Cap 1-4

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"Vi5ta desde la Luna, 10 que nosa5ambra de la Tierra, cuando recobramo5 el alien/a, es que e5ta vIVa.Lasfotografias mue5tran lasees y golpeada superficie de la Luna, en primer plano, muerta como un165/1;yarriPa,bajo lahi lmeda y esplendente capa de un ciela azul bri llante, f lora libre to Tierr" nacierJ!e,el unico objetaexobetente en esta parte del cosmos."Lewis Thomas en The Lives of a Cell (1974)

La vida en laTierra esta confinada a una delgada capa que cubre la superficie Terre Ire:la b ia fera. La Tierra, vista desde L a Luna, es un oasi de vida ell nuestro sis tema olar.

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1 lntrcduccion a la veE studio de casu: L a v ida , q ue no s ro dea

aDE UN V ISTAZO

Lo rniernbros de los di tinto reinos tienen diferemesformas de obtcner energfa"- L a U e ca ra cte ristica s tie ne n lo s se re s vivo s?Los sercs vivos on complejos y e tan organizadoLos seres vivo re ponden a e umulosLos seres vivo mamienen condicione in ternare lauvarnente constante (hom osta i )Los seres vivos obtienen l' u an maieriales y encrgiaLos seres vivo creeenLos seres vivos sc reproducenLos seres v ivos como un iodo po een la capacidad deevolucionar

~ i.E n que co nsiste la ciencia de la bio lo gia?Toda indagacion cientjfica sc apoya en principioscicntificosEI rnetodo cientffico e la base de la indagaci6n cientfficaLa ciencia e un cmpeno humaneLas teorfas cienuficas se han probado exhaust ivamcntc

~ E llo lucio n: L a te oria unifica do ra de la bio lo giaLa evolucion se sustenta ell t res proceso naturales

~ le Om O cla sifica n po r ca te go ria s lo s cie ntifico sla dive rsida d de lo s se re s vivo s?~ i.eo mo e l co no cim ienlo de la bio lo gia , ilum inal a v id a d ia ri a?

Otro vistazo a l estudio de caso: La vida que no s rodeaos dom inies Bacteria v A rchaea e tan con tituidospor celulas procarioticas: el domin ic Eukarya secornpone de celula eucar ioticasLos Bacteria. Archaea y miernbro d I reiuo Protista sonen su mayor parte unicelularc : los rniembro de 10r ein os F un gi, Plantae y A ni rn al ia s on p ri mo rd ia lr ne nt ernulticelulares

L a vid a q ue n os ro deaL prox im a vez qu e cam ins par el cam pu sd e s u u niv ers id ad , fije se e n la a so rn bro -sa variedad de seres vivos que m edran en unen to rn o ta n d om esticado com o e s e lrerrsncd e u n re cin to u ni ve rs ita rio . L os g or rio ne s y lasardillas se com unican con otros de su espe-cie a trav es de g orje os y c hillid os . E ntre lo sarboles, a rbustos . p asta V m usg o que cu brande verde los terrenos , podra ver a las abejase a las rnariposas que revo latean de flo r en'lor y recagen 91 deliciosa necta r cue les dae ns rq la p ara v ola r y r ep ro du ci rs e. M ie nt ra sta nto, u na a ra fia, utiliza ndo varie s tipos de fi-bras proteinicas, te je una red para atrapar aeso s inse ctos V a prov echa r para s l la en ergiacon tenida en sus cuerpos. Las setas que S8

ccu ttan e n el pa sta so n s6 10 las pun ta s repro -duc to ras de una extensa red sub ta rrsnea defibras fung ales. A de mas de estas form es de vi-da m anifiestas , incon ta bles orqan isrnc s rn i-c ro sc op ic os n ad an e n lo s e ha rc os q ue d eja ro nlo s a sp ers ore s p ara e l o as to . 0 ta llu via . y m e-d ra n en el su elo . Y s obra, d entro yalrede dord e es te s orga nism os, y de los se re s hum an osque los observan , vlven m iles de m illones deb a ct er ia s : o rg an ism os unicelularessirnplesque han sobreviv ido m iles de m illones dea no s. c as l s in c am b ia r,

L Co mo s urg i6 ta n im pre sio na nte v arie da dd e o rg an is mo s? i.C om o in ts ra ctu an e sto s? i.E nq ue s e p are ee n to da s a sa s b ac te ria s, h on go s,p la nt as y a nim al es y e n q ue d if ie re n? iQue pro-

c es os s e re qu ie re n p ara q ue s ob re viv an y sereprod uzca n? tY en q ue difieren los s eres vi-vo s de las casas inanim adas? Preguntas co-m o as ta ,s con stituye n la b ase de la ciericia dela biologia. Iam bien tienen que vsr con la su-p erv iv en cia m is ma d e la e sp ec ie b urn an a, p ue sta rnbian fa rm am os p arte de la cad ena d e la vi-d a. N ue stra e sp ec ie e vo lu cio no e n rs sp ue staa los m lsmos tipos de necesidades v esta -m as hechos de sustancias Q ue sxistan 'e ntod os lo s de rn as s eres viv os. Proce sos sim ila re s n os p er mit en s ob re vi vir y r ep rc du ei n os .A I a va nz ar e n e l re co rrid o. d e e ste lib ra , e sp e-ram os que e llector experim ents la em oc ion Vel aso mbro q ue su rg en al entsn dsr sa vida enn ue stro p la ne ts . _

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2 Capitu lo 1 Introducci6n a lavidaen laTierra~ (,Oue c ar ac te ris tic as tie n enV lo s s ere s v iv os ?l ,Qlle es III vida? Si consultamo: la palabra en un diccionario,hallaremos definiciones como "la cualidad que distingue.a un scr vital y Juncional. de un cuerpo muerto", pero nohabrernos averiguado en que consiste esa "cualidad". Todostenernos un concepto intuitive de 10 que signiIica e tar vivos.No obstante, es dif fci l definir Ia vida.en cierto modo porquelos seres vivos son tan divcrsos, y porque en algunos casos lamateria inanimada parece estar viva. Una dificultad mas fun-damental para definir la vida es que los sere vivos no pnedendescribirse como la irnple surna de sus partes . La cualidadde la vida urge como resultado de las increfblemente corn-plejas interacciones ordenadas de esas partes. Dado que est abasada Oil esas propiadadas smarqentes, la vida es una cuali-dad fundamentalrnente intangible, imposible definir de rna-nera simple. oob tantc. podemo describir algunas de lascaracterfsticas de 105 cres vivos que, en su conjunto, no seencuenlran en los objetos inanimados. Diehas caracterfsticasson:I,Los seres vivos tienen una estructura compleja.organizada,q ue c on sta en buena parte de m o le cu la s o rg an ic as .2. Los seres vivos re pond en a los estfmulos de u arnbiente.3. Los sores vivo. mantienen activarnente su compleja c -

tructura y su ambicntc inrerno; este proccso se den ominahomeostusis.

4. Los sercs vivos obtiencn y usan rnateriales y energia de suarnbiente y los convier ten en difercnte form as.

5. Los seres vivos crecen,6. Los seres vivos se reproduccn, utilizando un patron mo-

lecular llarnado DNA.7. Los scrcs vivos. en general, po een 13 capacidad de e olu-cionar.

Explorernos estas caracterfsticas con mayor profundidad.Los seres vivos son complejos y estan organizadosEn comparaci6n con Ia materia inanimada de tamano si-milar , los seres vivos son rnuy cornplejos y esran ahamenteorganizados. Un crista! de sal de mesa (Fig. 1-1a), por ejern-plo, consraunicamente de dos elernenro qufmico. sodio ycloro, ordenados en una disposici6n ciibica precisa: el cristalde '~I csta organlzado, pero es simple. Los occanos (Fig. l-lb)couticncn atomos de todos los elementos pre sentes en laNaturaleza; sin embargo, esos atom os estan distribuidos alazar: Io oceauos SOli complejo. pero no estan organizados.En coutrastc, inclu 0 la diminuta pulga de agua (Fig. l- lc)cont i ne docenas de elementos dist intos enlazados en mi lesde cornbinaciones especl ficas que, a su vez, estan organi-zadas en cornponentes cada vez rna grandes y complejospara formar estructuras como o jo s, p a r a s. un tracto digestivoe i.ncluso UD pequeno cere bro.La vida de la Tierra consist n una jerarquia de estructu-

ras, cada nivel de la cual se basa en el que e ta abajo y susten-ta al que esta arriba (F ig . 1 -2 ). T od o cuanto tiene vida secon truye sobre cimientos qufmicos basados en sustancias lla-madas elementos, cada uno de los cuales es lin tipo unico demateria. Un atomo es la particula mas pequena d e un e le rn en-

F ig ur a 1 -1 L a v id a es compleja y esta organizada(a) C ad a c ri st al de sa l de mesa, cloruro desodio, es un cubo y mues-t ra g ra n o rq an iz ac lo n , p er o m in im a c om p le ji da d. (b) E Ia gu a y l osm a te ri al es d is ue lt os d el o c ea no r ep re se nte n c om p le ji da d, p ero m uvpoca c rqan i zac i on . {c} lo s se re s v iv os l ie ne n t an to c ompl ej id ad comoo rqan izaclen . La pulga d e a qu a. D ap hn ia o cte tiene s610 1 mm delargo 10.001 m ; e s m as p e q ue fia q ue l a l etr a I), pero t ie n e p a ra s , boca,tracto digestivo. orqanos de r ep ro d uc ci on , o jo s s en si bl ss al a IUl e in -c1uso un cerebro e n v er da d im pr es io na nte p ar a ser t an p e qu e fi o .

to que coo erva la s propiedades de e s e e l er n en to , Por cjemplo,un diamame se cornpone del elemento l lamado carbone. Launidad mas pcquena posible del diam ante es un atomo de car-bono individual: cuatq uier subdivision de esa unidad produci -ria particulas subat6micas aisladas que yano senan de carbone,

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BiosferaLa parte de la Tierra habit ada parseres v ivos ; i nc luye los componentestan to v ivos como inanimados

Ecosistema-+Comunidad

Una comunidad. junto can suambiente inanimado

Dos a mas poblacion es de dilerentesespec ies que v iven e lnterac tuanen la misma area

Poblaci6n Miembros de una espscle quehabitan en la misma area

Especie Organismos muy similares que, e npolencia, pueden c ruza rse

Ser v ivo ind iv idua l f ormado po rmuchas celulas

Organismomultlcelular

Sistema deorganos

Dos a mas crqanos que acnianjuntos para realizer unafuncloncorporal espacifica

Organa

Tejido

Estructura normalmente compuestapar varies tipos de tejidos queforman una unidad funcional

Grupo de celulas simllares Quedesemps fi an una funcion espec if ica

t: QU e caracteristicas tienen los seres vivos? 3

Calula La unidad mas pequena de vida

Organelo Estruclura dentro d e una ca lula, q uedesempe ii a una funci6n espec lf ica

~-~'1 calula nerviosa - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -mitocondria cloroplasto nucleo

Molecula Una combinaci6n de atornos

AtomaLa partioula mas pequena deun elemento que conserva lasp ropiedades de ese e le rnen to

~KlVH" " "lucosa

~. f?~~~:!)carbona

r ? ; y .~:~.ox fgeno

Particulasubatomlca

hidrogeno

Par ti cu las que const it uyen un a to rnoproton electroneu1r6n

F ig ura 1 -2 N iv ele s de o rg an iza ci6 n de la m ate riaT oda la vid a s a ba sa e n la q uim ic a, pe rc la c ua lid ad de la vid a en s f s urge en e l nive l c elu lar. L as inte ra cc ia nes e ntre los co mpo nen te s d e c ad anival y lo s n iv ele s in fe rio re s p erm ite n e l d es arro llo d al s ig uie nte n iv el m as a lto d e o rq an iz ac io n.

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4 Capitulo 1 Introducci6n a lavidaen laTierraLos atornos pueden combinarse de maneras especificas paraformar estructuras Ilamadas molecules; por ejernplo, un ato-mo de carbono puede combinarse can dos atornos de oxige -no para formar una molecula de e li oxide de carbone, Aunquemuchas molecuias simple s se forman esponranearnente, solo10 sere vivos fabrican moleculas extremadamenre gran desy cornplejas. Los cuerpos de los seres vivos se cornponen pri-mordialmente de molecula complcjas. Las rnoleculas de lavida se denorninan moleculas orgiinicas.lo que implica quecontienen un esqueleto (estructura) de carbono < I I . que estanunidos al rnenos algunos atomos de hidrogeuo. Aunque In dis-posicion quimica ) ' la interaccion de los arornos )' las rnolecu-las constiruyen los bloques de construccion de la vida, lacualidad misma de la vida surge en cl nivel de la celula. Asicomo un atorno es la unidad mas pequeria de un clcmenro.Iacalula es la unidad mas pequena de vida (Fig. 1-3). La dif'e-rcncia entre u na c elu la viva y un conglornerado de sustanciasqufrnicas ilustra algunas de las propiedades emergentes de lav ida .'Iodas las celulas contienen: (.I) genes, unidades de heren-

cia que proporcionan la informacion necesaria para centro-lar Ia vida de la celula: (2) estructuras subcelulares Ilamadaorga nelos, fa bri cas qufmic as cn miniatura que utilizan la in-formacion de los gcne y mantienen viva a la celula, y (3) unamembrana plasrnat ica , una delgada eapa que rodea a la celulaencerrando al citoplasma (que incluye a los organelos y elrncdio acuoso que los rodea) y separaudo a la celula del mun-do exter io r. A lgunas Iorrnas de v ida. casi todas rnicroscopi-ca . consiste n en una sola celula, pero las form as de vidamayores se cornponen de rnuchas celulas con funeiones cspe-cializadas. En las formas de vida multicelulares, celulas Iet ipo similar se cornbinan para formar tejidos, los cuales de-sernpefian una funcion cspecffica. Por ejernplo, el tejido

pared celular membranacelular

organelos nucleo envoltura nuclearFigura 1-3 La ce lula e s la unidad ma s peque iia de la vidaEsta mic rogra fia de una celula vegetal muesl ra c la ramente la paredc elu la r q ue ro de a y da soporte a las celulas vegetales (pera no a lasenimalesl. Junta a l a pared . en e l interior, una delgada membranaplasrnarica (prese nt e en toda s l as celulas) controla las susranciasque e ntra n en la ca lu la y las qu e salen de e lla. E I nuc lao , rodeado poruna membrana, lIamada e nv o hu rs o u ct ee r: contie ne el DNAde l a ce-lula, y esta tarnhien cnntiene varios r ioos de organelos sspecia liza-dos . Algunos a lmacenan a limento, ot ros descomponen los a limentaspara abiener ene rg ia u ti lv . en las p lantas , a lgunos organe los cap tu-ran la energia luminosa.

nervioso se compone de celulas uerviosas y diversas cel u l asde apoyo . Varies tipo de tejidos e eombinan para tormaruna unidad cstrucrural llamada organo (por ejernplo, el. c ere-bro. que contiene tejido nervioso, tejido conectivo y sangre).Varia organo que. en conjunto realiz n una sola funcionforman un sistema de orqanos; por ejemplo, el cerebro.Ia me-dula espinal, los 6rganos de los sen lidos y los nervios formanjuntos el sistema nervioso. Todos los sistemas de organos, ellcooperacion Juncional, constituyen un ser vivo individual, elorganismo.

M as alla de los organi smos individuales 113Yniveles masamplios de organizacion. Un grupo de organisrnos muy simi-lares. cuya union puede ser Icrti l, consti tuye una e spec ie . LQSrniembros de una especie dada que viven en cierta area seconsideran una pcbladon. Las poblaciones de varias especiesque viven C i nteractuan Cilia misma area forman una comu-nidad. Una comunidad. junto con SlI a r nh ie n te i na n ir na d o, queincluye tierra, agua ) ' atmosfera. es un ecoslstema. Por ultimo,toda la region superficial de la Tierra ha bitada pOI' seres vi-vos (incluidos tambien los componerues inanirnados) recibeel nornbre de biosfera.La disposicion del coutenido de e ste libro se gui n} a gra n-

des rasgos c i patron de organizacion de la vida en la Tierra.Cornenzarernos con los atom os y moleculas, pasarcmos a lascelulas y los principios de 13 herencia, continuarcrnos con lagarna de organisrnos y como funcionan. y concluirernos conel estudio de las interacciones entre los organismos que cons-t ituye el lema de la ecologia.

Los seres vivos responden a estimulosLos organismos perciben y responden a estfrnulo de susa rnbien te s i ruerno y exte rno, Los a nimal es ha n des arro.la docornplejos 6rganos sensoriales y sistemas rnusculares que lespermiten derectar y responder a la luz. sonidos, sustanciasqufmicas y rn ucho otr os e t.imulos a su alrededor. Loscstimul.os internos sc perciben mediante receptores de esti-ramiento. t emperat ura , dolor y diversos compuestos qufmicos,Por ejernplo, cuando sentimos harnbre, p rcibimos la s eon-tracciones del cstornago vacfo y el bajo nivel de azucares ) 'de grasas en la sangre. Entonces respcndemos a los cstimu-los externos escogiendo algo apropiado que comer. como unernparedado. en vez de un plato 0 los cubiertos. Sin embar-go, los animales, con sus cornplejos sistemas nerviosos y cuer-pos moviles. no son los iinicos organismos que perciben yresponden a estlmulos. Las plantas junto a una. ventana ere-een hacia Ia luz e incluso las bacteria, de nuestro intestineproducen UD conjunto difercntc de enzimas digestivas depen-diendo de si bebernos I che, cornernos un dulce . 0 ingerimosambos alirnentos,

Los seres vivos mantienen condiciones internasrelativamente constantes (homeostasis)No es Iacil rnantener structuras complcja y organizac1as.'Irate e de las rnoleculas de nuestro cuerpo a de los libros ypapeles sobre nuestro escritorio, la organizacion t ienc1e haciael caos si no se utiliza energfa para sustentarla, (Explorare-rnos esta tcndencia mas a fondo en el capitulo 6.) Para con-servarse vivos)' funcionar con eficacia, los organismos debenrnantener relativamerue constantes las condiciones intern as

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F ig ur a 1 -4 L os se re s v iv os m an tie ne n la h om eo sta sisEI sudor avuda a e n fr ia r n ue s tr o o r ga n ism o.

de su cuerpo, proceso deuorninado homeostasis (derivado devocablos griegos que signitican "rnantener e igual"). Unad las muchas condicionc que los organisrnos regulan es latemperatura corporal. Entre lo s anirnales de sangre caliente,po r ejernplo.Ios organos virales como el cerebro y el corazonse mani ienen a una temperatura caliente constante, aunquela temperatura ambiente fluctu de manera acusada.

La homeostasis se mant ie nc con dive rsos rnecanisrriosautomiiticos. En el case de la regulaci6n de la temperatura.dichos mecanismos incluyen sudar cuando hace calor (Fig. 1-4).metabolizar mas a l irne ntos cuando hace trto y conduct ascomo tornar el 010 incluso a ju : J aT el terrnostaro de una ha -bitacion. Claro que no todas las cosas permaneceninrnu-rabies durante toda la vida de un organisrno. Se preseruancambios importantes. como el crecimiento y In reprcduccion,pero ello 110quiere ciecir que haya Iallado Lahomeostasis. Masbien, SOI1 paries cspecfficas. gencticaruente programadas, delciclo vital de e e organisrno.

Losseres vivos obtienen y usan materiales y energiaLos organismos necesitan mater iale y energfa con el fin demantener su elevado nivel de cornplejidad y organizacion.cr er y reproducirse (Fig, 1-5). Los organisrnos adquieren10 ato rnos y moleculas que necesitan del aire, el agua 0 e lsuelo, 0 de alms seres vivos. Esto mat dale .1lall1ados nu-irnentos, se extracn del ambiente y pa 'an a incorporarsc amoleculas del cu rpo del organismo. La suma de todas las

reacciones quimica necesarias para manrerier la vida se de-nomina metabolismo.Los organi rnos obtienen energia -Ia capacidad para efcc-mar trabajo, 10cual incluye llevar a cabo reacciones quirnicas,r-roductr hojas ell primavera 0 contraer un musculo-> pOl' uno~~ dos rnecanismos basicos. (I) Las plantas y algunos 01'-~_ni>Dlos unicelularcs capturan In energia de la luz olar y la

i.Que c ar ac te ris tic as ti en en los s er es v iv os ? 5almacenan en molecu.as de azucar, rnuy energeticas, en unproceso llarnado fotosintesis. (2) En contraste, 1 1 ; lo s bongosni 10 anirna le pueden rea lizar la Io to sin tesis y t ampoco lamayorfa de las bacterias; estos organismos deben consurnirlas mole cui a s ricas en energta coruenidas en los cuerpos deotros organismos. En ambos cases, la energfa adquirida seconvierre en una forma que el organisrno pucda usar 0 alma-cellar para util izarla en el futuro.En ul t ima in tancia, la energla que sustenta a casi toda la

vida provienc de l Sol, habiendo sido capturada pOI' organi -mos Iotosinteticos e incorporada e ll rnoleculas muy energeti-cas, Los organisrnos que no pueden realizar la fotosintesisdependen de organismos Iotosinteticos para obtener alirncn-to de forma directa 0 iridirecta. Asi, 12 1 energia fluye del Sol ypasa por casi todas las forrnas de vida. Esa energia Iinalmen-te se Iibera en forma de calor .

Los seres vivos crecenEn algun PUl1l0 de su ciclo vital, redo organisrno se vuelvemas grande: es decir, crece. Esta caracterfstica es obvia en elcaso de las plantas.Ia . aves y los marnfferos, todos los cualesnacen muy pequefios y cxperimentan un gran crecimicnto du-rante 5U vida. Sin embargo. incJuso las bacterias unicelularescrccen hasta casi el doble de su tamano o rig in al a nte de di-vidirse. En todo los cases, Icrecimiento implica la conver-sirm de materiales obtenidos del arnbiente para fo r rnar lasmolecules cspecfficas del cuerpo del organismo,

Figura '-5 Los s.eres ViVDSob t ie n en ene rq i a y nutrimentosdel ambienteL as pla ntas ve rde s qu e ve mo s aq ui ca ptura n la e ne rgia d el S ol ' lIDSn utr im en to s d el a ir e, e l a gu a y e l s ue lo . EI im pa la o bt ie ne ta nto a ne r-gia co mo nutrim ento s de la s p la nta s. Sin un a ba sto co ntinu o dec ne rq la s ol ar, c asi to da la v id a terrninaria.

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6 Capitulo 1 Introducci6n a la vida en la Tierra

Figura 1-6 Los sares vivos se reproducenC ua nd o c re zc an . e st es eaeho r ros de l eon S8 pareceran a sus padres ,a un qu e n o s ar an i de ntie o s. La similitud y v a ri ah il id a d d e l a p ro g e ni es on c ru cia le s p ar a la e vo lu cio n d e l a vida.

Los seres vivos se reproducenLa continuidad de la vida se debe a que los organismos sercproducen, dando origen a desceudientes del mismo tipo(Fig. 1 -6 ). L os proceso p ar a p ro du cir progenie varian. perocl rcsultado, la perpetuacion del material genctico de lospiogenitores, es el rui sruo. La diversidad de fa vida 5e debeen parte a que los desceudientes, aunque surgen del mate-r.ial genetico proporcionado por los progenitores, per 10 regu-lar presen tan pequenas difereucias respecto a estes, comoexplicarernos brevemente mas adelante y en la unidad Ill.EI mecanisme per el cual Ios rasgos pasan de una generaciona la siguiente, a traves de una "copia genet ica", produce estaprogenie variable.EfDNA es fa molecule de fa herenciaTodas las form as cono cidas de vida utilizan una r no le cu la ll a-rnada acido desoxirribonucleico (DNA, por sus siglas n Ingles)como deposito de la informacion hereditaria (Fig. 1-7) . Losgenes so n scgmentos de l a m o le c ul a de DNA. Gran parte dela unidad II se dedicara a examinar la estructura y funcionde esta molecula extraordinaria. Por ahora, s implemente di-remos que el DNA de un organismo es su copia genetica 0su manua l de instruccion molecu l a r . una guia para 13cons-truccion y, a! rnenos en parte. el funcionamicnto de su cuer

Figura 1-7 DNAU nm o d e lo d el DNA, l a m o le cu le d e l a h er en cia .l

po. Cuando un organismo se reproduce, pasa un a copia desu DNA a la progenie. La exactitud del proceso de copiadodel DNA es asombrosaruente alta, ya que se presenta unerror eo apenas cada mil rni llones de bit s de la informacioncontenida en la rnolecula de DNA. Sin embargo, los acciden-tes fortuitos que sufre el material genetico tarnbien dan ori-g eu a c a rn b io s en el DNA. Los errores ocasionales y ca m biosaccideruales, Ilamados mutaciones, producen variedad. Sinmutaciones. tad as las forrnas de vida podrian ser ident icas.De heche. podrfarnos sugerir In hipotesis de que. sin mui a -ciones, no h.abria vida. Las variaciones, causadas par mutacio-nes y superpuesta a una fideIidad genetica general, haccnposible la ultima pr o piedad de la vida, la capacidad paraevolucionar,Los seres vivos como un todo poseenla capacidad de evolucionarAunque la estructura genetica de un solo organisrno practi-camcnte no cambia durante toda su vida.Ia composici6n ge-netica de una especie como un todo cambia conforme pasanla generaciones. Con el t iempo. las mutaciones y Ja proge-nie variable inyectan diversidad en cl material genetico deuna especie, Dicho de otro modo, la especie evoluciona, Lat eo r ra c ie n ti fi ca de la e vo lu ci6 n a fir rn a que l o s o r ga n is rn o sm o de ru o s d es ce nd ie ro n, con r no dif ic ac io ne s, d e r or rn as devida preexisrente y qu ,en u lt im a i ns ta n ci a, todas las for-mas de vida del planeta tienen un antepasado COI11UI1. Lafuerza mas irnpo rtan re en la evo lucio n es la se lecci6n na tu -r al , e l p ro ce so por e l c ua t organismos co n adaptaciones (ca-racteristicas que les ayudan a sobrellevar los rigores de suambiente) sobreviven y se reproducen con mayor exito queotros que no tienen csas caracterfsticas. Las caractcrrsticasde adaptaci6n que surgen de la rnutacion genetica se pasana L a sig uie ntc g en er ac io n .

~ le6m Ql clasifican PO ircateqnrias~ los cientificos la d iversidad de lOIS

ser es v ivos?Aunque todos los eres vivos tienen las caracterlst icas gene-rales que hernos visto. la evolucior. ha producido una varie-d ad a so m br os a de forma, de v ida . L a breve descripcion quesigue, de los rasgos que se emplean para clasificar los orga-nismos, es una introduccion a In diversidad de la vida en laTierra

Los organismos pueden agTUparse en tres categorias prin-cipales.llamadas dorninios: (1) Bacteria, (2) Archaen y (3) Eu-karya. Esta c la sif ic ac i6 n r efl eja d ife r e nc ia s f un da rn en ta le sentre los tipos de celulas que. componen dichos organismos.Los mie rnbros de lo s d om in ie s B ac te ria y Archaea normal-mente consisten en celulas individuates simples. Los rniern-bros d el d o mi nie Eukarya tienen cue rpo fo rm ado s po r unao mas celulas altarnente cornplejas y se ubdividcn en cuatroreinos: Protista. Fungi, Plantae y Animalia (Fig. 1-8). Hayexcepciones a cualquier conjunto simple de criter ios emplea-dos para caracrerizar los dominies y reinos, pe m tres carac-terl r ica o n e pecia lm enie u tile s: tipo de ce lula , num ero decelulas en cad a orgauismo y modo de nutricion, e decir,cle o bte ncio n d e e ne rg ia (tab la 1 .-1 ,p. 8).

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(a)pared celular

membranaplasrnatlca

material genetico(DNA)

EI dominic Bacter ia. Microelectrogr alia en color deuna bacteria en tasa de division. Las bactsrlas sonuntcelulares v p-ocar io tl cas ; cas! todas estan rodeadaspa r una g ruesa pa red ce lular , A lgunas bacter ia srealizan lotos in tesis, pero la mayoria absorbe losa limen tos de su ambiente.(e)surco oral("boca")

vacuo les parael alimento

vaouolacontractu

10 rnicrasEI reino P ro ti sta (dominic Eukarya) . Esta rnicroq rana opt .cade un Paramecium i lu st ra tacomplej idad de es tas grandescelulas euca ri6t icas que no rmalmen te son individuos .Algunos protistas puecen reauzar totoslntcsls. pero ouosingieren 0absorben su ahmento. Muchos, inclui do elParamecium, son mov.les y se impulsan par media decilios 0 flagelos

(e )

EI reino Plantae (dominio Eukarya) . Es ta p lanta, l lamada hierbade la mari posa, represent a a las plantas can flores, que son losmi embros dominantes del remo Plantae La s plantas COI1 flo resdeben gran parte de suexi to a las relaclones de beneficiamutuo con animates, como estas mar lposas m-edialuna per lada ,a las cuales ta f lor propor clona aliment a, mi ent ras el i nsect atransporta pol en de una Ilor a ot ra, Iecundandol as. Las plantasson o rgan ismos eucar iot icos rnul ti ce lulares no rnov iles queobt lenen nutri rnentos por fotos in tesis.

IFigura 1-8 Los dorninios y reinos de la vida

(b)

EI dominio A rchaea. M icroe lec trogral ia . en co lor deun arqueano. La pared celular se ve raja y hay DNAdisoe rso en el inter ior . Muchas a rqueanos puedensobrevivi r en condiciones ext rernas. Esta especiede la Antar ti da vive a tompe ra turas que desciendenhasta -2'soC.

(d )

EI reino Fungi (dominio EukaryaJ . Se ta exot ica, ha llada en Peru.Casi tooos los hangos son rnultlcelulares, Los hongos par 10general absorben el aliment o, que suele consist ir en cuer posmuertos 0 desechos de p lantas y ani males. EI al imento S8digier e con enzir nas secr etaoas luera del cuer po del hong 0_Los hongos por 10 general no se rnueven.

If )

EI reino Anima lia (domin io Eukarya) , Un labr ido descansaen un co ra l btanco. Los. an [males son mul ti celulares ; suscuerpos constan de muy di ver sos tejidos \j organa:scompuestos per ce.ul as especlal izadas. Casi todos losanimales pueden moverse y responder ra pld arn en te aestf rnulos, EI cor al es un miembro del grupo mas grandede animal es, los lnvertebrados, que no nenen columnaver teb ral . Este grupo incluye tarnbien a los msectos ylos mo.uscos . E llabndo as un ver teb rado; al ;guru que losseres humanos, tiene Una columna vertebral

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8 Capitulo 1 trrtroducrion a la vida en la Tierra

Tabla ,-, Algunas caracterlsticas empleadas para clasificar organismosDominio R,eino Tipode Numero de Principal modocelulas celulas de nutricionBacteria (No definidos aun) Procari6tica Unicelular Aosorcion. fotoslntesisArchaea (No definidos aun) Prorari6tica Unicelular AbsorcionEukarya Protista Eurario t ica Unicelular Absorci6n, ingestion 0fotosintesis

fungi Eucari6tica Multicelular Absorci6nPlantae E ucariotica Multicel ular Fo tcsrntesisAnimalia Eucari6tica Multicel ular Ingestion

Los dominios Bacteria y Archaea estan constituidospor celulas procerioticas: el dominiio Eukaryase compene de celulas eucarlotlcasHay dos tipos Iundamentalmente distintos de celulas: (1) pro-carlotlcas y (2) eucarlotlcas. Cariotico se refierc al nudeo dela eel ula, Lilla estructura rodeada par una membrana, que con-riene el material genetico de IIIcelula (vease la figura 1-3). Ellsignifica "verdadero" ell gricgo: las celulas eucarioticas po-seen un nucleo "vetdadero", rodeado pOI"una membrana.Estas celulas sue len ser rnayores que las procarioticas yconticncn adem as diversos organelos, much os de elias rodea-L ia s p o r r ne rn br an as . L as c elu la s procaricricas n o t ie n en ml-cleo: su material geneiico reside en el ciioplasma. Par 10regular SOil pequefias. solo I 02 micr ometros de longitud. ycarecen de organelos delirnitados pOT rnembranas. Pro signi-fica "antes" en griego; cs casi seguro que la celulas procario-ticas evolucionaron 3111esque las eucarioticas (y estasultirnascan toda probabi lidad evolucionaron a partir de ee l ulas pro-carioticas). Los Bacteria y organismos del dominic Archaeaconsian de celulas procarioricas; las celulas de todos los rei-nos de Eukarya son eucarioticas.

Los Bacter.ia,Archaea y miembros del reino Protistason en su mayor parte unicelulares; los miembrosde los reinos FUngi, IPlantaey Animalia sonprimordia'imente multicelularesCasi todos los miernbros de los dominies Bacteria y Archaea,y los miembros del reiuo Protista del dominic Eukarya, sonunicclulares. es decir, celulas individuates. aunque algunos vi-ven en cadenas 0 trarnas de celulas can muy poca comunica-Clan. cooperacion 11organizaclon ent re ellos , Casi rodos losmiembros de los reinos Fungi, Plantae y Animalia son multi-celulares: su vida depende de la cornunicacion y cooperacionestrcchas entre celulas cspecializadas,Los miernbros de los distintos reinos ti.enendiferente.5 formas de obtener enerqlaTodos los organismos necesi tan cncrg ia para viv ir . Los orga-nismos fotosinteucos captan energia de La.uz solar y laalma-cenan en molecules como azucares y grasas, Par ello, decirnosque estes organismos, que incluyen a las plan tas, a lgunasbacterias y algunos protistas, son autotrofcs. es decir que se"autnalimentan ". Los organismos que no pueden realizar

fotosfntesis deben obtener energla ya almaccnada en las rno-leculas de las cuerpos de otros organismos: par ello, se lesdenomina hetarotrofos, a sea ..que "se alimcntan de orros".Muchos arqueos, bacterias y protistas. y todos los hcngos yanimales son hererotrofos ..Los heterotrofos difieren en cuan-to at taman a del alimento que comen. Algunos, como lasbacteria y hongos, absorben moleculas individuales de ali-mCI1IO: otros. como la mayorla de Losanimalcs, comcn trowsde alirnento y los descomponen en rncleculas dentro de suIraCIO digestive (ingesfi6n).

iE n qu e consliste la cienciad ie la bioloQia?

La biologia cs una ciencia y sus principios y mdtodos son losde cualquier otra ciencia. De heche. un principio basico de Iabioiogla rnoderna es que los sere' vivos obedecen a las mis-rna leye de la [f ic a y l a q u fr n ic a que rigcn lit m ate ria ina-nimada.Toda invastiqaclon ciarrtifica se apoyaen principios cientificosToda investigacion cientffica.inclnida [a biologta, S~ hasa en linconjunto pequeno de supuestos. Aunque nunca pod cmos de-rnostrar absolutamente esos supuestos, se les ha probado yvalidado de forma tan exhaust iva que podriamos llamarlosprincipios cientif icos. Se trata de los principios de causniidadnaturui, uniformidad ell el espacio y el tiempo y percepcioncormln.Lacausalidad neturei es .elprincipio de que todoslos sucesos tienen causas naturalesEI primer principia de la ciencia es la causalidad natural. A10 largo del curso de la historia humana, se han adoptado dosenfoques para estudiar la vida y otros Ienornenos naturales,EL prirnero supone que algunos sucesos ocurren gracias a 13intervencidn de fuerzas sobrenaturales que no somes capacesde cornprender. Los antiguos griegos crefan que el dios Zeusera quien lanzaba los rayos desde el cielo y que el diosPoseidon causaba los terremotos y las tormentas en el mar.En contraste, 13ciencia se adhiere al principio de la causa'l i-

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dad natural: todos los suceso tienen causas naturales que po-tencialmente sornos capaccs de comprender. POl'ejernplo. enOITOS tiernpos se pens6 que la epilepsia era consecuencia deuna disposicion divina. Hoy sabernos que la epilcpsia es unaenfermedad del cerebro en la que grupos de celulas ncrvio-

e activan de manera incontrolable.EI principio de lacausalidad natural t iene un corolario im-

portante. las pruebas que reunirnos acerca de las causas desucesos naturales no han sido deliberadamente distorsio-

aadas para cngaiiar n . Esra conclusi6n podrfa parecer ob-via. pero no hace rnucho habia quien argurne ntaba que los~. iles no son prueba de la evolucion, sino que Dios los colocoen la Tierra para poner a prueba nucstra fc. Si no podernosconfiar enlas pruebas que nos proporciona la Naturaleza.Ia ciencia se convierte en un empeiio futil ,,La5 leyes naturales que riqen los sucesos son validasen todo fugar y en todo momentoLn segundo principia fundamental de la ciencia es que las Ie-yes naturale, derivada del estudio de la Naturaleza, son uni-formes en el espacio y en cl ticrnpo y no carnbian con la. rancia ni con el pa a de los alia. Las leyes de la gravedad,el comportarniento de la luz y las interaccioncs de los atomos,por ejemplo, son las rnisrnas ahora que hace mil millones deaDOS y se curnplen ramo en Ioscu como en Nueva York, 0mcluso cn Marte, La unifor rnidad en el espacio y cl tiemporesults especialmente indispensable en biologfa, porque mu-chos ucesos de gran importancia para la biologla. como laevolucion de la diversidad actual de los sere vivo. ocurrie-ron antes de que hubiera seres hum anos para observarlos,Hay quienes creen que cada uno de los diferentes tipos de or-ganismos fue creado individualmente en algtin memento delpasado par intervencion directa de Dios. filosofia que se co-noce como creacionismo. Como cientificos, admitimos sin re-servas que no podemos demostrar que tal idea sea Ialsa. 0b raute, el crcacioni moe opone tanto a la cau alidad na-ural como a la uniformidad en cl iicmpo. EI abrumador exi-10 de la ciencia 31explicar los sucesos naturales can causasnaturales ha hecho que la mayorfa de los cientfficos rechaceel reacionismo.La investiqedot: cientif ica se basa en el supuesiode que las personas perciben los sucesosoetureles de forma similarLn tercer supuesto basico de la ciencia es que. por regla ge-neral, todos los seres hurnanos perciben los uceso natura- sbasicamente de la misma manera y que esas percepcioncsDOS proporcionan informacion confiable acerca del rnundoue nos rodea. La percepcion cormin es. hasta cierto punta.

1m3 peculiaridad de la ciencia, Lo .istema de valores. co-mo los que intervieuen en la apreciacion del arte, la poesfay la rmisica, no suponen tina percepcion cornun. Podernospercibir los colores de una pintur a de manera similar (el as-pecto cientifico del arte), pero no percibimo de manera. entica el valor estetico de la pintura (el aspccto humani -ta del arte), Los valores lam bien difieren radical mente en-tre los puebl.os, por 10 regular a causa de su cul.lura 0 sus:reencias n,ligiosas. Dado que 10 si remas de valore SOl1bjetivos, no objctivos.la ciencia no puede Tesolver cierios

tipos de problemas filosoficos 0 morales , como la moralidaddel aborto.

i: En que consiste la c ie nc ia d e la biologia? 9

EImetoda cientifico es la basede la invest igaci6n cientificaDados estes supuestcs, ~c6mo estudian los biologos el fun-eionamiento de la vida ') La investigacion cicntft ica es un me-todo riguroso para efectuar observaciones de lenome noespccfficos y buscar el orde n subyacente de esos fenome-nos. Id e almente.Ja biologta y l as d e rn as ciericias ernpleanel mstodo cientif ico. que consiste en cUHIIO opcraciones in-ierrelaciouadas: (l) observacion: (2) hiptuesis; (3) expert-mento: y (4) conclusion. Toda investigacion cientff ica partede una ob.servaci6n de un fen6meno e pecffico. La cbser-vacion, a u vez, da pie a preguntas del tipo de "(,como sedio esto?" Luego, par un de tello de inspiracion. a mas co-munrnenre de spucs de largo e intense razonamiento, eformula una hip6tesis. Una hip6tesis es tin supuesto basado en observaciones previas que se ofrece como explica-ci6n del fen6meno observado. Para ser util, la hiporesisdebe conducir a predicciones suscept ibles de probarse Callobservaciones controladas adicionales, a experimentos. Es-tos experi rneruos producen resultados que apoyan 0 bienrefuta n la hiporesis y se saca una conclusion acerca de suvalidez. Un solo experimeruo nunca es una base suficicntepara una conclusion.Ios resultados deben er reproduci-bles no solo pOl' el investigador original. sino tambien pororros.Lo experimento simples prucban la afirmacion de que

un solo factor . a variable, es la causa de una sola observacion.Para scr cientificamente valido. el cxperimento debe descar-tar otras posibles variables como causa de laobservacion. Parello.los cienrificos incorporan controles en el diseno de susexperimentos, en los que rcdas las variables permanecencan tantes. Luego. los controles se cornpa ran can lasituaci6nexperimental. en la que s610 cambia la variable que se estaprobando. En el igto XVII, Francesco Redi utilize el ruetodocientffico para probar la hip6tesi s de que las moscas no sur-gen e pontaneamen te de In c arne en dcscompo icion (vease"lnvcstigaci6n cientifica: ~La carne dcscompucsta producegusanos?").El metoda cientffico pucde servi r no 5610 para general'nuevos conocirniento , ino tam bien para resolver proble-

mas cotidianos, Considerernos una situacion o rdin aria enla que se pucde aplicar el metoda ciennf'ico. Se nos ha he-eho tarde para una citn. Subirnos de prisa a nuestro auto yhacernos la observticion de que no qui ere arrancar. De in-media to. formarnos una hipotesis. la bateria esta descarga-da. Rapidarr.e nre. disefiamos un experimeruo , sustituimosla bate rf'a por la del auto nuevo de nuestro companero decuarro y tratamos de arran carlo otra vez: EI resultado pa-rece confirruar nue ura hip6tesis, pues el auto arr anca dinmediato,

Pero, i un momenta! No hernos incluido COn!W)e paraalgunas variables. Ouiza nuestra ba leria estaba bien y 10uni-CO que hacla Ialta era intcntar arrancar el aula otra vez. 0quiza el cable de la bater fa estaba suelto y simplernente ha-bfa que apretarlo, Al daruos cucnta de que neeesitamo unbueu control, volvemos a instalar nuestra bateria. asegura.n-donos de que 10 cables esten bien apretados. y tra!amosolra vez de anancar e.i auto. Si una y otra vez ~e niega aauancar con la baLerfa vieja y anauea de inmediato con lanueva, habremos aislado llna sola variable, la baIeria . Aho-

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10 Capitulo 1 Introducci6n a la vidaen laTierra

Los experi mentos crucla les delfisieo italiano Francesco Redi(1621-1697) son una bella de-rnos t rac ion del metodo dentifi-eo y tambien ayudan a ilu stra r e lprincipia de causa lidad natura l enel que se basa la ciencia moder-na . Red i investiqo par que la car-ne descompuesta se agusana.Antes de Redi, la aparicion degusanos ( la rvas) se conside rabaprueba de generaci6n esponta-ne a: l a producci6n de seres vivosa partir de mater ia inanimada.

Redi observ6 que lacarne fr es -ca atrae a las moscas y que apa-recen larvas en la carne que haestado a la intemperie variesdlas. E I rondbio. una t vpo t os i ssusceptible de probarse , las mos-cas producen las larvas. En su ex-penmento, Redi queria probaruna sola variable, el aceeso de lasmoscas a la carne. Por ello, tom6dos fr aseos l irnpios y coloc6 enelias tr0205 similares de carne.Deja un fresco abierto (el frascode controt; y tapa el otro con 9a-sa para irnpedir la entrada de lasmoscas (el fr asco experimentel).Hasta donde pudo, mantuvoiguales todas las de rnas variables(por ejemplo, el tipo de trasco. eltipo de carne y la temperatura).Despues de unos dias, observ6que prolife raban l arvas en la car-ne del fresco abierto, pero no ha-bla larvas en la carne del frascota pa do. Redi conciuy6 que su hi-potesis era correcta y que son lasmoscas las que producen las lar-vas, no la carne (Fig_ E1-1). S610mediante experimentos controla-des fue posi ble de scartar la mile -naria h ip6tes is de la qenerador-espontanea.

Observaci6n:

Hipotesis:

Experimento

dejar destapadoel trasco

deiar expuestovarios clas

s e a c er ca n m o s ca sy a p a re c e n l ar v a s

L a c ar ne d eja da a la in te m pe rie atrae rnoscas:aparecen l a rv a s e n la carne.

La s moscas p r od u c e n l a s larvas; s i s e im p id e q ue la s m o sc ass e a ce rq ue n a 1 ac ar ne . n o apareceran 'arvas.

Oblener trozos identicos decarne y des frascosioenticos

Co lo c a r c a rn ee n a m b os f ra s co s

---~---Variable experimental:la gasa impide queentren rnoscas

tapar al frascocon gasa

Variables controladas:uempo, temperatura,lugar

dejar tapadovar ies dlas

Resultados la s m o sc as n o tocanla ca rn e ; no aparecenlarvas

si1uaci6nde control situaci6nexperimental

Conclusion:No hay generaci6n espont anea de larvasa partir de la carne: es probable que lasmoscas sean el oIigen de las larvas,

F ig u Ta E 1- 1 Losexper imentos de Francesco Redi

ra (aunque quiza ya no lleguernos ala cita), podemos sacarCOil tranquilidad la conclusion de que nuestra baterra esradescargada.EI metodo cicntifico es poderoso, pero es importante re-conocer sus Jimitaciones. En particular, los cientffico pocasveces pueden teller III certeza de que han contr olado todns

las variables, aparte de la que estrin trata ndo de estudiar. Pore llo, la s c onclusiones cieutfficas siempre de be n ser tentativasy e tar sujetas a modificaci6n si nuevas observaciones 0 ex-perimentos asf 10 exigen.

Un ultimo elernento importance de la ciencia es la C()-municacion, Por bien diseiiado que cste un experirnento,

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de nada si rye si no se cornunica. El diseno experimental ylas conclusiones de Redi so b revive n porque regisrro susmetodos y observaciones, Si los experimen tos no se dan aconocer a ot ros crentlficos, con los suficicntcs porrnenorescomo para que puedan repeurse, no sera po ible verif'icarlas coric lusiones. Sil l verif icaciou.Ios hallazgos cientff icosno puede n utilizarse con seguridad como base de nuevahipotes is y experirnentos adiciouales, EI esfuerzo cientif i-co se desperdicia 51 no se inf'orrna de rnanera clara y deta-llada.Un aspecto admirable de la invcstigacion cientff ica es que,

cuando un cientffico I lega a una conclusion. esta hace surgi rde inmediato mas preguntas que dan pie a otras hipotesis yma experimentos (/.por que se descarg61a baterfa'!) . La cien-cia es una busqueda interminable de conocimiento .loaciencia es un empeiio hu.manoLos cienulicos son personas norrnale . L o impul an las mi -mas ambiciones, orgullos y ternores qu a otras personas ya voces come ten errores. Como verernos en el capitulo 9,la ambici6n desempeno un papel importanre en el descu-brirniento de la estructura del DNA realizado par JamesWatson y Francis Crick. Los accidentes, conjeturas afortu-nadas, controversias con cienuficos rivales y. desde luego.las facultade intelcctuales de cienuficos individuates nacengraodcs aportacioncs los adelanros cienrfficos Para ilus-trar 10que podrfamos llarnar "ciencia verdader a". conside-rernos un caso real.Cuando los microbiologos estudian bacterias , deben usaf

cultivos puros. es decir. cajas de cultivo de bactcrias que noesten comarninadas por otras bacterias. moho. etc. S610 iestudiamos un unico tipo a la vez pcdremos conocer las pr -piedades de esa bacteria en part icular. Por tanto. 3 1 primerindicio de contaminacion.Ios cultivos normal mente se dese-chan, casi iernpr e mu irando algun as palabras acer ca dela tecnica descuidada. Sin embargo. en una de esas oca io-nes a fines de la decada de los ail os veinte. el bacteriologoescoces Alexander Fleming convirti6 un cultivo echado aperder en uno de los mas grandes adelantos medicos de lahistoria.Uno de los cultivos bacterianos de Fleming se conramino

eon una mancha de un moho lIamado Penicillium. Antes detirar 13 caja de cultivo, Fleming observe que 110 crecian bac-terias cerca del moho (Fig. 1-9). i ,Por que no? Fleming ide613hipotesis de que el Penicillium libcra una II tancia quemata a las bacterias que crecen cerca de el. Para probar estahipote is, Fleming cultivo Penicillium puro en un caldo nu-tritivo Iiquido. Luego quito el moho Penicillium filtrandoel caldo y aplico este liquido a un cult ivo bacteria no no con-tarninado. En efecto. algo en ellfquido mataba a las bacte-r iasInvestigaciones posreriores de estos cxtractos de mohosllevaron a la producci6n del primer antibiotico: la penicilina,una sustancia que mala bacterias y que ba salvado desdc en-tonces mi llones de vidas, Los experimentos de Fleming sonun ejernplo clasico del LIsade la mctodologra cienufica. Par-tieron de una obscrvacion que dio pie a una hipotesis, segui-da de pruebas experimentales de Ia hip6tc i .que llcvaron auna conclusion. Sin embargo, el metodo cientffico por sf so-lo habria sido imi til sin la afortunada combinaci6n de un ac-

lEn que consiste la ciencia de la biolog-a" 1

F ig ur a 1 -9 L a p en ic ilin a m ata b ac te ria s

cidente y una bril1ante mente ientf fica. Si Fleming hubierasido un microbi61ogo "perfecto". no habrfa tenido cultivoscontaminados. Si hubiera sido rnenos observador, la conta-minacion SOlobabria sido otra caja de cultivo echada a perder.En VCl de clio, fue el principio de la terapia con antibioticospara enferrnedades bactcrianas. Como dijo el microbiologofrances Louis Pasteur: "La casualidad favorece a las mentespreparada _.'

Las teorlas cientfficas sehan probadoexhaustivamenteLos cicnti ficos dan a la palabra teoria un significado distin-[0del cotidiano. Si el doctor Watson preguntara a SherlockHolmes:" i.Tiene usted alguna (eo ria respecto a quien per-petro esta vi llania?" en terminos cientfficos estarta pidien-do a Holmes una hipotcsis, una conjetura informada basadaen indicios observables, 0 pistas. Una teoria cientifica esmucho mas general y confiable que una hipotesi s. Lejos decr una conjetura inf rrnada, una teoria cientif ica cs unaexplicaci6n general de Ienornenos naturales importantes,de arrollada a trave de extensa ob ervaciones reproduci-ble . Se pa rece mas a un principia 0 a una ley nntural . Pareje mplo, teor ras cie nttficas como I~ teorfa atornica (queioda la materia sc cornpone de atornos) y l a teorfa de Iag ra-vitaci6n (quc los o bjctos se atraen mutuamente) sonIundamentale para la ciencia de Ia fi ica. Asimi mo.la leo-ria celular (q u e rodos los seres vivos se compoDen de celu-las) y 13teoria de Ia evolucion SOil fundarne ntales para elestudio de la biologta. Los cientfficos describen los princi -pios fundarnentaies como "teorfas" porque una premisa ba-sica de la indagacion cientitica es que 'e debe efecruar canla mente abierta. Si surgen pruebas precisas.Ia t oria semodificara,

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12 Capitulo 1 Introducci6n a la vida en laTierraLas tcorlas cicntfficas nacen del raaonamlento inductivo:

el proceso de hacer una gencralizacion con base en much asobservacioues especlt icas que apoyan lagenerahzacion. au-nado a la auscncia de ob .ervacioue que la contradigan. Enterrninos sirnplistas.Ja teorta de que la Tierra ejerce tuer-zas gravi tacionales sabre los objetos nace de obscrvacionesrepetidas de que los objetos caen hacia la Tierra. y de la C3-rencia de observacione de objctos que "caigan hacia arri-ba", que serfa una contradiccion a la teoria. Asimismo.Iateorfa celular surge de la observacion de que todos los or-gani rna que tieneu 10 atributos de Ia vida se componende una 0 mas celulas y de que nada que no este formadopor celulas ticnc iodo C'0' atributos, Una vez que se haformulado una teona cicntifica. puede servir para apoyarel flIZOIramie1710 deductivo, En las cicncias, el razonamientodeductivo es el proceso de gcnerar hiporesi ace rca del re-sul tado de un experirnento U observacion e pccificos. canbas en una gcneralizacion bien sustcntada. digamos unatcorta cieritlfica. Par ejcmplo, COil base en la teorfa celular,si sc halla un organismo nuevo que presenta todos 10 atri-buros de la vida. 10 cicntlficos pueden dcducir confiada-mente que estara cornpucsto Ior celulas, Desde luego. hayque meter cl nuevo organi mo a un cxarnen microscopi-co cuidadoso para dctcctar .u estructura celular porque, co-mo ya dijimos, si aparecen I ruebas precisas, las tcorraspueden rnodificarse.Una de las teorias mas importantcs en biologia es In de

18cvolucion. Desde su Iorrnulacion a rnediados del sigloX I ' por dos naturalistas ingle: es, Charles Darwin y AlfredRussel Wallace. 1 0 1 ieorra de In evolucion ha side apoyadapor el hallazgo de Iosiles, estudio geologicos, fechado radiac-tivo de rocas, la gcnetica, Ie biologia molecular, la bioqut-mica y experimentos de selcccion animal. Quienes describenala evolucion como "una rncra tcorfa" rienen una idea to-ralmcnre equivocada de 10que P' ra los cientlficos es UOlIteoria.

Evoluc i6 n: L a te o r ia unif id e la b io lo gia

adoraLa cvolucion es 13teorfa unificndoru que explica el or igende las diversa tormas de vida como resultado de cam biosen su composicion genetica. Como ya efialamus, la teortade la evolucion dice que los organisrnos modcrnos desccn-dieron, con modificaciones, de Iormas de vida preexisten-tcs, Como dijo el biologo Theodo ius Dobzhansky: "Nadatiene sentido en biologfa, si no cs a la luz de la cvolucion."i,Por que las serpientes no tiencn pata ? I,Por que hal' fo-siles de dinosaurios, pero no dinosaurios vivos? i,Por quese parecen tanto 10 monos a nosoiro .no 010 en su apa-riencia, sino tarnbien en la esiructura de sus genes y pro-teinas? i,Que relacion hay entre la divcrsas formas de vidaque vimos en ouestro paseo por el campus de la universi-dad? Las rcspuesLas a cstas pregu1l1as, y mi'les mas. cstanen los procesos de III e voluci6n, La evolution es tan cru-cial para comprender ]I apli ,car la biologfa que cOl1vieneexaminar brevemcnle sus princip'ios importantes antes de,01ltinu3r.

La evoluci6n se sustenta en tres procesos naturalesA rnediado del iglo XIX, Darwin y Wallace forrnularon lateorta de la evolucion que sigue sicndo la base de nuestraperspective modcrna. La evolucion es consecuencia de tresprocesos naturales; (I) v a ri a ci o n g el 7l 'l ic a entre rniembros deuna poblacion: (2) herencin de esas variaciones por la proge-nie de individuos que son portadore de la variacicn: y (3) se-leccion natural.Y supervivcncia y rcproduccion favorecidade organisrnos con variaciones favorable.

Granparte de la variabilidad entre105 organismos se heredaExamine a sus cornpaneros de clase y tome nola de 10dire-rentcs que son. Aunque parte de esia variacion S6 debe a di-Ierencias en 13 1arnbien te y e l e sti lo de vida, la influe nciaprincipal la con tituyen los gene. Ca i iodos nosotros po-driamos levantar pesas durante el re to de nuestra vida ynunca desarrollariarnos un cuerpo C0l110el de Arnold Sch-warzencggcr. i,Que origen tienc la variacion gencrica? Lasin trucciones geneticas , los genes, de todo 10 organismoson egrncruos de rnoleculas de acido de oxirribonuclcico

(D. A), Ocasicnulrncntc. el D A ufre accidcntes; quizauna radiaci6n incide de cierta rnancra sobre In molecula deD .cau ando una mutacion y alterando asf su contenidode lnformacinn.Tarnbicn e pre entan.aunquc no muy a me-nudo, errore' en el copiado de DNA durante la reproduc-cion. Tale mutaciones. 0 cambios, en los genes puedenafectar la apariencia del organismo 0 su capacidad para fun-cionar . Muchas muraciones no tienen efecto alguno 0 soninocua ; a lgunas merman la capacidad del organismo parafuncionar in embargo. de vez en cuando las mutacioncspucdcn mcjorar la capacidad de un organismo para l'uncio-nar. Como resulrado de las mutacioncs.muchas de las cualesse pre cruaron haec millones de 3110 y e nan transmiti-do de padre a hijo a trave de incoruable generaciones,rniembros de la rni rna especie tienden a scr un poco dife-rentes unos de otros,

La seteccio natural tiende a preserver ios genes queayudan a un organismo a sobrevivir y reproducirseEn promedio.los organismos que meier enfrentan los retosde su arnbientc son los que dejan mas progenie, Los descen-dientes heredan los genes que permiticron tener exito a susprogeni tores, AsL laseleccion natural prescrva los genes queayudan a los organismos a pro perar en su ambierue. Porejernplo, un gen mutado que cont ienc instrucciones para quelos castores tengan dientes mas grandes se pasaria de padresa hijos, E tos hijos podrian cortar arboles de forma rnas efi-cienre. construir represas y guaridas rna grandes y corner ma sconeza que 10 castores "ordinar ios", Puesto que esos casto-re "dientcnes' obtcndrfan mas alimenlos y mejor abrigo queU parientes de dientes mas pequenos, probablernente cria-rian m a o hijos, Lo hijos heredarfan los genes para dientesgrande de los padres, Con el liempo. los castores de diel1-tes mas pcquefios, menos exilosos, se "olverian cada VCZ II la sescasos: despues de muchas generaciones, todos los castorestendrian dientes gran des,La e lruclura; . proceso fisiologicos 0conductas que ayu-dau ala superviveneia )' la reproduceion en un ambiente da-

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do se denominan ad ..p tacicnes. Casi todas las caraciensricasq ue ta nto a dm iram os e n o tra s to rrn as de vida, como las la rgas paras de los cicrvos, las alas de las aguilas y las majestuo-sas colurnnas de los troncos de las secoyas, son adapraciouesrnoldeadas por millones de ailos de rnutacion y seleccion na-tural.Ala Iarga, crnpcro, 10que ayuda it un organ; mo a sobre-vivir hoy podrfa. convertirse en una desventaja el dia de ma-

nana. Si el ambiente cambia -pOI ejernplo. can la irrupcion'f desaparicion de las glaciaciones-. Lacomposicion geneticaque mejor adapta a los organismos a su arnbiente tarnbiencambiara can el tiempo. Cuando pOT casualidad se presentannuevas rnutaciories q ue a um e nt an la a da pt ab il id ad de un or-ganismo can el ambiente alterado, esas mutaciones a su vezse diseminan per toda la poblacidn.A 10largo de milenios, la interaccion clelarnbienre, la va-riacion genetica y la seleccion natural dan como resultado laevolucion: la rnodificacion de Jacornposicion gcnerica de lasespecies, En ambientes que son razonablemente constantesal paso del t i ernpo, como los oce anos. persisten algunas for-mas bien adaptadas que sufren relativamente pecos cambios) 'que muchos Haman "tosiles vivientes". POt ejcmplo, los ti-burones (Fig.I-W) han couservado basicamente la misma [or-rna corporal durante decenas de millones de anos, pues sualargada forma, poteru e cola, agudo sentido del olfato Ytemibles dientes los han convertido en excelentes depreda-dares.En arnbientes carnbiarucs. algunas cspecics no experirnen-ran los cambios geneticos que les perrniten adaptarse, La ra-

pidez can qu e cambia cl ambiente cs mayor que la rapidez delos cam bios geneticos y esas especies se extinguen. es decir.desaparecen todos Losmiernbros de esa especie. Los dinosau-rios (Fig. 1-11) eran poderosos reptiles que no pudieron re-sistir los carnbios en las condiciones acontecidos haec 65millones de anos. Otras especies experime ntan muracionesfortuitus que los adaptan para enfrentar nuevas retos, Porejemplo, la mutacion que produjo las primeras aletas carne-sas y resistentes de los que ahora se conocen como peces cro-sopterigios (celacantos), perrnitieron a esos peces arrastrarsepor el fonda de las aguas so IIIeras y finalmente dar el "salto"a la vida terrestre,

F ig ur a 1 -1 '0 A d ap ta ci on e s a n ti gu asE ste tib uro n p os ee r as go s q ue h an c ara cte riza do a lo s tib uru ne sdssde ha ce coccn as d e m i.lo nes d e a n o s : f o rm a h t dr o dl n am l ca ,cola larga y potenra, agudo sentido del oltato e hilsras de afiladosIf.antes.

L C6mo el conocimiento de la biologia i lumina la vida dian.,? 13 ,

Figura 1-11 Esqualetn de TriceratopsNadia sa ba a cla ncla cla rta q uI! causa l a ex t inc l on de l o s d in o s au -rio s, p ero si ssb em os q ue la e vo lu ci6n de nuevas a da pta cl on es e nlos dinosaurios tue .n ca pe z d e seguir al ritrno delos r amhiosen suhabitat

EI resultado de la evoluciou cs una cxtraordinaria varic-dad de especies, Dentro de habitats especfficos, dichas espe-cies han desarrol lado complejas rela cio nes e ntre sf Y COD SLlambiente inanimado. EI t ermino biodiversidad abarca la di-versidad de Lasespecies y las complejas interrclaciones quelas sustentan. En decadas recientes, la velocidad del cambiaarnbiental ha sioo acelerada drasticarnente p O T una sola es-pecie, Homo sapiens (los seres humauos modernos). Pocasespecies pueden adaptarse a carnbios tan rapidos, En los ha-bitats mas afectados por los seres humanos, rnuchas especiesestan sierido empujadas bacia Ia extincion. Este concepto se(r ata n 1< \8 a fondo en "Conservacion de la Tierra: GPo"!"ueprescrvar la biodiversidad?"

Algunas personas ven ala ci encia como una acti vidad "des-hurnanizanre" l' piensan qu e un entendirniento demasiadoprofunda del mundo nos quita vision y asombro. Nada po-drla estar mas lejos de la verdad, como volve rnos a descubriruna y otra vez en nuestra propia vida. Haee afios, vefamosa una abeja buscar el alimento en una espiga de f lares de lupi-no. Las flores de esta planta, miembro de la familia de Losgui-sautes. tienen una cstructura cornplicada, con dos petalos en[a mitad inferior de la flor que encierran las estructuras re-productoras masculines iestambres), cargadas de polen. y Lasestruciur as reproductorns fernenmas (estigma) qu e recibenel polen. Haec poco avcriguamos que en las flores de lupinej6venes (Fig. 1-12a), el peso de una abeja que se posa en e 0p eta lo s co mp rirn e lo s e sta mb re s, rnoviendo eL polen contra elabdomen de la abeja (Fig. 1-12b). En flare masmaduras,eI estigma sobresalc de los petalos interiores: cuando Ilegauna abeja espolvoreada con polen, por 10 regular deja en elcstigma uuos cuantos granos.

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14 Capitulo 1 lntroduccion a la vida en la Tierra(a)

polen

tuba/)

(b J i

EI p ole n e s arrojadoc on tra e l abdomend e la a be la ,

Figura 1-12 A da pta cio ne s c om ple ia s q ue a yu da n a g ara ntiz arla pulinizacionLos lupines, com o m uchos otros m iem bros de la fam ilia de los guisan-t es , t ia na n f la re s c om p ls ja s. ( a lLas a st ru ct ura s re pr od uc to ra s e sta ne nc erra da s e n lo s p eta lo s in fe rio re s. E n l as flo re s 1 6v en es , e so s p eta -los form an un tubo dsntro del cual encaian perfecta m ente los estern-bres.Los estam bres sueltan ef polen dsntro del tuba. (b)C uando elpeso de una aba]a presiana los pats los inferiares, los estam bres sonem pujadas hacia adelante.Io que hace que el polen sea forzado a sa-lir del tube del extrem e. contra sf abdom en de 18 a be ]a . A lg a d e p ole ns e a dh ie re a l a bd om en V p od ria tra ns fe rirs e a l vis co se e stiq ma re ce p-tor de polen de la siguiente flor que visite IB aba]a.

Ahara que cntendernos mejor como funcionan las florede lu pi ne , i, la s a pr ec ia rn o menos? AI contra rio. ahara vemoJos lupines can nuevo deleite. entendiendo algo de la interne-cion de forma y funci6n. abeja y f lor, que ha moldeado Inevo-luci6n del lupino. Unos cuantos meses despues subimo alacima de Hurricane Ridge, en el Parque Nacional Olimpicodel esrado de Washington, donde la pradera alpina e la-Ilan con los colo res de ago to (Fig. I-B). Mientras nos aga-chabamos dclante de un lupine silvest re, un hombre de edads e d et uv o para prcguntarnos que era 10 que mirabamos ranabsortos, Escucho COn interes nuestra explicacion de la es-tructura y luego se dirigio a otro grupo de lupinos para ob-servar alas abejas en busca de alirnento. Ese hombre tambiensinti6 con mayor intensidad eJasornbro que e experimentaal entender las co a .

Tratarernos de comunicar al lector esa doble sensacion decomprension y asornbro entodo esle texto, Tarnbien hacernoshincapie en que la biologta no es una obra terminada, sinouna exploracion que en realidad apenas hernos iniciado, Co-mo declare elocuentemente Lewis Thomas. medico y filoso-fa de la Naturaleza: "La iinica verdad cientif ica solida acercade la cual sienro total confianza es que somo profundamen-ie ignorantes en cuanto a laNaturaleza. De hecho, consideroa e te el descubrirniento m a s importante de los iiltimos ci nalios d e biologia .... pero es s610 el principio.'Ouerernos recornendar cncarecidamerue al lector, aunque

no e re conternplando seguir una carrera en biologia, a unir-se a la aventura del de cubrimiento biologico durante todau vida. 0 vea la biologfa como un curso mas que ha y queioruar. como otra serie de datos que hay que mcrnorizar. Labiologfa puede se t mucho r n a que e o. Puede er el caminoa una nueva compreusion de uno mi rna y de la vida que nosrodea en la Tierra.

Figura 1-13 L up in os s Hv es tre s y a be to s s ub al pin osM ile s d e p ers on as v is ita n H urric an e R id ge e n e l P arq ue N ac io na lO Hm pico del estado de W ashington cada verano, para cnntemptarcon asom bro el m onte O lym pus, pero pocos se ternan la m olestiade investigar las m aravillas que estan a sus pies.

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_a p l> rd id a d e e sp ec ie s e s la im p ru de nc ia q ue e s m e no s p ro -: ;C D le q u e n u e st ro s d e s ce n d ie n te s quieten p erd on arn os "::: O. Wilson, Professor, Harvard University

: 'i !5de la "Cumbre de laTier ra" de las Naciones Unidas, celebra-_ .: en 1992 en Rio de Janei ro, Brasi l, la palabra biodivers idad ha:-0 erado en revistas y noticias. LQue es b iod iversidad y par queeoernos preocuparnos por preservarla? Biodivers idad se refiere- total de especres en un ecosis tema y a la resultante cornpleji-

;;;.ad de las interacc iones entre el ias; en pocas pa labras, de fine laueza" de una comunidad ecol6gica.4.10largo de los 3500 mil lones de anos de existencia de lavida

e: a Tierra, 51' calcula que laevoluc i6n ha producido entre 8 y 10- ones de especies singulares e irreemplazables. De elias, 105cien-- -

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16 C ap itu lo 1 In tro du cci6 n a l a v id a en l a T ie r ra

La v ida que nos rodeaHO VI TAZO At ESTUD IO DE CASO

Mientras usted se diri ge a clase observan-do la vida.pien e en el "perque" que estadetra del "que'que usted ve, Las plantasdel campll univer irario son verdes; estecolor permite a, t ina singular rnolecula, laclorofila, captar longitudes de onda espe-c lfica s de la energia solar y utilizarlas paraalirn ntar a la planta, Las abe ja s y maripo-sas r colectan nectar que contiene azucar;el aziicar, a SIl vez, se ha sinretizado utili-z ando cne rg ia .c ep tada por la c lo rof ila y lo ssencillos ingredientes de dioxide de carbo-IlO y agua.I.Por qu e la s plantas han evolu-cionadopara colocar este nectar rico en

energia en doude puede ser "robado parlos insectos? Examine con mas deteni-miento una abeja. Podria vel' el polen ama-rillo adherido a las patas 0a los vellos quecubren su cuerpo. Las plantas estan "usan-do" a 105insectos para fertilizarse UDa$.aotras y ambos se benefician. Aunque losjardineros del campus plantaron las florespara que disfr utaramo de elias, las flo-res Ilarnativas evoluc iona ron c omo una se-nal para decir a los insecto "aqui haynectar, vengan a por , , 1 " , Cada vez que us-led respira, inhala un "producto de de e-cho" de las plantas a su alrededor. el

oxigeno. Dondequiera que mire, si 10 h acec orrec tarne nte . vera indicios de la i nte rde-pend ncia de los seres vivos y nunca masconsiderara a lavida sobre la Tierra comoa lgo que se da pOI' senrado.Ideutifique dos tipos de organismos quehaya v is to en interacc ion. COIllO las abejasy las Dores. Ahora sugiera una hipotesissencilla que explique esa interaccion. U eel metoda cienrff ico y su imaginac ion paradisefiar un experimento que pruebe esa hi-potesis, No olvide identif icar la s variablesy controlarlas,

V i ,Que caractertsticas tie ne n lo s se re s v ivo s?Los organisrnos posccn las caracteristicas siguientes: su es-t ructura e s compleja y estan organizados, mantienen 1" ho-meostasis, crecen. adquieren energia y materia les del ambiente,r esponden a est imulos, se r eproducen y pueden cvolucionar .

~ ;.C 6m o cla sifica n p or ca te go ria s 105 cientificosla div ersida d d e lo s se re s vivo s?Los organ ismos se pueden agrupar en I res categonas principa-les .I lamadas dominies : Archaen. Bac te ria y Eukarya. Dentrode los Eukarya hay cua tro reinos : Pro ti sta.Fungi, Plantae y Ani-rnalia. Entre las caracterfsticas que se usan para clasificar losorganisrnos e stan e l t ipo de cclulaf s) que posee e l o rgan ismo.e lnurnero de celula en cada organisrno y la forma de obte ne rcncrgfa. Tipo de celulas: El material gcnetico de Ias celulaseucarioticas e t1l encerrado dentro de la membrana de un nu-cleo. Las ce lu la s p roca r io r i c a s no t ienen nuc leo. Num erc de ce-lula : Los organisrno pueden con istir en una sola celula(unicelulares) 0enmuchas celulas unidas para trabajar de for-ma cooperativa (multicelulares). Obtencion de euergia: Cas; to-dos 105 organisrnos aut6t rofos obri cnen c ne rgta c aptando ya lmacenando la energia solar en moleculas ric as e n energia me-diante la forosrnresis. Los organisrnos heterotrofos normalrnen-te obtiencn energu al ingerir molecula ricas en cnergia(alimento) sintetizadas en el cuerpa de ot ros organisrnos. EIa limento podr fa inger irse en t r()ZOSgrandes y conve rtirse ensustancias asirnilablcs ( ingestion) 0 absorberse mol ecula porrnole cula del arnbiente (absorcion). Las ca rac terfsticas de losdominies y reinos se resumen en la tabla \-1.

~ LEn qu e consiste la cie ne ia d e la b io lo gia ?La biologfa se basa en los principios cie ntffic os de ca usa lidadnatural. unitormidad en el espacio y cl tiernpo y percepcioncormin. Estes principios son supuesto que no se puedendemostra r direc tarnenre, pew que han sido va lida dos por la ex-perieucia. Los conocirnientos en biologia se adquic ren me-diante Ia aplicacion del metoda cientifico. Primero e efecniauna observacion. Luego sc formula una hipotesis que sugie-re una causa natural de la observacion, La hipotesis sirve paraprcdeci r e l r esul tado de observaciones 0de expe rimentos sub-siguientes, Luego se saca una conclusion ace rca de la va lidezde 1a hipotesis, Una teorfa cieutuica es una explicacion gene-ral de los fen6menos naturales, desarrollada a partir de am-plios experimentos y obscrvaciones que son reproducible.

~ E vo lu ci6n : L a te oria u nifica do ra d e la biologiaLa evolucion es 13 teoria de que los organisrnos modern OSdescend ie ron . con rnodificacioncs, de forrna s de vida pre exis-tcntes. La evoluci6n es consecuencia de: (1) la variacion ge-netica entre 10 miernbros de una poblacion. causada pormutacioncs: (2) herencia de e sas varia cione s pOT parte de laprogenie; y (3) sclecci6n natural de las variaciones que mejoradapran a un organismo a Sll arnbiente.. v i.C 6m o e l co no cim ie nto de la b i ol o !l ia i luminal a v id a d i ar ia ?Cuanto mas sabemos a cerca de los sere s vivos, [mas fascinan-res se vuelvenl

iirido desoxirribnnucleico(DNA) p. (jadaptaclrin p.13Momo p.2autetroto p. 8

biodlversidad p. 13biosfera p. 4euusalidud natural p. 8-9celula p.4eitoplasma p. 4

comunidad p.4conclusion p. 9control p 9creacionisruo p. 9domin.io p. 6

ecosisterna p. 4elemento p.2energia p. 5especie p.4eucariotlco p. 8

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e,'oluei6n p. 6experimento p. 9rOlos;"tesi. p. 5ge n p.4oencIIcion espontanea p. J 0heler6trofo p. 8hipoto.is p.

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18 Capitul o 1 Int roducc i6n a la vida en la Tierra2. Disene un experimento para probar los efectos de un nuevo

a li rnen to para per ros , "Super Perro", sabre e! espesor y laspropiedades imperrneables del pclaje del perro perdiguerodorado, lncluya todas las partes de un experirnento cientffi-co. Di ene metodo objerivos para evaluar el espcsor del pe-laje y u e apac idad pa ra rechazar el agua,

Para mayor informaci6nAttenbor ugh, D, Life Oil Earth. Boston: Lilli". Brown, IY79.llIlro-duccion bcllisimamentc ilustrada y ll1uj' bien escrita a la diversidadde la vida en la Tie rra: [ue l a inspirac ion para nue stro lfrulo.

Dawkins . R. The Blind waicnmaker. Nueva York: W. W . NOrian &.Co., 1986, Descripcion IlIUY arnena del proceso de la e volucion, queDawkins c om pa ra con un relojc ro c iego.hrlich. P.R. The Machinery of Nature, Nueva York: i ni on & Schus-ter.1986 . Uti lizando terminos leges , un des tacado eco log is ta y es-c ri lo r exp lica Ia c icnc ia de 18ccolog ia y l a jus ti ficacidn b io lcgica dela prcocupac icn por e l a rnbien te .

Leopold.Ai A Sand COI/Ilty Ahnonac, Nueva York: Oxford Univer-sit y Press. 1949 (reirnpre so en 1989). Un chlsi co e scrito pa r un I i lo -sofo de la Naturaleza: ofrece una base elocuerue para In e tica de laconservacion.

3. La ciencia se basa en principios que incluyen la unifonnidaden 01 espacio y en el ticmpo )' percepci6n com un, Supongaque Ilega eJ dfa .n que nos encontramos con scrcs inteligen-tcs provenientes de otra galaxia que evolucionaron en con-diciones muy dislintas. Comente dos de los principios antesrncncionados y como afcctarian (1) a la naturalcza de las ob-servaci one s cie nufi ca s en los distintns pl anet as y (2) la co-rnunicacion de dichas observacioncs,

Swain. R,B. Earthly Pleasures. Nueva York: Cha rles Scribner' s Sons.1981. Acuciosos ensayos hacen hincapie en 10irucrrelacionado l'10diverse de la v ida.

Thomas.L, The Medusa and tne Snail. Nueva York : Bantam Books .1980. El desuparecido medico, investigador y fiI650(0. Lewis Tho-mas com parte fill asornbro ante el mundo vivo en una serie de deli-ciosos ensayos,

Wilson. E.O. The Diversity of Life. Nueva York: W. W. orton &Co., 1992. Una celcbracion de la diversidad de la vida. como evo-luciono y como los seres humanos In est an a fe ctnndo. Los escriiosde Wilson 10 ha n hec he ac re edor de dos premios Pul itze r.

~9 J " ~' v J T p'Z e1.ald!~lo;tWuopdo "P se~un6ajd sel e se~sands"'!1

TUTOR MULTIM.EDIA~G:~~~~~~~~~~~~~~~------------~Introducci6n a la vida en la TierraIn ve stig ac io n es e n la re dEstudio de caso: La vida que nos rodeaTiempo estimado: 70 minutosCasitodos los descubrimientos cientif icos son realizados par personas que simple mente sienten curiosidad.LaInternet puede ser una extraordinaria fuente de informaci6n para el cientffico primerizo. Lamentable-mente, no toda la informaci6n es correcta. Losbuenos cientfficos no s610evaluan suspropios datos expe-rimentales, sino tarnbien todos los de mas recursos de informaci6n a los que puedan tener acceso. En esteejercicio, aprendera a evaluar un sit io Web.Dirfjase a http://www.prenhall.comiaudesirk6.elsitioWebAudesirkCompanion.Seleccione Chapter 1 yluego Web Investigation para comenzar.

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D

La v id ade una celul

Las celulas individuales pueden. ser organlsmos comptejos e independientes,como estos dos ciliados del reino Protista. Un Euplotes grande (de unos300 / - L J n de largo) se prepora para devorar a Lin Paramecium, mucho maspequeho. Ambos estdn cubiertos de cilios, estructuras vibratiles cortas quesirven para moverse e ingerir presas.

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"S! h a y mag ia ell es te pia neta , es ra w nteni da en et a gU < I_ Loren Eise ley en The Immense Journey (1957)

Pedria ser sano alga tan delicioso? El chocolate. heche a partir de sernillas contenida enlas rnazorcas de cacao. t iene niveles altos de antioxidantes.

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,Atomos ,2 Y VI a oDE UN V ISTAZO

E stu dio d e c as u: i.C omid a s an a?D i,O ue s on l os a tom os ?Los atom os, las unidades estructurale s basicas de Inmater ia, se componcn de partfculas aun r n a ' pequeiias

3 ) .i,C Omo in te ra ctiia n l os a tom o s p ar a f or ma r m o le cu la s?Los alamos interacuian con otros aromos cuando hayvacfos (vacantes) en sus capas de electrones mas externasLos atomos con carga, Ilarnados iones. interacnian paraformal' enlaces ionicosLos alamos sin carga pucden estabilizarse compartiendoelectrone para formal' enlaces covalentes

i .Comida sana?C uando 35 m illone s de estadounidsn-,585 r eg al ar on c aj as d e c ho co la te s a s usse re s que ridos e l pasado dla de San V alen-in, sabian que le s e staba n dando un bo nitoesenta, pero".les ests un a l imen to sano?

: = ' 1 c ho co la te , d es cr it o p or a lg un os c om o "ps-c ami nc sa rn a nt s d e li ci os o ", h a s id o rnuchasv e c e s causa d e r em o rd im i en to s p ar a q ui en es

i ng ie re n ( a v eC BS e n d em as ia l. L as q ol os i-a s he chas co n cho co la te so n, sin duda, u n a

fusnts ebundante de calo rias de grasa v a zu-c ar , p er c i nv es ti ga ci on es r ec ie nt es s ug ie re n

c aLos puentes de.hidr6geno son atracciones electricas ma sde b il s entre 0dentro de rnoleculas que tienen enlacecovalentes polares

~ LPo r que es tan impo rtante e l agua para la vida?EI agua interactiia COD muchas arras moleculasLas rnoleculas de agua t ienden a manteuerse juntasEI agua puede formar iones .H+ y OR-EI agua modera 10 efectos de l os c am bio s d etemperaturaEl ague forma un solido singular: El hicloO tro v ista zo ill e stu din d e c aso : l Co mid a sa na ?

que el choco la te en si - el am argo y oscuropaiva qu e s e o btie ne d e la s s em illa s conteni-das en la s mazorcas d e c ac ao -, podria se rtambian unatusnta i mp or ta nt e d e rnoleculaspro te cto ras. L os e studio so s de la rnadicinah an s ab id o d es de hace tie mp o qu e m uch asd is fu nc io ne s d e n ue st ro o rg an is mo s e p ue de nachacar a rnolecutas p er ju di ci al es l Ia m ad a sr ad ica l es t i br es . Mu ch os r ad ic al es l ib re s c on -tiene n o xlge no en una fo rm a que re accio naf ue rt em en te c on d iv er sa s m cl sc ut as b io l6 gi ca s y s us e st ru ct ur as c el ul ar es , d af ia nd ot as .

D i.Q u e s on lo s atomes?los Mamas, las unidades estructurales basicasde la materia, se camponen de partfculas aunmas pequefiasS i to ma sem os un dia rnante (una forma de carbona) y 1 0 c or -taramos en fragmentos, cad a trozo seguiria siendo carbona.Si pudieramos eguir cortando los (rows para tener partesada vez m as pe que fia s. llega ria el momenta en que rendna

mos un mont6n de a tom os de ca rbono . Los atornos son lascaidades estrucrurales basicas de la materia . Los a tomos en'. mpero, se cornponen de un nucleo atornico central (a me-nuda llamado simplernente nucleo; no conlundir can el nu-z eo de UDa ce lula) que contiene dos tipos de partfculas

Ests procsso se denomina tens ion ox idante .La t en si on o xi da nt e r om pe m em br an as cslu-l a re s , d e sin te g ra D N A y d es tr uy e e nz im a s, 1 0q ue re su lta e n muchos a sp ec to s d e envejsci-m ie nt o, c an ce r. e nf er me da de s c ardiacas vtrasrornos d el s is te m a n er vi os o . Lamentable-me nt e, l a t en si on oxidante es . ne vit nb e. p or -q ue n ue st ra s cclulas utilizan anergia y, alh ac er lo , p ro du ce n d e f or ma n at ur al r ad ic al eslib res. i,Q ue podem os hac a r entonces? T alvez, i ccmer choccl at a l e

ubatornicas con igua! peso: protones, qu e ticnen carga posi-tiva . )' neutro nes. que no ticneo carga. Adem as, unas partfcu-las subato micas lla rna das electro nes e stan en o rbita a lre dedo rdel ruicleo (Fig. 2-J). Los elcctrones son particulas ma s lige-ras que tienen carga negativa. Un atomo separado tiene elmismo numero de elecrrones y protones y, par tanto, es elec-tricarnente neuiro.

En la Naturaleza hay 92 tipos de atornos. Cada UDOela unidad e .tructura l de un e lernento distinto , Un e lementoes Unasusiancia que no puede descomponerse ni convertirse enotra sustancias mediante procesos qufmico ordinaria. EInumero de protones que hay en e l mic leo, llarnado nurneroatornico. es caracter is tico de cada elernento. Par ejemplo, [a-do atorno de hidrogeno tiene un proton en el nucleo, todoatorno de carbona tiene seis p rotone i' todo atomo de oxt-gena t iene ocho. Cada elernento t ieue propiedade quimicas

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22 Capi tulo 2 Atomos. molecules y vida

exclusivas basadas en cl nurnero y la configuraci6n de sus par-ticulas subatomica .Algunos elernento .como el oxigen a y elhidrogeno, son ga es a temperatura arnbiente: otros, comoeJ plomo, SOil solidos extremadamente densos. La mayo ria delos elementos son muy escas os y relativamente pocosde elias son indispensables para la vida enla Tierra. En la la-bia 2-1 se presents una lista de los elementos mas comuneen cl universe, en laTierra y en el cuerpo humane. Observelas gran des diferencias en la distribucion de estos elementos.Los aromas de un rni mo e lemen to pueden tener diferentes

numeros de neutrones: cuando esto ocurre, decimos que los ato-mas son isotopes del elernento en cuesti6n. A1guoos isotopes,aunque no todos, son radiactivos; es decir.se dcsituegran espon-taneamente para formar tipos distinios de aromos.f iberandccncrgia al hacerlo, Los isotopes radiactivos SOD muy utiles co-mo "marcadores" en el estudio de procesos biologicos (vease"Investigacion cienttfica: Radiactividad en investigacion").

Los electrones estan en orbits en tomo el nucleo adistencies fijas. formando capas de electrones quecorresponden a diferentes niveles de energiaComo tal vez sepa el lector si ha realizado experimentos conirnanes, los palos iguale se repelen y los polo opuesto seatraen. De forma similar. los electrones e repelen mutua-mente, debido a su carga electrica negative. y on atrafdos ha-cia los protones del. rnicleo. que tienen carga positiva, Sinembargo, debido a su repulsion mutua, 5610 cantidades Iimi-tadas de electrones pueden ocupar el espacio mas cercano almicleo, Los atomos grandes pueden dar cabida a muchos elec-trones porque estos estan en orbitas cada vez mas alejadasdel nucleo, Los electrones ocupan un cspacio ' tr idimensional;las orbitas, que corresponden a diferentes nivele de energia,se denorninan capas de electrones (Figs. _-1 y 2-2. p, 24).

Helio (He)

(a) (b)

Hidr6geno (H)

Figura21' Modelos atomiensR ep re se nta cio ne s e stru ctu ra le s d e lo s d os a to rn os mas pequefios,(a) h id r6 ge no y (b) h elio . E n e s te s m od ele s s lm plifica do s, lo s e ls e-t rones se m uestra n co mo p la ne tas e n m in ia tu ra q ue g ira n e n o rb ita se sp sclficas a lre de do r d e u n n uclen q ue co ntie ne p rotn na s y neu-trones.

La capa de clect rones mas cercaria al nucleo atomico es lamas pequcna y solo puede contener dos elcctrones, La segun-da puede ccntener hasta ocho electrones. Los electrones deun atomo normalrnente ! lenan la capa mas cercaria al nucleoy luego comienzan a ocupar la siguiente capa. As), un atomode carbone, que t iene seis electrones, tiene dos electrones enla primera capa (la mas cercaria al nucleo) y cuatro en la se-gunda capa (vease la figura 2-2). Los nucleos y la: capas de elec-trone: desernpenan papeles complementarios en 10 aloma.Los nucleos [siempre que no sean radiactivos) proporcionanestabi lidad, mientras que las capas de electrones permi ten in-teracciones (como la formaci6n de enlaces) con otros atomos,La ruicleos se resisten a pcrturbacrones debidas a fuerzas ex-ternas. Las fuentes ordinarias de energfa, como el calor, la

Tabla 2-1 Elementos comune.s importantes para los organismos vivosNumero Porcentaje en Porcentaje en Porcentaje en elElemento Simbolo atornico" el universe" la Tierra" cuerpo humane"

Hidr6geno H I 91 0.14 9,5Helie He 2 9 Traza TrazaCarbono C 6 0.02 0.03 18.5Nilr6geno N 7 0.04 Traza 3.3Oxigeno 0 8 0.06 47 65Sodio Na 11 Iraza 2.8 0.2Magnesio Mg 12 Traza 2.1 0.1F6sforo P 15 Traza 0.07 1Azulre 16 Traza 003 0.3Claro CI 17 Traza 0.01 0.2Potasio K 19 Traza 2.6 0.4Calc ic Ca 20 Traza },6 1.5Hierro Fe 26 T r a z a 5 Traza"Nrlrnerc atomico ;:numcro de protcnes en elndcleo atdmico."Porccntaje aproximadc deaiomos de este elemcnto, por peso. en cl universe. en lacorteza terrestre y en el cuerpo hUlUoTIO.

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LQue SOil los atornos? 23

AI leer este texto, elleetor encontra r a rnuchas aftrrnacionss quepodrlan extranarle ~C6mo saben eso? c lComo saben los b.olocosqu e elDNA esel mater ia l genetico de las celulas (capitulo 9)7 (C6-mo miden los p ale on tc lo qo s l a edad d e 1 0 5 f o si le s ? clC6mo saoen05ootanicos que los azurares producidos en las hojas de las plan-re s durante la fotosintesis Sf' transportan a otras partes de laplanta por 10 5 tubos cribosos del floerna? Estos descubrirnientos,y rnuchos mas, s 61 0 h an sido posibles gracias al usa de Ins isoto-pes radiact ivos.

Aunque todos 10 5 atom os de un elemento dado tienen elmismo ni lmero de pro tones, el nurnsro de neutrones puede va-riar, Los neut rones no atcctan mucho a la reactividad quimica delatomo, pero s i aumentan su rnasa atomica, y esto se puede de-tectar con instrumentos avanzados, como los espectr6metrosde masas. Los nucleos con "dernasiados" neutrones se desinte-gran e sp cn ta ne arn en te . a menudo emitiendo partlculas radract i -v as s l h ac er lo . Esas particulas tarnbien pueden detectarse, parl 'jemplo con contadores Geiger . EIp roceso par el cual un iso to -po radiactivo se rompe espontaneemente se denomina desinte-gracion radiactiva.Un usa fascinan te de los isotopes radiactivos, que es i rnpor-tante en medicina, es la t om o gr af fa p o r e rn is io t: d e p o sl tr on es ,lam bien conocida como gammagrama PE T (par sus sig.lasen in-",1I"s)(Fig. E2-1a). En una aplicaci6n c or nu n d e los gammagramasP E T , e l sujeto recibe el azucar glucosa que ha sido marcado conES decir , unido a) ur isotopo radiactivo inocuo del f luor. Cuandoel nudeo del f luor radiactivo.se desintegra, emite dos destellos deenergia que viajan en direcciones o puesta s a 1 0 largo de una rnis-" '1al inea. Los detectores de energia drspuestos en-un arullo alre-

(a) (b)anillo detector./" ~

La desnteqracion radiactivalibera particulas snerpeticasque aclivan a los detectores.

dedor del sujato examinan una "tajada" del cerebro, reglstrandola Ilegada c as i s im u lta re a d e los de s destellos de enerqla (Fig E2 -1b). Luego, una potente computadora calcula en ~ue pur-to den-tro del sujeto se efectu6 la desintegracion y genera uri mapa acolor de lafrecuencia de desintegraciones. Dado que e l I lu o r ra-d ia ct iv o e sta u ni do a m o le cu le s de glucosa, d.chc mapa refteja lasconcentraciones de qlucosa dentro del cerebro del sujeto, Puestoque el cerebra utihza el azucar para obtener ener9la, cuanto masactive es una celula del cerebro, mas glucosa consume y mas seconcentra l a r ad iac ti v idad ell ella. Por ejemplo, las ceiulas detumores ( Fi q. E 2- 1 c) 0 de reqlonss de l cerebra en las q ue se ori-ginan ataques epi lepticos, por 10 general t ienen un consume ex-ceslvam'ente alto de glucosa y aparecen en los gammagramas PETcomo" p u n te s c alie nte s" . Las celulas normales del cerebro acti-vadas par una tarea mental especif ica tarnbien tienen una mayord ern an da d e q lu co sa . 1 0cual puede detectarse can qarnrnaure-mas P E T .

la biologla y la med ic ina sehan bsnsfic iado enormemente alinteractuar con otras ciencias, sabre todo la quimica y la ftsics. Lainvenci6n de los qarnrnaqrernas PET requiri6 una estrecha coope-raci6n con los quimicos (que inventaron y sintetizaron las send asradiactivas), con los fisicos (que dedujeron las interacciones entrelos electrones y part tculas elimeras can carga posltiva Ilamadaspos i trones , asl como la geometria de las emisiones de energia re -sultantes) y con 10 5 ingenieros (que diseriaron y construyeron elaparato elect ro- iko) . EIconstante tr ab ajo e n o qu ip o de los cientl-trees promete mas avances tanto en la comprensi6n fundamentalde los procesos bioloqicos como en sus apl icaciones en la medici-na y la agricultura.

(el

E I r ojo in dic a la m a s a ltarad iact iv idad; BIazu l, la masbaja. Un tumor cerebralmaligno se distinguec laramente en ro]o,

F ig ur a E 2 1 C omo f un ci on aI a to rn oq ra fi a p or em is ic n d e p os it ro ne s

es no polar; sise comparten deforma desigual, " I enlace covalente espolar

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15p' 16n - - - - - - - - - -- . . . . . - - - . _ . - . . . .

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24 Capitulo 2 Atomos. rnolecolasy vida

C arb on a (C )

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Figura 2-2 Capas de ele clranes e n los a lamosC asi to dos los a la mo s im po rta ntes en b io lo gia lie ne n po r 10 m enos d os c apa s de a le etra nes .la p rim era y mas c erc an a a l n uc le o p ue de c on te ne rd os e le ctro ne s; la s ig uie nte p ue de c on te ne r un m ax im o d e o ch o. Capas m a s d is ta nte s p ue de n contener ta rn tiia n a ch o e le ctro ne s c ad a u na .

electricidad y la luz. apenas si los atectan. Debido a que sumicleo cs estable , un aloma de carbona sigue siendo carbo-na , ya sea que forme parte de u n d iam an te , del dioxide decarbone 0 del azucar. Las capas de elcctrones, en cambio, sondinamicas; como veremos en breve, los atomos e uncn ntresf ganaudo, perdiendo 0comparticndo electrones,

~ le O m O interactuan lo s atomosV pa ra f orma r muleeulas?Los atomcs interactuan con otros atornos cuandohay vados (vacantes) en sus capas de electronesmas externasUna rnolecula can ta de dos 0 rna atomos, que pued n erdel mismo clemente 0 de elementos distintos.los cuales semant ienen unido g ra cia a in te ra cc io ne de su capa mascxtcrnas de electrones. Las suslancias cuyas molecules con-

tienen atomos de dos 0mas tipos se llaman compuestos. Losatomos interacnian segtin dos principios basicos:1. Un atomo no reacciona can otros arornos sisu capa de elcc-irones rna extern a esta totalmente lIena 0vacfa. Decimosque ta l aloma as inerte.

2. Un atomo reacciona con otros atomos si su capa d electro-nes mas externa e ta parcialmente llena. Dccimos que talaloma es reacrivo.

Como dcmostracion de cstos principios, considerernos Iresatomcs: hidrogeno, oxigeno helio (vea cia figura 2.-1). E lhidrogeno (el atomo mas pequefio) ricne lin proton en S LLruicleo )' un electron en u unica cap a de electrunes (quenaturalment .e es la rna externa) . la cual puede contener has-ta dos electrones. El atorno de oxfgeno tiene seis electroncsen u capa externa. que puede contener ocho, En contraste ,e l helio tiene dos protonc L O l l su micleo y dos clectrones llc-nan u (mica capa de electrones, Por tanto, predecimos quelos atomos de hidrogeno y de oxfgeno. con su earn. cxierna

Tipo de enlace EI enlace se forma;Tabla 2-2 Enlaces quimicos

Enlaces debiles: permiten lnteracdones entre atomos 0molecules individuatesEnlaces 16nic05 Entre jones pos itivos y neqatlvosPuentes de h!dr6geno Entre un atomo de hidr6geno Que participa en un enlace covalente polar yotro atorno que participa en otro enlace covalente polarInleracciones hidrof6bicas Porque las mterecoones entre las mclecclas de agua exduyen a las motecu-lashidrof6bicasEnlaces fuertes: mantienen a los aromos unidos dentro de moterulasEn la ces co va le n es AI cornparttrss pares de elect rones: si secomparten por partes i Q u a le s . e l e n la c eesno polar; si se comparten d e fo rm a d es i