Lección 1: Cap 01 - Biología (PDF)

Because learning changes everything. ® Lección 1: Cap 01 Prof. Eneilis Mulero The Science of Biology BIOLOGY Thirteenth Edition Raven, Johnson, Mason, Losos, Duncan © 2023 McGraw Hill, LLC. All righ...

Because learning changes everything. ® Lección 1: Cap 01 Prof. Eneilis Mulero The Science of Biology BIOLOGY Thirteenth Edition Raven, Johnson, Mason, Losos, Duncan © 2023 McGraw Hill, LLC. All rights reserved. Authorized only for instructor use in the classroom. No reproduction or further distribution permitted without the prior written consent of McGraw Hill, LLC.  Objetivos 1. Conocer como se usa la ciencia para estudiar la vida 2. Aprender sobre la organización jerárquica de la vida y describir las características compartidas de la vida 3. Comparar los diferentes razonamientos usados por los biólogos. 4. Examinar como Darwin usó la obsrvación y razonamiento para desarrollar la Teoría de Selección Natural. 5. Discutir los conceptos principales del estudio de la biología. © McGraw Hill, LLC 2 © McGraw Hill, LLC 3  La Ciencia de la Vida Biología es el estudio de la vida. Es una ciencia interdisciplinaria porque los organismos se componen de sistemas químicos y físicos complejos © McGraw Hill, LLC 4  La Ciencia de la Vida La vida está limitada por las propiedades físicas y químicas. © McGraw Hill, LLC 5  Características de los organismos vivos Biótico vs Abiótico Ecosistema © McGraw Hill, LLC  Características de los organismos vivos 1. Organización celular 2. Orden complejo a nivel celular, organimal y ecológico 3. Sensibilidad al ambiente 4. Crecimiento, desarrollo y reproducción 5. Uso de energía 6. Homeostasis 7. Adaptación evolutiva © McGraw Hill, LLC 7 1. Todos los organismos están hechos de células y poseen ADN 1. La Célula es la unidad más básica de la vida. contiene ácido Deoxiribonucleico (ADN) 2. Organismos pueden ser unicelulares o multicelulares. © McGraw Hill, LLC left image: ©Melba/age fotostock; right image: ©Jeff Gynane/Getty Images RF  2. Organización jerárquica y compleja desde el nivel celular hasta el nivel ecológico A. Nivel Celular Atomos, moleculas, organelos, celulas La célula es la unidad básica de la vida (Teoría celular). © McGraw Hill, LLC 9  2. Organización jerárquica y compleja desde el nivel celular hasta el nivel ecológico B. Nivel Organismal Tejidos, órganos, sistemas de órganos, organismo (Organism): Russell Illig/Getty Images; Access the text alternative for slide images. © McGraw Hill, LLC 10  2. Organización jerárquica y compleja desde el nivel celular hasta el nivel ecológico C. Nivel ecológico Poblaciones, Comunidades, Ecosistema, Biósfera © McGraw Hill, LLC 11 La organización lleva a las propiedades emergentes Propiedades emergentes son funciones nuevas producidas por la interacción de los componentes de un Sistema. Emergen en cada nivel de organización biológica. Ej. Las memorias, la conciencia emergen producto de la interacción de diferentes tipos de células del sistema nervioso. Figure 1.3 © McGraw Hill, LLC  Características de los organismos vivos 1. Organización celular 2. Orden complejo a nivel celular, organimal y ecológico 3. Sensitividad al ambiente 4. Crecimiento, desarrollo y reproducción 5. Uso de energía 6. Homeostasis 7. Adaptación evolutiva © McGraw Hill, LLC 13  3. Sensitividad al ambiente Los organismos responden a estímulos. Fototropismo en plantas: respuesta direccional que permite a las plantas crecer hacia la fuente de luz. Dilatación de las pupilas: El iris se dilata cuando entras a un cuarto oscuro para permitir mayor entrada de luz. Ayuda a enfocar la visión. © McGraw Hill, LLC 14  4. Crecimiento, desarrollo y reproducción Reproducción es necesaria para transmitir información genética de una generación a la próxima. Reproducción asexual Reproducción sexual Solo precisa de un individuo, Requieres a dos individuos Progenie reciba una copia idéntica del Progenie reciba solo el 50% del material genético material genético. de cada padre. Hojas reproductivas: Yerba bruja © McGraw Hill, LLC 15  Características de los organismos vivos 1. Organización celular 2. Orden complejo a nivel celular, organimal y ecológico 3. Sensitividad al ambiente 4. Crecimiento, desarrollo y reproducción 5. Uso de energía 6. Homeostasis 7. Adaptación evolutiva © McGraw Hill, LLC 16  5. Todos los organismos requieren energía Necesaria para: Mantener organización. Llevar a cabo rxns químicas (metabolismo). Transportar moléculas dentro y entre células. Mantener homeostasis. Reproducirse, crecer y desarollarse. Figure 1.4 © McGraw Hill, LLC 6. Todos los organismos mantienen homeostasis (equilibrio) Homeostasis es el proceso por el cual una célula u organismo mantiene constancia (equilibrio) interna. Los humanos tienen un termostato interno que ayuda a equilibrar la temperatura interna. Figure 1.5 © McGraw Hill, LLC (a): ©Design Pics/Kristy-Anne Glubish RF; (b): ©John Rowley/Getty Images RF  Características de los organismos vivos 1. Organización celular 2. Orden complejo a nivel celular, organimal y ecológico 3. Sensitividad al ambiente 4. Crecimiento, desarrollo y reproducción 5. Uso de energía 6. Homeostasis 7. Adaptación evolutiva © McGraw Hill, LLC 19  Adaptación evolutiva Adaptación - característica o comportamiento heredado que permite a un organismo sobrevivir y reproducirse en su medio ambiente. Adaptación evolutiva: cambios evolutivos que permiten que un organismo sea mas apto (pueda sobrevivir y reproducirse) en el ambiente que habita. © McGraw Hill, LLC  Características de los organismos vivos 1. Organización celular 2. Orden complejo a nivel celular, organimal y ecológico 3. Sensitividad al ambiente 4. Crecimiento, desarrollo y reproducción 5. Uso de energía 6. Homeostasis 7. Adaptación evolutiva © McGraw Hill, LLC 21  Pregunta ¿Puedes estudiar biología sin necesidad de estudiar otras ciencias? © McGraw Hill, LLC 22  La naturaleza de la ciencia La ciencia trata de comprender el mundo natural a través de la observación y razonamiento. La ciencia comienza con la observación © McGraw Hill, LLC 23  La ciencia usa Razonamiento Inductivo y Deductivo La ciencia tambien usa los principios de razonamiento deductivo e inductivo. Razonamiento deductivo: usa data o hechos para llegar a predicciones específicas. Sigue una operación lógica. Busca la solución para la siguiente ecuación: X + 2 = 5 siguiendo los siguientes pasos: Resta 2 en ambos lados para aislar la variable. ID un animal: Si todos los mamíferos tienen pelo y tu encuentras a un animal que no tiene pelo, entonces puedes concluir que ese animal no es un mamífero. Access the text alternative for slide images. © McGraw Hill, LLC 24  La ciencia usa Razonamiento Inductivo y Deductivo Razonamiento inductivo: busca un patrón específico y luego desarrolla conclusiones generales. Año Poblacion Estima la población para el 2030 y 2040 (Ejemplo editado de khan academy). 1970 5000 1980 10000 Crisis económica 1990 8754 2000 7500 2010 10500 2020 11000 Crisis económica Access the text alternative for slide images. © McGraw Hill, LLC 25  La ciencia usa Razonamiento Inductivo y Deductivo Estudios en el pasado con la mosca frutera D. melanogaster identificó genes que causadn cambios dramáticos en el desarrollo del embrión tal como la sustición de una antena por una pata. A partir de esto se llegó a la idea general que el mismo tipo de gen controla el desarrollo de todos los animales. Access the text alternative for slide images. © McGraw Hill, LLC 26  Método Científico La ciencia establece que principios son ciertos y cuales son falsos. Científico usa un proceso sistemático para entender el mundo natural El Método Científico Access the text alternative for slide images. © McGraw Hill, LLC 27  Hipótesis Una hipótesis es una posible explicación para una observación. Una hipótesis: Debe de ser comprobable para validarla. Se puede probar de varias maneras. Permite el desarrollo de predicciones. Pueden ser rechazadas o aceptadas. Pueden editarse y refinarse con nueva data. © McGraw Hill, LLC 28 © McGraw Hill, LLC 29  Predicciones Predicciones pueden desarrollarse a partir de hipótesis. Una predicción anticipa los resultados esperados, si y solo si la hipótesis es correcta Son una forma de probar la valididad de la hipótesis. Las hipótesis son rechazadas si el experiemnto produce resultados inconsistentes con las predicciones. Mientras mas predicciones son apoyadas por experimentos, más válida la hipótesis. © McGraw Hill, LLC 30  Se llevan a cabo experimentos para probar la hipótesis Experimento Para pobar la hipótesis Se diseña para probar una variable a la vez Consiste de un grupo experimental y un grupo control. No todas las observaciones llevan a hipótesis. No todas las hipótesis se tratan de contestar usando la investigación experimental. © McGraw Hill, LLC 31  Se llevan a cabo experimentos para probar la hipótesis Ocasionalmente, los procesos que estudiamos pueden estar influenciadas por muchos factores, o variables. Variable: un factor que influencia un proceso. En un experimento, los científicos pueden atentar aislar variables para probar una hipótesis. Puedes mantener una variabel de interés constante en un grupo control o alterarla dentro del tratamiento experimental. © McGraw Hill, LLC 32 © McGraw Hill, LLC 33  Acercamiento Filosófico de la ciencia Reduccionismo. Divide un proceso complejo en partes mas simples. Es mas facil estudiar procesos complejos si los dividimos en partes mas simples. A nivel de sistema. Enfoque en propiedades emergentes ya que hay procesos que no se pueden entender desde sus partes simples. © McGraw Hill, LLC 34  Teoría Científica Explicación que tiene alto grado de confiabiliadad. Respaldada por observaciones y experimentos sólidos. La teoría de evolución de Darwin: Es el ejemplo de cómo un científico hace observaciones, desarrolla una hipótesis, y una teoría gana aceptación. © McGraw Hill, LLC 35  La teoría de evolución de Darwin La teoría de Darwin explica y describe como los organismos en la Tierra han cambiado a través del tiempo y adquirido una diversidad de nuevas formas. © McGraw Hill, LLC 36  Darwin y al Teoría de la Evolución 30 años de observación y estudio antes de publicar On the Origin of Species by Means of Natural Selection en donde contribuyó un mecanismo de evolución conocido como Selección Natural. Luego de la publicación, 100 años mas de estudios han demostrado la validez de lo propuesto por Darwin. © McGraw Hill, LLC 37  Darwin y al Teoría de la Evolución Darwin no fue el primero en proponer que los organismos cambian pero si el primero en proponer una hipótesis del mecanismo. © McGraw Hill, LLC 38  Viaje por el HMS Beagle Charles Darwin sirvió como naturalista en una expedición cartografíca alrededor de la costa de América del Sur. https://www.viddler.com/embed/4177e393 Huntington Library/Superstock Access the text alternative for slide images. © McGraw Hill, LLC 39 Los viajes de Darwin a bordo del HMS Beagle proven evidencia de evolución Charles Darwin documenta la gran variedad de organismos de Sur America, fósiles y geología. El comenzó a pensar que eso eran claves de como se originaron las especies. Figure 12.4 © McGraw Hill, LLC ©DC_Colombia/iStock/Getty Images RF Observaciones de Darwin Observó que los finches de los Galápagos eran más similares a los de América del Sur, pero también notó que aún así habían diferencias entre sí. Observó que la forma del pico dependía de la comida que ingerian y la comida que ingerían variaba por isla.. Estos patrones geográficos que los linajes cambiaban gradualmente a medida que una especie migraba de una isla a otra. https://www.viddler.com/embed/63bbe280 Figure 12.4 © McGraw Hill, LLC ©DC_Colombia/iStock/Getty Images RF Los granjeros y la selección artificial Se seleccionan varios rasgos y se aparean solo los individuos que exhiben los rasgos deseados Figure 12.5 © McGraw Hill, LLC Humanos alteran artificialmente las frecuencias de alelos En selección artificial, un humano escoge los rasgos deseados y luego SOLO permite la reproducción de individuos que expresan esos rasgos deseados. Esto incrementa la frecuencia de alelos deseados en una población. Figure 12.A © McGraw Hill, LLC ©Liliya Kulianionak/Shutterstock RF  Volviendo a Darwin… Se dio cuenta que los agricultores y granjeros seleccionaban el organismo con las cualidades deseadas y los reproducían. Pensó que lo mismo debía ocurrir, pero de manera natural. Las características favorables debían ser heredadas, mientras que las desfavorables desaparecerían. © McGraw Hill, LLC Darwin propone la idea de Selección Natural Volviendo a los finches de las islas Galapagos… Darwin observe que el ambiente de cada isla influencia la supervivencia y reproducción de los finches. Finches con las caracteristicas favorable para sobrevivir el ambiente, sobrevivian y se reproducían mejor que otros. https://www.viddler.com/embed/7207b47 Figure 12.4 © McGraw Hill, LLC ©DC_Colombia/iStock/Getty Images RF  Selección Natural como mecanismo de evolución Darwin formuló una hipótesis que explica como la evolución ocurre. Selección Natural: se define como un mecanismo de evolución. Los organismos con las mejores adaptaciones para su ambiente tienen más mayor probabilidades de sobrevivir y pasar esos depredación genes favorables a la próximas a la alevilla generaciones. conspicua En generaciones futuras: La frecuencia de rasgos favorables aumenta alelos de color blanco ahora Los rasgos desfavorables disminuyen predominan en la población © McGraw Hill, LLC Teoría de Selección Natural como mecanismo de evolución TABLE 12.1 The Logic of Natural Selection: A Summary3 Observations of Nature 1. Genetic variation: Within a species, no two individuals are exactly alike. Some of this variation is heritable. 2. Limited resources: Every habitat contains limited supplies of the resources required for survival. 3. Overproduction of offspring: More individuals are born than survive to reproduce. Inferences from Observations 1. Struggle for existence: Individuals compete for the limited resources that enable them to survive. 2. Unequal reproductive success (natural selection): The inherited characteristics of some individuals make them more likely to obtain resources, survive, and reproduce. 3. Descent with modification: Over many generations, a population’s characteristics can change by natural selection, even giving rise to new Figure 12.1 species. © McGraw Hill, LLC  Evidencia de Selección Natural Evidencia que apoya la teoría de Darwin ha incrementado: 1. Registro fósil. Son los restos o vestigios dejados por organismos antiguos típicamente en roca sedimentaria. 2. Edad del Planeta Tierra. La Tierra es vieja– 4.5 billones de años. © McGraw Hill, LLC 48  Evidencia Adicional 3. Mecanismos de herencia Leyes de herencia de Mendel eran desconocidas por Darwin. Sus estudios fueron redescubiertos a principios del siglo 20. 4. Anatomía comparada Las extremidades de los vertebrados comparten semejanzas: tiene el mismo arreglo de huesos © McGraw Hill, LLC 49  4a. Estructuras homólogas Estructuras homólogas – mismo origen evolutivo pero actualmente difieren en estructura y función. Figure 1.9 Access the text alternative for slide images. © McGraw Hill, LLC 50  4b. Estructuras análogas Estructuras análogas – estructuras de origen diferente pero actualmente usados para la misma función.. Figure 1.9 Access the text alternative for slide images. © McGraw Hill, LLC 51  5. Evidencia molecular de evolución Comparando secuencias en ADN y proteinas revela relaciones evolutivas en detalle. Arboles filogenéticos: se traza el origen de cambios en la secuencia genética par RECONSTRUIR la historia evolutiva de los organismos. Access the text alternative for slide images. © McGraw Hill, LLC 52  Resumen: Conceptos Claves en la Biología 1. La vida está sujeta a leyes físicas y químicas. Los sistemas biológicos siguen las propiedades químicas de la materia. por ejemplo, los enlaces químicos. Propiedades físicas, tales como termodinámica, cinética tambien son clave en los sistemas biológicos. © McGraw Hill, LLC 53  2. Estructura determina función Estudia la estructura para aprender sobre la función Conocer la función- te permite buscar y reconocer la estructura en otros organismos. Ejemplos: Se conoce el receptor de insulina en la célula humana. Buscar receptores y moléculas similares en otros organismos (eg. gusano). Si lo encuentras en el gusano, puedes concluir que esa molécula funciona similar a la insulina pero en gusanos. Ayuda a determinar relaciones evolutivas. © McGraw Hill, LLC 54  3. Sistemas Biológicos transforman energía y materia Toda la vida requiere energía La energía entra desde el ambiente en forma de energía cinética y es transformada por los organismos. © McGraw Hill, LLC 55  4. Sistemas biológicos dependen de transacciones de información Acido desoxirribonucleico (ADN) Contiene la información genética almacenada en unidades discretas-genes. La continuidad de la vida depende de la producción de copias exactas del ADN, producción de proteinas, etc. LAGUNA DESIGN/Science Photo Library/Alamy Stock Photo © McGraw Hill, LLC 56  5. Evolución explica la unidad y diversidad de la vida Todos los organismos descienden de una criatura simple, procariota hace 3.5 BYA Algunas características se preservan en el ADN La conservación de esas características a través de la vida refleja el rol fundamental que tiene la secuencia genética El Código genético es universal para todos los organismos estudiados. (a) Tobacco plant expressing (b) Pig expressing a jellyfish a firefly gene gene © McGraw Hill, LLC 57 Because learning changes everything. ® www.mheducation.com © 2023 McGraw Hill, LLC. All rights reserved. Authorized only for instructor use in the classroom. 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