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Oposiciones Secundaria – Física y Química Temario Específico – Tema 72

TEMAS DE FÍSICA Y QUÍMICA (Oposiciones de Enseñanza Secundaria) ------------------------------------------------------------------------------TEMA 72 LOS SERES PLURICELULARES. LA NUTRICIÓN AUTÓTROFA Y HETERÓTROFA. LA REPRODUCCIÓN SEXUAL Y ASEXUAL. LA PERCEPCIÓN DE ESTÍMULOS Y LA ELABORACIÓN DE RESPUESTAS. LA DIVERSIDAD DE LOS SERES VIVOS: LOS GRANDES MODELOS DE ORGANIZACIÓN DE VEGETALES Y ANIMALES. IMPORTANCIA DE LOS ANIMALES Y PLANTAS EN LA VIDA COTIDIANA. Esquema 1. Introducción. 2. Los seres pluricelulares. 3. Nutrición autótrofa y heterótrofa. 3.1. Organismos autótrofos. 3.2. Organismos heterótrofos. 4. La reproducción sexual y asexual. 4.1. Reproducción asexual. 4.2. Reproducción sexual. 5. La percepción de los estímulos. 5.1. Estímulos y receptores 5.2. Impulso nervioso. 5.3. Sensación. 5.4. Respuesta. 5.5. Vegetales. 6. Diversidad de los seres vivos: modelos de organización. 6.1. Taxonomía. 6.2. Nomenclatura. 6.3. Los reinos. 6.4. Modelos de organización. 6.4.1. Seres sin auténtica organización histológica. 6.4.2. Seres con auténtica organización histológica. 6.4.2.1. Los cormófitos o vegetales. 6.4.2.2. Los eumatozoos o animales. 7. Importancia de los animales y plantas en la vida cotidiana.

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TEMA 72 LOS SERES PLURICELULARES. LA NUTRICIÓN AUTÓTROFA Y HETERÓTROFA. LA REPRODUCCIÓN SEXUAL Y ASEXUAL. LA PERCEPCIÓN DE ESTÍMULOS Y LA ELABORACIÓN DE RESPUESTAS. LA DIVERSIDAD DE LOS SERES VIVOS: LOS GRANDES MODELOS DE ORGANIZACIÓN DE VEGETALES Y ANIMALES. IMPORTANCIA DE LOS ANIMALES Y PLANTAS EN LA VIDA COTIDIANA.

1. INTRODUCCIÓN La naturaleza es compleja por lo que conviene dividirla, para su estudio, en partes discretas que llamamos niveles de organización, tales como los niveles atómico-molecular, celular, orgánico, ecológico, etc. El nivel orgánico está constituido por los seres vivos considerados como individuos. Pero es evidente para todos que, dentro de la gran diversidad, existen analogías más o menos estrechas entre distintos individuos que permiten agruparlos en distintas categorías. La primera gran división es en Reinos. En 1968 Whittaker estableció 5 reinos: Moneras (bacterias y cianobacterias), Protistas (eucariotas unicelulares), Metafitos (plantas), Metazoos (animales) y Micofitos (hongos). En 1985, Margulis reformó el reino de los Protistas, en el que incluyó, junto a los seres unicelulares, a los seres pluricelulares que no presentaban tejidos auténticos ya fuesen animales, plantas u hongos que de este modo no se incluirán ya en los otros reinos. Este nuevo reino protista se llama Protoctista. Por lo tanto, en este tema nos vamos a ocupar de las funciones fundamentales comunes o que diferencian a los seres pluricelulares de estos 4 reinos (Metafitos, Metazoos, Micofitos y los incluidos en los Protoctistas), así como de su importancia para la vida cotidiana.

2. LOS SERES PLURICELULARES Los seres vivos pueden ser unicelulares o pluricelulares, según estén formados por una célula o por varias. Sin embargo esto es sólo aproximado ya que entre el ser unicelular y el pluricelular auténtico existen muchos niveles organizativos intermedios difíciles de incluir en un grupo o en el otro. Así, podemos separar: Monoenérgi da :1 célula con 1 núcleo Polienérgi da :1 célula con varios núcleos Umicelular es  Plasmodios (consorcio s de agregación ) : células unidas después de nacer Colonias : células unidas desde el nacimiento  Pluricelul ares  Pluricelul ares sin tejido s auténticos  Pluricelul ares con tejido s auténticos

Sin embargo hay colonias, como el alga Volvox, donde ya se aprecia una clara división del trabajo entre sus células lo que constituye una característica de los seres pluricelulares auténticos. 2/19

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Conclusión: Definiremos a los seres pluricelulares como los formados por muchas células unidas congénitamente e intercomunicadas entre sí, entre las que se aprecia una división del trabajo que implica una diferenciación morfológica y funcional, más o menos acusada.

3. NUTRICIÓN AUTÓTROFA Y HETERÓTROFA Según el origen del carbono que los seres vivos precisan para elaborar su propia materia destinada al crecimiento, reparación de elementos desgastados o accidentados, renovación de estructuras, etc., podemos clasificarlos en Autótrofos y Heterótrofos. 3.1. Organismos Autótrofos. Los organismos que pueden sintetizar su propio alimento se dice que son autotróficos (autoalimentación) y necesitan únicamente agua, dióxido de carbono, sales minerales y una fuente de energía. En estos organismos autótrofos el carbono que asimilan, que es de origen inorgánico (CO2 de la atmósfera o disuelto en el agua), es reducido a carbono orgánico, glucosa fundamentalmente, gracias a la energía luminosa (fotosíntesis) o química (quimiosíntesis). Esta fuente de energía nos permite distinguir dos grupos de autótrofos: - Fotolitótrofos, cuya fuente de energía es la luz, como las plantas verdes y algas, que poseen clorofila, las cianobacterias y bacterias fotosintéticas y - Quimiolitótrofos, cuya fuente de energía son reacciones químicas de oxidación de sustancias inorgánicas, como las bacterias nitrosomas y las nitrobacter, las bacterias del metano, las del azufre, etc. 3.2. Organismos heterótrofos. En los organismos heterótrofos el carbono ha de ser de origen orgánico (carbono ya reducido) por lo que, directa o indirectamente, los heterótrofos dependen de los autótrofos para poder vivir. En la mayoría de los heterótrofos (animales y hongos) la materia orgánica tomada como alimento, no solo proporciona el carbono, sino también la energía por procesos de oxidación dependientes del O2 (aerobios) o de otras sustancias (anaerobios). Son, pues, organismos quimiorganótrofos. Algunos microorganismos son fotoorganótrofos, para los que la fuente de energía es la luz, pero la fuente de carbono es la materia orgánica. Hay varios tipos de nutrición heterotrófica: a) La nutrición holozoica cuando el alimento se obtiene como partículas sólidas que deben comerse, digerirse y absorberse, como ocurre en casi todos los animales. Estos deben, constantemente, buscar, capturar y comer otros organismos para obtener alimento, para lo cual han desarrollado multitud de estructuras sensitivas, nerviosas, musculares y digestivas para transformarlo en moléculas pequeñas susceptibles de ser absorbidas. Dentro de este tipo de alimentación, distinguiremos, los organismos herbívoros, que se alimentan de vegetales, los organismos carnívoros, que se alimentan de animales y los organismos omnívoros, que se alimentan de materia vegetal o animal.

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b) La nutrición saprófita la presentan las levaduras, mohos y casi todas las bacterias, que al no poder obtener nutrientes por procesos autotróficos y ni ingerir alimento sólido, deben absorber las sustancias nutritivas directamente a través de la membrana celular. Los saprófitos sólo pueden desarrollarse en cuerpos de vegetales o animales en descomposición o desechos de los mismos. Son saprófitos las levaduras, que producen fermentaciones. c) El parasitismo es un tercer tipo de nutrición que se da en animales y plantas. El parásito vive sobre o dentro del cuerpo de un vegetal o animal, llamado huésped y obtiene de él su alimento por ingestión y digestión de partículas sólidas o por absorción de moléculas a través de su pared celular, a partir de líquidos o tejidos del huésped. Algunos parásitos no producen daño al huésped pero otros producen enfermedades y se llaman parásitos patógenos. Esta diferenciación hecha entre organismos autótrofos y heterótrofos (en sus distintas variedades), válida a nivel unicelular, conviene matizarla en el nivel de organismos pluricelulares. Las plantas verdes, modelos de seres autótrofos, están formadas por células autótrofas y heterótrofas. Efectivamente, la célula de la médula del tallo y todas las de las raíces, por ejemplo, no son capaces de utilizar el CO2 y la luz, que no les llega directamente, por lo que precisan el carbono ya reducido para su funcionamiento. Son, pues, heterótrofas. También las células verdes de las hojas, durante la noche trabajan como heterótrofas. Cuando hablamos de autótrofos, nos referimos casi siempre al origen del carbono, pero también son importantes el nitrógeno y el azufre por formar parte de aminoácidos. Ambos son tomados como sales minerales (inorgánicas) por los autótrofos. Sólo unos pocos, como las cianobacterias fundamentalmente, son capaces de fijar y reducir el nitrógeno atmosférico o disuelto en el agua, a NH3 . Por ello son considerados como los seres vivos más autosuficientes.

4. LA REPRODUCCIÓN SEXUAL Y ASEXUAL La reproducción es el proceso homeostático de la especie, es decir, el proceso por el cual los individuos existentes engendran nuevos individuos semejantes a ellos. Existen dos tipos fundamentales de reproducción: Asexual y Sexual. 4.1. Reproducción asexual. La reproducción asexual, también llamada vegetativa, se caracteriza por un solo antecesor, el cual se divide, forma yemas, se fragmenta o produce esporas, para dar lugar a dos o más descendientes. Este tipo de reproducción se realiza sin gametos, es decir, sin células especiales producidas por meiosis. En la reproducción asexual sólo intervienen procesos mitóticos. Todos los descendientes producidos asexualmente de un solo progenitor, tienen la misma constitución genética, la misma dotación de genes que el progenitor, y se denominan clono. La reproducción asexual puede ocurrir por diversos mecanismos, que son: a) Escisión. División longitudinal o transversal de un individuo en dos o más fragmentos, que se transformarán en nuevos individuos. La escisión puede ser por bi4/19

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partición (típica de organismos unicelulares) o partición múltiple. En este segundo caso, que es más frecuente en animales inferiores, la regeneración de los nuevos individuos puede ocurrir antes de separarse los fragmentos (paratomía) o después de separarse los fragmentos (arquitomía). La escisión es frecuente en gusanos poliquetos. b) Fragmentación. El cuerpo del progenitor puede dividirse en varias piezas y cada pieza regenera las partes faltantes y forma un organismo completo. Es frecuente en los gusanos y estrellas de mar. En los vegetales es habitual su empleo para la multiplicación vegetativa de plantas en agricultura y jardinería: rizomas (lirio), bulbos (cebolla), tubérculos (patata), estolones (fresa), etc. c) Gemación. Los nuevos individuos nacen de yemas citoplasmáticas unicelulares o pluricelulares que se originan en el progenitor. Estas yemas pueden individualizarse o quedar unidas al progenitor formándose así colonias (esponjas, corales, etc.). En los vegetales, las yemas toman forma de propágulos (algas y musgos) o de tallos reducidos (yemas) en las plantas superiores y que sirven para la multiplicación vegetativa (injertos, acodos, esquejes, etc.). d) Esporulación. La reproducción se realiza por una célula producida por mitosis, llamada espora o mejor, mitospora. Las esporas típicas tienen cierta clase de cubierta resistente para soportar las condiciones ambientales desfavorables como el calor, el frío, la sequedad, etc. Cada una de estas células especiales pueden producir, sin fecundación, un nuevo organismo completo. Las esporas pueden ser endógenas o endosporas, como en algunas algas, o exógenas como las conidiosporas de los hongos, adaptadas a la dispersión por el aire. En los animales es menos frecuente, por ejemplo los esporozoos pero son organismos unicelulares. 4.2. Reproducción sexual. Este tipo de reproducción se realiza a partir de gametos o células especializadas producidas por meiosis. Como en la meiosis ser reduce el número de cromosomas a la mitad y se produce recombinación genética entre cromosomas homólogos, los gametos son diferentes genéticamente entre sí y con respecto al progenitor. Esto implica la variada combinación de las mejores características de los dos progenitores transmitidas por herencia. De este modo el hijo puede tener mejores condiciones de supervivencia que cada uno de sus antecesores. Por tanto, la reproducción sexual asegura, por una parte, la continuidad de la especie, y por otro, la evolución puede avanzar con mucha mayor rapidez. La reproducción sexual comprende varios procesos consecutivos: 1) Gametogénesis o formación de los gametos. En los seres pluricelulares, los gametos se forman en las gónadas de los animales que son los testículos y los ovarios y en los gametangios de los vegetales, que son los anteridios y arquegonios. Si el animal tiene ambos tipos de gónadas, se llama hermafrodita, como los gusanos. En los vegetales, si ambos gametangios están en la misma flor, se llaman hermafrodita y si están en flores separadas se llaman: dioicos si las flores están en individuos distintos, como las palmeras, y monoicos si las flores están en el mismo individuo, como los pinos. 2) Fecundación. Es la unión de un gameto masculino (espermatozoide o anterozoide) con otro femenino (óvulo u oosfera) para formar un huevo o cigoto. La fecunda5/19

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ción puede ser interna (conductos sexuales femeninos) o externa (generalmente en el agua). 3) Desarrollo que incluye las fases de segmentación, gastrulación y las de organogénesis. El desarrollo puede ser directo si el individuo nace con las características del adulto o indirecto si el individuo nace en forma de larva y tras una transformación llamada metamorfosis, se convierte en adulto. Existen diversos tipos de reproducción sexual: Cariogamia: Los gametos no son células, sino núcleos. Puede ocurrir por conjugación si intervienen dos individuos, o por autogamia si sólo interviene un individuo. Son típicas de los ciliados (paramecios). Somatogamia: Los gametos son células somáticas que unen primero sus citoplasmas, plasmogamia, y luego sus núcleos, cariogamia. Por ejemplo, los hongos basidiomicetos (setas típicas). Gametangiogamia. Se da en hongos, por unión de gametangios iguales de forma (isogametangiogamia, por ejemplo los zigomicetos) o por unión de gametangios de formas distintas (anisogametangiogamia; por ejemplo los ascomicetos). Gametogamia: Es la unión de gametos auténticos. Si se unen dos gametos, es la anfigonia, reproducción sexual típica de animales y plantas, que puede ser isogamia, con ambos gametos iguales y anisogamia, con un macrogameto femenino y un microgameto masculino. Si sólo interviene un gameto es la partenogénesis, que puede ser gamofásica y dará lugar a individuos haploides, generalmente machos como las abejas, o cigofásica donde el gameto es diploide. Veamos con más detalle la anisogamia, que es el proceso de reproducción sexual de la mayoría de los seres superiores. Comprende los siguientes procesos: A) Gametogénesis. Las células madre de los gametos son diploides (2N) y experimentan las siguientes fases: - Proliferación mediante mitosis, dando lugar a gonias (2N). - Crecimiento, pequeño para el gameto masculino y grande para el gameto femenino, estado de Citos I (2N). - Meiosis I o Reduccional, estado de Citos II (N). - Meiosis II o Ecuacional, produciendo gamétidas (N). - Diferenciación, dando lugar a Espermatozoides u Óvulo. FIG. 1

B) Fecundación. La aproximación de ambos gametos atraídos químicamente por sustancias llamadas fertilisinas del óvulo, que reaccionan con las antifertilisinas del es6/19

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permatozoide. El espermatozoide ha de atravesar las membranas protectoras del óvulo mediante la hialuronidasa del acrosoma, que se encuentra en la cabeza del espermatozoide. El punto de contacto óvulo-espermatozoide supone el avance del citoplasma ovular que se eleva (cono de atracción), englobando la cabeza del espermatozoide. Una vez que éste ha penetrado se endurecen las membranas ovulares dando lugar a la membrana de fecundación que evita la polispermia. El núcleo del espermatozoide y del óvulo se unen (cariogamia) formando un núcleo (2N) o sincarión. El cigoto así formado inicia inmediatamente la segmentación. C) Segmentación. La forma de realizar la segmentación depende del tipo de huevo o cigoto, es decir de la cantidad y distribución del vitelo, por lo cual distinguimos cuatro tipos de huevos: 1) Oligolecitos, huevos casi desprovistos de vitelo o con muy escasa cantidad. Propios de especies donde el embrión no obtiene alimento de reservas del huevo sino del cuerpo materno o del ambiente exterior (forman larvas). Sufren una segmentación total e igual 2) Heterolecitos, con vitelo abundante acumulado en un hemisferio del huevo mientras en el otro está el núcleo rodeado de vitelo germinativo. Son más grandes que los anteriores y sufren una segmentación total y desigual, como el huevo de la rana.

FIG. 2 Segmentación total y desigual del huevo de rana.

3) Telolecitos, con enorme cantidad de reservas nutritivas que ocupan la casi totalidad del huevo, relegando al vitelo germinativo con el núcleo a un pequeño casquete polar llamado disco germinativo, como ocurre en los huevos de las aves. Presentan una segmentación parcial y discoidal, como se indica en la fig. 3

FIG. 3. Segmentación parcial y discoidal del huevo de un calamar.

4) Centrolecitos también muy ricos en vitelo nutritivo, que ocupa todo el centro del huevo y está rodeado de una capa superficial de vitelo germinativo. El núcleo, con un poco de vitelo germinativo, reside en medio del vitelo nutritivo y sufren una segmentación parcial superficial. Poseen este tipo de huevo la mayoría de los artrópodos. El periodo de segmentación concluye con la formación de la blástula (A) que por invaginación o migración celular da lugar a una gástrula (C). Este proceso llamado 7/19

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gastrulación se realiza en los casos más sencillos y típicos por invaginación (B) del hemisferio vegetativo de la pared blastular en la que se aprecian dos hojas embrionarias llamadas ectodermo (ec) y endodermo (en) que encierran una cavidad gastrular o gastrocele (g) o intestino primitivo. Este, comunica con el exterior por el orificio de invaginación (b) llamado blastoporo o prostoma. Posteriormente, y solo en los animales triblásticos, puede formarse una tercera hoja celular, el mesodermo (m) en la que se excavará un hueco o celoma. En los animales diblásticos no ocurrirá esta última fase.

FIG. 4. A-Blástula. B-Principio de gastrulación C-Gástrula

D) Organogénesis. A expensas de las hojas embrionarias se originan los esbozos de los órganos por plegamientos y proliferaciones. Los detalles del proceso varían de unos grupos a otros del reino animal, pero los rasgos básicos son comunes a todos. El ectodermo originará la epidermis, el sistema nervioso central, las células sensoriales y la última porción del tubo digestivo. El endodermo formará la porción secretora y absorbente del tubo digestivo con sus glándulas anejas y el mesodermo dará origen al tejido conjuntivo, la musculatura, el aparato excretor, las gónadas y, en los vertebrados, el endoesqueleto. El sistema nervioso central resulta, en todos los vertebrados, de una invaginación longitudinal del ectodermo que se extiende en forma de canal desde el extremo anterior al posterior. Hundiéndose en el seno del mesodermo subyacente, acaba por transforma rse en un tubo neural independiente de la epidermis. Sus células se convierten en células nerviosas.

5. LA PERCEPCIÓN DE ESTÍMULOS Para sobrevivir, cada organismo ha creado mecanismos por los cuales da respuestas apropiadas a los cambios específicos en el medio ambiente. Ello requiere órganos sensoriales para descubrir las variaciones del medio, órganos que integren y coordinen la información recibida y órganos que dén respuesta apropiada a estos cambios. Los seres unicelulares son sensibles a muchas clases de estímulos del medio, como se demuestra por sus respuestas a la luz, a sustancias químicas, a corrientes eléctricas, a cambios de concentración de una disolución, etc. Los seres pluricelulares han creado una variedad de células receptoras especializadas, cada una de las cuales es sensible a un tipo de estímulo del medio. La pluricelularidad supone, en estos seres, importantes ventajas, entre ellas la posibilidad de adaptaciones a diversos ambientes, diferenciando partes concretas de su masa celular para determinadas misiones, por ejemplo, la epidermis es el órgano protector contra la desecación en el medio aéreo, el oído y el ojo son los órganos sensibles a los estímulos de sonido y luz del exterior, etc. Pero al mismo tiempo, la pluricelularidad de estos seres requiere la necesidad de integrar las distintas partes especializadas en un único órgano

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coordinador. Esta función, así como la relación con el mundo exterior, la realiza el sistema nervioso y el sistema endocrino. Estos dos sistemas responden, pues, a señales externas o internas que llamamos estímulos. Para que haya una respuesta es preciso que las señales excitantes sean capaces de desencadenar una señal nerviosa. Para ello deben actuar sobre estructuras adecuadas llamados receptores, sobrepasando un umbral mínimo de intensidad y se propagarán por las vías nerviosas aferentes, en forma de impulso nervioso, hasta los centros integradores, centros nerviosos, elaboradores de la respuesta adecuada, en donde la señal se transforma en sensación o percepción.

Estímulo  → Receptor  → Centro nervioso  → Respuesta 5.1. Estímulos y receptores. Decimos que el hombre tiene cinco sentidos: vista, oído, olfato, gusto y tacto, pero éstos, a su vez pueden dividirse en otros sentidos que detectan estímulos variados, así por ejemplo, el tacto puede sentir el dolor, la presión, el calor y el frío, el oído percibe también el equilibrio y la rotación. Otros sentidos, más vagos y menos especializados, perciben sensaciones internas del cuerpo como tensión de los músculos, hambre, ná useas, dolor y orgasmo. Los órganos de los sentidos tienen la doble función de detectar los cambios y de transmitir la información al órgano coordinador, que es el sistema nervioso central, para obtener de él la respuesta adecuada. Un único órgano sensorial proporcionaría muy poca información útil si respondiera a toda clase de estímulo, por ello, la evolución ha producido una especialización de estos órganos sensoriales a las diferentes clases de estímulos. En general y considerando todas las especies vivas, dada la variedad de estímulos que el medio ambiente puede producir, podemos agrupar los receptores de los estímulos en cinco categorías, que describimos en el siguiente cuadro: Estímulos Deformación mecánica Cambios de temperatura Lesiones física o químicas Luz Cambios químicos

Receptores Mecanorreceptores Termorreceptores Nocioceptores Fotorreceptores Quimiorreceptores

Ejemplo Tacto, Audición Terminaciones ne rviosas libres Visión Gusto, Olfato

Cada órgano sensorial es una estructura especializada que consta de células receptoras y tejidos accesorios. Por ejemplo, en el ojo, las células receptoras son los conos y bastones de la retina y los tejidos accesorios son la córnea, el cristalino, el iris y los músculos ciliares. Los receptores son generalmente células nerviosas cuyos axones se extienden en el sistema nervioso central o se conectan sinápticamente con una o más interneuronas conectadas a su vez con el sistema nervioso central. Cuando el estímulo actúa sobre el receptor, desencadena una corriente electroquímica, bien porque modifica una fibra nerviosa (potencial generador), bien porque modifica células receptoras especificas (potencial del receptor). Estos potenciales dependen de la intensidad del estimulo, pero no exponencialmente, sino llegando a la satu-

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ración. Además se presenta la adaptación, es decir que la capacidad de responder decrece bajo una estimulación continua. 5.2. Impulso nervioso. El impulso nervioso es la corriente electroquímica generada por el estímulo en la fibra nerviosa. Ha sido estudiada detalladamente en el axón gigante del calamar, encontrándose un potencial de reposo de −70 milivoltios (mV) que se explica por la constitución de la membrana lipídica (aislante) y su permeabilidad selectiva ayudada por un sistema de transporte de iones llamado bomba Na/K. Esta bomba expulsa Na+ de la célula e introduce K+ y realiza un transporte activo en contra del gradiente de concentración, por lo que gasta energía (ATP). De esta forma, el exterior es rico en Na+ y Cl− (carga neta positiva), mientras que el interior lo es en K+ y proteínas ácidas negativas (carga neta negativa). Se dice que la membrana está polarizada. Cuando actúa un estimulo adecuado, cambia la permeabilidad de la membrana, abriéndose los canales para el Na+ que penetra masivamente. Esta entrada de Na+ hace cambiar, localmente la polaridad de la membrana (despolarización) que nos da un potencial de +40 mV (potencial de acción). Pero como ya hemos dicho, el estímulo debe tener una intensidad mínima, es decir, debe sobrepasar un umbral de despolarización de 15 mV (potencial generador), a partir del cual siempre se alcanzan los +40 mV, sea cual sea la intens idad del estimulo (ley del todo o nada neuronal). Pero la entrada de Na+ produce una salida de K+ compensadora por lo que el potenFIG. 5 EL IMPULSO NERVIOSO cial de membrana va volviendo a su valor de + reposo (repolarización). Esta salida de K llega a sobrepasar la entrada de Na+ por lo que el potencial de membrana cae por debajo de los -70 mV (hiperpolarización). La entrada en funcionamiento de la Bomba Na/K restituye el potencial de reposo. Se distinguen dos periodos refractarios: el periodo refractario absoluto, corresponde al ascenso del potencial de acción, en el cual la neurona no puede responder a un nuevo estimulo (0'5-2 ms) y el periodo refractario relativo, corresponde a la repolarización, en el cual la neurona puede responder a otro estimulo pero con una valor umbral superior. Una vez generada una despolarización, ésta se transmite como una corriente electroquímica en ambos sentidos, pero en las sinapsis, sólo puede hacerlo en el sentido axón a dendrita o soma, por lo que el impulso adquiere un solo sentido.

FIG. 6

En la sinapsis, una brecha de unos 20 nm separa las dos membranas plasmáticas y el impulso es transmitido a través de la brecha por unos transmisores químicos especial-

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les llamados neurotransmisores, fundamentalmente Acetilcolina y Adrenalina, que se liberan por la rotura de las vesículas presinápticas. La acetilcolina es un estimulador potente que provoca la despolarización local de la membrana de la célula muscular, lo cual desencadena impulsos propagados y provoca la contracción de la fibra muscular. La transmisión química incluye neurosecreción y quiFIG. 7 miorrecepción. La llegada del impulso nervioso a la punta del axón estimula la liberación del neurotransmisor penetrando en el estrecho espacio sináptico, se adhiere a los puntos moleculares precisos de la dendrita y produce modificaciones de la membrana celular, con lo cual puede seguir el impulso. El paso del neurotransmisor es por simple difusión y dada la distancia tan corta se produce una alta velocidad en la sinapsis. 5.3. Sensación. El estímulo no suele producir un impulso aislado, sino más bien una descarga de impulsos (señal) que presentan sumación espacial, es decir, la señal es mayor cuantas más fibras sean estimuladas y sumación temporal si el estímulo se repite. Esta señal puede ampliarse, inhibirse, convertirse en varias, durar más, etc., mediante circuitos. En el esquema de la fig.8, llamado Circuito de descarga ulterior, vemos como una señal a sigue un camino normal de axón a dendrita a través de la FIG. 8 sinapsis, pero hay una desviación, b, de la señal que se producirá detrás de a, lo que aumentará la duración del impulso nervioso. La localización exacta del punto de estimulación se debe a una disposición espacial precisa de las fibras nerviosas receptoras, que se continua en los centros nerviosos. 5.4. Respuesta. Toda la información se integra en los centros nerviosos, central y periférico, para producir la respuesta adecuada a los estímulos recibidos. Las respuestas más simples las constituyen los actos reflejos y las más complejas son las actividades intelectuales de los humanos. Un acto reflejo es una respuesta automática e innata a un estímulo dado, que sólo depende de las relaciones de las neuronas que participan y afecta a una parte del cuerpo y no a la totalidad de él. Son actos reflejos, la flexión de la pierna como respuesta a un estímulo doloroso o la constricción de la pupila a la luz intensa. Actos reflejos son las unidades funcionales del sistema nervioso y muchas de nuestras actividades dependen de ellos, por ejemplo, actos reflejos controlan la frecuencia cardíaca, la presión arterial, la salivación, la respiración, los movimientos del tubo digestivo, etc. Los reflejos existentes al nacer se llaman heredados y los adquiridos por la experiencia se llaman condicionados. El requerimiento anatómico mínimo para la conducta refleja es: una neurona sensorial con receptor para recoger el estímulo, unida por una sinapsis a una neurona motora adherida a un músculo o a algún otro efector. Se llama arco reflejo monosináptico. 11/ 19

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FIG. 9. Esquema de un arco reflejo que muestra con flecha la vía seguida por el impulso

El reflejo más simple, o miotático, en el que la estimulación de un receptor produce contracción de un músculo es el del golpe en la rodilla: Golpe en tendón de la rodilla (estímulo) → Receptores del tendón estimulados (receptor) → Impulso nervioso por arco reflejo hasta la médula → Asta posterior de la médula (neurona sensitiva) → Asta anterior de la médula (neurona motora) → Impulso nervioso motor → Contracción del músculo adherido al tendón. Las respuestas más complejas a los estímulos externos, las englobamos en las consideradas capacidades superiores propias de las actividades intelectuales de la especie humana. Podemos considerar como tales, la memoria, la inteligencia, la capacidad de razonamiento, la voluntad, las emociones, el afecto y el amor, el deseo sexual, la amistad, etc., capacidades que tienen generalmente una difícil explicación física y fisiológica y los mecanismos neuronales que regulan estas funciones superiores no son conocidos completamente en todos los casos. Señalaremos a modo de ejemplo, una función, considerada de las superiores y que por su importancia global afecta a todos los vertebrados: es la vigilia. Podemos definir la vigilia como la capacidad del sistema nervioso de prestar atención a campos concretos de actividad y se le opone el sueño. Este ritmo vigilia-sueño, ritmo neurobiológico, depende del Sistema Activador Reticular, SAR, que entra en funcionamiento por un estímulo doloroso y manda señales activadoras al área motora de la corteza cerebral, al sistema nervioso simpático y estimula la actividad periférica. Estas tres áreas envían aferencias estimulantes al SAR manteniéndolo en actividad. Después de un periodo más o menos prolongado de actividad, las neuronas de SAR se fatigan, enviando señales eferentes más débiles y por lo tanto recibiendo aferentes también más débiles. Al llegar a un valor critico, al SAR deja de funcionar y se produce el sueño. Tras el descanso se recuperan las neuronas del SAR, pero necesitarán un estimulo doloroso para volver a la actividad. 5.5. Vegetales. Los vegetales carecen de sistema nervioso, sin embargo es claro que responden a estímulos ambientales por crecimiento diferencial, fenómenos de turgencia, cambios fisiológicos, etc. Las plantas en crecimiento activo pueden responder a un estímulo en cierta dirección mediante un crecimiento más rápido a un lado o al opuesto. Una respuesta de crecimiento de este tipo se llama tropismo y sólo puede haberlo en las partes de la planta en crecimiento. Los tropismos reciben nombres que derivan del estímulo que los produce, por 12/ 19

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ejemplo, fototropismo, respuesta a la luz, quimiotropismo, respuesta a sustancias químicas, tigmotropismo, respuesta al contacto, etc. Estos tropismos pueden ser positivos o negativos, según que la respuesta sea hacia el estímulo o en dirección opuesta al estímulo respectivamente. Por ejemplo, independientemente de la orientación de la semilla en el suelo, la raíz primitiva y el brote del embrión se orientan respectivamente hacia abajo y hacia arriba (hay geotropismo positivo en la raíz y negativo en el tallo). Las respuestas a los tropismos por la estimulación de los factores externos, que se manifiestan por un crecimiento diferencial, respecto del crecimiento normal, se deben a las hormonas de crecimiento llamadas auxinas o ácido indolacético y sus derivados, que se distribuyen en forma desigual en distintos puntos de la planta. La luz no reacciona con la auxina misma sino con el fotorreceptor con efecto sobre ciertas moléculas de auxinas, tal vez a nivel del sistema enzimático que produce esta sustancia.

6. DIVERSIDAD DE LOS SERES VIVOS: MODELOS DE ORGANIZACIÓN La Biosfera es el conjunto de seres vivos que habitan nuestro planeta y presenta dos características básicas: a) La discontinuidad, es decir, la biosfera está dividida en unidades discretas que llamamos organismos y b) la diversidad, es decir, que existen distintos modos de resolver los problemas básicos de todo organismo, como son, la nutrición, la reproducción, la comunicación, etc. El hombre, comparte la Tierra con más de cinco millones de especies de seres vivos. Establecer un orden en esta diversidad ha sido y es uno de los objetivos fundamentales de los estudiosos de la Naturaleza. Este orden o clasificación es el objetivo de la Taxonomía, mientras que la Sistemática estudia las relaciones entre los organismos. Las características de los seres vivos permiten clasificarlos en una escala jerárquica, con especies, géneros, familias, órdenes, clases y filos. Este esquema jerárquico indica las relaciones de la evolución. La clasificación de los seres vivos actuales en gr upos bien definidos es sólo factible porque se han extinguido muchas de las formas intermedias. Si de todo vegetal o animal que alguna vez existió, persistiera su especie, sería difícil dividir el mundo viviente en categorías taxonómicas precisas, pues habría una serie gradual continua de formas, desde las simples hasta las complejas y evolucionadas. Las especies ahora en existencia han sido llamadas islas en un mar de muerte, también comparadas a los brotes finales de un árbol al que se le hubiera suprimido el tronco y las principales ramas. El problema de la taxonomía es reconstruir las ramas ausentes y poner cada brote en la rama que le corresponde. 6.1. Taxonomía. La unidad fundamental de la Taxonomía es la especie, definida por Mayr (1940) como grupos de poblaciones naturales que se cruzan real o potencialmente entre sí y han quedado reproductivamente aislados de otros grupos. Tomando como base la especie, en la que se agrupan individuos fisiológica y mo rfológicamente muy concordantes, la Taxonomía construye un sistema jerárquico de grupos (Taxón) dentro de otros de categoría superior. Por ejemplo, el hombre actual pertenece a la categoría Especie y al taxón Horno sapiens.

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A partir de Linneo se han considerado las siguientes categorías fundamentales: ESPECIE GENERO FAMILIA ORDEN CLASE Homo sapiens Homo Homínidos Primate Mamífero

FILIUM Cordado

REINO Animal

y pueden existir otras categorías intermedias: superclase, como tetrápodos, subdivisión, como vertebrados, etc, La clasificación taxonómica de los organismos vivos trata de cumplir dos funciones: a) catalogar a todos los seres vivos y b) reflejar los cambios evolutivos producidos. Para realizar la clasificación se observan caracteres comunes de diversa naturaleza, como anatómicos, bioquímicos, inmunológicos, etc. Actualmente asistimos a un movimiento mundial de reclasificación de todos los vivos, semejante al conocido proyecto del genoma humano. 6.2. Nomenclatura. La nomenclatura de los seres vivos está basada en la propuesta por Carlos Linneo (1753-58) en su libro "Sistema Naturae" o sistema binornial. El nombre del género junto con un epíteto especifico, forman el nombre de cada especie, así por ejemplo, Homo sapiens, está formado por Homo, nombre del género (con mayúscula) seguido de sapiens, epíteto especifico (con minúscula). Las familias, añaden al nombre del género la terminación idæ (idos) o inæ en zoología, mientras que en botánica la terminación es aceæ. Las categorías superiores no están sujetas a reglas internacionales por lo que distintos autores pueden nombrarlas de formas distintas. 6.3. Los Reinos. Ya hemos visto que Margulis (1985) establece cinco Reinos: Moneras, Protoctistas, Metafitas, Metazoos y Micofitos. 1) Reino Moneras: Son procariotas, es decir, células sin núcleo definido. Incluye a las bacterias, mixobacterias y cianobacterias. 2) Reino Protoctistas: Son eucariotas, o sea, células con núcleo bien definido. Está formado por los organismos unicelulares y los pluricelulares sin diferenciación celular neta. Pueden parecerse a lo que vulgarmente llamamos animales, pero entonces no formarán blástula, o a los vegetales, pero no tendrán tejidos, o a los hongos, pero tendrán flagelos o se moverán ameboideamente. Son los protozoos, algas y protofitos. 3) Reino Metafitos: Son eucariotas de nutrición autótrofa adaptados a la vida terrestre. Forman embriones para su reproducción. Presentan envolturas estériles de los gametangios. Engloba este reino a las plantas superiores. 4) Reino Metazoos: Son eucariotas de nutrición heterótrofa. Forman blástula en su reproducción lo que da lugar a tejidos diferenciados y órganos especializados. Forman parte de este reino los animales incluido el hombre. 5) Reino Micofitos: Son eucariotas de nutrición heterótrofa que se multiplican por esporas. Forman parte de este reino los ho ngos. 14/ 19

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R.METAFITOS

R.MICOFITOS

PLANTAS

HONGOS

R.METAZOOS ANIMALES Parazoos

Clorofíceas Feofíceas Reino PROTOCTISTA

ALGAS

Coanoflagelados

MIXOMICETOS

PROTOZOOS

EUCARIOTAS Cloroplastos CIANO BACTERIAS

Mitocondrias ARQUEOBACTERIAS

EUBACTERI AS

Reino MONERAS

PROCARIOTAS

Árbo Filogenético de MARGULIS (simplificado

Relaciones evolutivas entre los cinco reinos: El árbol filogenético actual presenta en su base a los procariotas. De un grupo de éstos, según Margulis, las arqueobacterias, surgieron las células eucariotas, por simbiosis con eubacterias aerobias (mitocondrias) o con cianobacterias (cloroplastos). Se formaron así los Protoctistas unicelulares, diferenciados en autótrofos y heterótrofos. Los Protoctistas pluricelulares tienen un origen polifilético, es decir, que evolucionaron a partir de diversos antepasados. De un grupo de éstas, las algas clorofíceas surgieron las plantas superiores. De los protoctistas flagelados heterótrofos (coanoflagelados) derivaron los parazoos, aunque el origen de los demás metazoos, también hay que buscarlo en los protozoos, debe ser anterior a la diversificación de los parazoos (esponjas) que parecen constituir una vía muerta de la evolución. 6.4. Modelos de organización. Esta división en cinco Reinos nos señala los tres niveles básicos de organización de los seres vivos: Procariota, Eucariota unicelular y Eucariota pluricelular. Ya hemos señalado la dificultad de establecer una diferencia neta entre unicelular y pluricelular, que se refleja en las dos divisiones en reinos expuestas por Wittaker y por Margulis. Nos queda, ahora, por estudiar los modelos de organización de los seres pluricelulares, llamado nivel de organización metacítico. En él distinguimos: 6.4.1. Seres sin auténtica organización histológica A este grupo corresponden los Parazoos (esponjas) y los Talófitos (vegetales inferiores y muchos hongos). En los Parazoos sólo existen dos tipos básicos de células: los coanocitos flagelados y los arqueocitos, células embrionarias que se diferencian en distintos tipos celulares (escleroblastos, amebocitos, porocitos, etc.). La unión celular es laxa y con abundante sustancia intercelular salvo en la capa dermal (externa) y en la gastral (interna). En los Talófitos se observa una progresión hacia la diferenciación en tejidos. Así, junto a talos filamentosos de células equivalentes de Protoctistas, encontramos, evolutivamente pronto, la aparición de polaridad (crecimiento apical) y la unión postgénita de filamentos (talos plectenquimáticos) como en hongos superiores. En las Briofitas (musgos) los talos son macizos con unos pocos tejidos auténticos que derivan 15/ 19

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de un único ápice vegetativo. En ellas ya se distingue una epidermis protectora (escasamente aislante todavía), un tejido fundamental o parénquima, y un cordón conductor central. Son, evidentemente medios de soportar las condiciones de vida aérea (es decir la desecación). 6.4.2. Seres con auténtica organización histológica A esta categoría pertenecen los cormófitos (vegetales) y los eumatozoos (animales). Son rasgos comunes a ambos: 1) Diferenciación de una superficie externa impermeable (epidermis cutinizada o suberificada, como en los vegetales o una piel quitinosa, queratinizada o córnea como en los animales. 2) Sistema de absorción y conducción de agua y nutrientes, (pelos radicales, flo ema y xilema de los vegetales, aparatos digestivo, respiratorio y circulatorio de los animales. 3) Sistema de sostén por faltar el empuje del agua, colénquima, escleránquima y lignificación del xilema en los vegetales; esqueleto externo o interno en los animales. Como vemos, todos estos rasgos comunes son adaptaciones al medio aéreo. 6.4.2.1.

Los cormófitos o vegetales.

Los cormófitos (helechos y demás plantas superiores) se caracterizan por un cue rpo vegetativo dividido en tallo, raíz y hojas. La raíz sujeta la planta al sustrato y absorbe el agua y las sales minerales. El tallo comunica las raíces con las hojas, y disponen a éstas para la utilización óptima de la luz. Las hojas realizan la fotosíntesis y el intercambio gaseoso con el exterior. El cormo, o cuerpo vegetativo de los cormófitos, se compone transversalmente, de los siguientes tejidos: - Epidermis cutinizada (impermeable) con estomas para el intercambio gaseoso (estomas=poros de abertura regulable por células oclusivas). Esta epidermis puede verse sustituida por un tejido de células muertas o súber en el que la función de los estomas es realizada por lenticelas. - Parénquima cortical verde en las partes más jóvenes y en las hojas. Incoloro en la raíz y en las partes más viejas y/o internas. - Endodermis o tejido protector que separa la corteza de la médula (en tallo y raíz). - Parénquima medular incoloro. - Haces conductores con floema que conduce savia elaborada (productos de la fotosíntesis), desde las hojas a las demás zonas del vegetal en la parte aérea del vegetal y xilema, que conduce savia bruta (disolución mineral absorbida por las raíces) en la parte subterránea del vegetal. Este cormo corresponde al esporófito o individuo productor de esporas (meiosporas haploides). Pero los vegetales tienen un ciclo reproductor difásico. La otra fase, gametófito o productora de gametos, presenta un cuerpo taloso independiente (helechos y equisetos), o está muy reducido y englobado en el esporófito (espermafitas). Las esper-

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mafitas presentan dos niveles organizativos: - Gimnospermas: Con xilema de traqueidas y óvulos desnudos. - Angiospermas: Con xilema de tráqueas y óvulos dentro del ovario. 6.4.2.2.

Los eumetazoos o animales.

Los eumetazoos presentan dos niveles bien diferenciados: a) Diblásticos: Cuya gástrula forma sólo dos hojas embrionarias, ecto y endodermo. Algunos autores los consideran como animales que han detenido su desarrollo en el estado de gástrula. Son los cnidarios (medusas, pólipos, corales...) y los ctenóforos. b) Triblásticos: La gástrula forma una tercera hoja intermedia, el mesodermo. En ellos distinguimos a los protóstomos en los que no se cierra el orificio gastrular o blastoporo (artrópodos, moluscos, anélidos, etc.) y los deuteróstomos en los que si se cierra (equinodermos, cordados, etc.).

7. IMPORTANCIA DE LOS ANIMALES Y PLANTAS EN LA VIDACOTIDIANA Que animales y plantas han estado presentes de forma inseparable con la vida cotidiana del hombre es fácilmente comprensible ya que de ellos dependieron muy directamente nuestros antepasados (cazadores, recolectores) como así lo atestiguan las pinturas rupestres y otros restos arqueológicos. Esta estrecha relación se ha mantenido y ha penetrado en la literatura y arquitectura de todas las civilizaciones (árbol del paraíso, ballena de Jonás, dioses egipcios, mitología griega y azteca, etc.). Esto es así porque animales y plantas son recursos naturales imprescindibles para el hombre que le proporcionan: a) Recursos agropecuarios: mediante la agricultura y la ganadería. Es un recurso nutricional directo o indirecto a través de las transformaciones de la industria alimentaria. b) Recursos recreativos: tanto en su faceta estética (paisaje, jardines), emotiva (animales y plantas domésticas), deportiva (caza y pesca), intelectuales (naturistas aficionados), etc. c) Recursos farmacológicos: Siendo el origen de muchos principios activos que luego han ido siendo sustituidos por sustancias químicas de síntesis (por ejemplo: digitalina del género Digital, efedrina de la Ephedra, opio y derivados del género Papaver). d) Materias primas: para la construcción (la madera de cedro del Templo de Salomón), industria papelera, artesanía (esparto, caña, bambú, mimbre, marfil), textil (lino, seda, algodón), etc. Pero la utilidad fundamental de animales y plantas es la de formar parte de la naturaleza, delicado ecosistema en el que las acciones humanas han producido impactos importantes.

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BIBLIOGRAFIA RECOMENDADA GRASSE Zoología. Toray-Masson. 1976-79. BARCELONA. WOOD. Fisiología animal. Editorial Blume. 1976. MADRID. STRASBURGER. Tratado de Botánica. Editorial Marín. 1986. BARCELONA. CURTIS. Biología. Editorial Panamericana. 1985. BUENOS AIRES. D'ANCONA. Tratado de Zoología. Editorial Labor. 1972. BARCELONA. SCHMIDT-NIELSEN. Fisiología animal. Ediciones Omega. 1976. BARCELONA. GOLA, NEGRI y CAPPELLETTI. Tratado de Botánica. Editorial Labor. 1975. BARCELONA. CLAUDE A.VILLEE. Biología. Nueva Editorial Panamericana. 1978. MADRID.

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Tratamiento Didáctico ---------------------------------------------------------------------------------------------------------OBJETIVOS Establecer un esquema básico de los seres pluricelulares, tomando como base su desarrollo y sus rutas de evolución para dar como resultado la inmensa variedad de estos seres en la Naturaleza. Establecer los distintos esquemas de organización de estos seres poniendo de manifiesto sus afinidades y sus diferencias. Dar una visión simplificada de la clasificación taxonómica de los seres vivos, y los intentos de clasificación a lo largo de la historia. UBICACIÓN Este tema puede ubicarse en el currículo general de Las Ciencias de la Naturaleza tanto en 3º como en 4º de ESO, seleccionando los contenidos para el nivel de cada curso. El tema es un compendio de ideas básicas que en un curso más profundo de Biología de 2º de bachillerato, se desarrollaría con mayor profundidad. TEMPORALIZACION La exposición del tema puede realizarse en 6 horas de clase excluidas las observaciones de laboratorio. Puede dedicarse un día a la visita de algún museo de Ciencias Naturales. METODOLOGIA Explicación ordenada, mediante esquemas, gráficos y proyecciones, de las diferentes partes del tema, especialmente la clasificación taxonómica, los métodos de reproducción, la percepción de los estímulos, etc. ayudándose con vídeos educativos adecuados y otros medios audiovisuales. CONTENIDOS MINIMOS Noción de ser pluricelular. Nutrición autótrofa y heterótrofa. La reproducción asexual. La reproducción sexual. Sus procesos. Estímulos y receptores de estímulos. Impulso nervioso y su mecanismo. Respuesta a un estímulo. Respuesta involuntaria. Reflejo. Respuestas voluntarias. Los estímulos y su percepción en los vegetales. Modos de organización de los seres vivos. Clasificación taxonómica basada en cinco reinos. Importancia de los animales y plantas. MATERIALES Y RECURSOS DIDACTICOS Apuntes de clase, complementados con libros de consulta y revistas científicas con artículos sobre Biología, Genética de poblaciones y Taxonomía. Transparencias para retroproyector sobre elementos de la reproducción, percepción de estímulos, cuadros taxonómicos, etc. Vídeos educativos especialmente seleccionados. EVALUACIÓN Ejercicio escrito con preguntas básicas relacionadas con el tema y con las visitas realizadas a museos y otros centros de investigación. Prueba escrita de opción múltiple, con preguntas de varias respuestas.

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