Ciencias de la Vida - Biología: GED Preparación para Examen en Español (page 3)

Las preguntas de la ciencia de la vida en el examen de ciencia del GED cubren los temas estudiados en las clases de biología de la preparatoria. En esta lección, usted repasará las bases de la biología y aprenderá las respuestas a algunas de las preguntas claves que los científicos se hacen sobre la naturaleza de la vida y de los seres vivientes.

La ciencia de la vida explora la naturaleza de las cosas vivientes, desde los bloques de vida más pequeños hasta los principios más extensos que unifican a todos los seres vivos. Como preguntas fundamentales de la ciencia de la vida se incluyen:

• ¿Qué constituye la vida?
• ¿Cuáles son sus bloques de creación y requisitos?
• ¿Cómo se transmiten las características de vida de generación en generación?
• ¿Cómo evolucionaron la vida y las diferentes formas de vida?
• ¿Cómo dependen los organismos del medio ambiente y entre sí mismos?
• ¿Qué tipo de comportamientos son comunes entre los organismos vivientes?

Antes de que Antonio Van Leeuwenhoek hubiera observado a través de su microscopio casero hace más de 300 años, la gente no sabía que teníamos células en nuestro cuerpo y que había microorganismos. Otro concepto erróneo común era que las pulgas, las hormigas y otras plagas surgían del polvo o del trigo. Leeuwenhoek vio células de sangre en la sangre, microorganismos en los estanques y demostró que las plagas provienen de las larvas que incuban de huevecillos puestos por plagas adultas. Sin embargo, se necesitaron más de 200 años para que las observaciones de Leeuwenhoek fueran ampliamente aceptadas y encontraran su aplicación en la medicina.

La Célula

Hoy en día sabemos que una célula es una parte elemental de la vida. Cada organismo vivo está compuesto de una o más células. Todas las células provienen de otras células. Todas las células están vivas. Si por ejemplo, se removieran las células de la sangre del cuerpo, bajo las condiciones adecuadas, podrían continuar viviendo independientemente del cuerpo. Éstas se forman de partes organizadas, llevan a cabo reacciones químicas, obtienen energía de su entorno, responden a su medio ambiente, cambian con el paso del tiempo, se reproducen y comparten una historia de evolución.

Todas las células contienen una membrana, citoplasma y material genético. Las células más complejas también contienen orgánulos. Aquí se encuentra una descripción de los componentes de la célula y las funciones de cada uno. También puede consultar los dibujos en la página siguiente.

• La pared celular está hecha de celulosa, la cual cubre, protege y sostiene las células de la planta. Las células animales no tienen la pared celular.
• La membrana plasmática es la membrana exterior de la célula. Ésta regula cuidadosamente el transporte de materiales dentro y fuera de la célula y define los límites de la célula. Las membranas tienen permeabilidad selectiva—es decir, permiten el pasaje de ciertas moléculas, pero no de otras. Una membrana es como el cruce de una frontera. Las moléculas necesitan el equivalente molecular de un pasaporte válido y una visa para poder pasar.
• El núcleo es una estructura esférica y se encuentra con frecuencia cerca del centro de la célula. Está rodeado de una membrana nuclear y contiene información genética inscrita a lo largo de una o más moléculas del ADN. El ADN actúa como una biblioteca de información y como una serie de instrucciones para crear células nuevas y componentes celulares. Para reproducirse, cada célula debe ser capaz de copiar sus genes para las generaciones futuras. Esto se hace mediante la duplicación exacta del ADN.
• El citoplasma es un fluido encontrado dentro de la membrana celular, pero fuera del núcleo.
• Los ribosomas son los emplazamientos de la síntesis proteica. Son esenciales para el mantenimiento y la reproducción de la célula.
• Las mitocondrias son las centrales energéticas de la célula, donde se lleva a cabo la respiración celular (ruptura de los enlaces químicos para obtener energía) y la producción del ATP (una molécula que proporciona energía para muchos procesos esenciales en todos los organismos). Las células que usan mucha energía, tales como las células del corazón humano, tienen gran número de mitocondrias. Las mitocondrias son excepcionales ya que contrario a otros orgánulos celulares, contienen su propio ADN y producen algunas de sus proteínas.
• El retículo endoplasmático consiste en una serie de membranas interconectadas asociadas con el almacenaje, la síntesis y el transporte de proteínas y otros materiales dentro de la célula.
• El Complejo de Golgi consiste en una serie de sacos pequeños que sintetizan, empaquetan y secretan productos celulares a la membrana plasmática. Su función es dirigir el transporte de material dentro de la célula y exportarlo fuera de la célula.
• Los lisosomas contienen enzimas que ayudan a la digestión intracelular. Los lisosomas tienen una amplia presencia en células que activamente se ocupan de la fagocitosis—el proceso mediante el cual las células consumen extensas partículas de comida. Los glóbulos blancos que frecuentemente envuelven y digieren las bacterias y los restos celulares son abundantes en los lisosomas.
• Las vacuolas se encuentran principalmente en las plantas. Participan en la digestión y en el mantenimiento del balance del agua en la célula.
• Los centríolos son estructuras cilíndricas encontradas en el citoplasma de las células animales. Participan en la división de la célula.
• Los cloroplastos están en las células de las hojas de plantas y en las algas. Contienen el pigmento verde clorofílico y aquí se lleva a cabo la fotosíntesis—el proceso mediante el cual se usa la luz solar para realizar moléculas energéticas de los azúcares. En última instancia, el suministro de comida de la mayoría de los organismos depende de la fotosíntesis llevada a cabo por las plantas en los cloroplastos.
• El nucleolo se encuentra localizado dentro del núcleo. Éste se encuentra involucrado en la síntesis de los ribosomas, los cuales fabrican las proteínas.

En un organismo multicelular, las células individuales se especializan en diferentes tareas. Por ejemplo, los glóbulos rojos transportan oxígeno; los glóbulos blancos combaten a los organismos patógenos y las células de las hojas de las plantas reúnen la energía de la luz del sol. Esta organización celular le permite a un organismo perder y reemplazar células individuales y sobrevivir a las células de las cuales está compuesto. Por ejemplo, usted puede perder células de piel muertas y donar sangre y seguir con su vida. Esta diferenciación o división del trabajo en los organismos multicelulares se logra mediante la expresión de genes diferentes.

La Base Molecular de la Herencia

La manera como se ve y funciona un organismo se determina en gran parte por su material genético. Los incipios básicos de la herencia fueron desarrollados por Gregorio Mendel, quien experimentó con las plantas de guisantes en el siglo diecinueve. Él analizó matemáticamente los rasgos inherentes (tales como el color y el tamaño) de gran número de plantas durante muchas generaciones. Las unidades de la herencia son genes transportados en los cromosomas. La genética puede explicar por qué los hijos se parecen a sus padres y por qué al mismo tiempo, no son idénticos a ellos.

Fenotipo y Genotipo

La recopilación de las características físicas y del comportamiento de un organismo se llama fenotipo. Por ejemplo, el color de sus ojos, el tamaño de sus pies y la forma de sus orejas son componentes de su fenotipo. A la composición genética de una célula u organismo se le llama genotipo. El genotipo es como una receta de cocina para la síntesis proteica y su uso. El fenotipo (cómo se ve u actúa un organismo) se determina por su genotipo (sus genes) y su medio ambiente. Por medio ambiente no nos referimos a la Tierra, sino al ambiente que rodea a la célula. Por ejemplo, las hormonas en el cuerpo de las madres pueden influenciar la expresión genética.

Reproducción

La reproducción asexual a nivel celular se le llama mitosis. Ésta requiere solamente una célula madre, la cual, después de multiplicar exactamente su material genético, se divide en dos. Las células resultantes son genéticamente idénticas entre sí y son clones de la célula original antes de que se separe.

La reproducción sexual requiere dos padres. La mayoría de las células en un organismo que se reproduce sexualmente tienen dos copias de cada cromosoma, llamado pares homólogos—uno de cada padre. Estas células se reproducen a través de la mitosis. Las células gameto (esperma y óvulo) son las excepciones. Llevan solamente una copia de cada cromosoma, por lo que tienen solamente la mitad de cromosomas de otras células. Por ejemplo, las células humanas normalmente contienen 46 cromosomas, pero el esperma humano y los óvulos contienen 23 cromosomas. Durante la fertilización, las células gameto (esperma y óvulo) se juntan para formar un cigoto; y se restaura el número de cromosomas mediante esta unión. La información genética de un cigoto es una mezcla de información genética de ambos padres. Las células gameto se elaboran mediante un proceso llamado meiosis a través del cual una célula multiplica una vez su material genético; pero se divide dos veces para producir cuatro células nuevas, cada una de las cuales contiene la mitad del número de cromosomas que estaban presentes en la célula original antes de la división. En los humanos, los gametos son producidos en los testículos y en los ovarios. La meiosis provoca la diversidad genética dentro de las especies al generar combinaciones de genes diferentes de las presentes en sus padres.

Alelos

Los alelos son versiones alternativas de un mismo gene. Un organismo con dos copias del mismo alelo es un homocigoto y uno con dos alelos diferentes es un heterocigoto. Por ejemplo, un humano con un gene para ojos azules y un gene para ojos castaños es heterocigoto, mientras que un humano con dos genes para ojos azules y dos genes para ojos castaños es homocigoto. La selección que indica cuál de los dos genes se manifestará es determinada por el gene dominante.

Un alelo es dominante si determina por sí solo el fenotipo de un heterocigoto. En otras palabras, si una planta tiene un gene para hacer flores amarillas y un gene para hacer flores rojas, el color de la planta se determinará por su gene dominante. Entonces si el gene de las flores rojas es dominante, una planta que tenga el gene para rojo y el gene para amarillo se verá roja. Al gene para flores amarillas en este caso se le llama recesivo, pues no contribuye al fenotipo (apariencia) de un heterocigoto (una planta que contiene dos alelos diferentes). La única manera en la cual una planta produciría flores amarillas sería si tuviera dos genes recesivos—dos genes codificados para flores amarillas.

Para algunos genes, la dominación sólo es parcial y se pueden expresar dos alelos diferentes. En el caso de la dominanción parcial, una planta que posee un gene que se codifica para flores rojas y un gene que se codifica para flores blancas produciría flores rosadas.

Se puede usar un cuadrado de Punnet para representar los fenotipos posibles que podrían tener los descendientes de padres con genotipos conocidos. Tome el ejemplo con la flor amarilla y roja. Vamos a etiquetar los genes, con una R para el gene dominante rojo, y con una r para el gene para las flores amarillas. Cruce una planta de flores amarillas (el genotipo debe ser rr) con una planta de flores rojas y genotipo Rr. ¿Cuáles son los genotipos y fenotipos posibles que la descendencia puede tener? En el cuadrado de Punnet, los genes de un padre se enumeran en un lado del cuadrado y los genes del otro padre en el otro lado del cuadrado.

Se combinan entonces en la descendencia tal como aquí se ilustra:

Los genotipos posibles de la descendencia se enumeran dentro del cuadrado. Su genotipo será Rr o rr, ocasionando que sean rojas o amarillas, respectivamente.

Interdependencia de los Organismos

Las especies en las comunidades interactuán de muchas maneras. Compiten por espacio y recursos, se pueden relacionar como predador y presa, o como huésped y parásito. Las plantas y otros organismos fotosintéticos aprovechan y convierten la energía solar y suministran al resto de la cadena alimenticia. Los herbívoros (que comen plantas) obtienen la energía directamente de las plantas. Los carnívoros consumen carne y adquieren su energía al comer otros animales. Los omnívoros se alimentan tanto de carne como de plantas. Los descompositores senutren de organismos muertos. El flujo de energía se puede representar de la manera siguiente:

Sol → Organismos Fotosintéticos → Herbívoros → Carnívoros u Omnívoros → Descompositores

La cadena alimenticia no es el único ejemplo de la interdependencia de los organismos. Las especies frecuentemente tienen que competir por comida o espacio, para que el aumento en la población de una especie pueda causar el descenso de población en la otra especie.

Los organismos también pueden tener una relación simbiótica (vivir en asociación cercana), lo cual se clasifica como parasitismo, mutualismo o comensalismo. En una relación parasitaria, un organismo se beneficia a expensas del otro. El comensalismo es la simbiosis donde un organismo se beneficia y el otro no es ni perjudicado ni recompensado. En el mutualismo, los dos organismos se benefician.

Bajo las condiciones ideales, con bastante comida, espacio y sin predadores, todos los organismos vivientes tendrían la capacidad de reproducirse infinitamente. Sin embargo, los recursos son limitados; lo cual restringe la población de las especies.

Es probable que los seres humanos estén más cerca a ser la especie con una capacidad infinita de reproducción. Nuestra población sigue en aumento. Nuestro único peligro parece provenir de los virus y las bacterias, que hasta este punto más o menos tenemos bajo control. Si necesitamos más alimento, producimos más; y si necesitamos más espacio, despejamos un poco al destruir otros biomas. Al hacer esto, los humanos modifican los ecosistemas y destruyen hábitats, lo que provoca la contaminación y los cambios atmosféricos entre otras cosas. Esta actitud amenaza la estabilidad global actual y tiene el potencial de ocasionar un daño irreparable.

El Comportamiento de los Organismos

Incluso los organismos unicelulares más primitivos pueden mantener la homeostasis. Los organismos más complejos tienen sistemas nerviosos. El organismo más sencillo encontrado con aptitudes para el aprendizaje es la lombriz, lo cual indica con ello un sistema nervioso más complejo. La función del sistema nervioso es la recopilación y la interpretación de los signos sensoriales, mensajes del centro del sistema nervioso (el cerebro en los humanos) hacia otras partes del cuerpo. El sistema nervioso está compuesto de células nerviosas, o neuronas, las cuales conducen señales, en forma de impulsos eléctricos. Las células nerviosas se comunican mediante la secreción de moléculas de excitación o de inhibición, las cuales se conocen como neurotransmisores. Muchas drogas legales e ilegales actúan en el cerebro al interrumpir la secreción o la absorción de los neurotransmisores, o al iniciar una respuesta activando los receptores que los neurotransmisores normalmente enlazarían. El comportamiento también puede ser afectado por el control hormonal. Las hormonas son producidas en una parte del cuerpo y son transportadas por el sistema circulatorio a otra parte del cuerpo donde actúan en última instancia.

Muchos animales tienen órganos sensoriales que les permite detectar la luz, el sonido y productos químicos específicos. Estos órganos les proporcionan a los animales información sobre el mundo exterior. Los animales tienen un comportamiento social innato y aprendido. Estos comportamientos incluyen la caza o la búsqueda de comida, la anidación, el juego, el cuidado de sus jóvenes, el pelear por sus parejas y el pelear por su territorio.

Las plantas también responden a los estímulos. Voltean hacia el Sol y permiten que sus raíces se profundicen más cuando necesitan agua.