Anexo S4P1: NIVELES DE ORGANIZACIÓN A continuación se presentan fragmentos de diferentes lecturas que aportarán información para el análisis de los contenidos relativos a los niveles de organización de los sistemas vivos. Es importante que lleven a cabo una lectura crítica de los mismos. Camus, P. 1992. El análisis jerárquico y su uso conceptual en ecología. Revista Chilena de Historia Natural 65:287-296 Se puede encontrar en Internet en la siguiente URL: rchn.biologiachile.cl/ pdfs/1992/3/ Camus_1992.pdf Jerarquía ha llegado a ser un término desprovisto de un significado único en biología, producto de su historia de utilización en múltiples contextos. Es pertinente, por tanto, proponer una definición a fin de lograr un mejor análisis de su uso y relevancia, particularmente en ecología. Una definición de jerarquía proveniente de la filosofía puede ser usada como punto de partida: “disposición de los elementos de un conjunto en orden que posee diversos grados esencialmente determinados por el valor y por la realidad atribuidos a cada uno” (Ferrater, 1958).

magnitud pero no en forma o cualidad. El ecosistema es un conjunto de niveles de organización, los que pueden descomponerse y delimitarse en una jerarquía de tasas y frecuencias de respuesta de los procesos que en él ocurren.

Sin embargo, no cualquier sistema en que se definan niveles, o en el que haya algún tipo de conexión entre sus componentes, es un sistema jerárquico. La estructura jerárquica de un sistema no es arbritaria y debe ser derivada empíricamente, para lo cual se requiere una base conceptual que permita hacer operatoria esta aproximación.

Reconocer que los sistemas biológicos son eminentemente jerárquicos lleva a replantear las formas usuales de detectar e interpretar patrones ecológicos, así como los procesos y la organización a que responden. Los hechos biológicos se nos muestran como una fenomenología de niveles, y muchas veces el nivel de observación determina el fenómeno en estudio (Meyer et al. 1979). El enfoque jerárquico puede estimular una actitud crítica ante visiones que intentan reducir diferentes escalas de variación a un único nivel de interacciones (e.g. Competencia como explicaciones de patrones comunitarios o biogeográficos).

Un sistema jerárquico se constituye segregando el comportamiento de sus elementos en distintos grupos de acuerdo a su similitud en escala a la cual ocurren (sus tasas o frecuencias naturales). En un sistema jerárquico cada nivel operará a una tasa o escala diferente, y sus componentes son entidades cuya estructura es invariante en relación a la escala, es decir, sus atributos y comportamiento cambian en

Para muchos efectos, los conceptos de jerarquía y escala pueden ser esenciales para entender cómo un patrón se organiza o cambia a través de distintas escalas de observación (Wiens, 1989). Esta aproximación será relevante para la descripción de dinámicas no lineales de transición de la información entre escalas, así como para la comparación entre distintos sistemas.

A continuación se describen las características de los niveles de organización en los sistemas biológicos :

CÉLULA Unidad estructural y funcional de los seres vivos. El tema de célula es concepto fundamental de la Biología. A continuación se presentan algunas consideraciones para su enseñanza-aprendizaje. Mengascini (2006) meciona que: En contextos escolares, el estudio de las células se enfoca casi exclusivamente en relación con el cuerpo humano, como una derivación de estudios anatómicos. Este enfoque resulta apropiado si se tiene en cuenta que el propio cuerpo resulta a los niños más conocido que el de diferentes organismos. Sin embargo, puede derivar en una visión antropocéntrica que hace difícil imaginar a la célula como unidad estructural de todos los organismos.

con la función que cumplen. Por ejemplo, afirman que las células del epitelio bucal son semejantes entre sí porque son iguales genéticamente, pero difieren de las de otras partes del organismo; no pueden explicar cómo se transmite la información genética presente en el cigoto a las células del cuerpo que se formarán a partir de ella; en algunos casos la explicación dada es que dicha información genética se “reparte” entre las células (Banet y Ayuso, 1995).

Por otra parte, cuando se estudian las características de organismos diferentes a los animales superiores, los nuevos contenidos suelen incorporarse por comparación, sustituyendo en los diferentes tipos celulares estructuras que no son equivalentes (como es el caso de las mitocondrias y los cloroplastos).

También en relación con un enfoque “antropocéntrico” de la célula, ya hemos adelantado en un trabajo (Cordero et al., 2001), que, cuando se indaga sobre las funciones celulares, algunas respuestas de docentes y estudiantes no consideran algunas de las funciones, por estar éstas restringidas en el humano a aparatos especiales (como eliminar desechos) o, contradictoriamente, atribuyen a la célula funciones del organismo (sentir calor o frío, percibir sonidos, pensar). Esto remite a una indiferenciación de los distintos niveles de organización que abordan la complejidad de lo vivo, situación que hemos detectado también en el desarrollo de otros temas (Mengascini, 2005; Menegaz y Mengascini, 2005), atribuyéndose caracteres emergentes de un nivel a otros.

En relación con esto, es frecuente encontrar que los estudiantes, por considerar a la naturaleza celular como una característica particular de los animales, duden respecto de naturaleza celular o del carácter multicelular de otros seres vivos, como árboles, helechos u hongos, y que no consideren la presencia de cromosomas o información genética en ellos (WoodRobinson, Lewis, Leach y Driver, 1998; Banet y Ayuso, 1995; Mondelo, García Barros, Martinez Losada y Vega, 1997). Al referirse a “tipos” de células es frecuente que tanto estudiantes como docentes mencionen tipos funcionales y no tipos estructurales. Así, se mencionan a las células epiteliales, musculares o nerviosas como ejemplos de tipos celulares, que representan variantes fisiológicas dentro de un organismo animal complejo, y no procariotas y eucariotas, que son tipos diferentes estructuralmente (Cordero, Menegaz, Mengascini y Mordeglia, 2001).

Con respecto a la estructura de las células se han encontrado diversas concepciones alternativas (Caballer y Giménez, 1993; Cordero et al., 2001; García Zaforas, 1991). Al preguntarse a estudiantes y docentes sobre los componentes fundamentales de todas las células, es frecuente la mención al núcleo y la omisión del citoplasma. De este modo, por un lado, se deja sin considerar la existencia de células sin núcleo definido (como las procariotas); por otro, parece concebirse la existencia de células “huecas”.

Si bien los estudiantes aluden con frecuencia a la diversidad celular dentro del mismo organismo ésta resulta difícil de conceptuar. Es frecuente que consideren que los diversos tipos celulares tienen diferente información genética en relación

Es frecuente que los estudiantes confundan respiración celular con intercambio de gases, es decir, que no se asocie la respiración con una combustión que ocurre a nivel celular (García Zaforas, 1991). Por otra parte, muchas veces se considera que

los organelos encargados de la respiración en los vegetales son los cloroplastos, afirmando además que en la respiración estos organismos toman dióxido de carbono y liberan oxígeno, lo corresponde en realidad al proceso de fotosíntesis. Una cuestión que obstaculiza la comprensión de las células se relaciona con la visualización de estructuras tridimensionales a través de imágenes bidimensionales como esquemas, fotos o preparaciones microscópicas. De acuerdo con los resultados de algunas indagaciones (Díaz y Jiménez, 1996), se encuentran dificultades para el reconocimiento de estructuras al cambiar la orientación y para la extracción de información en imágenes complejas; por otra parte, las

representaciones mentales de los estudiantes parecen combinar escalas diferentes, así como imágenes resultantes de distintas técnicas (microscopio óptico, microscopio electrónico). Por otra parte, los temas relacionados con las estructuras subcelulares se estudian a través de modelos, como los de membrana o de ADN. Es frecuente que los estudiantes consideren a estos modelos como la “realidad”. Esto suele reforzarse desde algunos textos escolares, que presentan esquemas sin aclarar que se trata de modelos o, incluso, afirmando, incorrectamente, que corresponden a imágenes de microscopios electrónicos (Mengascini, Menegaz y Mordeglia, 2004)

Por otro lado, Caballer M. y Giménez, I. (1996) de un estudio realizado a 94 alumnos de 13 a 14 años en España, deducen que: Los alumnos consideran a la célula como una unidad viva, formadora de otros seres vivos, de aspecto redondeado tridimensional o plano. No se recuerdan ni identifican los orgánulos ni ninguna estructura interna celular ni funciones asociadas a esa estructura. Se piensa que los errores y dudas al responder los cuestionamientos sobre la célula se deben al desconocimiento de los procesos físico-químicos de la respiración, la absorción de agua, la reproducción, etc. Podría ser que el obstáculo epistemológico (factores que impiden la comprensión de algunos temas) residiera en la imposibilidad de representarse mentalmente una célula respirando o ingiriendo alimento, tanto más cuanto estos procesos se asocian a aparatos anatómicos como el respiratorio o

el digestivo de los seres humanos; evidentemente es imposible que existan esos aparatos en una célula. Se atribuyen a la célula funciones de organismos superiores en unos casos (por ejemplo sentir dolor o frío), pero no en otros. Conocer el interior celular sólo tendrá sentido cuando pueda hacerse intervenir la estructura en los procesos vitales de la célula. Mientras las funciones no puedan ser bien comprendidas, será vano exigir el aprendizaje de estructuras y orgánulos celulares, aunque sea a nivel muy sencillo, pues quedará reducido a la memorización de las parejas orgánulo-función, que en poco tiempo serán olvidadas o confundidas.

INDIVIDUO Sistema biológico funcional que, en los casos más simples se reduce a una sola célula (unicelular), o puede estar compuesto por numerosas células, agrupadas en tejidos y órganos. http://www.jmarcano.com/nociones/niveles.html POBLACIÓN Una población es un grupo de organismos de la misma especie que ocupan un una área geográfica y ambiente determinado en un mismo tiempo, comparten ciertos recursos naturales y están reproductivamente aislados de otros grupos semejantes. Las poblaciones así caracterizadas son estudiadas por una rama de la ecología conocida como ecología de poblaciones o demoecología (López-Zamorano, 2007).

En ocasiones las poblaciones naturales están conformadas por individuos que pueden emigrar o inmigrar de un lugar a otro convirtiéndose estas en subpoblaciones de una población mayor llamada metapoblación (López-Zamorano, 2007). La población tiene ciertas características que no son las características de quienes la componen. Un individuo nace para después morir, pero la población continúa. Un individuo es macho o hembra, viejo o joven, pero una población no tiene sexo ni edad (López-Zamorano, 2007). COMUNIDAD Asociación de poblaciones de diferentes especies que interactúan en la misma área o espacio. Consiste de especies que nacen, crecen y otras que inmigran dentro de un área y pueden sobrevivir a las condiciones físicas disponibles. En la comunidad, algunas especies se desarrollan sólo si otras especies están presentes (LópezZamorano, 2007). Actualmente, el estudio de las comunidades ha tomado gran importancia para comprender mejor el funcionamiento de los ecosistemas. Se ha demostrado que las alteraciones que el hombre ha provocado en comunidades establecidas pueden llevar a profundos cambios al desplazar y aún extinguir especies. Ya que la existencia del hombre depende de otros grupos de organismos, que a la vez se encuentran relacionados indispensablemente a otros más, el entendimiento de las interrelaciones es fundamental para una utilización sostenible de los recursos bióticos y ecoservicios a los que los humanos recurrimos (López-Zamorano, 2007). ECOSISTEMA Algunos prominentes ecólogos de principios del siglo pasado llegaron a pensar que las comunidades podían ser consideradas partes de un “súper organismo”. Aunque la idea no prosperó, se hizo evidente la relación funcional entre las comunidades, y éstas con su ambiente, en unidades diferenciables. En 1935, Tanley escribió un artículo en la revista Ecology en donde caracteriza a esas unidades y las denominó ecosistemas. ...el sistema (en el sentido de la física) el cual incluye no sólo al complejo de organismos sino también el entero complejo de factores físicos que forman lo que llamamos ambiente... no podemos separar a los organismos de su ambiente particular junto con el cual forman un único sistema físico... son los sistemas así formados los que... [son] las unidades básicas de la naturaleza sobre la faz de tierra ... Estos ecosistemas, como así los podemos denominar son de las más variadas clases y tamaños.

Así el “eco” del término se refiere al ambiente y el “sistema” indica un complejo de unidades coordinadas (López-Zamorano, 2007). El concepto de sistema ha sido inicialmente utilizado por los físicos para el estudio de las relaciones entre la materia y energía. Un sistema consiste en un conjunto o colección de partes independientes o subsistemas encerrados en un límite definido. Hay dos tipos de sistemas, el sistema cerrado en donde no hay entrada de materia desde el entorno, y el sistema abierto en donde se requiere la entrada de materia para que éste funcione. Los ecosistemas son sistemas abiertos (López-Zamorano, 2007). En un sistema abierto se llama entradas a lo que llega desde su entorno, ya sea materia o energía, y al cual el sistema responde. Lo que el sistema aporta a su entorno se llama salidas (López-Zamorano, 2007).

El sistema procesa entradas de una cierta manera a cada subsistema (mecanismos separados dentro del sistema) originando funciones en conjunto. Cada parte tiene un rol específico, pero su expresión depende de la apropiada función de todas las partes. Las salidas del sistema están directamente relacionadas a las entradas. Si las entradas cesan, el sistema no funciona por mucho tiempo (López-Zamorano, 2007). BIBLIOGRAFÍA Caballer M. y Giménez, I. 1993. Las ideas del alumnado sobre el concepto de célula al finaliar la educación general básica). Enseñanza de las Ciencias. 11 (1), 63-68 Camus, P. 1992. El análisis jerárquico y su uso conceptual en ecología. Revista Chilena de Historia Natural 65:287-296 López-Zamorano, 2007. Ecologia. Ediciones Universidad Asia Pacífico, 2da edición Mengascini. 2006. Propuesta didáctica y dificultades para el aprendizaje de la organización celular. Rev. Eureka. Enseñ. Divul. Cien. 3(3), 485-495 http://www.jmarcano.com/nociones/niveles.html (consultada en septiembre del 2010)