flujo de información. La información se debe transmitir dentro y entre los organismos, y éstos deben poder re- cibir información de su entorno. La supervivencia y la función de cada célula y cada organismo dependen de la transmisión ordenada de la información. La evolución depende de la transmisión de la in- formación genética de una generación a otra. 3. Transferencia o flujo de energía. Todos los procesos de la vida, incluyendo miles de reacciones químicas que mantienen la orga- nización de la vida, requieren de un aporte continuo de energía. La mayor parte de la energía utilizada por los seres vivos proviene de la luz solar. La energía del Sol se transfiere a través de sistemas vivientes desde los productores a los consumidores; los descom- ponedores obtienen energía de los cadáveres y de desechos de los productores y consumidores de los que se alimentan. La energía también se transfiere continuamente de un compuesto químico a otro dentro de cada célula. La evolución, la transferencia de información y la transferencia de energía son las fuerzas que dan características únicas a la vida. Este estudio de la biología se inicia con el desarrollo de un conocimiento más preciso de las características fundamentales de los sistemas vivos. Repaso ■¿Por qué la evolución, la transferencia de información y transferencia de energía se consideran básicas para la vida? ■¿Qué significa el término evolución aplicado a poblaciones de organismos? 1.2 CARACTERÍSTICAS DE LA VIDA OBJETIVO DE APRENDIZAJE 2 Distinguir entre seres vivos y cosas no vivas mediante la descripción de rasgos que caracterizan a los organismos vivos. Es fácil reconocer que un árbol de pino, una mariposa, y un caballo son seres vivos, mientras que una roca no lo es. A pesar de su diver- sidad, los organismos que habitan en nuestro planeta comparten un conjunto de características comunes que los distinguen de las cosas inertes. Estas características incluyen una clase precisa de organiza- ción, crecimiento y desarrollo, de metabolismo autorregulado, la ca- pacidad de responder a los estímulos, reproducción y la adaptación al cambio ambiental. ## End of OCR for page 2 ## Start of OCR for page 3 Algunas de las formas más simples de vida, como los protozoarios, son organismos unicelulares, lo que significa que cada uno consta de una sola célula (FIGURA 1-1). Por el contrario, el cuerpo de un perro o un árbol de arce están formados de miles de millones de células. En este tipo de organismos multicelulares complejos, los procesos de la vida dependen de las funciones coordinadas de sus componentes celula- res que pueden estar organizadas en forma de tejidos, órganos y sistemas de órganos. Cada célula está envuelta por una membrana plasmática que la protege y separa del medio ambiente externo que la rodea. La membrana plasmática regula el paso de materiales entre la célula y su entorno. Las células tienen moléculas especializadas que contienen instrucciones ge- néticas y transmiten información genética. En la mayoría de las células, las instrucciones genéticas están codificadas en el ácido desoxirribonu- cleico, conocido simplemente como ADN. Las células normalmente tienen estructuras internas llamadas orgánulos u organelos que están especializados para realizar funciones específicas. Fundamentalmente hay dos tipos diferentes de células: procariotas y eucariotas. Las células procariotas son exclusivas de las bacterias y organismos microscópicos llamados arqueas. Todos los otros organis- mos se caracterizan por sus células eucariotas. En general estas células contienen diversos orgánulos delimitados por membranas, incluyendo un núcleo, que alberga el ADN. Las células procariotas son estructural- mente más simples, no tienen un núcleo ni otros orgánulos delimitados por membranas. Los organismos crecen y se desarrollan El crecimiento biológico implica un aumento en el tamaño de las célu- las individuales de un organismo, en el número de células, o en ambos. El crecimiento puede ser uniforme en las diversas partes de un organismo, o puede ser mayor en algunas partes que en otras, haciendo que las pro- porciones del cuerpo cambien a medida que se produce el crecimiento. Algunos organismos, por ejemplo la mayoría de los árboles, continúan cre- ciendo durante toda su vida. Muchos animales tienen un período de creci- miento definido que termina cuando se alcanza el tamaño característico de adulto. Un aspecto interesante del proceso de crecimiento es que cada parte del organismo sigue funcionando normalmente a medida que crece. Los organismos vivos se desarrollan conforme crecen. El desarro- llo incluye todos los cambios que tienen lugar durante la vida de los organismos. Al igual que muchos otros organismos, cada ser humano comienza su vida como un huevo fertilizado, que crece y se desarrolla. Las estructuras y la forma del cuerpo que se desarrollan están delicada- mente adaptadas a las funciones que el organismo debe realizar. Los organismos regulan sus procesos metabólicos Dentro de todos los organismos, se realizan reacciones químicas y trans- formaciones de energía que son esenciales para la nutrición, el creci- miento y la reparación de las células, y la conversión de energía en formas útiles. La suma de todas las actividades químicas del organismo es su metabolismo. Los procesos metabólicos ocurren de manera continua en todos los organismos, y deben ser cuidadosamente regulados para mantener la homeostasis, un ambiente interno adecuado y equilibrado. Cuando se ha elaborado una cantidad suficiente de un producto celular, se debe disminuir o suspender su producción. Cuando se requiere una sustancia en particular, se deben activar los procesos celulares que la producen. Es- tos mecanismos homeostáticos son sistemas de control de autorregulación que son muy sensibles y eficientes. 250 μm (a) Los organismos unicelulares constan de una compleja organización de la célula que realiza todas las funciones esenciales para la vida. Los ciliados como este Paramecium, se mueven batiendo sus cilios de aspecto piloso. (b) Los organismos multicelulares, como este búfalo africano (Syncerus caffer) y la hierba que pastan, pueden consistir en miles de millones de células especializadas para realizar funciones específicas. FIGURA 1-1 Formas de vida unicelulares y multicelulares La regulación de la concentración de la glucosa (un azúcar simple) en la sangre de los animales complejos es un buen ejemplo de un meca- nismo homeostático. Sus células requieren un suministro constante de moléculas de glucosa, que se desdobla o rompe para obtener energía. El sistema circulatorio proporciona glucosa y otros nutrientes a todas las células. Cuando la concentración de glucosa en la sangre se eleva por encima de los límites normales, el exceso de glucosa se almacena en el hígado y en las células musculares en forma de glucógeno. Si usted no come durante unas cuantas horas, la concentración de glucosa empieza a bajar. Su cuerpo convierte los nutrientes almacenados en glucosa, regre- sando los niveles normales de glucosa en la sangre. Cuando la concentra- ción de glucosa disminuye, usted siente hambre y al comer se restauran los nutrientes. ## End of OCR for page 3 ## Start of OCR for page 4 FIGURA 1-2 Movimiento biológico 1 μm A. B. Dowsett/Science Photo Library/Photo Researchers, Inc. Flagelos Estas bacterias (Helicobacter pylori), equipadas con flagelos para su loco- moción, se han relacionado con las úlceras de estómago. La fotografía fue tomada con un microscopio electrónico de barrido. Las bacterias no son realmente de color rojo y azul. Su color se ha mejorado artificialmente. (a) Los pelos en la superficie de las hojas de la Venus atrapamoscas (Dionaea muscipula) detectan el toque de un insecto, y la hoja responde doblándose. Gemsbok/Dreamstime FIGURA 1-3 Plantas que responden a estímulos Los organismos responden a estímulos Todas las formas de vida responden a estímulos, a los cambios físicos o químicos en su ambiente interno o externo. Los estímulos que provocan una respuesta en la mayoría de los organismos son los cambios en el co- lor, intensidad o dirección de la luz; cambios de temperatura, presión, o el sonido; y cambios en la composición química del suelo, del aire o del agua circundante. Responder a estímulos implica movimiento, aunque no siempre locomoción (moverse de un lugar a otro). En los organismos simples, el individuo entero puede ser sensible a los estímulos. Ciertos organismos unicelulares, por ejemplo, responden a la luz brillante retirándose. En algunos organismos, la locomoción se logra mediante la lenta formación de prolongaciones o seudópodos de la célula, el proceso de movimiento ameboide. Otros organismos se mueven batiendo las diminutas extensiones pilosas de la célula llamadas cilios o de estructuras más grandes conocidas como flagelos (FIGURA 1-2). Algu- nas bacterias se mueven haciendo rotar sus flagelos. La mayoría de los animales se mueven de forma muy evidente. Se menean, gatean, nadan, corren o vuelan debido a la contracción de sus músculos. Las esponjas, corales y ostras tienen un nado libre en sus esta- dios larvarios, pero como adultos la mayoría son sésiles, lo que significa que no se pueden mover de un lugar a otro. De hecho, pueden perma- necer firmemente unidos a una superficie, tal como el fondo del mar o una roca. Muchos organismos sésiles tienen cilios o flagelos que baten rítmicamente, llevándoles alimentos y oxígeno del agua circundante. Los animales complejos, como los saltamontes, lagartos, y los seres hu- manos, tienen células altamente especializadas que responden a tipos específicos de estímulos. Por ejemplo, las células de la retina del ojo de los vertebrados responden a la luz. Aunque las respuestas pueden no ser tan obvias como las de los ani- males, las plantas responden a la luz, a la gravedad, al agua, al tacto, y otros estímulos. Por ejemplo, todas las plantas orientan sus hojas hacia el Sol y crecen hacia la fuente de luz. Mu- chas de las respuestas de las plantas im- plican diferentes tasas de crecimiento de varias partes del cuerpo de la planta. Algunas plantas, como la Venus atrapa- moscas de los pantanos de Carolina, son muy sensibles al tacto y capturan insectos (FIGURA 1-3). Sus hojas están articuladas a lo largo de la nervadura, y tienen un olor que atrae a los insectos. Los pelos se activan sobre la superficie de la hoja al detectar la llegada de un in- secto y estimulan a la hoja para que se doble. Cuando se unen los bordes, se en- trelazan, impidiendo el escape de los insectos. Enseguida la hoja segrega en- zimas que matan y digieren al insecto. La Venus atrapamoscas por lo general crece en suelo deficiente de nitrógeno. La planta obtiene parte del nitróge- no necesario para su crecimiento de los insectos que se "come". (b) Los bordes de la hoja se juntan y entrelazan, para impedir que la mosca se escape. Entonces la hoja segrega enzimas que matan y digieren el insecto. David M. Dennis/Tom Stack & Associates Los organismos se reproducen Hace tiempo, la gente pensaba que los gusanos surgían de forma espontánea a partir de la crin del caballo en una ## End of OCR for page 4 ## Start of OCR for page 5 Cabisco/Visuals Unlimited, Inc. 100 μm (a) Reproducción asexual. Un individuo da lugar a dos o más descen- dientes que son similares al progenitor. Esta imagen muestra la división de la Difflugia, una ameba unicelular, para formar dos amebas. FIGURA 1-5 Adaptaciones Estas cebras de Burchell (Equus burchelli), fotografiadas en Tanzania, adap- tan su comportamiento para ponerse en una situación conveniente a fin de estar atentas ante los leones y otros depredadores. Se cree que las rayas son una adaptación para la protección visual contra los depredadores. Éstas les sirven como camuflaje o para romper la forma, cuando se ven a dis- tancia. El estómago de la cebra está adaptado para alimentarse con pasto grueso que han dejado otros herbívoros, una adaptación que le ayuda al animal a sobrevivir cuando la comida escasea. (b) Reproducción sexual. Generalmente, cada uno de los dos progenitores contribuye con un gameto (espermatozoide u óvulo). Los gametos se fusionan para producir los descendientes, cada uno de los cuales tienen una combinación de las características de ambos padres. Esta imagen muestra un par de moscas tropicales apareándose. FIGURA 1-4 Reproducción asexual y sexual L. E. Gilbert/Biological Photo Service cubeta de agua, las larvas a partir de la carne en descomposición, y las ranas a partir del lodo del Nilo. Gracias al trabajo de varios científicos, entre ellos el médico italiano Francesco Redi en el siglo XVII y el químico francés Louis Pasteur en el siglo XIX, se sabe que todos los organismos provienen de otros organis- mos ya existentes. partir del óvulo fecundado. Los descendientes producidos por la repro- ducción sexual son el resultado de la interacción de varios genes aporta- dos por la madre y el padre. Esta variación genética es importante en los procesos vitales de la evolución y la adaptación. Las poblaciones evolucionan y se adaptan al medio ambiente La capacidad de una población para evolucionar durante muchas gene- raciones y adaptarse a su entorno les permite sobrevivir en un mundo cambiante. Las adaptaciones son características que se heredan y que aumentan la capacidad de un organismo para sobrevivir en un entorno particular. La lengua larga y flexible de la rana es una adaptación para capturar insectos, las plumas y los huesos livianos de los pájaros son adap- taciones para volar, y la gruesa cubierta del pelo del oso polar es una adaptación para sobrevivir a las gélidas temperaturas. Las adaptaciones pueden ser estructurales, fisiológicas, bioquímicas, de comportamiento, o una combinación de las cuatro (FIGURA 1-5). Todos los organismos biológi- camente exitosos son una compleja colección de adaptaciones coordinadas que se han producido a través de los procesos evolutivos. Repaso ■ ¿Qué características distinguen a un organismo vivo de un objeto inanimado? ■¿Cuáles serían las consecuencias para un organismo si sus mecanismos homeostáticos fallaran? Explique su respuesta. ■¿Qué se entiende por adaptaciones? 1.3 NIVELES DE ORGANIZACIÓN BIOLÓGICA OBJETIVO DE APRENDIZAJE 3 Construir una jerarquía de organización biológica, que incluya los niveles característicos de los organismos individuales y los niveles característi- cos de sistemas ecológicos. ## End of OCR for page 5 ## Start of OCR for page 6 Ya sea que se estudie un solo organismo o los seres vivos como un todo, se puede identificar una jerarquía de organización biológica (FIGURA 1-6). En cualquier nivel, la estructura y la función están estrechamente relacionados. Una forma de estudiar un nivel en particular es observando sus componentes. Los biólogos pueden ampliar su punto de vista sobre las células con el estudio de los átomos y moléculas que la componen. Al aprendizaje sobre una estructura mediante el estudio de sus partes se le llama reduccionismo. Sin embargo, el todo es más que la suma de sus partes. Cada nivel tiene propiedades emergentes, características que no se encuentran en los niveles inferiores. Las poblaciones de organis- mos tienen propiedades emergentes tales como densidad de población, estructura de edad y tasas de natalidad y de mortalidad. Los individuos que conforman una población no tienen estas características. Considere también el cerebro humano. El cerebro está compuesto de millones de neuronas (células nerviosas). Sin embargo, se podrían estudiar todas es- tas neuronas individuales y no tener idea de las capacidades funcionales del cerebro. Sólo cuando las neuronas se conectan entre sí de manera precisa se hacen evidentes las propiedades emergentes, tales como la ca- pacidad para pensar, hacer juicios y la coordinación motora. Los organismos presentan diferentes niveles de organización El nivel químico, el más básico de la organización biológica, incluye áto- mos y moléculas. Un átomo es la unidad más pequeña de un elemen- to químico que conserva las propiedades características de ese elemento. Por ejemplo, un átomo de hierro es la cantidad más pequeña posible de hierro. Los átomos se combinan químicamente para formar moléculas. Dos átomos de hidrógeno se combinan con un átomo de oxígeno para formar una sola molécula de agua. Aunque se compone de dos tipos de átomos que son gases, el agua puede existir como líquido o sólido. Las propiedades del agua son muy diferentes de las de sus componentes hi- drógeno y oxígeno, este es un ejemplo de propiedades emergentes. A nivel celular, muchos tipos de átomos y moléculas se asocian en- tre sí para formar células. Sin embargo, una célula es mucho más que un montón de átomos y moléculas. Sus propiedades emergentes hacen de ésta la unidad básica estructural y funcional de la vida, el componente más simple de la materia viva que puede realizar todas las actividades necesarias para vivir. Durante la evolución de organismos multicelulares, las células se asociaron para formar tejidos. Por ejemplo, la mayoría de los animales tienen tejido muscular y tejido nervioso. Las plantas tienen epidermis, un tejido que sirve como una cubierta protectora, y tejidos vasculares que mueven los materiales a través del cuerpo de la planta. En la mayo- ría de los organismos complejos, los tejidos se organizan en estructu- ras funcionales llamadas órganos, tales como el corazón y el estómago en animales y las raíces y las hojas de las plantas. En los animales, cada grupo principal de funciones biológicas lo realiza un grupo coordinado de tejidos y órganos llamado sistema de órganos. Los sistemas circu- latorio y digestivo son ejemplos de sistemas de órganos. Funcionando en conjunto con gran precisión, los sistemas de órganos constituyen un complejo organismo multicelular. Una vez más, las propiedades emer- gentes son evidentes. Un organismo es mucho más que los sistemas de órganos que lo componen. Se pueden identificar varios niveles de organización ecológica Los organismos interactúan para formar niveles aún más complejos de organización biológica. Todos los miembros de una misma especie que viven en la misma área geográfica, al mismo tiempo constituyen una población. Las poblaciones de diversos tipos de organismos que habitan en un área particular e interactúan entre sí forman una comu- nidad. Una comunidad puede constar de cientos de diferentes tipos de organismos. Una comunidad, junto con su entorno inerte es un ecosistema. Un ecosistema puede ser tan pequeño como un estanque (o incluso un charco) o tan grande como las grandes planicies de América del Norte o la tundra ártica. Todos los ecosistemas de la Tierra en conjunto se co- nocen como la biosfera, que incluye a toda la Tierra habitada por or- ganismos vivos, la atmósfera, la hidrosfera (agua en cualquier forma), y la litosfera (corteza de la Tierra). El estudio de cómo los organismos se relacionan entre sí y con su entorno físico se llama ecología (derivada del griego oikos, que significa “casa”). Repaso ■ ¿Cuáles son los niveles de organización dentro de un organismo? ☐ ¿Cuáles son los niveles de organización ecológica? 1.4 TRANSFERENCIA DE INFORMACIÓN OBJETIVO DE APRENDIZAJE 4 Resumir la importancia de la transferencia de información dentro y entre los sistemas de vida, dando ejemplos específicos. Un organismo hereda la información que necesita para crecer, desa- rrollarse, autorregularse metabólicamente, responder a los estímulos, y reproducirse. Cada organismo contiene también instrucciones preci- sas para elaborar las moléculas necesarias para la comunicación de sus células. La información que un organismo requiere para realizar estos procesos de la vida se codifica y se transmite en forma de sustancias quí- micas e impulsos eléctricos. Los organismos también deben comunicar información entre sí. El ADN transmite información de una generación a la siguiente Los seres humanos procrean solamente bebés humanos, no jirafas o ro- sales. En los organismos que se reproducen sexualmente, cada descen- diente es una combinación de los rasgos de sus padres. En 1953, James Watson y Francis Crick trabajaron con la estructura del ADN, la molécu- la de gran tamaño que constituye los genes, que son las unidades de ma- terial hereditario (FIGURA 1-7). Una molécula de ADN consiste de dos cadenas de átomos que se pliegan entre sí para formar una hélice. Como se describe en el capítulo 2, cada cadena se compone de una secuencia de subunidades químicas llamados nucleótidos. Hay cuatro tipos de nucleótidos en el ADN, y cada secuencia de tres nucleótidos es parte del código genético. El trabajo de Watson y Crick permitió entender este código gené- tico. La información codificada en las secuencias de nucleótidos en el ADN transmite la información genética de generación en generación. El código funciona algo así como un alfabeto. Los nucleótidos pueden "deletrear" una asombrosa variedad de instrucciones para la creación de organismos tan diversos como las bacterias, las ranas y los árboles secoya. El código genético es universal, es decir, prácticamente idén- tico en todos los organismos, un ejemplo dramático de la unidad de la vida. ## End of OCR for page 6 ## Start of OCR for page 7 Organismo Los sistemas de órganos trabajan juntos para el funcionamiento del organismo. Sistema de órganos (por ejemplo, sistema esquelético) Los tejidos y órganos forman los sistemas de órganos. Sistema de órganos Organismo Población Órgano (por ejemplo, los huesos) Los tejidos forman los órganos. Tejido (por ejemplo, el tejido óseo) Las células se asocian para formar tejidos. Nivel celular Los átomos y las moléculas forman el citoplasma y los orgánulos, como el núcleo y la mitocondria (el lugar de muchas transformaciones energéticas). Los orgánulos realizan diversas funciones de la célula. Órgano Nivel químico Los átomos se unen para formar moléculas. Las macromoléculas son grandes moléculas como las proteínas y el ADN. Comunidad Tejido Células de los huesos Célula Orgánulo Macromolécula Núcleo Átomo de oxígeno Átomos de hidrógeno Ecosistema Molécula Agua FIGURA 1-6 Animada La jerarquía de la organización biológica س Población Una población está formada por organismos de la misma especie. Comunidad Las poblaciones de diferentes especies que habitan la misma zona geográfica forman una comunidad. Ecosistema Una comunidad junto con el medio ambiente inerte forma un ecosistema. Biosfera Biosfera La Tierra y todas sus comunidades constituyen la biosfera. ## End of OCR for page 7 ## Start of OCR for page 8 FIGURA 1-7 ADN El ADN es el material hereditario que transmite información de una ge- neración a otra. Como se muestra en este modelo, el ADN es una macro- molécula que consiste en dos cadenas de átomos que se pliegan entre sí para formar una hélice. Cada cadena se compone de subunidades llamadas nucleótidos. La secuencia de nucleótidos constituye el código genético. Imagen computarizada de ADN por Geis/Stodola. No puede ser reproducida sin autorización. La información se transmite por señales químicas y eléctricas Los genes controlan el desarrollo y funcionamiento de cada organismo. El ADN que constituye los genes contiene las "recetas" para hacer todas las proteínas requeridas por el organismo. Las proteínas son moléculas grandes o macromoléculas importantes en la determinación de la estruc- tura y función de las células y tejidos. Por ejemplo, las células del cerebro se diferencian de las células musculares en gran parte debido a que tienen diferentes tipos de proteínas. Algunas proteínas son importantes en la comunicación dentro y entre las células. Ciertas proteínas que se encuen- tran en la superficie de una célula sirven como marcadores de manera que otras células las "reconozcan". Algunas proteínas de la superficie celular sirven como receptores que se combinan con los mensajeros químicos. Las células utilizan las proteínas y muchos otros tipos de molécu- las para comunicarse entre sí. En un organismo multicelular, las células producen compuestos químicos como las hormonas, un tipo de seña- lizadores celulares. Las hormonas y otros mensajeros químicos pueden ser señalizadores celulares en órganos distantes para que secreten una sustancia necesaria en particular o para cambiar alguna actividad me- tabólica. De esta manera, las señales químicas ayudan a regular el cre- cimiento, el desarrollo y los procesos metabólicos. Los mecanismos implicados en la señalización celular a menudo involucran procesos bioquímicos complejos. La señalización celular es actualmente un área de intensa investi- gación. Un aspecto importante ha sido la transferencia de información entre las células del sistema inmunológico. Una mejor comprensión de cómo se comunican las células promete nuevos conocimientos sobre cómo el cuerpo se protege contra los organismos causantes de enfer- medades. Aprender a manejar la señalización celular puede conducir a nuevos métodos de administración de fármacos en las células y nuevos tratamientos para el cáncer y otras enfermedades. Algunos organismos utilizan señales eléctricas para transmitir in- formación. La mayoría de los animales tiene un sistema nervioso que transmite la información a través de impulsos eléctricos y compuestos químicos conocidos como neurotransmisores. La información transmi- tida desde una parte del cuerpo a otra es importante en la regulación de los procesos vitales. En los animales complejos, el sistema nervioso es el que provee la información acerca del ambiente exterior transmitiendo se- ñales desde los receptores sensoriales como los ojos y los oídos al cerebro. La información también se debe transmitir de un organismo a otro. Los mecanismos para este tipo de comunicación incluyen la liberación de productos químicos como feromonas, las señales visuales y sonoras. Típicamente, los organismos utilizan una combinación de varios tipos de señales de comunicación. Un perro puede enviar señales de agresión al gruñir, con una expresión facial particular, y haciendo las orejas hacia atrás. Muchos animales realizan complejos rituales de cortejo en el que se muestran partes de sus cuerpos, a menudo elaboradamente decora- dos, para atraer a su pareja. Repaso ¿Cuál es la función del ADN? Mencione dos ejemplos de señalización celular 1.5 LA ENERGÍA DE LA VIDA OBJETIVO DE APRENDIZAJE 5 Resumir el flujo de energía a través de los ecosistemas y contrastar el papel de los productores, consumidores y descomponedores. La vida depende de un aporte continuo de energía del Sol ya que cada actividad de una célula viva o un organismo requiere energía. Siempre que se utiliza energía para realizar trabajo biológico, una parte de ella se convierte en calor y se dispersa en el ambiente. Recuerde que todas las transformaciones de energía y los procesos químicos que ocurren dentro de un organismo se conocen como su meta- bolismo. La energía es necesaria para realizar actividades metabólicas esen- ciales para el crecimiento, reparación y mantenimiento. Cada célula de un organismo requiere nutrientes que contienen energía. Durante la respi- ración celular, las células captan la energía liberada por las moléculas de nutrientes a través de una serie de reacciones químicas cuidadosamente reguladas (FIGURA 1-8). La célula puede utilizar esta energía para hacer ## End of OCR for page 8 ## Start of OCR for page 9 PUNTO CLAVE La mayor parte de la energía para la vida proviene de la energía luminosa del Sol, que se capta durante la fotosíntesis, parte de esta energía se almacena en los enlaces químicos de la glucosa y otros nutrientes. Dióxido de carbono y agua Energía Energía luminosa La fotosí