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BANCO DE CONTENIDO DIGITAL BIOLOGÍA CICLO QUINTOS 2025 BIOLOGÍA CICLO QUINTOS 2025 1 BIOLOGÍA: CONCEPTO, HISTORIA Y TEMA 1: EL ORIGEN DE LA RAMAS DE LA BIOLOGÍA VIDA Y CLASIFICACIÓN DE LOS 1.1 LA BIOLOGÍA SERES VIVOS Para la palabra “biología” -del griego bios, vida y logos, estudio- fue acuñada hace poco más de doscientos años. Se la atribuye al naturalista alemán Gottfried R. Treviranus (1776-1837) y Para iniciar el curso de Biología, en esta semana también al naturalista francés del siglo XIX, Jean Baptiste de revisaremos los principios básicos de esta ciencia básica, tomando como punto de partida las diversas Monet, Chevalier de Lamarck (1744-1829). Sin embargo, teorías asociadas al origen de la vida, y al estudio y algunos historiadores de la ciencia piensan que Lamarck tomó el clasificación de los seres vivos. nombre de biología de Treviranus y muchos de ellos continúan buscando rastros aún más antiguos de este término (Curtis et al. 2008). La biología es una ciencia. La palabra ciencia proviene del latín y significa “saber”. La ciencia es una forma de pensar y un método para investigar el mundo natural de una manera sistemática. Se ponen a prueba las ideas, y con base en los resultados, se modifican o rechazan estas ideas. El proceso de la ciencia requiere investigación, es dinámico, y a menudo crea controversia. Las observaciones formuladas, el tipo de preguntas, y el diseño de experimentos dependen de la 1  CICLO QUINTOS 2025 BIOLOGÍA creatividad del propio científico. Sin embargo, la ciencia se ve 1.2 HISTORIA DE LA BIOLOGÍA influida por los contextos culturales, sociales, históricos y 1.2.1 LA BIOLOGÍA EN LOS SIGLOS XVIII Y XIX tecnológicos, así el proceso cambia con el tiempo. Dentro de Europa, algunos viajeros también realizaron aportes La biología explora desde la vida de las estructuras de los virus especialmente importantes para el conocimiento de los seres y bacterias a las interacciones de las comunidades de nuestra vivos. En su expedición a Laponia, Carl von Linneo (1707-1778) biosfera. Algunos biólogos trabajan principalmente en los escribió un diario de viaje en el que plasmó una enorme cantidad laboratorios, y otros hacen su trabajo en el campo. Existen de observaciones con gran precisión. En 1753, Linneo publicó biólogos investigadores que ayudan a desentrañar las Species Plantarum, donde describió en dos volúmenes complejidades del cerebro humano, descubrir nuevas hormonas enciclopédicos cada especie de planta conocida en esa época. que hagan florecer a las plantas, identificar nuevas especies de Mientras Linneo trabajaba en este proyecto, otros exploradores animales o bacterias, o desarrollar nuevas estrategias con regresaban a Europa desde África y el Nuevo Mundo con plantas células madre para tratar el cáncer, SIDA, o enfermedades del no descritas previamente y con animales desconocidos y aun, corazón. Las aplicaciones de investigaciones básicas de biología aparentemente, con nuevos tipos de seres humanos. Si bien no han proporcionado la tecnología para trasplantar riñón, hígado, y fue el primero en clasificar a los organismos, Linneo introdujo un corazón; manipular genes; tratar muchas enfermedades, y sistema de clasificación jerárquica y un sistema de nomenclatura aumentar la producción alimentaria mundial (Solomon et al. que es el que se utiliza en la actualidad. 2011). George Cuvier (1769-1832), el “padre de la paleontología”, hizo los mayores aportes para la reconstrucción de los organismos fósiles de vertebrados. Este naturalista francés propuso que las diferentes partes de un organismo están correlacionadas. 2  BIOLOGÍA CICLO QUINTOS 2025 Estableció que, por ejemplo, los mamíferos con cuernos y modelo de ciencia natural, más centrado en las características pezuñas son todos herbívoros y que a este tipo de alimentación del terreno de donde provenían los especímenes recolectados le corresponde un tipo de dientes fuertes y aplanados. Esta forma que en una mera descripción de esas especies. Humboldt analizó de interpretar los fósiles posibilitó la reconstrucción de un animal tanto la morfología de las plantas como la dinámica de las completo a partir de evidencias fragmentarias y permitió proponer interacciones de sus elementos. características externas, hábitos y el ambiente en el que había Fig. 1.1. Explicación de Lamarck y Darwin sobre la evolución de vivido. las jirafas. Jean-Baptiste Lamarck (1744-1829) se dedicó al estudio y la clasificación de organismos invertebrados, contemporáneos y fósiles. Indudablemente, fue su largo estudio de estas formas de vida, cuyo registro fósil es especialmente completo, lo que lo llevó a considerar la idea de una complejidad en continuo aumento y a cada especie como derivada de una más primitiva y menos compleja. A partir de las evidencias, Lamarck propuso que las formas más complejas habían surgido de las formas más simples por un proceso de transformación progresiva. Entre los siglos XVIII y XIX, los trabajos de dos grandes viajeros marcaron los cambios que sentaron las bases de la biología Fuente: Solomon et al. 2011 moderna. Uno de ellos fue el geógrafo y físico alemán Alexander von Humboldt (1769-1859). A partir de sus viajes surge un nuevo 3  CICLO QUINTOS 2025 BIOLOGÍA Charles Darwin (1809-1882) había leído con enorme interés los encuentran entre los problemas fundamentales de la biología relatos del viaje de Humboldt a Tenerife (Islas Canarias) y había contemporánea (Curtis et al. 2008). decidido que él también recorrería esas islas. Pero la propuesta de embarcarse a bordo del Beagle como naturalista no oficial Fig. 1.2. Pinzones de Darwin. cambió sus planes y el rumbo de la historia. La teoría de Darwin se constituyó, así, en el principio fundamental de la biología. En los siglos XIX y XX, otros principios -que en la actualidad consideramos que subyacen en la Teoría de la Evolución- permitieron que la biología se consolidara como ciencia. Entre 1838 y 1858 se estableció la idea de que todos los organismos vivos están compuestos por una o más células y que éstas pueden originarse exclusivamente a partir de células preexistentes. Este principio universalmente aceptado se conoce como teoría celular. A mediados del siglo XIX comenzaron a realizarse estudios bioquímicos y metabólicos siguiendo modelos Fuente: De Erice, 2012 experimentales cada vez más precisos y rigurosos. 1.3 RAMAS DE LA BIOLOGÍA En la segunda mitad del siglo XIX se comenzó a estudiar La gran variedad de conocimientos obtenidos por la biología y la científicamente la herencia, es decir, la transmisión de las diversidad de sus objetos de estudio, han obligado la división de características de progenitores a descendientes. En la esta ciencia en varias ramas, que permiten a los investigadores actualidad, estos temas investigados por la genética moderna se enfocarse en determinados aspectos de los seres vivos y 4  BIOLOGÍA CICLO QUINTOS 2025 organizar de manera más eficiente la información obtenida (De i) Fisiología: Estudia procesos y funciones de los seres vivos Erice, 2012): y de cada una de las partes, órganos y tejidos del cuerpo. a) Zoología: Estudia los animales, sus funciones vitales y sus j) Citología: Estudia la célula: estructura, desarrollo, formas de vida. reproducción y función. b) Botánica: Estudia las plantas y sus interacciones con otros k) Microbiología: Estudia organismos que causan vegetales y animales. enfermedades a otros seres vivos. c) Micología: Estudia los hongos, su interacción con seres l) Genética: Estudia los procesos relacionados con la vivos y medio ambiente. herencia, la transmisión de genes y las variaciones producidas por éstos. d) Paleontología: Estudia los seres vivos de épocas remotas a partir de los fósiles. m) Anatomía: Estudia el número, estructura, situación y diferentes partes (órganos y sistemas) de los organismos. e) Ecología: Estudia la interacción entre los organismos y el medio ambiente. n) Histología: Estudia los tejidos celulares de hongos, vegetales y animales. f) Taxonomía: Estudia las clasificaciones y nomenclatura de los seres vivos con base en caracteres comunes. o) Etología: Estudia comportamiento y carácter de organismos en su entorno natural. g) Sistemática: Estudia la biodiversidad con base en las relaciones jerárquicas de los linajes de los seres vivos. p) Evolución: Estudia cambios y adaptaciones que las poblaciones han presentado a lo largo del tiempo y cómo ha h) Embriología: Estudia la formación y desarrollo de dado lugar a extinciones y nuevas especies. organismos a partir del embrión. 5  CICLO QUINTOS 2025 BIOLOGÍA 1.4 TEORÍAS DEL ORIGEN DE LA VIDA II a. C., el escritor romano Virgilio sostuvo que las abejas se originaban de la miel. Desde que el ser humano apareció en la faz de la Tierra ha intentado explicar el origen de la vida. Las principales teorías La teoría de la generación espontánea mantuvo vigencia durante sobre el origen de la vida son: creacionismo, generación más de 1500 años, durante los cuales la Iglesia la ligó al concepto espontánea, panspermia y la teoría fisicoquímica. de vitalismo, del que se desprendía la idea de que el origen de la vida se debía a una fuerza vital o soplo divino. 1.4.1 TEORÍA DE LA GENERACIÓN ESPONTÁNEA Durante la Edad Media (siglos V a XV), Jan Baptist van En el siglo V a. de C., científicos griegos como Anaximandro y Helmont, médico, proponía que si una hoja caía al mar se Tales de Mileto plantearon la teoría de la generación espontánea convertía en pez; si caía en tierra se transformaba en ave. para explicar el origen de la vida. Creían que la vida se origina en el lodo, de la combinación de fuego y agua o de cualquier otra En 1668, el italiano Francesco Redi, en desacuerdo con las combinación de elementos, pero sin la intervención de dioses. ideas antiguas, refutó la teoría de la generación espontánea con Otros filósofos griegos consideraron que la vida era resultado de un experimento sencillo: tomó tres frascos y metió en ellos trozos la combinación de elementos no vivos más la energía procedente de carne fresca; dejó abierto uno, tapó otro con un trozo de gasa de los rayos del sol. y cerró el tercero con un pergamino. En el primer frasco aparecieron gusanos y moscas; en el segundo surgieron larvas En el siglo IV a. C., Platón y Aristóteles respaldaron la concepción sobre la gasa, pero no en la carne, y en el tercero no aparecieron de que la vida surgía a partir del rocío, agua de mar, sudor o larvas ni moscas, ni sobre el pergamino ni en el interior de los suelos húmedos, y explicaba que la interacción de la materia no frascos. Con ello, se evidenció que la vida no surgía de la materia viva se debía a una fuerza sobrenatural a la que Aristóteles llamó inerte. entelequia, capaz de dar vida a lo que carecía de ella. En el siglo 6  BIOLOGÍA CICLO QUINTOS 2025 tapó con corcho y comprobó que pasados los días aparecían microorganismos dentro del frasco, con lo que la teoría de la generación espontánea volvió a cobrar adeptos. Sin embargo, Fig. 1.3. Experimento de Redi. Needham no había sellado apropiadamente el frasco, pues, de acuerdo con su teoría, era indispensable que el aire entrara en contacto con el caldo. No obstante, el italiano Lázaro Spallanzani se mostró en desacuerdo con los resultados de Needham y repitió el experimento, con la diferencia de que tapó bien los frascos. Por supuesto, no aparecieron colonias de microorganismos. Así inició una de las disputas científico-religiosas más larga, controversial y reñida. Needham y Georges Louis Leclerc, Conde de Buffon, un noble francés, se unieron e inventaron una teoría para echar por tierra los descubrimientos de Spallanzani. Postularon que en el aire Fuente: De Erice, 2012 había una fuerza capaz de crear vida, la cual denominaron “fuerza vegetativa”, y que el calor intenso al que Spallanzani Sin embargo, en 1745, el inglés John Needham, quien estaba a había expuesto los frascos había debilitado dicha fuerza. Para favor de la generación espontánea, puso un caldo de carnero refutar ello, Spallanzani abrió los frascos de su experimento, en previamente hervido en una redoma (frasco de boca ancha), lo donde supuestamente había “debilitado” dicha fuerza y observó 7  CICLO QUINTOS 2025 BIOLOGÍA que los microorganismos se reprodujeron de nuevo. De ello matraces y los dejó así por meses, durante los cuales el caldo no dedujo que los organismos del exterior, al entrar en contacto con sufrió alteraciones; pero bastaba romper los cuellos o inclinar los el caldo esterilizado, al poco tiempo volvían a multiplicarse en él. matraces para que en poco tiempo aparecieran Con esto probó que no había ninguna “fuerza vegetativa”, y microorganismos. Pasteur concluyó que por la acción del calor Needham y Leclerc tuvieron que aceptar su derrota. mueren todos los microorganismos -lo que dio lugar a la pasteurización- y que no podían aparecer sin contaminación de Fig. 1.4. Experimento de Needham y Spallanzani. otros gérmenes del aire, con lo que refutó definitivamente la teoría de la generación espontánea (De Erice, 2012). Fig. 1.5. Experimento de Pasteur. Fuente: De Erice, 2012 Fuente: De Erice, 2012 1.4.2 HIPÓTESIS DE LA PANSPERMIA (COSMOZOICA) En el siglo XIX, Louis Pasteur, científico francés, refutó La teoría de la panspermia fue propuesta en 1879 por Herman definitivamente la teoría de la generación espontánea con un von Helmholtz, pero en 1908 el químico sueco Svante experimento. Utilizó matraces “cuello de cisne”, donde colocó un Arrhenius, ganador del premio Nobel de 1903, la popularizó. caldo con nutrientes que hirvió por mucho tiempo. No cerró los 8  BIOLOGÍA CICLO QUINTOS 2025 Según ello, la vida se originó en el espacio y los primeros seres primitivos y éstos, a su vez, originaron a los coacervados, vivos fueron esporas y bacterias que llegaron a la tierra en antecesores de las células actuales. meteoritos que chocaron con ella, procedentes de algún planeta donde había vida; luego, las radiaciones solares ayudaron a En 1924 John Haldane obtuvo conclusiones semejantes a las de dispersar esas esporas y bacterias. Pero si éstas provenían de Oparin. Indicó que en épocas primigenias la atmósfera estaba otro planeta, ¿cómo habría nacido la vida en él? Arrhenius no formada por bióxido de carbono CO2, amoniaco (NH3) y agua pudo responder a ello. (H2O), pero carecía de oxígeno libre; al reaccionar estos elementos con los rayos ultravioleta (UV) del Sol se había 1.4.3 TEORÍA QUIMIOSINTÉTICA (TEORÍA FÍSICOQUÍMICA) generado una gran cantidad de compuestos orgánicos, entre los que se encontraban azúcares y aminoácidos, que formaron En 1921, Alexander Ivanovich Oparin, bioquímico ruso, azúcares más complejos y proteínas que se acumularon concluyó que la formación de los primeros compuestos orgánicos lentamente en los mares hasta crear una sopa primigenia, de la tuvo un origen abiótico y que aquéllos se habían generado a que surgieron los primeros seres vivos. La temperatura era más partir de sustancias inorgánicas. Tenía pruebas de que la templada y había un pH básico, lo que ayudó a la aparición de atmósfera era muy diferente de la actual, ya que no contenía los compuestos orgánicos. oxígeno libre, sino hidrógeno, metano (CH4) y amoniaco (NH3), lo que la hacía reductora. Tales elementos reaccionaron entre sí Así se construyó la teoría más aceptada hasta el momento sobre gracias a la energía calorífica que provenía del sol, erupciones el origen de la vida: la teoría fisicoquímica, denominada así volcánicas y energía eléctrica de las tormentas eléctricas que - porque se basa en la unión de sustancias químicas mediante supuso Oparin- eran frecuentes. Todo esto resultó en la procesos físicos de la naturaleza; también se le conoce como formación de compuestos orgánicos disueltos en mares abiogénesis, que se define como la generación de vida a partir de materia sin vida, o teoría quimiosintética porque sostiene que 9  CICLO QUINTOS 2025 BIOLOGÍA la vida se origina a partir de las reacciones de las sustancias formaron compuestos orgánicos; en cambio, con oxígeno sólo se químicas. produjeron reacciones de oxidación y no compuestos orgánicos. En 1953, Stanley Miller y Harold Urey simularon en el Fig. 1.6. Teoría físicoquímica. Fuente: Solomon et al. 2011 laboratorio, en un experimento, las condiciones primitivas de la atmósfera y la tierra y obtuvieron lo que hoy constituye uno de los pilares científicos de la biología y que demuestra qué sucedió hace aproximadamente 4000 millones de años. Diseñaron un tubo que contenía la mayoría de los gases que existían en la atmósfera original y colocaron en un matraz una mezcla de hidrógeno, vapor de agua, amoniaco (NH3) y metano (CH4), que imitaba a los mares primitivos. Luego les dispararon, mediante electrodos, descargas eléctricas que simulaban rayos y dejaron el experimento durante una semana. Después observaron que efectivamente se habían formado aminoácidos como ácido glutámico, ácido aspártico, glicina y alanina, que son Otros científicos emularon también la tierra primitiva, con la componentes de las proteínas de los seres vivos, así como atmósfera y la hidrósfera, usando, además de las sustancias algunos aminoácidos no proteínicos, otros compuestos de alto empleadas por Miller y Urey, otras como el ácido sulfhídrico (H2S) peso molecular, urea y ácidos grasos, ácido fórmico, acético y de las erupciones volcánicas, ácido cianhídrico (HCN), propiónico. Una conclusión obtenida del experimento fue que formaldehído (H2CO), monóxido de carbono (CO) y muchas más. cuando no hubo oxígeno libre en la atmósfera primitiva se De estas mezclas surgió también una enorme cantidad de 10  BIOLOGÍA CICLO QUINTOS 2025 compuestos orgánicos, todos importantes para el desarrollo de la 2. Muchas enzimas de las membranas celulares de las vida: aminoácidos, porfirinas, purinas y pirimidinas, carbohidratos mitocondrias están también en bacterias; 3. Las mitocondrias se y ATP, entre otras (De Erice, 2012). dividen por fisión binaria a partir de otras mitocondrias, como las bacterias (De Erice, 2012). 1.4.4 TEORÍA ENDOSIMBIÓTICA La teoría endosimbiótica postula que las células eucariontas 1.5 SERES VIVOS surgieron a partir de las procariotas. Fue propuesta por Lynn A pesar de su diversidad, los organismos que habitan en nuestro Margulis en 1967 y sostiene también que algunas células planeta comparten un conjunto de características comunes que procariotas perdieron su pared celular, crecieron y ondularon su los distinguen de las cosas inertes. Estas características incluyen membrana, lo que dio origen a compartimentos interiores. Esas una clase precisa de organización, crecimiento y desarrollo, de células modificadas fueron engullidas por otras, procariontas, metabolismo autorregulado, la capacidad de responder a los más grandes, por lo que quedaron encerradas totalmente, lo que estímulos, reproducción y la adaptación al cambio ambiental las llevó a establecer entre ellas una “cómoda” interrelación (Solomon et al. 2011). (simbiosis). Con el tiempo, las células engullidas se volvieron incapaces de vivir por sí solas y fueron precursoras de organelos 1.5.1 CARACTERÍSTICAS celulares, como mitocondrias, cloroplastos y otras estructuras 1.5.1.1 Los organismos están compuestos por células como los flagelos. A las células precursoras de las eucariontas se les llamó urcariotas. Aunque varían mucho en tamaño y apariencia, todos los organismos consisten de unidades básicas llamadas células. Las Los datos que apoyan esta teoría son: 1. Las mitocondrias y los nuevas células se forman sólo por división de células cloroplastos tiene su propio ADN, ribosomas y distintos tipos de previamente existentes. Estos conceptos se expresan en la ARN. Durante la evolución, estos organelos pudieron haberse teoría celular, concepto unificador fundamental de la biología. separado de la célula y sobrevivir como células independientes; 11  CICLO QUINTOS 2025 BIOLOGÍA Algunas de las formas más simples de vida, como los microscópicos llamados arqueas. Todos los otros organismos se protozoarios, son organismos unicelulares, lo que significa que caracterizan por sus células eucariotas. Estas células contienen cada uno consta de una sola célula. Por el contrario, el cuerpo de diversos orgánulos delimitados por membranas, incluyendo un un perro o un árbol de arce están formados de miles de millones núcleo, con ADN. Las células procariotas son estructuralmente de células. En este tipo de organismos multicelulares complejos, más simples, no tienen un núcleo ni otros orgánulos delimitados los procesos de vida dependen de funciones coordinadas de sus por membranas. componentes celulares, organizados en forma de tejidos, 1.5.1.2 Los organismos crecen y se desarrollan órganos y sistemas. El crecimiento biológico implica un aumento en el tamaño de las Cada célula está envuelta por una membrana plasmática que la células individuales de un organismo, en el número de células, o protege y separa del medio ambiente externo que la rodea. La en ambos. El crecimiento puede ser uniforme en las diversas membrana plasmática regula el paso de materiales entre la célula partes de un organismo, o puede ser mayor en algunas partes y su entorno. Las células tienen moléculas especializadas que que en otras, haciendo que las proporciones del cuerpo cambien contienen instrucciones genéticas y transmiten información a medida que se produce el crecimiento. genética. En la mayoría de las células, las instrucciones genéticas están codificadas en el ácido desoxirribonucleico, Algunos organismos, como la mayoría de los árboles, continúan conocido como ADN. Las células poseen estructuras internas creciendo durante toda su vida. Muchos animales tienen un llamadas orgánulos u organelos, especializados en funciones período de crecimiento definido que termina cuando se alcanza específicas. el tamaño característico de adulto. Un aspecto interesante del proceso de crecimiento es que cada parte del organismo sigue Existen dos tipos de células: procariotas y eucariotas. Las células funcionando normalmente mientras crece. procariotas son exclusivas de las bacterias y organismos 12  BIOLOGÍA CICLO QUINTOS 2025 Los organismos vivos se desarrollan conforme crecen. El mecanismos homeostáticos son sistemas de control de desarrollo incluye todos los cambios que tienen lugar durante la autorregulación que son muy sensibles y eficientes. vida de los organismos. Al igual que muchos otros organismos, cada ser humano comienza su vida como un huevo fertilizado, El anabolismo y el catabolismo son las dos principales rutas del que crece y se desarrolla. Las estructuras y la forma del cuerpo metabolismo. El anabolismo incluye las diversas rutas en las que que se desarrollan están delicadamente adaptadas a las se sintetizan moléculas complejas a partir de sustancias más funciones que el organismo debe realizar. simples, como la unión de aminoácidos para formar proteínas. El catabolismo incluye las rutas en las que grandes moléculas se 1.5.1.3 Los organismos regulan sus procesos metabólicos dividen en moléculas más pequeñas, como en la degradación de Dentro de todos los organismos, se realizan reacciones químicas almidón para formar monosacáridos. Esos cambios no sólo y transformaciones de energía que son esenciales para la implican alteraciones en la organización atómica sino que nutrición, el crecimiento y la reparación de las células, y la también en varias transformaciones energéticas. conversión de energía en formas útiles. La suma de todas las actividades químicas del organismo es su metabolismo. El metabolismo tiene dos componentes complementarios: el catabolismo, que libera energía mediante la división de las Los procesos metabólicos ocurren de manera continua en todos moléculas complejas en componentes más pequeños, y el los organismos, y deben ser cuidadosamente regulados para anabolismo, la síntesis de moléculas complejas a partir de mantener la homeostasis, un ambiente interno adecuado y bloques de construcción más simples. Las reacciones anabólicas equilibrado. Cuando se ha elaborado una cantidad suficiente de sintetizan proteínas, ácidos nucleicos, lípidos, polisacáridos y un producto celular, se debe disminuir o suspender su otras moléculas que ayudan al mantenimiento de la célula o el producción. Cuando se requiere una sustancia en particular, se organismo. La mayoría de las reacciones anabólicas requieren deben activar los procesos celulares que la producen. Estos 13  CICLO QUINTOS 2025 BIOLOGÍA de ATP o de alguna otra fuente de energía que las impulse La regulación de la concentración de la glucosa en la sangre de (Solomon et al. 2011). los animales complejos es un buen ejemplo de un mecanismo homeostático. Sus células requieren un suministro constante de Figura 1.7. Metabolismo de las proteínas en el hígado. 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, regresando los niveles normales de glucosa en la sangre. Cuando la concentración de glucosa disminuye, usted siente hambre y al comer se restauran los nutrientes. 1.5.1.4 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 color, 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 Fuente: Solomon et al. 2011 14  BIOLOGÍA CICLO QUINTOS 2025 circundante. Responder a estímulos implica movimiento, aunque rítmicamente, llevándoles alimentos y oxígeno del agua no siempre locomoción. circundante. En organismos simples, el individuo entero puede ser sensible a Los animales complejos, como saltamontes, lagartos, y seres los estímulos. Ciertos organismos unicelulares, responden a la humanos, tienen células altamente especializadas que luz brillante retirándose. En algunos organismos, la locomoción responden a tipos específicos de estímulos. Por ejemplo, las se logra mediante la lenta formación de prolongaciones o células de la retina del ojo de vertebrados responden a la luz. seudópodos de la célula, el proceso de movimiento ameboide. Otros organismos se mueven batiendo las diminutas extensiones Aunque las respuestas pueden no ser tan obvias como las de los pilosas de la célula llamadas cilios o de estructuras más grandes animales, las plantas responden a la luz, a la gravedad, al agua, conocidas como flagelos. Algunas bacterias se mueven haciendo al tacto, y otros estímulos. Por ejemplo, todas las plantas orientan rotar sus flagelos. sus hojas hacia el sol y crecen hacia la fuente de luz. Muchas de las respuestas de las plantas implican diferentes tasas de La mayoría de los animales se mueven de forma muy evidente. crecimiento de varias partes del cuerpo de la planta. Se menean, gatean, nadan, corren o vuelan debido a la 1.5.1.5 Los organismos se reproducen contracción de sus músculos. Las esponjas, corales y ostras tienen un nado libre en sus estadios larvarios, pero como adultos Los organismos simples, como las amebas, se perpetúan por la mayoría son sésiles, lo que significa que no se pueden mover reproducción asexual. Cuando una ameba ha crecido hasta un de un lugar a otro. De hecho, pueden permanecer firmemente tamaño determinado, se reproduce dividiéndose a la mitad para unidos a una superficie, tal como el fondo del mar o una roca. formar dos nuevas amebas. Antes de que se divida una ameba, Muchos organismos sésiles tienen cilios o flagelos que baten su material hereditario (conjunto de genes) se duplica, y un conjunto completo se distribuye en cada nueva célula. Excepto 15  CICLO QUINTOS 2025 BIOLOGÍA por el tamaño, cada nueva ameba es similar a la célula la gruesa cubierta del pelo del oso polar es una adaptación para progenitora. La única manera de que se produzca la variación en sobrevivir a las gélidas temperaturas. Las adaptaciones pueden un organismo de reproducción asexual es por mutación genética, ser estructurales, fisiológicas, bioquímicas, de comportamiento, un cambio permanente en los genes. o una combinación de las cuatro. Todos los organismos biológicamente exitosos son una compleja colección de En la mayoría de las plantas y animales, la reproducción sexual adaptaciones coordinadas que se han producido a través de los se lleva a cabo por la fusión de un óvulo y un espermatozoide procesos evolutivos. para formar un óvulo fecundado. El nuevo organismo se desarrolla a partir del óvulo fecundado. Los descendientes 1.5.2 CLASIFICACIÓN DE LOS SERES VIVOS producidos por la reproducción sexual son el resultado de la 1.5.2.1 Sistemática y taxonomía interacción de varios genes aportados por la madre y el padre. Las ramas de la biología que son responsables de la Esta variación genética es importante en los procesos vitales de categorización jerárquica son la sistemática y la taxonomía. La la evolución y la adaptación. sistemática se ha encargado de crear a lo largo del tiempo 1.5.1.6 Las poblaciones evolucionan y se adaptan al medio sistemas de clasificación en los cuales se toman en cuenta los ambiente rasgos de similitud, diferencias, origen y relaciones evolutivas de La capacidad de una población para evolucionar durante muchas cada especie, con criterios objetivos y no arbitrarios. Los generaciones y adaptarse a su entorno les permite sobrevivir en sistemas de clasificación se representan en forma de árbol un mundo cambiante. Las adaptaciones son características que ramificado, en cuya base se identifica al ancestro y en las ramas se heredan y que aumentan la capacidad de un organismo para la descendencia de las especies que contiene. Por su parte, la sobrevivir en un entorno particular. La lengua larga y flexible de taxonomía se encarga de poner las reglas y procedimientos para la rana es una adaptación para capturar insectos, las plumas y identificar, nombrar (nomenclatura) y clasificar a cada una de las los huesos livianos de los pájaros son adaptaciones para volar, y 16  BIOLOGÍA CICLO QUINTOS 2025 especies en las categorías o niveles de forma jerárquica, Métodos filogenéticos: Se dieron a partir de la teoría de siguiendo los patrones de la sistemática (De Erice, 2012). la evolución, en la que se ordenan los organismos por su 1.5.2.2 Sistemas de clasificación científica parentesco genealógico (ancestro-descendiente) con el Los biólogos trabajan con varios sistemas de clasificación, como fin de establecer la relación jerárquica entre especies, los siguientes: familias, órdenes, etcétera. Se presentan mediante árboles filogenéticos: en la base está el ancestro y en las Sistemas artificiales: Son aquellas clasificaciones en las ramas los descendientes. que se elige una serie de caracteres de forma arbitraria como principales, determinados por el autor; como el Métodos fenéticos: Son clasificaciones basadas en número de piezas florales, la forma de desarrollo, el lugar semejanzas morfológicas generales entre los organismos. donde vive y el tipo de comida ingerida, es decir, Sus árboles se llaman fenogramas, ya que reconocen que caracteres de utilidad y no taxonómicos. Los sistemas que el parecido fenotípico de las especies puede no utilizaron los griegos o Linneo son claros ejemplos. representar a un ancestro en común. Este método plantea muchos problemas; sin embargo, los fenetistas Sistemas naturales: En los sistemas naturales los mencionan que, si se toman en cuenta muchos caracteres también se eligen arbitrariamente, pero se caracteres, los problemas disminuyen. Este método ha tiene en cuenta un mayor número de ellos; además, se sido sustituido por el método cladista. utilizan caracteres taxonómicos básicos como rasgos anatómicos para determinar si dos organismos son Métodos cladistas: El cladismo se basa en el principio de parientes cercanos o no, con lo que se establece la parsimonia, que propone que ante dos hipótesis evolutivas filogenia de los grupos. Algunos ejemplos son los creados es más probable que sea cierta aquella que no tiene tantos por Lynn Margulis, Haeckel y Whittaker. En los sistemas cambios evolutivos, pues la naturaleza tiende siempre a lo naturales hay métodos de clasificación: simple. El cladismo representa la formación de linajes 17  CICLO QUINTOS 2025 BIOLOGÍA independientes a partir de un ancestro en común, b) Reino: Conjunto de fila o divisiones. considerando tanto las relaciones de parentesco como la c) Filo o Phylum: Conjunto o agrupamiento de clases. El similitud fenotípica general, tomando en cuenta sólo a los Phylum se utiliza para todas las clases de organismos que grupos monofiléticos. La clasificación se representa en no pertenecen a las plantas. Su equivalente es División cladogramas, por ejemplo, la construida por Woese. (Conjunto o agrupación de clases. Esta categoría taxonómica Sistemas moleculares: Se basan en la utilización de sólo se usa para las plantas). distintas técnicas moleculares para la reconstrucción d) Clase: Conjunto o agrupación de órdenes. filogenética y la clasificación sistemática, como el análisis e) Orden: Conjunto o agrupación de familias. de algunas proteínas como el citocromo c. A mayor número de aminoácidos diferentes, mayor cambio f) Familia: Conjunto o agrupación de géneros. evolutivo a partir de un ancestro común. g) Género: Conjunto o agrupación de especies. 1.6 CATEGORÍAS TAXONÓMICAS (NIVELES h) Especie: Conjunto o agrupación de organismos. TAXONÓMICOS) A veces no es suficiente con estas categorías taxonómicas para 1.6.1 CATEGORÍAS TAXONÓMICAS poder colocar un organismo en su lugar, y es necesario crear algunas subdivisiones intermedias entre las categorías, las Los diferentes niveles de la jerarquía taxonómica se llaman cuales se nombran con el prefijo sub- como suborden o con el categorías taxonómicas, cada una tiene grupos de organismos prefijo super-, como superfamilia. Las categorías o taxa se que se llaman unidades taxonómicas o taxa. El taxón es una encuentran en una jerarquía que va en orden ascendente de la unidad taxonómica de cualquier categoría. El latín taxa es plural especie (categoría de menos jerarquía, con características muy de taxón. Las categorías taxonómicas son: particulares) hasta el dominio (taxón de mayor jerarquía, con a) Dominio: Conjunto de reinos. características muy generales). La unidad en la que se basa toda 18  BIOLOGÍA CICLO QUINTOS 2025 clasificación es la especie, que es el conjunto de individuos con b) En el primer nombre, que es el género, se escribe la primera características estructurales y funcionales parecidas, que en la letra con mayúscula y las demás en minúsculas. naturaleza se pueden cruzar, tener descendencia fértil y que c) El segundo nombre, que es la especie, va en minúsculas. comparten un ancestro común (De Erice, 2012). d) Después del nombre científico se debe colocar entre Fig. 1.8. Niveles taxonómicos. paréntesis el apellido del autor que lo descubrió; un ejemplo: la L es de Linneo: se coloca sólo la L porque todos saben que es de Linneo (ésa es la excepción a la regla) los nombres de los descubridores de taxones o especies sólo se escriben en textos científicos. 1.6.3 FILOGENIA Y ONTOGENIA a) Filogenia: La filogenia se puede definir como la historia evolutiva de las especies a partir de un antepasado común. Presenta la relación existente entre especies, géneros, familias, órdenes, clases, etcétera, con base en la Fuente: Solomon et al. 2011 morfología, citología, biología molecular y en registros 1.6.2 NOMBRE CIENTÍFICO fósiles. El nombre científico está formado por dos palabras, el género y b) Ontogenia: Estudia el desarrollo de los seres vivos desde la la especie, con base en el sistema binomial de Linneo, y debe etapa embrionaria hasta su muerte. tener varias características: Haeckel propuso la Ley Biogenética en 1866, ahí mencionó que a) Debe escribirse con letras cursivas o subrayadas. la ontogenia recapitulaba a la filogenia, es decir, que las etapas 19  CICLO QUINTOS 2025 BIOLOGÍA de evolución de una especie eran recordadas durante el breve Antes de mediados del siglo XVIII, cada especie tenía un nombre tiempo que dura el desarrollo embrionario de un individuo de esa descriptivo muy largo, que en ocasiones consistía de diez o más misma especie. En ese momento resultó ser una idea original e palabras en latín. Linneo simplificó la clasificación científica y innovadora, la cual gozó de éxito hasta el último tercio del siglo desarrolló un sistema binomial de nomenclatura en el que a cada XX; sin embargo, en la actualidad los biólogos son muy cautos especie se le asignaba un nombre único de dos partes. La con la palabra “recapitular”, prefieren decir que las características primera parte de un nombre científico binomial es un sustantivo embrionarias son conservadas y pasadas a las siguientes que designa el género, y la segunda parte es un adjetivo que generaciones durante la evolución de la especie. modifica al sustantivo y se llama epíteto específico. La evolución se representa mediante árboles filogenéticos. En la Linneo diseñó un sistema para asignar a las especies a una base del árbol se coloca al antepasado común a todos los jerarquía de grupos cada vez más amplios. Conforme se sube organismos, de esa base parten varias ramas, de las cuales por la jerarquía, cada grupo es más incluyente; esto es, incluye a salen ramas más delgadas, hasta llegar a las ramas más los grupos abajo de él. Cuando estableció su sistema, Linneo no pequeñas y delgadas donde se colocan las especies actuales tenía en mente una teoría de la evolución. Tampoco tenía una (De Erice, 2012). idea del gran número de organismos existentes (vivientes) y extintos que se descubrirían más tarde. Sin embargo, su sistema 1.6.4 CARLOS LINNEO ha probado ser notablemente flexible y adaptable a los nuevos De los muchos sistemas de clasificación que se desarrollaron, el conocimientos y teorías biológicos. Pocos inventos del siglo XVIII que diseñó Carlos Linneo a mediados del siglo XVIII sobrevive sobreviven en la actualidad en una forma que sus creadores en la actualidad con algunas modificaciones. Linneo agrupó a los podrían reconocer. organismos de acuerdo con sus semejanzas, principalmente las estructurales. 20  BIOLOGÍA CICLO QUINTOS 2025 1.6.5 ROBERT WHITAKKER 1.6.6 CARL WOESE En la década de 1960, los avances en microscopia electrónica y A finales de la década de 1970, Carl Woese, de la Universidad técnicas bioquímicas revelaron más diferencias celulares que de Illinois, empezó a estudiar las relaciones evolutivas entre los inspiraron muchas nuevas propuestas para la clasificación de los organismos al analizar su ARNr 16S. Mediante análisis de organismos. En 1969, R. H. Whittaker propuso una clasificación secuencias, Woese usó variaciones en esta molécula universal de cinco reinos con base principalmente en la estructura celular para desafiar la visión largo tiempo sostenida de que todos los y la forma en que los organismos obtienen nutrientes de su procariotas están cercanamente emparentados y son muy ambiente. parecidos. Él demostró que existen dos grupos diferentes de procariotas: arqueas y bacterias. Woese argumentó que los Whittaker sugirió que los hongos (que incluyen setas, mohos y procariotas representan dos de las tres ramas principales de los levaduras) se removieran del reino vegetal y se clasificaran en su organismos. propio reino, Fungi. Después de todo, los hongos no son fotosintéticos y deben absorber nutrientes producidos por otros La hipótesis de Woese ganó apoyo en 1996, cuando Carol J. organismos. Los hongos también difieren de las plantas en la Bult, del Instituto de Investigación Genómica en Rockville, composición de sus paredes celulares, en sus estructuras Maryland, reportó en la revista Science que ella y sus corporales y en sus modos de reproducción. El reino Prokaryotae colaboradores secuenciaron el genoma completo de una arquea se estableció para alojar a las bacterias, que son diferentes de productora de metano, Methanococcus jannaschii. Cuando los todos los demás organismos en que no tienen núcleos distintivos investigadores compararon las secuencias génicas con las de ni otros organelos membranosos y no experimentan división dos bacterias secuenciadas antes, descubrieron que coincidían mitótica. menos de la mitad de los genes. La secuencia genética indica que las arqueas tienen una combinación de genes parecidos a los de las bacterias y los eucariotas. Los biólogos han identificado 21  CICLO QUINTOS 2025 BIOLOGÍA otras importantes diferencias entre bacterias y arqueas; por Fig. 1.9. Tres dominios. ejemplo, las bacterias se caracterizan por la presencia de peptidoglicano en sus paredes celulares, mientras que este compuesto no está presente en las arqueas. Con base en evidencia molecular, los biólogos ahora dividen a los procariotas en dos grandes grupos: Bacteria y Archaea. La clasificación propuesta por Carl Woese, aunque no es la más actual, es la que prevalece y está en uso para la clasificación de los seres vivos en los diferentes niveles taxonómicos. Esta clasificación toma en cuenta muchas características fundamentales como: características anatómicas, funcionales, bioquímicas, inmunológicas y genéticas (hibridación del ADN o ARNr de los organismos), sus relaciones con otros organismos Fuente: Solomon et al. 2011 que tienen características en común y diferencias, así como la evolución y filogenia de cada especie (Solomon et al. 2011). 1.7 DOMINIO ARCHAEA Son llamadas arqueobacterias del griego Arkhaios, que significa antiguo; también se les conoce como extremófilas por vivir en ambientes extremos. Son muy primitivas. 22  BIOLOGÍA CICLO QUINTOS 2025 1.7.1 EXTREMÓFILOS d) Halófilas: Habitan en espacios con grandes concentraciones de sal, como lagos salados naturales, salinas, preparaciones Características: Son procariontas, es decir, el ácido nucleico de sal caseras para conservación de productos cárnicos, en está distribuido por el citoplasma en una zona al azar llamada el mar Muerto, etc. Requieren entre 12 y 23% de sal para un nucleoide y no encerrado dentro de una membrana nuclear. Son crecimiento óptimo. organismos unicelulares, la mayoría heterótrofos, que se alimentan de cualquier sustancia orgánica; también hay De acuerdo con las secuencias moleculares, están más autótrofos. Poseen lípidos diferentes a los de las membranas relacionadas filogenéticamente con el dominio Eukarya que con celulares de los eucariontes y de las bacterias. Las secuencias el Bacteria. Se ha podido determinar mediante estudios que tiene el ARNr en la subunidad pequeña del ribosoma son realizados en el ARNr 16s, que han tenido un ritmo bajo de únicas y específicas. Se encuentran distribuidas en lugares evolución con respecto a las bacterias y los eucariontes. donde las condiciones son extremas y sobreviven en áreas muy Las arqueobacterias comparten características con las bacterias: contaminadas. Algunas arqueobacterias son anaerobias su tamaño varía de 0.5 a 5 micras; presentan formas de obligadas, otras son aerobias. Su nombre proviene de su hábitat: bastones, cocos y espirilos; se reproducen asexualmente por a) Termófilas: Se encuentran en fumarolas marinas, depósitos fisión; su genoma es de tamaño 2-4 mbp (millones de bases de de petróleo caliente, volcanes, fuentes termales, lugares con polipéptidos). El ADN único, circular y con plásmidos. Este temperatura mayor a 100 °C. dominio tiene dos phylum diferenciados por el tipo de ARN y por el ambiente en que viven: b) Acidófilas: Se encuentran en lugares con pH ácido. a) Crenarchaeota: Son arqueobacterias termófilas, c) Metanógenas: Se encuentran en espacios carentes de dependientes del sulfuro y constituyen un grupo muy oxígeno y ricos en materia orgánica, generan metano en homogéneo; algunas especies de este grupo son Sulfolobus estómagos de rumiantes y pantanos. solfataricus, Thermofilum pendens y Thermoproteus tenas. 23  CICLO QUINTOS 2025 BIOLOGÍA b) Euryarchaeota: Son arqueobacterias metanógenas y 1.8 DOMINIO EUKARYA halófilas y son un grupo muy heterogéneo. Algunas especies: 1.8.1 REINO PROTOZOA Thermococcus celer, Methanococcus thermolithotropicus, Este reino lo constituyen organismos eucariontes, unicelulares Methanobacterium formicicum, Thermoplasma acidophilum. como pluricelulares, con mínimas características similares a los Importancia: Las arqueobacterias son detectores de organismos pertenecientes a los reinos Fungi, Plantae y contaminación. Se utilizan en el tratamiento de aguas residuales. Animalia. La mayor parte de sus rasgos no son compatibles con Son fuente de la enzima taq polimerasa, que se utiliza en la ellos; ésta es la razón por la que se colocan en un reino aparte. reacción en cadena de la polimerasa. Son autótrofos y heterótrofos (parásitos y saprofitos), con Las arqueobacterias metanógenas son habitantes del rumen de reproducción principalmente asexual (De Erice, 2012). rumiantes, y responsables de la producción de gas metano en el 1.8.1.1 Algas excremento de estos mamíferos, uno de los gases principales Las algas son organismos unicelulares y pluricelulares; las causantes del efecto invernadero (De Erice, 2012). unicelulares forman colonias. En términos generales, son Fig. 1.10. Arqueobacterias. semejantes a las plantas y antiguamente se les clasificaba dentro del reino vegetal. Son organismos autótrofos y se reproducen asexualmente mediante esporulación y sexualmente por medio de conjugación. Tienen gran diversidad de colores (rojas, pardas, verdes, doradas, cafés), formas y tamaños. Hay variedades de agua dulce y salada. La mayoría son microscópicas, como Surirella; Fuente: De Erice, 2012 sin embargo, hay algunas que forman poblaciones de gran tamaño, formando verdaderos bosques en el fondo del mar, 24  BIOLOGÍA CICLO QUINTOS 2025 como Macrocystis, que se encuentra en el mar de los Sargazos. así como estimulan la ovulación y la reproducción sexual de Algunas algas usan como medio de locomoción uno o más moluscos y peces. Se usan como fertilizantes, medios de cultivo flagelos, otras son de vida libre y otras más se fijan al fondo del y para espesar helados, quesos cremosos, sopas, salsas y yogur mar o a las rocas mediante una estructura llamada rizoide. (De Erice, 2012). En el mundo se han contado aproximadamente 110 000 1.8.1.2 Protozoarios especies, las cuales se congrega en seis grupos: Clorophytas o Son organismos eucariontes y unicelulares; algunos viven en algas verdes, Phaeophytas o algas pardas, Rodophytas o algas colonias. Comparten algunas características con los animales rojas, Pyrrophytas o dinoflagelados (algunos son (tienen movilidad, son heterótrofos, etc.); por ello alguna vez bioluminiscentes), Chrysophytas o diatomeas y Euglenophytas o fueron clasificados en el reino animal. Aproximadamente se euglenas. conocen 45 000 especies, son cosmopolitas y viven en los más Su forma es muy variada: esféricas, alargadas o fusiformes, variados ambientes. onduladas, de hojas de lechuga, de plumero, espirales, etc. Tienen formas muy diversas, como foraminíferos, radiolarios y Importancia: Las algas forman parte del plancton y son la base heliozoarios. La gran mayoría son microscópicos. Son de las cadenas alimenticias marinas; además, generan el heterótrofos, parásitos y de vida libre. Su reproducción es porcentaje más alto de oxígeno a través de la fotosíntesis. En asexual de tipo fisión binaria y fisión múltiple, bipartición y muchas culturas del mundo, las algas se han utilizado como gemación. Algunas especies se reproducen sexualmente por alimento, pues son una fuente importante de proteínas y conjugación, singamia y autogamia. Poseen diversas formas de vitaminas y son de fácil digestión. locomoción: algunos presentan seudópodos o “falsos pies”, otros tienen cilios y flagelos y otros más son sésiles. Actualmente se emplean para fabricar medicamentos y de ellas se extraen yodo, sosa y otros compuestos químicos. Se usan en Los protozoarios se agrupan en Sarcomastigophora (flagelados), la acuacultura ya que aceleran el crecimiento y madurez sexual, Sarcodina (amibas, radiolarios, foraminíferos y heliozoarios), 25  CICLO QUINTOS 2025 BIOLOGÍA Apicomplexa o Sporozoarios (sésiles como Toxoplasma y descomposición. Crecen como una masa mucilaginosa sobre la Plasmodium) y Ciliophora (ciliados). Algunos ejemplos son los tierra, formando una estructura llamada plasmodio, que no son Paramecium (ciliado), Trypanosoma cruzi, T. gambiense, T. células individuales, sino núcleos cubiertos por una fina capa. De rhodesiense (flagelados) y Entamoeba histolytica (sarcodinos). colores vistosos como el género Physarum. Importancia: Los protozoarios forman parte de las cadenas Existe otro tipo de mohos, que, en lugar de formar plasmodios, alimenticias y contribuyen a la fertilidad del suelo. Causan forman seudópodos, que atraen células cercanas y forman una enfermedades a plantas, animales domésticos y al hombre. gran masa llamada seoduplasmodio, ya que se compone de Algunos son benéficos, como Hypermastigida, protozoario células individuales, sólo que agregadas para constituir a la larga presente en las termitas que les ayuda a digerir la celulosa. un cuerpo fructífero que produce esporas para la reproducción. Se agrupan en Myxomycota (mohos plasmodiales), Oomycota 1.8.1.3 Mohos (mohos acuáticos), Acrasiomycota (mohos celulares) y Los mohos son organismos parecidos a los hongos; por ello Chytridiomycota (mohos acuáticos quitridios). alguna vez estuvieron clasificados en el reino Fungi; sin embargo, presentan más diferencias, lo que los hace pertenecer Importancia: Algunos causan enfermedades en plantas, como a un reino aparte, por ejemplo, presentan una pared celular de el mildiu de la vid o la roya tardía de la papa. Son degradadores glucanos y celulosa y no de quitina como los hongos. Son de la materia orgánica (De Erice, 2012). organismos unicelulares, heterótrofos, que absorben el alimento del suelo o de los tejidos de algunos organismos. Presentan reproducción asexual por esporulación. Son cosmopolitas, de tamaño reducido, habitan en lugares húmedos, fríos y sombreados de bosques, sobre troncos en descomposición, hojas muertas y materia orgánica en 26  BIOLOGÍA CICLO QUINTOS 2025 Fig. 1.11. Protozoarios. 4. Curtis H., Barnes N., Massarini A., Schnerck A. (2008). Biología. Séptima edición. Editorial Médica Panamericana. 1160 pp. 5. De Erice E.; J. González (2012). Biología: La ciencia de la vida. Segunda Edición. McGraw-Hill / Interamericana Editores S.A. 468 pp. 6. Gargaud, M, Amils, R., y Cleaves, H. (2011). Encyclopedia of Fuente: Solomon et al. 2011 Astrobiology. New York: Campbell, N. Biology. New York: BIBLIOGRAFÍA Pearson. 1. Ahad, M, Garcia, Gamboa, (2012) Evolution of First Life 7. Méndez, M. y Navarro, J. (2014). Introducción a la biología without Oparin (Primordial Soup) Theory of Evolution: A evolutiva. ESEB-SOCEVOL. Critical Review. International Journal of Bio- Resource & 8. Ohta, T. (2013). Neutral Theory. In S. Maloy & K. Hughes Stress Management. (Eds.), Brenner’s Encyclopedia of Genetics (pp. 67-68). San 2. Cabej, N. R. (2012). Species and Allopatric Speciation. In N. Diego, CA: Elsevier. R. Cabej (Ed.), Epigenetic Principles of Evolution (pp. 707- 9. Pla-García, Jorge, & Menor-Salván, C. (2017). La 723). Elsevier. composición química de la atmósfera primitiva del planeta 3. Cabej, N. R. (2013). Rise of the animal kingdom and Tierra. Real Sociedad Española de Química. epigenetic mechanisms of evolution. In N. R. Cabej (Ed.), 10. Solomon, Eldra P., Linda R. Berg y Diana W. Martin (2011). Building the Most Complex Structure on Earth (pp. 239-298). Biología. Novena edición. ISBN: 978-607-481-934-2. 1420 Elsevier. pp. 27  CICLO QUINTOS 2025 BIOLOGÍA 11. Storch, I. (2003). Linking a multiscale habitat concept to species conservation. Pp. 303-320. En: Landscape ecology and resource management: linking theory with practice. Island Press, Washington, D.C. 28 BIOLOGÍA CICLO QUINTOS 2025 2 BIOQUÍMICA 2.1 NIVELES DE ORGANIZACIÓN DE LOS SERES TEMA 2: BIOQUÍMICA VIVOS Los seres vivos están muy organizados y estructurados, siguiendo una jerarquía que puede examinarse en una escala de El fascinante mundo de la bioquímica nos lleva a pequeña a grande, por lo tanto, la organización biológica refleja comprender la arquitectura molecular de los seres vivos constituida por carbohidratos, proteínas, lípidos, el trayecto de la evolución sin importar que se estudie a un ácidos nucleicos, entre otras moléculas, cada una de individuo o el mundo de los seres vivos, puede identificarse un ellas con una estructura específica que en conjunto y patrón de complejidad creciente. concordancia determinan las diversas funciones de todo ser viviente de nuestro planeta. Cada nivel supone determinadas características de la materia que en el nivel anterior no estaban presentes. Son niveles sin vida (abióticos) las partículas subatómicas, los átomos, los elementos, las biomoléculas y los organelos. Son niveles con vida (bióticos) la célula, tejido, órgano, sistema, organismos multicelulares. La materia viva, presenta los siguientes niveles de organización: 2.1.1 NIVEL QUÍMICO Es el nivel abiótico más básico de organización, comprende los siguientes subniveles: 29  CICLO QUINTOS 2025 BIOLOGÍA a) Atómico: Es la unidad de materia más pequeña y d) Supramolecular: Surge como producto de la interacción de fundamental que puede participar en una reacción química; las macromoléculas; son complejos supramoleculares los por ejemplo, un átomo de hidrógeno (H), carbono (C), ribosomas, las membranas biológicas, el nucléolo y los oxígeno (O). cromosomas, cumpliendo diversas funciones en las células. Los virus son complejos supramoleculares y subcelulares b) Molecular: Es la unión química de átomos, de tal suerte que constituidos por una estructura proteica, ácido nucleico (ARN dos átomos de hidrógeno se combinan con uno de oxígeno y o ADN) y en algunos casos una envoltura lipídica. forman una molécula de H2O. Los átomos que componen una molécula pueden ser idénticos (por ejemplo, H2) o e) Organelos: Complejos supramoleculares de alta diferentes (por ejemplo, CO2) dando moléculas homogéneas complejidad que son básicos en el funcionamiento de las y heterogéneas. células: el núcleo es importante por contener la información genética; las mitocondrias, en la producción de energía; los c) Macromolecular: Son moléculas grandes que se forman cloroplastos participan en la fotosíntesis; y los lisosomas, por típicamente por polimerización, se forman por la combinación contener diversas enzimas. de muchos átomos o moléculas. Son macromoléculas los polisacáridos, proteínas, ácidos nucleicos y algunos lípidos. 2.1.2 NIVEL BIOLÓGICO El ácido desoxirribonucleico (ADN), por ejemplo, es una a) Celular: Es el nivel biótico más importante porque es la macromolécula que contiene las instrucciones para la unidad fundamental de la vida, contiene todos los niveles estructura y el funcionamiento de todos los organismos vivos, antes mencionados y es capaz de realizar diversas funciones Gerald Karp (2009) señala que: “Las macromoléculas debido de manera independiente. a su tamaño y las intrincadas formas que estas pueden b) Histológico: Es el conjunto de células similares que llevan a adoptar, algunas de estas moléculas gigantes pueden cabo diversas funciones complejas. Ejemplo, tejido epitelial, realizar tareas complejas con gran precisión y eficiencia.” (p. conectivo, muscular, nervioso. 41). 30  BIOLOGÍA CICLO QUINTOS 2025 c) Orgánico: Son colecciones de tejidos agrupados que d) Bioma: Colección de todos los ecosistemas que representan realizan una función común. Por ejemplo, el corazón. las zonas de vida en la tierra. en los que los individuos comparten el mismo tipo de clima que les permite interactuar d) Sistémico: Son el conjunto de órganos parecidos, pero que entre sí y sobrevivir aquí. no son capaces de realizar acciones independientes. Por e) Biosfera: Masa de vida del planeta, donde se realiza el ejemplo, el sistema nervioso. fenómeno de la vida. (Sarmiento Fausto, 2014). e) Individuo organismo: Constituido por varios sistemas Leonardo Malacalza (2002) señala que: “La biosfera es el (organismo multicelular o pluricelular). Un organismo nombre que se da al conjunto de seres vivientes de todo el también puede estar formado por una célula (organismo planeta. Tiene un espesor de unos veinte kilómetros, diez unicelular). hacia abajo en las fosas marinas y diez hacia arriba en las 2.1.3 NIVEL ECOLÓGICO montañas”. (p.16). El nivel ecológico se refiere como están organizados los f) Ecósfera: Es la masa del planeta que comprende la biosfera, seres vivos en el medio ambiente, presenta los siguientes la atmósfera, la hidrósfera y la geósfera. (Sarmiento Fausto, subniveles: 2014). a) Población: Conjunto de individuos de la misma especie que habitan en la misma zona geográfica. b) Comunidad: El conjunto de poblaciones forman comunidades, aunque sean de especies diferentes comparten el mismo espacio físico. c) Ecosistema: Es el conjunto de seres vivos pertenecientes a la comunidad y que interactúan en el medio donde habitan y con el ambiente. 31  CICLO QUINTOS 2025 BIOLOGÍA Fig. 2.1. Niveles de organización de la materia 2.2.1 GLÚCIDOS Llamados también carbohidratos o sacáridos, que provienen del griego “sakcharon” que significa “azúcar”, son los segundos componentes más abundantes de los seres vivos, literalmente son hidratos de carbono por su composición química que es (C H2 O)n. Dentro de las células los glúcidos desempeñan diversas funciones, en primer lugar está el de almacenamiento energía, combustible e intermediarios metabólicos, en segundo lugar, pentosas como ribosa y desoxirribosa forman parte de la trama estructural del ARN y ADN, en tercer lugar forman estructuras de Tomado de: las paredes celulares de bacterias y plantas y del exoesqueleto https://quizlet.com/ec/411864342/niveles-de-organizacion-de-la-materia- de artrópodos, así también, diremos que muchos se encuentran diagram/ unidos a proteínas y lípidos. Los vegetales la sintetizan por medio 2.2 BIOMOLÉCULAS ORGÁNICAS de fotosíntesis en grandes cantidades mientras que los animales Todos los seres vivos están constituidos por los mismos pueden sintetizar algunos carbohidratos a partir de lípidos y bioelementos (C, H, O, N, P, S, Fe, Mg, etc.) y biomoléculas proteínas, pero en menor cantidad. (Melo, 2018) (orgánicas e inorgánicas), para poder entender mejor la Clasificación: Los glúcidos, por el número de monómeros que estructura y función de los organismos vivos necesitamos tener la constituyen, se clasifican en Monosacáridos, Disacáridos, un conocimiento básico de las estructura y función de estos Oligosacáridos y Polisacáridos. bioelementos y biomoléculas, cómo interactúan entre sí para producir movimiento, crecimiento, comunicación o cómo forman y utilizan energía. 32  BIOLOGÍA CICLO QUINTOS 2025 2.2.1.1 Monosacáridos: Fig. 2.2. Naturaleza química de los monosacáridos Llamados también azúcares simples, constituidos por una sola cadena. Carbohidratos que no pueden ser hidrolizados. Se nombran añadiendo la terminación osa al número de carbonos presentes en su estructura. La clasificación de los monosacáridos se hace de acuerdo con la naturaleza de sus grupos carbonilo y el número de átomos de carbono. (Melo, 2018) Su fórmula particular es (CH2O)n, donde la n, indica el número de carbonos, pudiendo ser de tres a siete átomos. Tomado de Imagen BIOLOGÍA UMB 2013-Webnode. https://cursos-0-fc- ugr.github.io/Biologia/Tema1/img_bloqueI/image012.jpg De Erice, Elena (2012) señala que: “Los monosacáridos en realidad, se deben definirse como polihidroxialdehídos o Por el número de Carbonos se subdividen en: triosas, tetrosas, polihidroxicetonas, ya que constituyen un grupo de compuestos Por el número de Carbonos se subdividen en: triosas (3C), cuya fórmula presenta un enlace carbonilo (C=O), ya sea tetrosas (4C), pentosas (5), hexosas (6), etc. de las cuales las formando aldehídos(-CHO) o cetonas (-CO). El prefijo polihidroxi- más importantes son: se refiere a que cuentan con varios grupos hidroxilos (OH)”. (p. a) Triosas (C3H603): Son abundantes en el interior de la célula, 62). por ejemplo, los Glicéridos como el Gliceraldehido y la Dihidroxiacetona que son metabolitos intermediarios en la degradación de la glucosa, durante el metabolismo energético. 33  CICLO QUINTOS 2025 BIOLOGÍA b) Tetrosas (C4H804): Como la Eritrulosa y la Eritrosa, formados Glucosa, es uno de los azúcares más importantes y en el proceso de las reacciones oscuras de la fotosíntesis abundantes, a partir de ella se forman otros carbohidratos, (ciclo de Calvin). es usado por la mayoría de células para obtener energía c) Pentosas (C5H1005): Entre las pentosas más importantes a través del metabolismo energético. Representa la tenemos: molécula que da la energía de arranque que requieren las células. Es el producto orgánico resultado de la La Ribosa, componente de los nucleótidos del ARN (ácido fotosíntesis y se transforma en almidón en los cereales ribonucleico) (miel de maíz) y hortalizas. Es la subunidad de los Desoxirribosa, componente de los nucleótidos del ADN polisacáridos, tanto de los de reserva como de los (acidodesoxiribonucleico) estructurales (almidón, celulosa). Se encuentra en el Ribulosa, forma parte de la enzima ribulosa-1.5-bifosfato suero sanguíneo y en el medio extracelular. carboxilasa (RuBisCO), que fija el CO2 atmosférico Fructosa, (azúcar de la fruta) también llamado levulosa o durante el Ciclo de Calvin en la fotosíntesis. azúcar de las frutas. Se encuentra en grandes cantidades Arabinosa, se encuentra presente en la goma arábiga en frutas como en mango, uva, caña de azúcar y plátano, (polisacárido), asimismo, en la pectina y hemicelulosa de lo mismo que en algunas verduras y en la miel de abeja. la pared celular. Se utiliza como edulcorante para los diabéticos, ya que no precisa de insulina para metabolizarse Xilosa, está presente en componentes vegetales como la madera. Galactosa, (en la leche). Monosacárido que se convierte en glucosa en el hígado como aporte energético. Forma d) Hexosas (C6H1206): Las hexosas más importantes y parte de los glucolípidos y glucoproteínas de las abundantes son: membranas celulares, sobre todo de las células cerebrales. 34  BIOLOGÍA CICLO QUINTOS 2025 Los monosacáridos de 3C y 4C solo se encuentran de forma Fig. 2.4. Ciclación de la fructosa lineal (proyección de Fischer), pero los que tienen 5C, 6C, aparte de tener forma lineal, se pueden ciclar formando un anillo piranosa o furanosa cuando se encuentran disolución, conformando de esta manera la proyección de Haworth. (Baynes, 2019). Fig. 2.3. Ciclación de la glucosa Tomado de: https://guatequimica.com/bootstrap/pages/carbohidratos/haworth.html 2.2.1.2 Disacáridos: Son compuestos formados por la unión de dos monosacáridos mediante enlace O-glucosídico, que se forma por la unión de los grupos –OH de dos monosacáridos generando una molécula de Tomado de: agua, el enlace puede ser de tipo alfa (α) que son fácilmente https://dagus.unison.mx/smoreno/2%20Carbohidratos%20=%20Gl%C3%BA cidos=%20Hidratos%20de%20carbono%20=%20Az%C3%BAcares.pdf hidrolizables por lo que lo presentan las moléculas de reserva energética y el enlace beta (β) son más estables y no se hidrolizan fácilmente por lo que están constituyendo estructuras. (Koolman, 2015). 35  CICLO QUINTOS 2025 BIOLOGÍA Fig. 2.5. Formación del enlace o glucosídico c) Sacarosa: Azúcar de la caña o remolacha constituido por Glucosa + Fructosa, unidas por enlace α (1,2) Se encuentra ampliamente distribuido en frutas, verduras y hortalizas y constituye el edulcorante más utilizado en el mundo. (Gil, 2010). d) Celobiosa: Está compuesto por residuos de glucosa + glucosa unidos mediante enlace glucosídico β (1,4). Tomado de: Presente como unidad conformadora de la celulosa en la https://www.edualimentaria.com/huevos-composicion-y- pared celular. propiedades/curiosidades/2-uncategorised/72-enlace-glucosidico e) Trehalosa: Azúcar conformada por Glucosa + Glucosa Entre los disacáridos más importantes tenemos: unidas por enlace α (1,1), fue aislada por primera vez por a) Lactosa: Azúcar de la leche formado por Galactosa + Koch, en 1925, de levaduras, se encuentra presente en la Glucosa, enlace β (1,4). La sintetizan los mamíferos a nivel hemolinfa de los insectos (Véjar, 2005). de las glándulas mamarias y es una de las principales 2.2.1.3 Oligosacáridos: fuentes alimenticias para el recién nacido. Son compuestos que al hidrolizarse producen de 3 a 10 unidades b) Maltosa: Es un disacárido que se encuentra en las semillas de monosacáridos, por ejemplo: de la cebada, pero también conformado por Glucosa + Glucosa unidas por un enlace α (1,4), se genera por hidrólisis a) Melecitosa, trisacárido formado por un residuo de fructosa y enzimática del almidón, es 10 veces menos dulce que la dos de glucosa, se encuentra en la miel exudada de muchas sacarosa, soluble en agua y muy utilizada en la industria plantas como los pinos y los arces. alimentaria. (Gil, 2010). 36  BIOLOGÍA CICLO QUINTOS 2025 b) Dextrinas, que son mezclas complejas de polisacáridos de conformadas por unidades