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BIOLOGIA GENERAL
BI-121
MSc Angela Randazzo
Bióloga Marina
[email protected]
IMPORTANCIA DE LA BIOLOGIA
• Comprender el mundo que habitamos.
• Aumentar la conciencia y apreciación de nuestro
impacto sobre el planeta.
• Mejorar nuestra calidad de vida (alimentación,
calidad del ambiente, salud, entre otros).
OBJETIVOS GENERALES
• Transmitir una visión global de los niveles de
organización biológica y de la dinámica de procesos
biológicos.
• Ser un ente de cambio al reconocer la importancia
de la biología.
OBJETIVOS ESPECIFICOS
• Interpretar conceptos de ciencia y método
científico.
• Diferenciar los organismos de acuerdo a
características y criterios.
• Identificar la composición química de la materia.
• Describir la teoría celular.
• Comprender la organización jerárquica de la vida.
• Comprender características de la vida como
metabolismo, reproducción y herencia.
REFERENCIAS Bibliográficas
• Biología y Fundamentos de Biología (2005). Autor
Freeman.
• Biología (Cualquier versión). Autor Solomon et al.
• Biología (Cualquier versión). Autor Kimball et al.
INDICE GENERAL PARTE TEORICA
• PRIMER PARCIAL: Estudio de la Vida y la
Diversidad y Evolución de los Seres Vivos
• SEGUNDO PARCIAL: La Base química de la Vida
y la Estructura y Función Celular
• TERCER PARCIAL: Fotosíntesis y Catabolismo
de la Glucosa
• CUARTO PARCIAL: Reproducción y Genética
PRIMER PARCIAL
UNIDAD I: ESTUDIO DE LA VIDA
1. Ciencia y método científico
2. Biología
3. Los seres vivos y sus características
4. Origen de la vida
1. CIENCIA Y METODO
CIENTIFICO
•
•
•
•
•
•
Conceptos
Ciencia y Humanidad
Historia del Método Científico (MC)
Pasos del MC
Características del MC
Ejemplo
CoNCEPTOS
• Del latín: «scientia» = conocimiento.
• Manera de interpretar los fenómenos que ocurren
en el universo que nos rodea.
• Influenciada por: cultura, historia, tecnología y azar.
• Razonamiento Deductivo e Inductivo.
• Observación Preguntas Respuestas
Método Científico
CIENCIA Y HUMANIDAD
• Nace de la acción e interacción entre:
– filósofos: argumentos demostrativos.
– Agricultores, artesanos, constructores,
comerciantes, médicos: saber empírico.
navegantes,
• Diferencias de la ciencia:
– Con filosofía: lo preciso y experimental.
– Con empírico: fundamentos teóricos.
• Renacimiento: separación de ciencia y religión.
• Siglo 20 y 21: caracterizado por la tecnología.
HISTORIA DEL METODO CIENTIFICO
• Hipócrates (460-370 a.C.): método de
investigación para obtener conocimientos médicos.
• Aristóteles (334-322 a.C.): método investigativo a
través de la organización y síntesis de información.
• Galileo Galilei (1564-1642): método experimental.
• Bacon (1561-1626), Newton (1642-1727) y
Lavoisier (1743-1794) desarrollaron los pasos.
PERSONAJES CLAVES
Hipócrates
Bacon
Aristóteles
Galileo
Newton
Lavoisier
PASOS del Método CIENTIFICO
Observación/Pregunta
Teorías, Leyes
Hipótesis
Experimentación
Resultados
Conclusiones
¿Validación?
CARACTERISTICAS METODO
CIENTIFICO
• Objetividad
• Proceso sistemático
Reproducibilidad
• Racionalidad y Generalidad
• Verificabilidad
• Inventividad
Perfectibilidad
Ejemplo
• Observación: en una bacina con agua, un vaso
volteado.
• Pregunta: ¿Por qué no entra el agua en el vaso?
• Formulación de hipótesis: El vaso contiene una
sustancia, aire por ejemplo, que impide la entrada
del agua.
ANALIZAR
Pensamiento de Einstein:
La formulación de un problema es muchas veces más
importante que la solución, la cual puede ser
meramente una cuestión de habilidad matemática o
experimental. Hacer nuevas preguntas y considerar
nuevas posibilidades para enfocar viejos problemas
desde un nuevo ángulo requiere imaginación creadora
y señala el verdadero progreso de la Ciencia.
Un poco de hUmor…
2. BIOLOGIA
• Conceptos
• Etapas de su historia
• Ramas
CONCEPTOS
• Pertenece a las Ciencias Naturales.
• De origen griego: «bios» significa vida y «logo»
significa estudio, ciencia o tratado.
• Ciencia dinámica, holística y diversa.
• Estudia los seres vivos: sus características (comunes
y que los diferencian), sus procesos y sus funciones
a diferentes escalas y niveles de organización.
Historia:
De la Antigüedad a la Edad Media
Descripción
de más de
500 especies
- 4000 - 334
- 322
Científico
experimental
0
162 200 470
ANTIGUEDAD
-Tradiciones médicas
- Historia natural
1453
EDAD MEDIA
-Médicos
- Eruditos
Historia:
De los Tiempos Modernos al Concepto de Biología
Taxonomía
básica para el
mundo
natural
Mejoras en
lentes de
microscopios.
1492
1670
1735
TIEMPOS MODERNOS
1789
BIOLOGIA
1800-1802
EPOCA CONTEMPORANEA
Historia:
Era de la Biología
Teoría
Celular
1838
Origen de las
especies
1859
Leyes de
Mendels
1865
EPOCA CONTEMPORANEA
Historia:
Siglo del ADN: unidad de lo que vive
Redescubri
miento de
Leyes de
Mendels
1900
Actividad del
Gen en
relación con
posición del
cromosoma
1928
1953
Estructura
del ADN
1966
EPOCA CONTEMPORANEA
Desarrollo
De la
clasificación
Filogenética
RAMAS DE LA BIOLOGIA
• Según el organismo estudiado.
• Según el aspecto biológico estudiado.
• Según el campo.
Según el organiSmo…
Según el aSpecto biológico…
Genética
Ecología
Citología
B. de Poblaciones
Histología
Anatomía
Según el campo
Paleontología
Biofísica
Inmunología
Oceanología
Biotecnología
Etología
Bioquímica
Embriología
3. LOS SERES VIVOS
• Conceptos
• Características
• Descripción de cada una de estas
características
Conceptos
• Definición(es) de un ser vivo, a través de sus
características:
– Escala individual: nace, crece, se reproduce y muere.
– Escala específica: evoluciona, transmite información,
necesita energía.
• Factores abióticos (agua, luz, temperatura,
humedad, pH, tipo de suelo, nutrientes, aire,
fuerzas, entre otros).
• Factores bióticos: organismos vivos e interacciones.
CARACTERISTICAS
• Organización Jerárquica
• Metabolismo:
– Homeostasis
– Irritabilidad
– Crecimiento y Mantenimiento
– Movimiento
– Reproducción
• Herencia
• Adaptabilidad
• Evolución
ORGANIZACIÓN JERARQUICA
Nivel planetario
Nivel ecológico
Nivel corporal
Nivel celular
Nivel químico
Propiedades
Emergentes
Metabolismo
• Intercambio de materia y energía entre organismo y
su ambiente a través de reacciones químicas.
• 2 tipos:
– Anabolismo: producción de materia -las moléculas
simples se transforman en complejas. Necesita de
energía.
– Catabolismo: degradación de materia -las moléculas
complejas se transforman en simples. Libera energía.
• Excreción: eliminación de sustancias tóxicas
ingeridas o producidas por el metabolismo de un ser
vivo.
HOMEOSTASIS
• Capacidad de controlar y mantener un equilibrio
dinámico interno al interactuar con el ambiente.
• Sistema de auto regulación, ej. Azúcar.
• 2 Tipos:
– Termorregulación: regula la temperatura.
– Osmorregulación: regula los líquidos, nutrientes y las
toxinas.
IRRITABILIDAD
• Responder a ciertos cambios (estímulos) del
ambiente.
• Percepción a través de receptores (luz, tacto, ondas
sonoras,
equilibrio,
sustancias
químicas
temperatura, presión, movimiento, dolor, etc.).
• Respuesta a estímulo ejecutada por los efectores
(hormonas, músculos, órganos, etc.).
• Puede modificar el comportamiento.
CRECIMIENTO Y
MANTENIMIENTO
• Consumo de parte de la energía producida por su
metabolismo para crecimiento y reparación celular.
• Organismos unicelulares: crecimiento de tamaño
celular.
• Organismos multicelulares: multiplicación y
diferenciación celular a partir de células madre.
• Desarrollo (cambios en el organismo): ej. diversos
ciclos de vida y metamorfosis.
MOVIMIENTO
•
•
•
•
•
Capacidad de locomoción.
Ej. al interior de la célula: ciclosis.
Ej. en unicelulares: pseudo podos, flagelos o cilios.
Ej. en pluricelulares: alas, extremidades, aletas.
Organismos vágiles (móviles) vs. Sésiles (fijos).
REPRODUCCION
• Proceso biológico que permite la propagación de las
especies para la conservación de las mismas.
• 2 Tipos:
– asexual implica solo un progenitor (reproducción por
propágula o organismos unicelulares) y células
hijas=células progenitoras.
– Sexual: intervención de gametos (óvulos y
espermatozoides), que se fusionan para formar un
cigoto o huevo.
HERENCIA
• Transmisión de rasgos de progenitores a su
descendencia.
• Información transmitida a través del genotipo
(conjunto de caracteres transmisibles en forma de
alelos).
• Características anatómicas y fisiológicas representan
el fenotipo.
ADAPTABILIDAD
• Capacidad que tienen los organismos para sobrevivir
a ciertos cambios del ambiente.
• Mediano plazo, una posibilidad para adaptarse a los
cambios constantes y evolucionar.
• Generador de diversidad.
EVOLUCION
• Cambios estructurales y fisiológicos en una
población u organismo a través del tiempo.
• Se ha dado por la adaptación pero también se puede
dar por mutaciones.
Un poco de hUmor…
4. ORIGENES DE LA VIDA
•
•
•
•
•
•
•
Tierra primitiva
Océano primitivo
Teoría Química de la Evolución
Teoría de la Evolución
Selección Natural
Pruebas de la Teoría de la Evolución
Convergencia con otras cosmovisiones
TIERRA PRIMITIVA
• La Tierra tiene 4.6 billones de años.
• Origen de la vida es único.
• Tierra primitiva era muy diferente:
• 4 requisitos para evolución química:
– ausencia casi total O2
– fuente de energía
– disponibilidad de compuestos químicos simples
– tiempo
Océano Primitivo
• Primer Océano data de 3.8 billones de años atrás.
• La vida surgió en el mar.
• Reacciones químicas facilitadas en el agua por ser el
solvente universal (debido a su polaridad).
Teoría química
de la evolución
Energía y Tiempo
Materia inanimada Pequeñas Moléculas Orgánicas
Macromoléculas (amino ácidos y proteínas)
Moléculas capaces de duplicarse y metabolizar
• Primeras células aparecen hace 3.5 billones de años.
• Estas células -con mucho tiempo- evolucionaron y
crearon la diversidad de vida en nuestro planeta.
Teoría de la Evolución
• 1859: origen de las especies de Darwin.
• Dos conceptos revolucionarios:
– Especies relacionadas por ancestros comunes
– Cambio de características con el tiempo:
«descendencia con modificación»
• Evolución supone que especies
independientes ni inalterables.
no
son
SELECCIÓN NATURAL
• Selección natural se produce si:
– En una población las características heredables poseen
variaciones (alelos).
– En un ambiente concreto algunas de estas características
son seleccionadas: noción de éxito en descendencia.
• Las frecuencias alélicas de una población cambian
como resultado de la acción de la selección sobre
individuos.
• La evolución son los cambios a lo largo del tiempo
de la frecuencia alélica.
PRUEBAS DE LA Teoría de la
evolución
• Proximidad geográfica de especies estrechamente
ligadas (Ej. Pinzones).
• Fósiles y extinciones.
• Homologías estructurales y vestigios.
• Universalidad del ADN y casi
universalidad del código genético.
UN CAMINO DE LA EVOLUCIÓN
Procariotas unicelulares
Eucariotas unicelulares
Eucariotas multicelulares
de cuerpo blando
Invertebrados marinos con concha
Peces, Anfibios, Reptiles, Aves y Mamíferos
• Plantas: historia evolutiva comparable…
Pocos
Fósiles
C
O
M
P
L
E
X
I
F
I
C
A
C
I
O
N
Investigar:
OTRAS COSMOVISIONES
• Teoría Creacionista: especies creadas una por
intervención divina, alrededor de -4000.
• Teoría Cosmozoica: vida viene de otro lugar del
universo.
• Teoría Mitológica: ej. aborigen, maya, inca, egipcia,
hindú, griega.
Un poco de hUmor…
ANEXOS
• Viaje del Beagle
• Las chimeneas hidrotermales
EL VIAJE DE DARWIN EN EL BEAGLE
CHIMENEAS HIDROTERMALES
PRIMER PARCIAL
UNIDAD II:
DIVERSIDAD de LOS SERES VIVOS
1. Árbol de la Vida
2. Características de diferentes dominios
3. Los difíciles a clasificar: virus!
1. Árbol de la VIDA
• Conceptos
• Los «big bangs» de la historia de la
vida
• Biodiversidad
• Diferentes clasificaciones
CONCEPTOS
• Árbol de la vida es un árbol que ilustra los lazos
genealógicos partiendo del hecho que tenemos
ancestros en común (el más antiguo es único).
• Necesidad de clasificar:
– Sistemática (identificación, descripción, inventario de los
seres vivos).
– Taxonomía (nombrar y clasificar organismos).
• Taxón: grupo de organismos reconocidos como unidad,
nudo en el árbol filogenético o a una hoja.
• Concepto de especie: biológica, evolutiva, filogenética.
BIG BANGS
de la historia de la vida
TIEMPO
- 13 700 Ma
Big Bang
- 4 600 Ma
Formación del
Sistema Solar
- 3 800 a 3 500 Ma
Aparición de la vida
- 2 700 a 2 500 Ma
Aparición de
cianobacterías y
eucariotas
La vida comienza a
influir en el planeta:
atmósfera, rocas, etc.
Primeros fósiles.
- 600 a 550 Ma
Explosión de los
metazoarios:
Numerosos fósiles,
conquista de los
continentes
BIODIVERSIDAD
• Organismos unificados por el ADN y la estructura
celular.
• Diversidad de historias, adaptaciones, formas,
funciones, recursos energéticos, vías metabólicas.
• En la evolución la diversificación no se interrumpe:
mutaciones y selección natural.
• Actualmente, aproximadamente 2 Millones de
especies descritas.
Repartición de especies según
taxones
Diferentes clasificaciones
• Cada clasificación basada en contexto histórico,
cultural y tecnológico de su época.
• Diferentes clasificaciones:
– Clasificación de Linneo en 1735.
– Clasificación de Whittaker en 1969 en 5 reinos.
– Clasificación filogenética de Woese en los años 1970 en
3 dominios.
Clasificación de Linneo
(1735)
• Introdujo el nombre científico binomial y único:
Homo sapiens.
• Niveles taxonómicos (taxones) jerárquicos: reino,
filo, clase, orden, familia, género y especie.
CINCO REINOS
(1969)
• Procariotas:
– Monera
• Eucariotas:
– Protista
– Hongos
– Vegetales
– Animales
Clasificación filogénica
• 3 grupos o dominios:
– Archae
– Bacterias
– Eucariotas
Procariotas
Árbol Filogenético
• Estudios moleculares basados en la teoría de la
evolución:
– Plantas terrestres: A-U-A-U-C-G-A-G
– Algas verdes:
A-U-A-U-G-G-A-G
– Algas marrones: A-A-A-U-G-G-A-G
Un poco de hUmor…
Tengo derecho
a un juicio justo.
Tengo derecho a
un abogado.
Tengo derecho a
una llamada
telefónica.
2. CARACTERISTICAS DE
3 dominios
•
•
•
•
•
•
3 Dominios
Procariotas y Eucariotas
Bacterias
Arqueos
Eucariotas y sus 8 reinos
Virus
Clasificación en 3 dominios
Robusteza
• Homologías estructurales vs. homologías derivadas.
• Establecer una clasificación natural basada en la
teoría de la evolución (genealogía entre organismos).
3 DOMINIOS VS. 5 REINOS
PRINCIPALES CARACTERÍSTICAS
EUCARIOTAS Y PROCARIOTAS
• Diferencias en estructura del ADN
– Procariotas: No protegido, circular, contiene unos 5000
genes, 97% codante.
– Eucariotas: Protegido por núcleo, linear, gran cantidad
de genes, mayoría no codantes.
• Presencia de organelos, cito esqueleto, fagotrofía,
sexualidad solo en Eucariotas.
ÁRBOL PROCARIOTAS
BACTERIAS -Generalidades
• Estructura procariota.
• Puestas en evidencia con la microbiología.
• Formas y tallas variables: nanobacterías 0.05µm,
Mycoplasmas 0.3µm hasta Epulopiscium fishelsoni
600µm x 80 µm.
BACTERIAS- DIVERSIDAD
• Diversidad de formas < Eucariotas; más de 9000
especies.
• Diversidad de recursos energéticos y vías
metabólicas (quimiotrofía, fototrofía -fotosistema I
y II-, heterotrofía -aeróbica y anaeróbica-) >
Eucariotas.
TIPOS DE BACTERIAS
BACTERIAS- ECOLOGIA
• Toda la biósfera y dentro de muchos seres vivos.
• Primeras etapas de formación del suelo antes de la
instalación de plantas.
• Base de la red trófica.
• Simbiontes (mutualistas, parásitos).
• Reciclaje de la materia viva (cadáveres y
excrementos), importantes en ciclos de N, S y C.
ARQUEOS- GENERALIDADES
• Estructura procariota.
• Descubierto por Woese en 1977.
• Diámetro de 0.1 a 15 µm, hasta 200µm.
ARQUEOS- DIVERSIDAD
• 259 especies.
• 2 reinos:
– Crenarcheota: taxones hipertermófilos.
– Euryarcheota: halófilos y metanógenos.
• Mayoría heterótrofos, algunos quimiosintéticos.
• Carácter derivado: metanogénesis (anaeróbica).
ARQUEOS- Ecología
• Repartición mundial: mares salados, lagos salados,
sedimentos, fuentes hidrotermales.
• Ambientes extremos: anaeróbicos, hiper salados, al
tas y bajas temperaturas, profundidades oceánicas.
Un poco de hUmor…
EUCARIOTAS- Generalidades
• Información genética al interior de un núcleo y
presencia de organelos.
• Unicelulares o multicelulares.
• Células entre 10 a 100 µm, organismos entre
algunos µm a más de 100 metros!
LOS RECORDS:
• 33 metros y 130 toneladas:
– Ballena azul -Balaenoptera musculus.
• Más 100 metros de alto:
– Sequoia sempervirens.
• 890 hectáreas y alrededor de 2400 años:
– Hongo gigante- Armillaria solidipes.
EUCARIOTAS- Diversidad
• Grupo más conocido:
– Alrededor de 1.7 Millones de especies.
– Existencia de fósiles de millardos de años.
• 8 reinos:
– Opistocontes
– Amoebobiontes
– Plantae
– Alveolobiontes
– Rhizaria
– Stramenopiles
– Disicristates
– Excavates
EUCARIOTES-ECOLOGIA
• Toda latitud, altitud, profundidad.
• Biomasa considerable en todos los ecosistemas.
• Aeróbicos (necesidad de oxígeno), las excepciones
son modificaciones.
• Metabolismo oxidativo homogéneo (Respiración
celular: ciclo de Krebs).
ARBOL EUCARIOTAS
OPISTOCONTES- METAZOARIOS
Demoesponjas Hexactinelidos
Cnidarios
Protostomos
Ctenóforos
Deuterostomos
Esponjas
Calcáreas
Invertebrados
según la tradición
Platelmintos
Moluscos
Anélidos
Artrópodos
Nematodos
Más Invertebrados y
Vertebrados
Equinodermos
Urocordatos
Vertebrados
Condrichtios
Sarcopterigianos
Más conocidoS…
Una parte de
los peces
ranas
mamíferos
Aves
Una parte de
los peces
ARBOL PROTOSTOMOS
ARBOL DEUTEROSTOMOS
OpistocontesFungi y Microsporidae
AMOEBOBIONTOS
Archamoeba
Lobosa
Micetobiontos
PLANTAE
Rodobiontas o algas rojas
Chlamydomona:
Clorobionta
Centrohelida
Briofitas o
musgos
Magnoliofitas
(Fanerogamas o
plantas de flor)
Ulva:
clorobiontas
Filicofitas
o helechos
ARBOL REINO PLANTAE
RHIZARIA
ALVEOLOBIONTOS
Toxoplasma gondii
Gymnodinium fuscum
Paramecium sp.
ESTRAMENOPILOS
Oobiontos
Cromobiontos
Haptobiontos
Criptobiontos
DISICRISTATES
EXCAVATES
VIRUS
• Es una pequeña partícula de ADN o ARN rodeado
por una cubierta proteica llamada cápside.
• Los virus no son celulares y no pueden realizar
actividades metabólicas, moverse, crecer o reproducirse
de manera independiente.
• Son parásitos intracelulares obligados, utilizan energía,
enzimas y ribosomas para replicarse.
• Pero contienen material genético y proteínas, tienen la
capacidad de reproducirse (solo en hospedero) y
mutar.
DIVERSIDAD DE VIRUS
REPLICACIÓN VIRIS
VIROIDES Y PRIONES
• Viroides: cadenas cortas de ARN que invaden el
núcleo de una célula huésped y dirigen la síntesis de
nuevos viroides. Originan ciertas enfermedades de
las plantas.
• Priones: carecen de material genético, se componen
de protéina priónica mutante, actúa como una
enzima que cataliza la formación de más priones.
Asociado a enfermedades del sistema nervioso,
como el kuru, Creutzfekd-Jakob y la tembladera.
Conclusiones
Sobre Diversidad
• 2 Millones de especie aquí solo se presentan algunas
pocas.
• No es fácil a primera vista establecer
correspondencias.
• Debemos esperar que este árbol se vuelva más
complejo con el descubrimiento de nuevos taxones.
ANEXOS
• Referencias del parcial I, unidad II
• Continuum entre vegetal y animal
REFERENCIAS Parcial I, Unidad II
ContinuUM
entre vegetal y animal
Fotosíntesis cloroplasto y no
hay movimiento
Ausencia de Fotosíntesis, de pared
celular, movimiento y depredación