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Una visión de la vida. 7 El virus HINT es la causa de la influenza HIN1 (gripe)...

Una visión de la vida. 7 El virus HINT es la causa de la influenza HIN1 (gripe). Las partículas del virus HINT (azul) son visiblesen 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. NIBSC/Science Photo I brote de influenza HIN1 (gripe) se convirtió en el centro de atención CNPO EE mundial en abril de 2009. En pocos meses, más de 200 países habían 1.1 Los temas básicos de biología incluyen evolución, transfe- notificado casos confirmados de esta enfermedad viral, la gripe HINT había rencia o flujo de información y transferencia o flujo de energía. causado miles de muertes. De acuerdo con Centros para el Control y Pre- 1.2 Las características de la vida incluyen estructura celular, vención de Enfermedades (CDC), de Estados Unidos, más de 200 agentes crecimiento y desarrollo, metabolismo autorregulador, res- patógenos conocidos (organismos causantes de enfermedades) tienen el puesta a los estímulos, y reproducción. potencial de amenaza mundial. Históricamente, las cepas virales nuevas 1.3 Laorganización biológica es jerárquica e incluye molécu- han cobrado muchas vidas humanas. Por ejemplo, en 1918, una pandemia las, célula, tejido, órgano, sistema de órganos e individuo; de gripe mató a más de 20 millones de personas en todo el mundo. Los la organización ecológica incluye la población, comunidad, ecosistema y biosfera. epidemiólogos advierten que aún hoy en día una pandemia de gripe podría matar a millones de personas. Las pandemias como la gripe HIN1 tienen 1.4 Latransferencia de información incluye la del ADN de una - a ' generación a la siguiente, la transmisión de señales químicas un impacto global negativo. Afectan muchos aspectos de la vida, como la y eléctricas dentro de las células de cada organismo y entre economía, los viajes, el turismo y la educación. ellas, y de los productos químicos, así como de la información Armados con nueva tecnología, los biólogos trabajan estrechamente vlsual){sonora ua bemiten en conjunto a los organismos con profesionales de la salud pública y de otras áreas de la salud para comunicarse unos con otros e interactuar con su entorno.. - N prevenir pandemias peligrosas. Cuando surge un nuevo agente causante 1.5 Los individuos y ecosistemas enteros dependen de un. N. n - aporte continuo de yenergía. La energía fluye Pedentro de las de enfermedad, - los biólogos estudian sus relaciones evolutivas con pató- CEe de UNEA Ea o = otro. genos conocidos. Por ejemplo, los investigadores han determinado que la 1.6 La evolución es el proceso mediante el cuallos organismos pandemia de gripe de 1918 fue causada por el virus de influenza A (HIN1) de las poblaciones cambian con el tiempo, adaptándosea las que pudo haber mutado y recientemente emergido de una cepa porcina modificaciones en su entorno; el árbol de la vida incluye tres 0 aviar. La cepa de HIN1 que fue identificada en 2009 estuvo relacionada ramas principales, o dominios de vida. con el patógeno de 1918 1.7 Los biólogos se preguntan, formulan hipótesis, hacen Los biólogos determinaron que la cepa de HIN1 de 2009 evolucionó a predicciones y recogen datos de una cuidadosa observación partirde una combinación de cepas de este virus provenientes de cerdos, y experimentación, y con base en sus resultados, llegan a conclusiones. aves y seres humanos infectados. Además encontraron que esta cepa de HIN1 contiene una combinación única de segmentos de genes para los que los humanos no tienen inmunidad preexistente. Conocer acerca de los orígenes de los virus proporciona pistas impor- 1. Evolución. Las poblaciones de organismos han evolucionado a tra- tantes sobre su estructura y comportamiento, y sugiere hipótesis para vés del tiempo a partir de formas primitivas de vida. Los cientificos combatirla. Entonces, los científicos deben probar sus hipótesis en el han acumulado una gran cantidad de evidencia que muestra que laboratorio. Los investigadores fueron capaces de determinar los anti- las diversas formas de vida en este planeta están relacionadas entre genos (ciertas proteínas) en la superficie del HIN1. Estos antígenos se sí y que las poblaciones han evolucionado, es decir, han cambiado unen con los receptores de las células humanas para infectarlas. Con 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 base en estudios detallados de la gripe HINI, la vacuna se desarrolló importante de este libro. rápidamente. 2. Transferencia o flujo de información. La información se debe Los agentes patógenos pueden atacar y expandirse rápidamente, y transmitir dentro y entre los organismos, y éstos deben poder re- la continua evolución de los patógenos resistentes a los medicamentos cibir información de su entorno. La supervivencia y la función de constituye un reto importante. Las nuevas variedades de HIN1 siguen cada célula y cada organismo dependen de la transmisién ordenada apareciendo, y los investigadores los deben caracterizar de forma de la información. La evolución depende de la transmisión de la in- rápida y evaluar su virulencia potencial. Los científicos predicen que las formación genética de una generación a otra. nuevas variedades pueden mostrar una mayor resistencia a los medica- 3. Transferencia o flujo de energía. Todos los procesos de la vida, mentos y pueden ser más virulentas. Además, las vacunas que se han incluyendo miles de reacciones químicas que mantienen la orga- desarrollado recientemente podrían no ser efectivas. Las enfermedades nización de la vida, requieren de un aporte continuo de energía. La mayor parte de la energía utilizada por los seres vivos proviene emergentes se tratarán más adelante en el capitulo 24. de la luz solar. La energía del Sol se transfiere a través de sistemas Este es un momento excitante para estudiar biología, la ciencia vivientes desde los productores a los consumidores; los descom- de la vida. Los importantes y nuevos descubrimientos biológicos que ponedores obtienen energía de los cadáveres y de desechos de los se están haciendo casi a diario afectan cada aspecto de nuestras vidas, productores y consumidores de los que se alimentan. La energía incluyendo la salud, alimentación, seguridad, interacción con otras también se transfiere continuamente de un compuesto químico a personasy seres vivos y con el entorno ambiental del planeta. Los otro dentro de cada célula. conocimientos que surgen proporcionan nuevos puntos de vista acerca La evolución, la transferencia de información y la transferencia de energía de la especie humana y de los millones de otros organismos con los son las fuerzas que dan características únicas a la vida. Este estudio de la que compartimos este planeta. La biología afecta nuestras decisiones biología se inicia con el desarrollo de un conocimiento más preciso de las personales, gubernamentales y sociales. Por ejemplo, se necesita un características fundamentales de los sistemas vivos. esfuerzo combinado de todos los niveles de la sociedad humana para proporcionar los recursos y conocimientos a fin de enfrentar los desa- Repaso fios de una pandemia mundial. Sea cual sea su especialidad universitaria o el objetivo de su = ¿Por qué la evolución, la transferencia de información y transferencia carrera, los conocimientos de los conceptos biológicos son una herra- de energía se consideran básicas para la vida? mienta vital para la comprensión de nuestro mundo y para cumplir = ¿Qué significa el término evolución aplicado a poblaciones de organismos? 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 1.2 CARACTERÍSTICAS DE LA VIDA enfermedades, tales como enfermedades del corazón, cáncer, diabetes, | OBJETIVO DE APRENDIZAJE enfermedad de Alzheimer, síndrome de inmunodeficiencia adquirida (SIDA), y la gripe. Enfrentar estos desafíos requerirá de los esfuerzos 2 Distinguir entre seres vivos y cosas no vivas mediante la descripción de rasgos que caracterizan a los organismos vivos. combinados de biólogos yotros científicos, profesionales de la salud, educadores, políticos y ciudadanos con información de biología. Es fácil reconocer que un drbol de pino, una mariposa, y un caballo Este libro es un punto de partida para la exploración de la biología. son seres vivos, mientras que una roca no lo es. A pesar de su diver- Le proporcionará los conocimientos básicosy las herramientas para ser sidad, los organismos que habitan en nuestro planeta comparten un parte de esta fascinante ciencia, así como un miembro más informado conjunto de caracteristicas comunes que los distinguen de las cosas de la sociedad. 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. 1.1 TRES TEMAS BÁSICOS | OBJETIVO DE APRENDIZAJE Los organismos están compuestos por células 1 Describir los tres temas básicos de la biología. Aunque varían mucho en tamaño y apariencia, todos los organismos consisten de unidades básicas llamadas células. Las nuevas células se En este primer capítulo se presentan los tres temas básicos de la biología. forman sólo por la división de células previamente existentes. Como Ellos están conectados entre sí y con casi todos los conceptos que se se analizará en el capítulo 4, estos conceptos se expresan en la teoría analizan en este libro. celular, un concepto unificador fundamental de la biología. 2 Capítulo 1  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- 250 um cleico, conocido simplemente como ADN. Las células normalmente tienen estructuras internas llamadas orgánulos u organelos que están (a) Los organismos unicelulares constan de una compleja organización de especializados para realizar funciones especificas. la célula que realiza todas las funciones esenciales para la vida. Los ciliados Fundamentalmente hay dos tipos diferentes de células: procariotas como este Paramecium, se mueven batiendo sus cilios de aspecto piloso. 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- g ciendo durante toda su vida. Muchos animales tienen un periodo 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- o lo incluye todos los cambios que tienen lugar durante la vida de los organismos. Al igual que muchos otros organismos, cada ser humano caffer) y la hierba que pastan, pueden consistir en miles de millones de comienza su vida como un huevo fertilizado, que crece y se desarrolla. células especializadas para realizar funciones específicas. Las estructuras y la forma del cuerpo que se desarrollan están delicada- mente adaptadas a las funciones que el organismo debe realizar. FIGURA 1-1 Formas de vida unicelulares y multicelulares Los organismos regulan sus procesos metabólicos Dentro de todos los organismos, se realizan reacciones químicas y trans- La regulación de la concentración de la glucosa (un azúcar simple) formaciones de energía que son esenciales para la nutrición, el creci- en la sangre de los animales complejos es un buen ejemplo de un meca- miento y la reparación de las células, y la conversión de energía en formas nismo homeostático. Sus células requieren un suministro constante de útiles. La suma de todas las actividades químicas del organismo es su moléculas de glucosa, que se desdobla o rompe para obtener energía. El metabolismo. sistema circulatorio proporciona glucosa y otros nutrientes a todas las Los procesos metabólicos ocurren de manera continua en todos células. Cuando la concentración de glucosa en la sangre se eleva por los organismos, y deben ser cuidadosamente regulados para mantener encima de los límites normales, el exceso de glucosa se almacena en el la homeostasis, un ambiente interno adecuado y equilibrado. Cuando higado y en las células musculares en forma de glucógeno. Si usted no se ha elaborado una cantidad suficiente de un producto celular, se debe come durante unas cuantas horas, la concentración de glucosa empieza a disminuir o suspender su producción. Cuando se requiere una sustancia bajar. Su cuerpo convierte los nutrientes almacenados en glucosa, regre- en particular, se deben activar los procesos celulares que la producen. Es- sando los niveles normales de glucosa en la sangre. Cuando la concentra- tos mecanismos homeostáticos son sistemas de control de autorregulación ción de glucosa disminuye, usted siente hambre y al comer se restauran que son muy sensibles y eficientes. los nutrientes. Una visión de la vida 3  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 to Researchers, Ic 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 (FIGURA1-2). 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. FIGURA 1-2 Movimiento biológico Los animales complejos, como los saltamontes, lagartos, y los seres hu- Estas bacterias (Helicobacter pylorí), equipadas con flagelos para su loco- manos, tienen células altamente especializadas que responden a tipos moción, se han relacionado con las úlceras de estómago. La fotografía fue específicos de estímulos. Por ejemplo, las células de la retina del ojo de tomada con un microscopio electrónico de barrido. Las bacterias no son realmente de color rojo y azul. Su color se ha mejorado artificialmente. 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 dela 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 David M. Dennis/TomSt crece en suelo deficiente de nitrógeno. © Gemsbok/Dreamstime La planta obtiene parte del nitróge- no necesario para su crecimiento de los insectos que se “come”. (a) Los pelos en la superficie de las hojas de (b) Los bordes de la hoja se juntan y entrelazan, la Venus atrapamoscas (Dionaea muscipula) para impedir que la mosca se escape. Entonces detectan el toque de un insecto, y la hoja la hoja segrega enzimas que matan y digieren responde doblandose. el insecto. Hace tiempo, la gente pensaba que los gusanos surgían de forma espontánea FIGURA 1-3 Plantas que responden a estímulos a partir de la crin del caballo en una 4 Capítulo 1  v Sergey/Shul 100 um FIGURA 1-5 Adaptaciones Estas cebrasde Burchell (Equus burchelli), fotografiadasen Tanzania, adap- (a) Reproducción asexual. Un individuo da lugar a dos o más descen- tan su comportamiento para ponerse en una situación conveniente a fin de dientes que son similares al progenitor. Esta imagen muestra la estar atentas ante los leones y otros depredadores. Se cree que las rayas división de la Difflugia, una ameba unicelular, para formar dos amebas. 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. 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 caracteristicas que se heredan y que (b) Reproducción sexual. Generalmente, cada uno de los dos progenitores contribuye con un gameto (espermatozoide u óvulo). aumentan la capacidad de un organismo para sobrevivir en un entorno Los gametos se fusionan para producir los descendientes, cada particular. La lengua larga y flexible de la rana es una adaptación para uno de los cuales tienen una combinación de las características de capturar insectos, las plumas y los huesos livianos de los pájaros son adap- ambos padres. Esta imagen muestra un par de moscas tropicales taciones para volar, y la gruesa cubierta del pelo del oso polar es una apareándose. adaptación para sobrevivir a las gélidas temperaturas. Las adaptaciones pueden ser estructurales, fisiológicas, bioquímicas, de comportamiento, o FIGURA 1-4 Reproducción asexual y sexual 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. 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 Repaso Francesco Redi en el siglo xvi1 y el químico francés Louis Pasteur en el = ¿Qué características distinguen a un organismo vivo de un objeto siglo XIx, se sabe que todos los organismos provienen de otros organis- inanimado? mos ya existentes. = - ¿Cuáles serfan las consecuencias para un organismo si sus mecanismos Los organismos simples, como las amebas, se perpetúan por repro- homeostáticos fallaran? Explique su respuesta. ducción asexual (FIGURA 1-4a). Cuando una ameba ha crecido hasta = ¿Qué se entiende por adaptaciones? un tamaño determinado, se reproduce dividiéndose a la mitad para for- mar dos nuevas amebas. Antes de que se divida una ameba, su material hereditario (conjunto de genes) se duplica, y un conjunto completo 1.3 NIVELES DE ORGANIZACIÓN se distribuye en cada nueva célula. Excepto por el tamaño, cada nueva ameba es similar a la célula progenitora. La única manera de que se pro- BIOLÓGICA duzca la variación en un organismo de reproducción asexual es por mu- tación genética, un cambio permanente en los genes. u OBJETIVO DE APRENDIZAJE En la mayoría de las plantas y animales, la reproducción sexual se 3 Construir una jerarquía de organización biológica, que incluya los niveles Tleva a cabo por la fusión de un óvulo y un espermatozoide para formar característicos de los organismos individuales y los niveles característi- un óvulo fecundado (FIGURA 1-4b). El nuevo organismo se desarrolla a cos de sistemas ecológicos. Una visión de la vida 5 Ya sea que se estudie un solo organismo o los seres vivos como un todo, que viven en la misma área geográfica, al mismo tiempo constituyen se puede identificar una jerarquía de organización biológica (FIGURA1-6). una población. Las poblaciones de diversos tipos de organismos que En cualquier nivel, la estructura y la función están estrechamente habitan en un área particular e interactúan entre sí forman una comu- relacionados. Una forma de estudiar un nivel en particular es observando nidad. Una comunidad puede constar de cientos de diferentes tipos sus componentes. Los biólogos pueden ampliar su punto de vista sobre de organismos. las células con el estudio de los átomos y moléculas que la componen. Al Una comunidad, junto con su entorno inerte es un ecosistema. aprendizaje sobre una estructura mediante el estudio de sus partes se le Un ecosistema puede ser tan pequeño como un estanque (o incluso un llama reduccionismo. Sin embargo, el todo es más que la suma de sus charco) o tan grande como las grandes planicies de América del Norte partes. Cada nivel tiene propiedades emergentes, características que o la tundra ártica. Todos los ecosistemas de la Tierra en conjunto se co- 1o se encuentran en los niveles inferiores. Las poblaciones de organis- nocen como la biosfera, que incluye a toda la Tierra habitada por or- mos tienen propiedades emergentes tales como densidad de población, ganismos vivos, la atmésfera, la hidrosfera (agua en cualquier forma), y estructura de edad y tasas de natalidad y de mortalidad. Los individuos la litosfera (corteza de la Tierra). El estudio de cómo los organismos se que conforman una población no tienen estas caracteristicas. Considere relacionan entre sí y con su entorno fisico se llama ecología (derivada también el cerebro humano. El cerebro está compuesto de millones de del griego oikos, que significa “casa”). neuronas (células nerviosas). Sin embargo, se podrían estudiar todas es- tas neuronas individuales y no tener idea de las capacidades funcionales Repaso del cerebro. Sólo cuando las neuronas se conectan entre sí de manera precisa se hacen evidentes las propiedades emergentes, tales como la ca- = ¿Cuáles son los niveles de organización dentro de un organismo? pacidad para pensar, hacer juicios y la coordinación motora. = ¿Cuáles son los niveles de organización ecológica? Los organismos presentan diferentes niveles de organización 1.4 TRANSFERENCIA DE INFORMACIÓN El nivel quimico, el más básico de la organización biológica, incluye áto- mos y moléculas. Un átomo es la unidad más pequeña de un elemen- E OBJETIVO DE APRENDIZAJE to químico que conserva las propiedades caracteristicas de ese elemento. 4 Resumir la importancia de la transferencia de información dentro y entre Por ejemplo, un átomo de hierro es la cantidad más pequeña posible de los sistemas de vida, dando ejemplos específicos. hierro. Los átomos se combinan químicamente para formar moléculas. Dos átomos de hidrógeno se combinan con un átomo de oxígeno para Un organismo hereda la información que necesita para crecer, desa- formar una sola molécula de agua. Aunque se compone de dos tipos de rrollarse, autorregularse metabólicamente, responder a los estímulos, átomos que son gases, el agua puede existir como líquido o sólido. Las y reproducirse. Cada organismo contiene también instrucciones preci- propiedades del agua son muy diferentes de las de sus componentes hi- sas para elaborar las moléculas necesarias para la comunicación de sus drógeno y oxígeno, este es un ejemplo de propiedades emergentes. células. La información que un organismo requiere para realizar estos A nivel celular, muchos tipos de átomos y moléculas se asocian en- procesos de la vida se codifica y se transmite en forma de sustancias quí- tre sí para formar células. Sin embargo, una célula es mucho más que un micas e impulsos eléctricos. Los organismos también deben comunicar montón de átomos y moléculas. Sus propiedades emergentes hacen de información entre sí. ésta la unidad básica estructural y funcional de la vida, el componente más simple de la materia viva que puede realizar todas las actividades El ADN transmite información necesarias para vivir. de una generación a la siguiente Durante la evolución de organismos multicelulares, las células se asociaron para formar tejidos. Por ejemplo, la mayoría de los animales Los seres humanos procrean solamente bebés humanos, no jirafas o ro- tienen tejido muscular y tejido nervioso. Las plantas tienen epidermis, sales. En los organismos que se reproducen sexualmente, cada descen- un tejido que sirve como una cubierta protectora, y tejidos vasculares diente es una combinación de los rasgos de sus padres. En 1953, James que mueven los materiales a través del cuerpo de la planta. En la mayo- Watson y Francis Crick trabajaron con la estructura del ADN, la molécu- ría de los organismos complejos, los tejidos se organizan en estructu- la de gran tamaño que constituye los genes, que son las unidades de ma- ras funcionales llamadas órganos, tales como el corazón y el estómago terial hereditario (FIGURA 1-7). Una molécula de ADN consiste de dos en animales y las raíces y las hojas de las plantas. En los animales, cada cadenas de átomos que se pliegan entre sí para formar una hélice. Como grupo principal de funciones biológicas lo realiza un grupo coordinado se describe en el capítulo 2, cada cadena se compone de una secuencia de tejidos y órganos llamado sistema de órganos. Los sistemas circu- de subunidades químicas llamados nucleótidos. Hay cuatro tipos de latorio y digestivo son ejemplos de sistemas de órganos. Funcionando nucleótidos en el ADN, y cada secuencia de tres nucleótidos es parte del en conjunto con gran precisión, los sistemas de órganos constituyen un código genético. complejo organismo multicelular. Una vez más, las propiedades emer- El trabajo de Watson y Crick permitió entender este código gené- gentes son evidentes. Un organismo es mucho más que los sistemas de tico. La información codificada en las secuencias de nucleótidos en el órganos que lo componen. ADN transmite la información genética de generación en generación. El código funciona algo así como un alfabeto. Los nucleótidos pueden Se pueden identificar varios niveles “deletrear” una asombrosa variedad de instrucciones para la creación de organización ecológica de organismos tan diversos como las bacterias, las ranas y los árboles secoya. El código genético es universal, es decir, prácticamente idén- Los organismos interactúan para formar niveles aún más complejos tico en todos los organismos, un ejemplo dramático de la unidad de de organización biológica. Todos los miembros de una misma especie la vida. 6 Capítulo 1 Organismo Los sistemas de órganos trabajan juntos para el funcionamiento del organismo. Población Una población está formada por organismos de la misma Organismo especie.A Población Sistema de Sistema de órganos órgano: 'ganos (por ejemplo, sistema esquelético) Los tejidos y órganos forman los Comunidad sistemas de órganos. Las poblaciones de diferentes especies que habitan la misma zona geográfica Organo forman una (por ejemplo, los comunidad. huesos) Los tejidos forman los órganos. Comunidad (por ejemplo, el tejido óseo) Las células se asocian para formar tejidos. Nivel celular Ecosistema Los átomos y las Una comunidad moléculas forman junto con el el citoplasma y los medio ambiente orgánulos, como el inerte forma un núcleo y la mitocondria ecosistema. (el lugar de muchas transformaciones Orgánulo energéticas). Los Ecosistema orgénulos realizan ' diversas funciones de la célula. Nivel químico Macromolécula Biosfera Los átomos se unen La Tierra y todas para formar moléculas. , sus comunidades Las macromoléculas son Blosfera constituyen la grandes moléculas como biosfera. las proteínas y el ADN. Átomo de oxígeno Átomos de hidrógeno Molécula Agua FIGURA1-6 Animada La jerarquía de la organización bi Una visión de la vida  Las células utilizan las proteínas y muchos otros tipos de molécu- las para comunicarse entre si. 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 quimicos 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 = ¿Cuáles la función del ADN? FIGURA 1-7 ADN = Mencione dos ejemplos de señalización celular 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 LA ENERGÍA DE LA VIDA nucleótidos. La secuencia de nucleótidos constituye el código genético. Resumirel flujo de energía a través de los ecosistemas y contrastar el u La información se transmite por señales papel de los productores, consumidores y descomponedores. químicasy eléctricas La vida depende de un aporte continuo de energía del Sol ya que cada Los genes controlan el desarrollo y funcionamiento de cada organismo. actividad de una célula viva o un organismo requiere energía. Siempre El ADN que constituye los genes contiene las “recetas” para hacer todas que se utiliza energía para realizar trabajo biológico, una parte de ella se las proteínas requeridas por el organismo. Las proteínas son moléculas convierte en calor y se dispersa en el ambiente. grandes o macromoléculas importantes en la determinación de la estruc- Recuerde que todas las transformaciones de energía y los procesos tura y función de las células y tejidos. Por ejemplo, las células del cerebro quimicos que ocurren dentro de un organismo se conocen como su meta- se diferencian de las células musculares en gran parte debido a que tienen bolismo. La energía es necesaria para realizar actividades metabólicas esen- diferentes tipos de proteínas. Algunas proteínas son importantes en la ciales para el crecimiento, reparación y mantenimiento. Cada célula de un comunicación dentro y entre las células. Ciertas proteínas que se encuen- organismo requiere nutrientes que contienen energía. Durante la respi- tran en la superficie de una célula sirven como marcadores de manera que ración celular, las células captan la energía liberada por las moléculas de otras células las “reconozcan”. Algunas proteínas de la superficie celular nutrientes a través de una serie de reacciones químicas cuidadosamente sirven como receptores que se combinan con los mensajeros químicos. reguladas (FIGURA 1-8). La célula puede utilizar esta energfa para hacer 8 Capítulo 1  PUNTO CLAVE La mayor parte de la energía para la vida proviene de la energía luminosa del Sol, que se capta durante la fotosintesis, parte de esta energía se almacena en los enlaces químicos de la glucosa y otros nutrientes. = /x& = FIGURA1-8 Flujo de energía dentro y entre los organismos Las algas y ciertas células vegetales realizan la fotosíntesis, un proceso el proceso de la respiración celular, las células de todos los organismos, que utiliza energía del Sol para producir glucosa a partir de dióxido de incluyendo algas y células vegetales, desdoblan la glucosa y otros nu- carbono y agua. La energía se almacena en los enlaces quimicos de la trientes. La energía liberada se puede utilizar con el fin de producir las glucosa y de otros nutrientes producidos a partir de la glucosa. Mediante moléculas necesarias y el combustible para otras actividades de la vida. su trabajo, incluyendo la síntesis de materiales necesarios para hacer una tener los nutrientes, la energía, el oxígeno y el dióxido de carbono. Hay nueva célula. Prácticamente todas las células realizan respiración celular. un flujo unidireccional de energía a través de los ecosistemas. Los orga- Al igual que los organismos individuales, los ecosistemas también nismos no pueden crear energía ni utilizarla con total eficiencia. Durante dependen de un aporte de energía continuo. Un ecosistema autosufi- cada transacción de energía, se dispersa un poco de ella en el ambiente en ciente contiene tres tipos de organismos: productores, consumidores y forma de calor que ya no está disponible para el organismo (FIGURA1-9). descomponedores, e incluye un entorno físico en el que puedan sobre- Las plantas (donde se incluyen las algas) y algunas bacterias son vivir. Estos organismos dependen unos de otros y del ambiente, para ob- productores, o autótrofos, porque producen su propio alimento a partir Una visión de la vida 9  Los animales son consumidores o heterótrofos, es decir, organis- mos que dependen de los productores para obtener su alimento, energía y oxígeno. Los consumidores primarios se comen a los productores, mientras que los consumidores secundarios se comen a los consumi- dores primarios. Los consumidores obtienen energía rompiendo las moléculas de azúicares y otros alimentos producidos originalmente du- rante la fotosíntesis. Cuando los enlaces químicos se rompen durante el proceso de la respiración celular, la energía almacenada se hace accesible para los procesos vitales: glucosa + oxígeno — dióxido de carbono + agua + energía Alimento Los consumidores contribuyen al equilibrio del ecosistema. Por ejem- plo, los consumidores producen el dióxido de carbono requerido por los productores. (Observe que los productores también realizan respiración celular). El metabolismo de los consumidores y los productores ayuda a mantener la mezcla de los gases en la atmósfera para mantener la vida. La mayoría de las bacterias y los hongos son descomponedores, heterótrofos que obtienen nutrientes al descomponer material orgá- nico inerte como los desechos, hojas secas y ramas, y los cuerpos de los organismos muertos. En el proceso de obtención de energía, los des- componedores hacen que los componentes de estos materiales estén disponibles para su reutilización. Si los descomponedores no existieran los nutrientes permanecerían encerrados en los desechos y cadáveres, y el suministro de los elementos requeridos por los sistemas vivos no tardaría en agotarse. Repaso = ¿Qué componentes se podrían incluir en un ecosistema forestal? Hojarasca, MA = ¿De qué manera los consumidores dependen de los productores?, desechos W muertos 8 ¿de los descomponedores? Incluya los aspectos de la energía en su respuesta. 1.6 EVOLUCIÓN: EL CONCEPTO BÁSICO FIGURA 1-9 Animada Flujo de energía a través de la biosfera UNIFICADOR EN BIOLOGÍA El ingreso continuo de energía solar sostiene el funcionamiento de la biosfera. Durante la fotosíntesis, los productores utilizan la energía lumi- | OBJETIVOS DE APRENDIZAJE nosa del Sol para formar moléculas complejas de dióxido de carbono y agua. Los consumidores primarios, como la oruga que se muestra aquí, obtienen 6 Demostrar el uso del sistema de nomenclatura binominal mediante energía, nutrientes y otros materiales necesarios cuando se comen a los ejemplos específicos para clasificar un organismo (como un ser humano) productores. Los consumidores secundarios, como el petirrojo, obtienen en su dominio, reino, filo, clase, orden, familia, género y especie. energía, nutrientes y otros materiales requeridos cuando ellos comen a los 7 Identificar los tres dominios y los reinos de los organismos vivos, y dar consumidores primarios que a su vez se han comido a los productores. Los ejemplos de organismos asignados a cada grupo. descomponedores obtienen su energía y nutrientes al descomponer los desechos y materia orgánica muerta. Durante cada transacción de energía, 8 Describir brevemente la teoría cientifica de la evolución y explicar por un poco de energía se pierde en los sistemas biológicos, dispersándose en el qué es el concepto principal de unificación en la biología. ambiente como calor. 9 Aplicar la teoría de la selección natural para cualquier caso de adapta- ción dada y sugerir una explicación lógica de cómo esta adaptación pudo evolucionar. de materias primas simples. La mayoría de estos organismos utilizan la La evolución es el proceso por el cual las poblaciones de organismos luz del Sol como fuente de energía para realizar la fotosíntesis, que es el cambian con el tiempo. La teoría evolutiva se ha convertido en el con- proceso mediante el cual los productores sintetizan moléculas complejas cepto unificador más importante de la biología. Como veremos, la evo- tales como glucosa (un azúcar) a partir del dióxido de carbono y agua. lución consiste en pasar los genes de rasgos nuevos de una generación La energía luminosa se transforma en energía química, que se almacena a otra, dando lugar a diferencias en las poblaciones. El punto de vista enlos enlaces químicos de las moléculas de los alimentos producidos. El evolutivo es importante en cada campo especializado dentro de la bio- oxígeno, que es requerido porlas células de la mayoría de los organismos, logía. Los biólogos tratan de entender la estructura, función y compor- incluyendo las células vegetales, es un subproducto de la fotosintesi tamiento de los organismos y sus interacciones con otros, considerando estos aspectos a la luz de un largo y continuo proceso de evolución. Aun- dióxido de carbono + agua + energía de la luz —> glucosa + oxígeno que la evolución se analizará en profundidad en los capítulos 18 a 22, 10 Capítulo 1 aquí se presenta una breve reseña con la información necesaria a fin de tes. La familia Canidae, la Ursidae (0sos), la Felidae (animales felinos), comprender otros aspectos de la biología. En primer lugar, se exami- y varias otras familias que se alimentan principalmente de carne, hacen nará cómo los biólogos organizan los millones de organismos que han parte del orden Carnivora. El orden Carnivora, el orden Primates (al evolucionado, y después se resumen algunos de los mecanismos que im- que pertenecen los chimpancés y los seres humanos), y algunas otras pulsan la evolución. órdenes pertenecen a la clase Mammalia (mamíferos). La clase de los mamíferos se agrupa con otras clases como peces, anfibios, reptiles y aves en el subfilo de los vertebrados. Los vertebrados pertenecen al filo Los biólogos utilizan un sistema binominal Chordata, que es parte del reino Animalia. Los animales se asignan al para nombrar a los organismos dominio Eukarya. Los biólogos han identificado alrededor de 1.8 millones de especies de organismos existentes (actualmente vivos) y estiman que aún que- El árbol evolutivo de la vida incluye dan varios millones más por descubrir. Para el estudio de la vida, se tres dominios y varios reinos necesita un sistema para organizar, nombrar y clasificar sus múltiples formas. La sistemática es el campo de la biología que estudia la di- La sistemática misma ha evolucionado conforme los científicos han versidad de los organismos y sus relaciones evolutivas. La taxonomía, creado nuevas técnicas para inferir un ancestro común entre los grupos una subespecialidad de la sistemática, es la ciencia que clasifica y de- de organismos. Como se va a aprender, los biólogos intentan clasificar nomina los organismos. En el siglo xviI1, Carolus Linneo, un botánico los organismos con base en las relaciones evolutivas. Estas relaciones sueco, creó un sistema jerárquico para denominar y clasificar los orga- se basan en las características comunes que distinguen a un grupo en nismos. Los biólogos aún utilizan este sistema hoy en día, con algunas particular. Un grupo de organismos con un antepasado común es un modificaciones. clado. Los sistemáticos han desarrollado un árbol de la vida, un árbol La especie es un grupo de organismos con una estructura, función genealógico que representa las relaciones evolutivas entre los organis- y comportamiento similar. Una especie se compone de una o más pobla- mos. Estas relaciones se basan en características comunes, incluidas las ciones cuyos miembros son capaces de reproducirse con otro; en la natu- similitudes estructurales, de desarrollo, de comportamiento, y molecu- raleza, no se reproducen con miembros de otras especies. Los miembros lares, así como en la evidencia fósil. La FIGURA 1-11 es un cladograma, deunapoblacién contribuyena unacervo genético común (todoslos ge- un diagrama de ramificación que representa el átbol de la vida tal y como nes presentes en la población) y comparten un ancestro común. Las se entiende actualmente. Conforme los investigadores reportan nuevos especies estrechamente relacionadas se agrupan en la siguiente categoría descubrimientos, la clasificación de los organismos cambia y las ramas más amplia de la clasificación, el género (plural, géneros). del árbol de la vida se deben redibujar. El sistema de Linneo para denominar especies se conoce como sis- Aunque el árbol de la vida es un trabajo en progreso, la mayoria de tema de nomenclatura binominal porque a cada especie se le asigna los biólogos en la actualidad asignan los organismos a uno de los tres un nombre de dos partes. La primera parte del nombre es el género, y la dominios y reinos o clados. Las bacterias se han reconocido como las segunda parte, el epíteto específico, que designa una especie particu- células procariotas unicelulares, que se diferencian de todos los demás lar que pertenece a este género. El epíteto específico es a menudo una organismos (excepto de las arqueas), en que son procariotas. El micro- palabra descriptiva que expresa una cualidad del organismo. Siempre se biólogo Carl Woese ha sido pionero en el desarrollo de métodos mo- utiliza junto con el nombre genérico completo o abreviado que le pre- leculares para la sistemática. Woese y sus colegas seleccionaron una cede. El nombre genérico siempre se escribe con mayúscula, y el epíteto molécula conocida como la subunidad pequeña del ARN ribosómico específico generalmente con minúscula. Ambos nombres se escriben (ARNr) que funciona en el proceso de la fabricación de las proteínas siempre en cursiva o subrayado. Por ejemplo, el perro doméstico, Canis en todos los organismos. Debido a su estructura molecular difiere familiaris (abreviado C. familiaris), y el lobo gris, Canis lupus (C. lupus), un poco en diferentes organismos, la hipótesis de Woese es que la pertenecen al mismo género. El gato doméstico, Felis catus, pertenece a composición molecular del ARNr en organismos que están estre- un género diferente. El nombre científico del roble blanco americano chamente relacionados sería más similar que en los organismos distan- es Quercus alba, mientras que el nombre del roble blanco europeo es temente relacionadas. Quercus robur. Otro átbol, el sauce blanco, Salix alba, pertenece a un gé- nero diferente. El nombre científico de nuestra especie es Homo sapiens (“hombre sabio”). TABLA1-1 Clasificación del gato, el humano, La clasificación taxonómica es jerárquica y el árbol de roble blanco Así como las especies estrechamente relacionadas se pueden agrupar Categoría Gato Humano Roble blanco en un género común, los géneros relacionados se pueden agrupar en un Dominio Eukarya Eukarya Eukarya grupo más amplio, en una familia. Las familias se agrupan en órdenes, Reino Animalia Animalia Plantae las órdenes en clases, y las clases en filos (singular, filo). Los filos se Filo Chordata Chordata Anthophyta pueden asignar a reinos, y los reinos se agrupan en dominios. Cada Subfilo Vertebrata — Vertebrata Ninguno agrupación formal a cualquier nivel es un taxón (plural, taxa). Observe que cada taxón es más amplio que el taxón que está debajo de éste. Clase Mammalia — Mammalia Eudicotyledones Juntos forman una jerarquía que va de especie a dominio (TABLA 1-1 y Orden Carnivora Primates Fagales FIGURA 1-10). Familia Felidae Hominidae Fagaceae Considere un ejemplo específico. La familia Canidae, que incluye a Género Felis Homo Quercus todos los carnivoros (animales que comen principalmente carne) como Especie Felis catus Homo sapiens — Quercus alba los perros, se compone de 12 géneros y alrededor de 34 especies vivien- Una visión de la vida n PUNTO l Los bislogos utilizan un esquema de clasificación jerárquica, con una serie de categorías taxonómicas desde especies a dominio, cada categoría es más general y más amplia que la de abajo. DOMINIO Y_ CLASE Mammalia 2 Aefdhs \_oRoeN | A = GÉNERO 34.. FIGURA 1-10 Clasificación del chimpancé (Pan troglodytes)  PUNTO CLAVE Este cladograma muestra las relaciones evolutivas entre los tres dominios y entre los principales grupos de organismos que pertenecen a estos dominios. Dominio Bacteria Dominio Archaea Dominio Eukarya Laure Campbell/Gety Imagos CNAI/Science PhotoLibrar/ A S. Floro/Shurterteck MoMurrayProtography F Robinson/Visuals U Photo Researchers e, 1 o (a) La bacteria en (b) Estas arqueas (c) Estos protozoarios (d) Las plantas (e) Entre los animales (f) Los hongos como forma de bastón (Methanosarcina unicelulares incluyen muchas más fieros, los leones la mosca agarica Bacillus anthracis, maze), miembros del (Tetrahymena) se formas bellas y (Panthera leo) se (Amanita muscaria), miembro del dominio dominio Archaea, clasifican en uno de diversas, tales encuentran entre los se clasifican en el Bacteria, causa el producen metano. los grupos protistas. como la orquídea más sociables. Son reino Hongos (Fungi). ántrax, una zapatito de dama los de mayor tamaño La amanita muscaria enfermedad de las (Phragmipedium en el grupo de los es venenosa, causa vacas y ovejas que caricinum). felinos y viven en delirio, y excesiva también puede afectar manadas (grupos). sudoración cuando se alos humanos. ingiere. Bacterias Arqueas Protistas Plantas Animales Hongos FIGURA 1-11 Animada Un panorama de los tres dominios de vida Los biólogos clasifican los organismosen los tres dominios, varios reinos y otros grupos taxonómicos. Los protistas no forman un clado, y ya no se consideran un reino. Se asignan en cinco “supergrupos” (que no se incluyen aquí). Los resultados de Woese mostraron que hay dos grupos distintos los dominios procarióticos: el reino Archaea corresponde al dominio de los procariotas. Él estableció el nivel de dominio de la taxonomía y Archaea, y el reino Bacteria corresponde al dominio Bacteria. Los otros asignó los procariotas en dos dominios: Bacteria y Archaea. Los euca- reinos y grupos se asignan al dominio Eukarya. riontes, organismos con células eucariotas, se clasifican en el dominio Los protistas (por ejemplo, los hongos mucilaginosos, las amebas, Eukarya. El trabajo de Woese fue ampliamente aceptado a mediados de y los ciliados) son unicelulares, coloniales u organismos multicelulares la década de 1990. simples que tienen una organizacién de células eucariotas. El mundo En el sistema de clasificación utilizado en este libro, cada organismo protista, del griego “el primero”, refleja la idea de que los protistas fueron se asigna a un dominio y un reino o “supergrupo”. Dos reinos conforman los primeros eucariotas en evolucionar. Los protistas son principalmente Una visión de la vida 13 organismos acuáticos con diversidad de formas, tipos de reproducción, que las actuales formas de vida descienden, con modificaciones, de las modos de nutrición y estilos de vida. Algunos protistas están adaptados formas ya existentes. El libro de Darwin levantó una tormenta de con- para realizar la fotosíntesis. Basado principalmente en datos moleculares, troversia en la religión y la ciencia, algunas de los cuales aún persisten. que han aclarado muchas de las relaciones evolutivas entre los eucario- La teoría de la evolución de Darwin ha ayudado a dar forma a las tas, los protistas ya no se consideran un reino. Como se aprenderá en ciencias biológicas hasta nuestros días. Su trabajo generó una gran ola de el capítulo 26, varios clados de protistas se han identificado, y muchos observación científica e investigación que ha proporcionado mucha evi- biólogos ahora clasifican a los protistas en cinco “supergrupos”. dencia adicional de que la evolución es responsable de la gran diversidad Los miembros del reino Plantae (Plantas) son organismos mul- de organismos en nuestro planeta. Incluso hoy en día, los detalles de los ticelulares complejos adaptados para realizar la fotosíntesis. Entre las procesos evolutivos son un foco importante de investigación y análisis. principales características de las plantas están la cutícula (una cubierta Darwin basó su teoría de la selección natural en las siguientes cuatro cerosa sobre las partes aéreas que reduce la pérdida de agua) y los es- observaciones: tomas (pequeñas aberturas en los tallos y las hojas para el intercambio de gases), muchas plantas tienen gametangios multicelulares (órganos 1. Los miembros individuales de una especie muestran alguna varia- ción entre sí. que protegen el desarrollo reproductivo de las células). El reino Plantae incluye tanto a las plantas no vasculares (musgos) como a las plantas vascu- 2. Los organismos producen muchos más descendientes que los que sobreviven y se reproducen (FIGURA 1-12). lares (helechos, coníferas y plantas con flores), los que tienen tejidos especializados para el transporte de materiales en todo el cuerpo de la 3. Debido a que se producen más individuos de lo que el ambiente puede soportar, los organismos deben competir por lo necesario, planta. La mayoría de las plantas se adaptan a los ambientes terrestres. pero los recursos son limitados, tales como alimento, luz solar y el El reino Hongos (Fungi) se compone de las levaduras, mohos, hon- gos, y setas. Los hongos no realizan la fotosíntesis. Ellos obtienen sus espacio. Además, algunos organismos son eliminados por los depre- nutrientes secretando enzimas digestivas en los alimentos y al absorber dadores, por organismos que causan enfermedades (patógenos), o por las condiciones naturales desfavorables, tales como los cambios el alimento predigerido. El reino Animales (Animalia) se compone de climáticos. ¿Qué organismos están más aptos para sobrevivir? organismos multicelulares que se nutren al consumir otros organismos. 4. Los individuos con características que les permitan obtener y utili- La mayoria de los animales exhiben una considerable especialización celular y del tejido y organización del cuerpo. Estos caracteres han evo- zar los recursos, escapar de los depredadores, resistir enfermedades causadas por otros organismos patógenos, y que soportan cambios lucionado junto con los órganos sensoriales complejos, el sistema ner- en el ambiente tienen más probabilidades de sobrevivir hasta la ma- vioso y el sistema muscular. La mayoría de los animales se reproducen durez reproductiva. Los supervivientes que se reproducen pasan sus sexualmente, tienen grandes óvulos no móviles (no se mueven de un lugar a otro) y pequeños espermatozoides con flagelos que los impulsa adaptaciones de supervivencia a su descendencia. De este modo, los en su viaje para encontrar al óvulo. En este libro se ha presentado una introducción para los grupos de organismos que forman el árbol de la vida. Se hará referencia a ellos a lo largo de este libro, cuando se consideren los muchos tipos de retos que enfrentan los organismos y las diversas adaptaciones que han desa- rrollado en respuesta a ellos. Se analiza la diversidad de la vida con más detalle en los capítulos 23 a 32, y se presenta un resumen de la clasifica- ción en el apéndice B. Las especies se adaptan en respuesta a cambios en el ambiente Cada organismo es el resultado de numerosas interacciones entre las condiciones ambientales y los genes heredados de sus ancestros. Si to- dos los individuos de una especie fueran exactamente iguales, cualquier cambio en el ambiente podría ser desastroso para todos, y la especie se extinguiría. Las adaptaciones de los seres vivos a los cambios en el am- biente se producen como consecuencia de los procesos evolutivos que tienen lugar en el tiempo e implican muchas generaciones. La selección natural es un importante mecanismo por el cual la evolución sigue su curso FIGURA 1-12 Masas de huevos de la rana de la madera (Rana Aunque los filósofos y naturalistas analizaron el concepto de la evolu- sylvatica) ción durante siglos, Charles Darwin y Alfred Wallace fueron los prime- Se producen muchos más huevos de los que se pueden convertir en ranas adul- ros que presentaron una teoría de la evolución a la atención general y tas. Diferentes sucesos aleatorios son en gran parte responsables de determi- sugirieron un mecanismo posible, la selección natural, para explicarla. nar cuáles de estas ranas en desarrollo nacerán, alcanzarán la edad adulta y se En su libro Sobre el origen de las especies por selección natural, publicado reproducirán. Sin embargo, ciertos rasgos de cada organismo también con- tribuyen a la probabilidad de éxito en su ambiente. No todos los organismos en 1859, Darwin sintetizó los nuevos descubrimientos en la geología son tan prolíficos como la rana, pero la generalización de que se producen más y la biología. Presentó suficiente evidencia para apoyar su hipótesis de organismos que los que sobreviven es cierta en todo el mundo viviente. 14 Capítulo 1  Jact Jefrey, (a) El pico de este macho 'Akiapola'au (Hemig- (b) "'iwi (Vestiaria cocciniea) sobre una flor (€) Palila (Loxiodes bailleui) en el árbol de nathus munroi) está adaptado para la extracción ‘ohi‘a. El pico está adaptado para alimentarse Mamane. Este pinzón con pico mielero se de larvas de insectos de la corteza. La mandíbula del néctar de flores tubulares. alimenta de las semillas inmaduras de las inferior (quijada) se utiliza para picoteary quitar la vainas del árbol Mamane. También se alimenta corteza, mientras que el maxilar (quijada superior) de insectos, bayas y hojas jóvenes. y la lengua se utilizan para agarrar la presa. FIGURA 1-13 Adaptación y diversificación en los mieleros hawaianos Las tres especies que se muestran aquí están en peligro de extinción, principalmente porque sus hábitats han sido destruidos por los seres humanos o por especies introducidas por ellos. individuos mejor adaptados de una población, dejan en promedio naron (FIGURA 1-13, vea también el capítulo 20 yla figura 20-18). Algunos más descendencia que otros menos adaptados. Debido a esta repro- mieleros ahora tienen picos largos y curvos, adaptados para alimentarse ducción diferencial, una mayor proporción de la población se adapta del néctar de las flores tubulares. Otros tienen picos cortos y gruesos para a las condiciones ambientales prevalecientes y a los cambios. El am- alimentarse de insectos, y otros se han adaptado para comer semillas. biente selecciona a los organismos mejor adaptados para la supervi- vencia. Observe que la adaptación implica cambios en las poblaciones, Repaso más que en los organismos individuales. ¿Qué es el sistema de nomenclatura binominal? Darwin no sabía nada de ADN ni comprendía los mecanismos de la herencia. Los cientificos ahora entienden que la mayoría de las varia- Los biólogos describen el árbol de la vida como un trabajo en progreso. ¿Por qué se necesita modificar este árbol? ciones entre los individuos son el resultado de las diferentes variedades ¿Cómo puede explicar las afiladas garras y dientes de tigres en de genes que codifican cada característica. La principal fuente de estas términos de selección natural? variaciones son mutaciones aleatorias, cambios químicos o físicos en el ADN que persisten y se pueden heredar. Las mutaciones modifican los genes y con este proceso proporcionan la materia prima para la evolución. 1.7 EL PROCESO DE LA CIENCIA Las poblaciones evolucionan como resultado de EN OBjETIVOS DE APRENDIZAJE presiones selectivas de los cambios en su entorno 10 Diseñar una investigación para probar una hipótesis dada, utilizando el Todos los genes presentes en una población constituyen su acervo ge- procedimiento y la terminología del método científico. nético. En virtud de su acervo genético, una población es una reserva de T1 Comparar los métodos del reduccionismo y de los sistemas para la inves- variación genética. La selección natural actúa sobre los individuos de una tigación biológica. población. La selección favorece a los individuos con genes de caracterís- ticas específicas que les permitan responder eficarmente a las presiones Labiología es una ciencia. La palabra ciencia proviene del latín y significa ejercidas por el ambiente. Estos organismos tienen más probabilidades “saber”. La ciencia es una forma de pensar y un método para investigar el de sobreviviry reproducirse. Mientras que los organismos exitosos trans- mundo natural de una manera sistemática. Se ponen a prueba las ideas, miten su componente genético para su supervivencia, sus rasgos son y con base en los resultados, se modifican o rechazan estas ideas. El pro- ampliamente distribuidos en la población. Con el tiempo, conforme las ceso de la ciencia requiere investigación, es dinámico, y a menudo crea poblaciones sigan cambiando (y conforme el ambiente mismo cambia, controversia. Las observaciones formuladas, el tipo de preguntas, y el trayendo diferentes presiones selectivas), los miembros de la población se diseño de experimentos dependen de la creatividad del propio cienti- adaptan mejor a su entorno y se parecen menos a sus antepasados. fico. Sin embargo, la ciencia se ve influida por los contextos culturales, Conforme una población se adapta a las presiones ambientales y sociales, históricos y tecnológicos, así el proceso cambia con el tiempo. explota nuevas oportunidades para encontrar alimentos, manteniéndose El método científico consiste en una serie de pasos ordenados. segura, y evitando a los depredadores, la población se diversifica y las nue- Utilizando el método científico, los científicos realizan observaciones vas especies pueden evolucionar. Los mieleros hawaianos, un grupo de cuidadosas, hacen preguntas importantes, y generan hipótesis, que son aves relacionadas, son un buen ejemplo. Cuando los antepasados de los explicaciones tentativas. Usando sus hipótesis, los científicos hacen pre- mieleros hawaianos llegaron por primera vez, había algunas otras pocas dicciones que pueden probarse mediante observaciones adicionales o aves presentes, así que había muy poca competencia. La variación genética por la realización de experimentos. Reúnen datos, la información que entre los mieleros permitió a algunos mudarse a diferentes zonas de ali- pueden analizar, utilizando con frecuencia computadoras y sofisticados mento, y con el tiempo, las especies con distintos tipos de picos evolucio- métodos estadisticos. Interpretan los resultados de sus experimentos y Una visión de la vida 15