Texto Estudiante III Medio

Texto del Estudiante

Biología 3º Educación Media Sergio Flores Carrasco Profesor de Biología y Ciencias Naturales Universidad Metropolitana de Ciencias de la Educación Doctor en Ciencias Biomédicas, Facultad de Medicina Universidad de Chile

José Antonio Muñoz Reyes Profesor de Biología y Ciencias Naturales Universidad Metropolitana de Ciencias de la Educación Doctorado(c) en Comportamiento Animal y Humano Universidad Autónoma de Madrid

Viviana Valdés de Petris Bioquímica Pontificia Universidad Católica de Chile Doctorado(c) en Ciencias Biológicas mención Ciencias Fisiológicas Pontificia Universidad Católica de Chile

Rocío Fuentes Castro Licenciada en Educación Profesora de Biología y Ciencias Naturales Universidad Metropolitana de Ciencias de la Educación

Francisca Neira Castillo Licenciada en Educación Profesora de Biología y Ciencias Naturales Universidad Metropolitana de Ciencias de la Educación

Andrea Vergara Rojas Licenciada en Educación en Biología Universidad Metropolitana de Ciencias de la Educación

El texto del estudiante Biología 3º, para Tercer Año Medio Educación Media, es una obra colectiva, creada y diseñada por el departamento de investigaciones educativas de editorial Santillana, bajo la dirección general de: MANUEL JOSÉ ROJAS LEIVA COORDINACIÓN DEL PROYECTO: Referencias del texto para el estudiante Ciencias Biológicas 3º Eugenia Águila Garay Educación Media, de los autores: Luis Flores Prado y Germán COORDINACIÓN ÁREA CIENCIAS: Manríquez Soto, Santillana del Pacífico S.A. de Ediciones, Santiago, Marisol Flores Prado Chile, 2006. Referencias del texto para el estudiante Biología 3º Educación Media, de los autores: Dib Atala Brandt y Gloria Silva EDICIÓN: Castillo, Santillana del Pacífico S.A. de Ediciones, Santiago, Chile, Rocío Fuentes Castro 2010. Referencias del texto Biología y Geología 1 Bachillerato Andrea Vergara Rojas (bloque II: funciones de los animales), de los autores Aurelio AUTORES: Castillo de la Torre, Ignacio Meléndez Hevia, Miguel Ángel Madrid Sergio Flores Carrasco Rangel y Marcos Blanco Kroeger, Santillana Educación S.L., Madrid, Rocío Fuentes Castro España, 2008. José Antonio Muñoz Reyes Francisca Neira Castillo Viviana Valdés de Petris Andrea Vergara Rojas REVISIÓN DE ESPECIALISTA: Eileen Collyer Saavedra Paula Farías Rodríguez Luis Flores Prado CORRECCIÓN DE ESTILO: Leonardo Aliaga Rovira Ana María Campillo Bastidas Gabriela Precht Rojas Isabel Spoerer Varela DOCUMENTACIÓN:

Cristian Bustos Chavarría Paulina Novoa Venturino La realización gráfica ha sido efectuada bajo la dirección de: VERÓNICA ROJAS LUNA COORDINACIÓN GRÁFICA: Xenia Venegas Zevallos JEFE DE DISEÑO ÁREA CIENCIAS: Sebastián Alvear Chahuán DISEÑO Y DIAGRAMACIÓN: Rossana Allegro Valencia ILUSTRACIONES: Marcelo Cáceres Ávila Que­dan ri­gu­ro­sa­men­te pro­hi­bi­das, sin la au­to­ri­za­ción es­cri­ta de los Isabel Guerrero Schiappacasse ti­tu­la­res del “Copy­right”, ba­jo las san­cio­nes es­ta­ble­ci­das en las le­yes, la Juan Esteban del Pino Briceño re­pro­duc­ción to­tal o par­cial de es­ta obra por cual­quier me­dio o pro­ce­ di­mien­to, com­pren­di­dos la re­pro­gra­fía y el tra­ta­mien­to in­for­má­ti­co, y la FOTOGRAFÍAS: dis­tri­bu­ción en ejem­pla­res de ella me­dian­te al­qui­ler o prés­ta­mo pú­bli­co. César Vargas Ulloa Latinstock © 2011, by Santillana del Pacífico S.A. de Ediciones CUBIERTA: Dr. Aníbal Ariztía 1444, Providencia, Santiago (Chile) Impreso en Chile por XXX Sebastián Alvear Chahuán ISBN: PRODUCCIÓN: Inscripción N°: Germán Urrutia Garín Se terminó de imprimir esta XX edición de Fotografía de la cubierta: joven escalando roquerío sobre el mar.

XX ejemplares, en el mes de XX del año XX. www.santillana.cl

Texto del Estudiante

Biología 3º Educación Media Presentación La biología es una ciencia experimental que busca explicar, de forma razonada y mediante experimentos controlados, los procesos que ocurren en los seres vivos, y establecer los principios que los rigen. El desarrollo de esta disciplina ha sido posible gracias a las investigaciones que han contribuido al avance científico y tecnológico, lo que ha provocado y seguirá provocando importantes cambios en nuestro entorno. Desde esta perspectiva, cobran relevancia los aspectos valóricos que se relacionan con el desarrollo del conocimiento y cuidado del medioambiente y de la diversidad en nuestro planeta.

Esperamos que al recorrer las páginas de este texto puedas conocer mejor tu cuerpo, el valor y la importancia de cuidarlo y protegerlo, y cómo este interactúa con el ambiente por medio del funcionamiento coordinado de tus sistemas de órganos, que mantienen el equilibrio en tu organismo. También queremos que valores la biodiversidad, la cual es producto de un proceso evolutivo que se remonta al origen mismo de la vida en la Tierra. Si bien todas las personas no podemos ser investigadoras o investigadores, sí tenemos la capacidad de pensar a partir del razonamiento científico. Por esta razón, nuestro objetivo es que desarrolles una actitud reflexiva que facilite tu comprensión de los fenómenos biológicos de los que tú también formas parte.

Biología

3º Medio

Organización del Texto del Estudiante - Biología 3º Educación Media El texto Biología 3º se organiza en cinco unidades, y cada una de ellas se divide en diferentes capítulos temáticos. Todas las unidades poseen una estructura y organización común, la que se describe a continuación:

1. Inicio de unidad Presentación de la unidad. Allí encontrarás diferentes secciones y recursos que te permitirán conocer lo que estudiarás y recordar algunas ideas previas de los contenidos que aprenderás. Las fotografías o infografías son recursos que apoyarán la Actividad inicial. Introducción Texto que contextualiza los contenidos que aprenderás en la unidad. Mapa de la unidad Esquema que representa los objetivos de aprendizaje para cada capítulo de la unidad. Actividad inicial Preguntas relacionadas con los recursos visuales que te servirán para activar los conocimientos que posees con respecto a los nuevos temas a abordar.

2. Evaluación diagnóstica Evaluación inicial destinada a que recuerdes los conocimientos básicos que requieres para enfrentar la nueva unidad, por lo que corresponde a temas que has aprendido en unidades o años anteriores.

4

3. Desarrollo de contenidos

Actividad

El texto lateral ubicado al inicio de cada capítulo introduce con mayor detalle los contenidos específicos de este. Comienza el desarrollo de contenidos donde encontrarás diferentes secciones que apoyan y complementan tu aprendizaje.

Las encontrarás a lo largo del texto y en ellas podrás desarrollar diferentes habilidades aplicando los contenidos aprendidos en el capítulo.

Organización del texto

Organización del texto

Conceptos clave

Interactividad

Definición de términos poco frecuentes que necesitas conocer para comprender la lectura del contenido. Los encontrarás subrayados en el texto.

En esta sección encontrarás el vínculo a algún sitio web confiable, donde podrás complementar la información de la página, ver animaciones, descargar material, entre otras actividades.

Reflexionemos

Conexión con

Texto relacionado con los objetivos transversales que debes desarrollar durante el curso. Te invita a la reflexión que puedes compartir con tus compañeros en un ambiente de respeto.

A través de esta sección se conectan los contenidos de biología con otras áreas del conocimiento como literatura, medicina, deportes, entre otras.

Lectura científica Podrás conocer diferentes y actualizados estudios sobre los aportes a las temáticas desarrolladas en el texto.

Biografía Aquí encontrarás información sobre la vida y los aportes a la ciencia de investigadores que fueron importantes en el desarrollo de ciertos contenidos específicos del texto.

3º Medio 5

Biología

3º Medio

Taller de ciencias Módulo a dos páginas donde trabajarás desarrollando las habilidades del procedimiento científico. Comprende las etapas: Antecedentes, Problema de investigación, Planteamiento de hipótesis, Estrategias de contrastación, Resultados, Análisis e interpretación de evidencias, Conclusiones y comunicación de resultados y Proyección.

Síntesis y evaluación del capítulo Doble página donde trabajarás un mapa conceptual como síntesis del capítulo estudiado y diferentes ítems donde se evalúan los objetivos de aprendizaje propuestos para el capítulo. Incluye la sección Me evalúo, donde podrás conocer el puntaje obtenido.

4. Páginas finales de la unidad Síntesis de la unidad En esta doble página encontrarás una Infografía como resumen de la unidad tratada, donde a través de la ilustración, reconocerás los conceptos más importantes. En la parte inferior se encuentra el Glosario, el cual puedes utilizar como resumen.

6

Organización del texto

Evaluación final Evaluación sumativa de la unidad donde pondrás a prueba los aprendizajes logrados. Se evalúan los objetivos de aprendizaje declarados en el mapa de la unidad.

Actualidad Sección en formato de revista donde se entrega información actual que se relaciona con los contenidos de la unidad mediante un tratamiento más elocuente y sencillo.

Páginas webs y bibliografía adicional Aquí encontrarás direcciones electrónicas y libros para poder complementar el contenido, solucionar dudas, realizar trabajos de investigación, entre otras actividades.

3º Medio 7

Unidad

Capítulo

1

I. Función celular

Fisiología de procesos vitales

18

Evaluación diagnóstica

Unidad

2

Contenidos

14

16

1. Organización del sistema digestivo............. 26 2. Etapas del proceso digestivo........................... 28

II. Digestión

26 III. Nutrición e intercambio en las células

36

I. Sistema nervioso

Sistema nervioso, estructura y función

Circulación: organización general................36 Sistema cardiovascular. ......................................37 Sistema linfático...................................................... 43 Respiración................................................................ 44 Adaptación del organismo al esfuerzo. ..... 50

1. Coordinación en los organismos.................. 68 2. Sistema nervioso.................................................... 69 3. Organización del sistema nervioso humano................................................... 74 4. Células nerviosas................................................... 79

66

86

1. Primeros estudios sobre el impulso nervioso.............................................. 86 2. Potencial de membrana..................................... 87 3. Sinapsis........................................................................ 96

III. Efecto de las drogas en el sistema nervioso

1. ¿Que son las drogas?........................................ 104 2. Estadísticas de consumo de drogas en Chile............................................. 109

II. Impulso nervioso

104 Evaluación de síntesis 1

8 Índice

1. 2. 3. 4. 5.

68

Evaluación diagnóstica

64

1. Seres vivos, células y organización..............18 2. Niveles de organización de los seres vivos................................................... 19 3. Metabolismo celular. ........................................... 20 4. Diferenciación celular......................................... 22 5. Sistemas coordinados para la nutrición: digestivo, respiratorio y cardiovascular. .... 23

Taller

de ciencias

Lectura científica

Síntesis y evaluación

Capítulo I................. 24

Identificar la presencia de enzima catalasa en el tejido hepático.......................................... 30

Relación estructura-función de diferentes encéfalos en vertebrados......................................... 72

Evaluación final

Actualidad

56

58

62

Capítulo I................. 84

Capítulo II............. 102

Capítulo III.............112

Actualidad

Neurotoxinas.............................. 91

Evaluación final

Magnitud e intensidad del impulso nervioso.................................... 92

Capítulo III.............. 54

Síntesis de la unidad

Enfermedades respiratorias y la contaminación intradomiciliaria....................... 47

Síntesis de la unidad

Asociación entre la actividad física y la eliminación de desechos metabólicos (CO2)................................. 52

Capítulo II............... 34

114

116

120

122

Biología 3º Medio 9

3 124

Homeostasis, equilibrio interno

Unidad

166

Evaluación diagnóstica

128

II. Vías eferentes

1. Los músculos..........................................................142 2. Tipos de respuestas motoras........................ 146 3. Control nervioso de la respiración.............152

I. Mecanismos de regulación del medio interno

1. Mecanismos homeostáticos. ........................ 170 2. Estructura del sistema renal. .......................... 176

170 II. Homeostasis y estrés

168

1. El estrés y sus causas........................................ 188

188 Evaluación de síntesis 2

5

Variabilidad, evolución y adaptación de los seres vivos

210

I. Variabilidad y evolución

214

II. Adaptaciones e historia evolutiva

212

238 Evaluación de síntesis 3 Solucionario Índice temático Anexos Agradecimientos

10 Índice

1. Percibiendo los estímulos. ............................. 128 2. Recepción sensorial. ..........................................129 3. Órganos sensoriales y su funcionamiento...........................................132

142

126

Evaluación diagnóstica

Unidad

Receptores, sentidos y respuestas

4

Contenidos

I. Vías aferentes

Evaluación diagnóstica

Unidad

Capítulo

1. 2. 3. 4.

Diversidad genética en las especies......... 214 Teoría de la evolución. .................................... 216 Evidencias de la evolución............................ 228 Evolución humana. ............................................ 232

1. ¿Influye el ambiente en el surgimiento de nuevas especies?.......................................... 238 2. Especiación: generación de nuevas especies............................................ 239 3. Diversidad e historia evolutiva.................... 244 4. Adaptaciones de los seres vivos................. 246 5. Registro fósil en la línea evolutiva del caballo.............................................................. 253

Lectura científica

Concentración de iones de los líquidos corporales, en relación a la concentración iónica del medio.................................................. 184

158

160 164

Capítulo I................. 186

Prurito psicogénico, ¿comezón psicológica?....... 195

Capítulo II............... 198

Actualidad

La síntesis de cortisol en diferentes individuos.................. 196

Capítulo II............... 156

Actualidad

Síndrome de Moebius......... 149

Evaluación final

Arco reflejo.............................................. 150

Capítulo I................. 140

Evaluación final

Receptores sensoriales..................... 138

Síntesis y evaluación

Síntesis de la unidad

de ciencias

Síntesis de la unidad

Taller

200 202 206 208

Capítulo II............... 256

Actualidad

Capítulo I................. 236

Evaluación final

Las mutaciones ocurren en respuesta a las condiciones del ambiente.......................................... 254

Formación de familias en el grupo Neandertal.................. 235

Síntesis de la unidad

Efecto fundador de las poblaciones.............................. 226

258 260 264 266 270 281 285 288 Biología 3º Medio 11

Trabajo científico

Biología

Estrategia de trabajo en el taller de ciencias La investigación científica tiene como propósito comprender y explicar procesos y fenómenos que ocurren en la naturaleza, desde el interior del átomo hasta el universo en su conjunto. Para generar conocimientos generalizables y válidos, la ciencia se apoya en una serie de procedimientos, que a la vez involucran diversas habilidades de pensamiento. En la sección Taller de ciencias de este libro se propone el trabajo y el desarrollo de algunos de estos procedimientos científicos, a través de una secuencia de pasos que van abordando los hitos más conocidos del trabajo en ciencias. A continuación se describe brevemente en qué consisten las etapas propuestas en cada taller para abordar una problemática científica.

1

2 Antecedentes

Problema de investigación

3

4

7 Comunicación de resultados y proyección

12

Biologia 3º

5

6 Conclusiones

Planteamiento de hipótesis

Estrategias de contrastación y resultados

Análisis e interpretación de resultados

Biología 3º

1 Antecedentes Es la etapa inicial de cada Taller de ciencias. Corresponde a los datos que fundamentan la investigación y desde los que surgen los problemas y preguntas de investigación. Incluye el proceso de observación y la recopilación de antecedentes bibliográficos.

4 Estrategia de contrastación

2 Problema de investigación Es la etapa donde se estructura formalmente la idea de investigación. El problema de investigación da lugar a preguntas que intentan establecer la relación entre dos o más variables.

5 Análisis e interpretación

y resultados

de evidencias

En esta etapa se define el diseño de investigación a través del cual se pondrá a prueba la o las hipótesis. El diseño de investigación puede ser experimental o consistir en el análisis de investigaciones anteriores, entre otras estrategias. En esta etapa se debe indicar el procedimiento y los materiales necesarios, la forma de medir y registrar los datos y resultados. Además, se debe considerar la cantidad de réplicas necesarias.

Luego de obtenidos los datos de la investigación, estos se analizan. En esta etapa es fundamental la utilización de recursos como tablas y gráficos que permiten organizar los resultados pues facilitan la búsqueda de patrones o tendencias. El análisis debe hacerse siempre considerando la o las hipótesis y, en último término, el problema de investigación que se intenta responder.

3 Planteamiento de hipótesis Las hipótesis son explicaciones tentativas e iniciales a las preguntas de investigación. Deben ser lógicas, racionales y factibles de comprobar de manera empírica. Muchas veces las hipótesis se apoyan en cuerpos de conocimiento ya existentes.

6 Conclusiones Las conclusiones son inferencias válidas sobre la base de las evidencias recogidas durante la contrastación de la hipótesis y el análisis de los resultados. Es una etapa final donde se explicitan los aspectos que permiten validar o rechazar la hipótesis de investigación, y otros hallazgos idealmente generalizables.

7 Comunicación de resultados y proyección Comunicar los resultados implica presentar los aspectos más importantes de la investigación y darlos a conocer a la comunidad para enriquecer el conocimiento científico. Las formas de divulgarlos son variadas: a través de informes, resúmenes científicos, póster o afiches, entre otros. Las proyecciones de una investigación consisten en ampliar esta hacia otros ámbitos o plantear el desarrollo de nuevas investigaciones a partir de nuevos problemas que surjan en el transcurso de una investigación.

Trabajo científico 13

Unidad

1

Al igual que un reloj posee pequeños engranajes que actúan movilizando una maquinaria compleja, en el organismo, las células integran sus funciones en los órganos y sistemas, generando mecanismos que se traducen en un intercambio constante de energía y materia con el medioambiente. En esta unidad conocerás las principales funciones de los sistemas digestivo, respiratorio y circulatorio; es decir, aprenderás cómo se procesan los alimentos que consumimos, cómo se obtienen los nutrientes y cómo se transportan hasta todas las células del organismo. También comprenderás cómo se incorpora el oxígeno a las células y por qué estas eliminan dióxido de carbono.

14

Unidad 1: Fisiología de procesos vitales

Fisiología de procesos vitales

Mapa de la unidad Capítulo I

- Comprender que existen seres vivos unicelulares y pluricelulares y que estos últimos se estructuran en distintos niveles jerárquicos de organización.

Función celular (Págs. 18-23)

- Reconocer los principales requerimientos del metabolismo celular en cuanto a suministro de energía y eliminación de desechos. - Identificar la nutrición como un proceso que aporta energía a la célula y que integra el funcionamiento de los sistemas digestivo, respiratorio y circulatorio.

Capítulo II

- Relacionar las estructuras del sistema digestivo con las funciones que cumplen en el procesamiento del alimento. - Comprender la digestión como un proceso fisiológico de transformación y obtención de nutrientes.

Digestión (Págs. 26-33)

Capítulo III Nutrición e intercambio en las células (Págs. 36-53)

Actividad inicial

- Comprender la función de la sangre, los vasos sanguíneos, y el corazón en el transporte de nutrientes, gases y desechos desde y hacia las células. - Reconocer el proceso y el significado del intercambio de gases en plantas y animales, y las características de las estructuras especializadas para esta función. - Relacionar las funciones del sistema respiratorio y circulatorio con las adaptaciones del organismo al esfuerzo físico.

Explicar-inferir

En relación con la imagen de estas páginas, discute con tus compañeros y compañeras en torno a las siguientes preguntas: 1. ¿Qué procesos crees tú que ilustra la imagen? Explícalos. 2. ¿Qué representan las esferas que se transportan por el cuerpo? Explica. 3. ¿Qué relación tiene lo que ocurre en cada zoom con el aporte de nutrientes e intercambio de gases en el organismo? 4. ¿Cómo podrías asociar lo que observaste con la alimentación y la respiración en los seres humanos?

Unidad 1: Fisiología de procesos vitales

15

Evaluación diagnóstica

Unidad 1

I. Recordando conceptos 1. Identifica la principal función que desempeña cada uno de los siguientes órganos. Luego, completa la tabla. A

B

C

D

E

F

Órgano

Función

A B C D E F 2. Marca V si la afirmación es verdadera o F si es falsa. Justifica las falsas. a. V

F

Las enzimas son de naturaleza proteica.

b. V

F

Las enzimas se encargan de acelerar las reacciones químicas.

c. V

F

Las enzimas son fundamentales en los procesos de intercambio gaseoso en el sistema respiratorio.

d. V

F

Las enzimas tienen la capacidad de colaborar solo en procesos de degradación de sustancias.

e. V

F

Las enzimas son altamente específicas para un tipo de sustrato.

16 Unidad 1: Fisiología de procesos vitales

3. Responde las siguientes preguntas: a. Define brevemente, con los contenidos que recuerdes, el concepto de nutriente. b. ¿Cuál es la diferencia entre nutriente y alimento? c. ¿Cuáles son los sistemas de órganos relacionados con la nutrición? d. ¿El sistema respiratorio tiene relación con la nutrición? Fundamenta. e. ¿Cuál es la importancia del sistema circulatorio para las células?

II. Aplicando procedimientos Lee el párrafo y analiza la siguiente información. Luego, responde las preguntas planteadas. El calcio es uno de los minerales más importantes en la vida de los seres humanos. El organismo lo utiliza para formar y mantener la estructura ósea y equilibrar la disminución en la densidad de los huesos durante la vejez. El calcio también es fundamental para la conducción nerviosa, la contracción muscular y la coagulación sanguínea. Gráfico 1: Densidad mineral ósea (g/cm2)



Densidad mineral ósea máxima Rango de riesgo de fractura

Formación de hueso

0

10

20

Pérdida de hueso

30

40 50 60 Edad (años)

70

80

90

Fuente: Federación Panamericana de Lechería (Fepale) (Junio, 2006). Programa panamericano de fomento de consumo de lácteos.

1. ¿Qué título es el más apropiado para el gráfico anterior? 2. Plantea una hipótesis que asocie los datos del gráfico con la nutrición de los seres humanos. 3. ¿Cómo se podría revertir la situación que provoca la baja de la curva en el gráfico? 4. ¿Cuál es la ventaja de mantener una dieta rica en calcio durante toda la vida?

Unidad 1: Fisiología de procesos vitales 17

Capítulo

I

Función celular 1. Seres vivos, células y organización Si observas a través de un microscopio cualquier tejido de nuestro cuerpo, evidenciarás que estamos formados por millones y millones de diminutas células. Como ya lo sabes, la célula es la unidad fundamental de la vida. Los organismos unicelulares, como las amebas y las levaduras, están formados por una sola célula. Presentan mecanismos que son altamente específicos y complejos, puesto que su única célula debe cumplir con todas las actividades necesarias para asegurar su sobrevivencia. En los organismos pluricelulares, por su parte, las funciones vitales dependen de la organización de los miles o millones de células que los forman. En ocasiones, los unicelulares se agrupan para formar colonias; ellos son capaces de vivir en conjunto, pero no pierden su individualidad. Los pluricelulares, en tanto, presentan distintos niveles de organización y sus células se especializan a tal punto que no pueden sobrevivir aisladas unas de otras. Es muy importante comprender que un organismo pluricelular no es una simple agregación de células que realizan actividades aisladas, sino que estas son capaces de coordinarse e integrarse para formar estructuras de mayor jerarquía en términos de las funciones que cumplen, tales como tejidos, órganos y sistemas.

Los organismos, desde los más simples hasta los más complejos, llevan a cabo múltiples funciones, que son el reflejo de su actividad celular. En este capítulo conocerás la organización celular de ellos.

Células especializadas en la contracción del músculo. Forman parte del tejido muscular de un organismo pluricelular.

18 Unidad 1: Fisiología de procesos vitales

Algas unicelulares agrupadas en colonias.

Unidad 1: Fisiología de procesos vitales

2. Niveles de organización de los seres vivos En los organismos pluricelulares se reconocen distintos niveles de organización. Cada uno de estos niveles tiene una función más integrada que el anterior y la interacción se da entre los componentes de un mismo nivel, como también entre niveles diferentes dentro del organismo. Desde el más simple al más complejo, estos niveles son: Célula Unidad básica de todos los organismos desde el punto de vista estructural, funcional y de origen. Está limitada por una membrana que le permite comunicarse con su entorno. Además, posee moléculas o estructuras internas que se encargan de cumplir funciones como degradar sustancias, producir energía, reparar estructuras, formar moléculas, entre otras. Tejido Conjunto de células que poseen un mismo origen y una misma función. Sus células se mantienen unidas a través de sustancias químicas que ellas mismas producen. Órgano Estructura formada por diferentes tejidos, cada uno con funciones específicas, que actúan de manera conjunta.

Actividad 1

osteocito

gato

tejido óseo

hueso

esqueleto

Organismo Nivel en el que se integran todos los sistemas y que refleja la función coordinada entre ellos. Un organismo, como un insecto, un gato o un reptil, es capaz de interactuar con el medio externo, alimentarse, reproducirse, entre otros procesos vitales, debido a esta integración.

Sistema Conjunto de órganos cuyas funciones están integradas, dando origen a un funcionamiento más complejo que el de los órganos que lo componen.

Explicar

Responde las siguientes preguntas: 1. ¿Qué entiendes por niveles de organización? ¿Cuál es la importancia que posee la agrupación de células y de órganos en los seres vivos pluricelulares? 2. Crea un ejemplo que represente niveles de organización, similar a lo que ocurre en los organismos, pero con elementos o situaciones de tu entorno.

Capítulo I: Función celular

19

Función celular

Capítulo I

3. Metabolismo celular Concepto clave ATP: nucleótido formado por una base nitrogenada, un azúcar simple (pentosa) y tres grupos fosfato. Se forman con la energía liberada a partir de la degradación de la glucosa en las mitocondrias y se utiliza en todas aquellas reacciones químicas de la célula que requieran energía.

Tanto para un organismo unicelular como para un pluricelular, todos los procesos que ocurren al interior de sus células son fundamentales. Por ejemplo, el movimiento, la reproducción, la renovación de material celular y el intercambio de sustancias requieren del aporte constante de energía que proviene, en último término, del metabolismo celular. El metabolismo celular corresponde al conjunto de reacciones químicas que, con la ayuda de enzimas, transforman los nutrientes en moléculas energéticas (reacciones catabólicas) o en macromoléculas complejas con distintas funciones (reacciones anabólicas).

3.1 Suministro de energía En los organismos heterótrofos (que toman los nutrientes del medio), la obtención de energía se realiza a través del procesamiento de moléculas como la glucosa. Este carbohidrato es transformado en CO2 y H2O y con su energía liberada se forma ATP en las mitocondrias, a través de la respiración celular. En los organismos autótrofos (que fabrican sus nutrientes), como las plantas, las algas y algunas bacterias y hongos, la energía proveniente del medio contribuye en la transformación de sustancias inorgánicas, como dióxido de carbono (CO2) y agua (H2O), en moléculas energéticas que sufren el mismo proceso que en los heterótrofos, como puedes observar en el siguiente esquema. En organismos fotosintéticos Sol

En organismos heterótrofos

C6H12O6 + 6O2

Alimentación Respiración

C6H12O6 + 6O2 Respiración celular

Respiración celular

Fotosíntesis

6CO2 + 6H2O

ATP

6CO2 + 6H2O

ATP

Desechos metabólicos La diferencia radica en que los organismos heterótrofos consumen glucosa en la alimentación.

Actividad 2

Analizar

Las mitocondrias son organelos celulares capaces de tomar moléculas como la glucosa, degradarlas y transformarlas en energía. De acuerdo con esto, responde las siguientes preguntas. 1. ¿Cómo puedes explicar que un deportista de elite siga una dieta alta en hidratos de carbono? 2. ¿Qué ocurriría si por una mutación genética en las células musculares del deportista sus mitocondrias no se renovaran como los demás componentes celulares?, ¿será necesaria una dieta alta en carbohidratos? Explica.

20

Unidad 1: Fisiología de procesos vitales

Unidad 1: Fisiología de procesos vitales

3.2 Eliminación de desechos Así como las células captan nutrientes para elaborar nuevas moléculas, (las que se transformarán posteriormente en compuestos estructurales y energía), también generan desechos, producto del metabolismo celular, los que deben ser eliminados. La excreción corresponde al proceso mediante el cual se eliminan diversas sustancias desde las células. Algunas de las sustancias que son consideradas desechos y que son eliminadas a través de la excreción son el CO2, el H2O (derivados de la respiración celular) y algunos derivados del nitrógeno, como urea y ácido úrico (generados en el metabolismo de las proteínas). El CO2 y el H2O son transportados hacia la circulación y, finalmente, eliminados mediante la espiración. El agua también se elimina en el sudor, la orina y las heces. En el caso de los derivados del nitrógeno, al ser tóxicos, son filtrados desde la sangre y eliminados por el sistema renal.

Polisacárido de reserva

Proteínas

Polisacáridos estructurales

Fosfolípidos Triglicéridos

Aminoácidos

Monosacáridos

Ácidos grasos

Ácidos grasos Monosacáridos Nutrientes Aminoácidos

Compuestos orgánicos sencillos NH3

O2

CO2

NH3

CO2

H2O

O2 Reacciones de síntesis Reacciones de degradación

H2O

Residuos del metabolismo Ejemplo de incorporación de nutrientes en una célula animal; formación de moléculas y los desechos que se generan producto de su metabolismo.

Actividad 3

Interpretar

Observa atentamente el esquema y responde las preguntas. 1. ¿De qué estructura celular forman parte los fosfolípidos formados mediante el metabolismo de los ácidos grasos? 2. Explica si las reacciones químicas representadas en el esquema son catabólicas o anabólicas.

Capítulo I: Función celular

21

Capítulo I

Función celular

4. Diferenciación celular Concepto clave segmentación: proceso de división del cigoto, en el que se suceden varias divisiones mitóticas, originando las siguientes etapas del desarrollo embrionario.

Las células del cigoto son capaces de proliferar, diferenciarse y especializarse.

Como aprendiste en segundo medio, existe una gran variedad de células en los organismos pluricelulares, las que cumplen distintas funciones, incluso algunas de ellas participan en la reproducción de los organismos con reproducción sexual. En los organismos que se reproducen sexualmente, la unión del ovocito con el espermatozoide forma una célula llamada cigoto, la cual, a medida que transcurre el tiempo, comienza a dividirse por segmentación, formando un cúmulo de células. Estas células se transformarán, posteriormente, en todos los tejidos y órganos que conforman al individuo. En un principio, las células que surgen producto de la segmentación del cigoto son indiferenciadas; esto significa que están aptas para dar origen a cualquier tipo de célula, desde un glóbulo rojo hasta una neurona. Entonces, ¿cómo se produce la diferenciación de las células? Existen señales químicas que provocan un cambio en la expresión de los genes de las células en proceso de diferenciación; esto les otorga características específicas, en términos de función y estructura. Es así como las neuronas, las celulas sexuales y las células exocrinas del páncreas, entre otras, son ejemplos de complejos estados de diferenciación celular; en cambio, las células de la médula ósea roja de los huesos se encuentran en un estado indiferenciado, lo que les permite originar glóbulos rojos y glóbulos blancos durante toda la vida de un individuo.

Fecundación

Células sanguíneas

Células nerviosas (neuronas)

Diversidad de células y tejidos

Segmentación del cigoto

22

Unidad 1: Fisiología de procesos vitales

Células de la piel

Células musculares

Unidad 1: Fisiología de procesos vitales

5. Sistemas coordinados para la nutrición: digestivo, respiratorio y cardiovascular Interactividad

Como vimos anteriormente las células, al agruparse y combinar sus funciones, generan niveles de jerarquía creciente, lo que permite la formación de grandes sistemas de órganos. Estos trabajan en forma conjunta para que el organismo sea capaz de llevar a cabo todos los procesos. Uno de estos procesos vitales es el metabolismo que, en los heterótrofos, depende del aporte constante de nutrientes contenidos en los alimentos. El proceso que permite obtener nutrientes asimilables por las células es la nutrición y en él participan directamente tres sistemas: digestivo, cardiovascular y respiratorio. En los siguientes capítulos, estudiaremos el funcionamiento de cada uno de estos sistemas.

1

Ingresa al sitio web www. medtropolis.com/Vbody. asp y encontrarás una animación del cuerpo humano y algunos de sus sistemas. Luego, realiza una presentación con diapositivas, asociando las funciones que allí aparecen.

2

En un vertebrado superior, los alimentos son triturados en la cavidad bucal y se digieren a lo largo del tubo digestivo, hasta obtenerse los nutrientes que las células requieren. Estos pasan a la sangre mediante la absorción.

La respiración posibilita el ingreso de gases necesarios para las reacciones químicas (O2) que ocurren en la célula y la eliminación de los gases de desecho (CO2). Estos se intercambian desde la circulación hacia las células, y viceversa, en los pulmones, específicamente en sus unidades mínimas, denominadas alvéolos.

3 Estas funciones se integran cuando los nutrientes y gases viajan hacia todas las células del organismo a través de la sangre, que circula por una serie de vasos, asegurando la sobrevivencia de las células.

Capítulo I: Función celular

23

Síntesis y evaluación

Capítulo I

Mapa conceptual Completa el siguiente esquema con los términos que correspondan. Recuerda los conceptos tratados en el capítulo. Organismos se clasifican según 1. en 2.

Unicelulares

se organizan en niveles jerárquicos

que pueden

Ser autónomos

3.

4.

5.

cuyo funcionamiento se basa en el

6.

Célula

Sistemas

Evaluación de proceso I. Observa la imagen e identifica a qué nivel de organización corresponde cada una de las estructuras. A

C A B C D E

B E

D

24 Unidad 1: Fisiología de procesos vitales

II. Completa la siguiente tabla. Tipo de proceso energético

Sustancias incorporadas

Desechos eliminados

Fotosíntesis Respiración celular

III. Relaciona los sistemas de órganos con cada situación descrita. Para esto, coloca la letra que corresponda en los espacios. …… Transporta gases desde y hacia las células. A. Sistema digestivo

…… Incorpora nutrientes para la obtención de energía en las células. …… Transporta los residuos del metabolismo celular.

B. Sistema respiratorio

C. Sistema circulatorio

…… Facilita la llegada de oxígeno a las células para las células que es utilizado en reacciones metabólicas. …… Elimina el dióxido de carbono producido durante el metabolismo. …… Fragmenta macromoléculas en sustancias asimilables por las células.

Me evalúo Completa la siguiente tabla, siguiendo las instrucciones de tu profesor o profesora. Debería Comprender que existen seres vivos unicelulares y pluricelulares y que estos últimos se estructuran en distintos niveles jerárquicos de organización.

Puntaje

Ítem/ pregunta

Total

I

5

Reconocer los principales requerimientos del metabolismo celular, en cuanto a suministro de energía y eliminación de desechos.

II

4

Identificar la nutrición como un proceso que aporta energía a la célula y que integra el funcionamiento de los sistemas digestivo, respiratorio y circulatorio.

III

6

Obtenido

¿Qué debo hacer?

Según los puntajes obtenidos, realiza las actividades que te indicará tu profesor o profesora.

Unidad 1: Fisiología de procesos vitales 25

Capítulo

II

Digestión 1. Organización del sistema digestivo El sistema digestivo se compone de varias estructuras que, en conjunto, forman un segmento continuo, que comienza en la boca y termina en el ano. Su principal función es degradar los alimentos hasta obtener nutrientes, para lo cual cuenta con diversos órganos y glándulas, que secretan enzimas y producen secreciones que facilitan el proceso digestivo. A continuación, se detallan algunas características de las principales estructuras del sistema digestivo. Boca Cavidad en la que ocurren los primeros procesos destinados a la digestión de los alimentos. Posee dientes, que se encargan de triturarlos, y una estructura muscular, llamada lengua, que contribuye a la formación del bolo alimenticio. Glándulas salivales Glándulas que se ubican al interior de la cavidad bucal. Se organizan en pares (parótidas, sublinguales y submaxilares). Su función es producir y secretar saliva hacia la cavidad bucal. Faringe

Cuando nos comemos una manzana, nuestro organismo recibe materia orgánica, la cual se degrada y aporta nutrientes que luego aprovecharán las células. Este proceso ocurre en un conjunto de órganos especializados para esta función, agrupados en el sistema digestivo. En este capítulo comprenderás la finalidad de la digestión, en términos de la transformación de los alimentos y la asimilación de los nutrientes, así como también el rol de cada una de las estructuras participantes.

26 Unidad 1: Fisiología de procesos vitales

Segmento compartido entre los aparatos digestivo y respiratorio. Conecta la boca con el esófago. Participa en la deglución, cerrando la tráquea y despejando el esófago para que el bolo alimenticio continúe su recorrido hacia el estómago. Esófago Conducto fibromuscular que conduce los alimentos desde la faringe hacia el estómago, a través de movimientos ondulatorios llamados peristálticos. Entre el esófago y el estómago se ubica un esfínter llamado cardias, que impide el reflujo del bolo alimenticio desde el estómago hacia la boca. Estómago Dilatación del tubo digestivo. Se encarga de mezclar los alimentos con las secreciones gástricas, hasta formar una pasta semilíquida, llamada quimo. El vaciado del quimo hacia el intestino delgado se realiza a través de otro esfínter, llamado píloro. En el estómago se reconocen tres porciones: fondo, cuerpo y antro. Hígado Glándula que produce y secreta bilis, la cual contribuye a la digestión y absorción de las grasas. La bilis, que se almacena en la vesícula biliar, también actúa como medio de transporte para la excreción de productos de desecho de la sangre, como la bilirrubina.

Unidad 1: Fisiología de procesos vitales

G Intestino delgado

B

Porción del tubo digestivo que se ubica entre el estómago y el intestino grueso. Alcanza una longitud de siete metros, aproximadamente, y en él se reconocen tres segmentos: duodeno, yeyuno e íleon. Aquí ocurre la última etapa de la digestión y la absorción de los nutrientes.

A

H Páncreas

C

Glándula que comparte sus funciones con los sistemas digestivo y endocrino. Para el sistema digestivo secreta enzimas específicas, que digieren proteínas, carbohidratos y lípidos, además de bicarbonato, que neutraliza el ácido procedente del estómago. El producto final del jugo pancreático desemboca en la primera porción del duodeno.

D I

Intestino grueso Continuación del intestino delgado; ambos se comunican a través de la válvula ileocecal, que evita el reflujo del contenido del intestino grueso. La primera porción del intestino grueso se denomina ciego (región donde se ubica el apéndice), le sigue el colon, que comprende cuatro porciones: ascendente, transverso, descendente y sigmoideo.

F

J Recto E

Porción final del tubo digestivo. Comunica con el exterior mediante un orificio denominado ano, el que se regula voluntariamente gracias a la presencia de un anillo muscular o esfínter.

H

Concepto clave esfínter: anillo muscular que permite o impide el paso de sustancias desde una cavidad a otra. Su regulación puede ser voluntaria o involuntaria.

G

Conexión con...

I J

Medicina

La hepatitis es un proceso inflamatorio que afecta al hígado. Sus causas pueden ser el abuso de medicamentos, las infecciones virales, el consumo excesivo de alcohol o una respuesta autoinmunológica. Puede desarrollarse como una infección aguda (tratable con medicamentos) o crónica, provocando incluso la muerte. Su gravedad depende de la causa de la infección y las enfermedades preexistentes.

Capítulo II: Digestión

27

Capítulo II

Digestión

2. Etapas del proceso digestivo Este proceso ocurre en distintas secciones del conducto digestivo y comprende dos tipos de digestión, la digestión mecánica y la química. La primera corresponde a la fragmentación del alimento mediante la masticación y la trituración. La digestión química, en cambio, consiste en degradar las unidades fragmentadas en el proceso mecánico, para convertirlas en sustancias asimilables por las células. Este tipo de digestión es llevada a cabo por diversas enzimas y secreciones de órganos complementarios al tubo digestivo, llamados glándulas anexas. El proceso digestivo comienza con la ingestión, que corresponde al ingreso del alimento al sistema digestivo, a través de la boca.

2.1 Digestión Como vimos anteriormente, existen dos tipos, mecánica y química. A continuación se describen estos mecanismos de acuerdo a la estructura donde se produce la digestión.

A. Boca El inicio de la onda peristáltica coincide con la abertura de la faringe para el paso del bolo alimenticio, y con el cierre del esfínter que conecta el esófago con el estómago.



Cuando el alimento ingresa a esta cavidad, comienza la digestión mecánica, la cual origina una masa de aspecto semilíquido (bolo alimenticio) que se mezcla con la saliva, iniciándose la digestión química. La saliva hidrata y lubrica el alimento que está siendo masticado. Está compuesto principalmente de agua, mucina (que lubrica y protege las superficies), enzimas, como la lisozima, que contribuye con la destrucción de bacterias bucales, y la amilasa salival, que rompe los enlaces del almidón, transformándolo en maltosa.

La deglución es el proceso en el que la lengua empuja de modo voluntario el bolo alimenticio hacia la faringe, y posteriormente, de modo involuntario, hasta el esófago. Luego, por acción de los movimientos peristálticos, el bolo es conducido a través de este conducto hacia el estómago.

B. Estómago

La digestión química implica la acción de una variedad de enzimas y jugos que actúan sobre el bolo alimenticio. Estas secreciones son producidas por glándulas ubicadas en las paredes estomacales, las que están formadas por varios tipos de células secretoras. La producción de jugo gástrico y los movimientos de mezcla contribuyen a degradar las macromoléculas presentes en el bolo, para obtener sustancias pequeñas que puedan absorberse en el intestino. Las principales enzimas que actúan en el estómago son las siguientes:

· Pepsina. Degrada proteínas. Su forma inactiva es el pepsinógeno, el que es secretado hacia el espacio estomacal por las células principales del estómago y es activado por el ácido clorhídrico producido por las células parietales, el que cumple además, una función bactericida.

28

Unidad 1: Fisiología de procesos vitales

Unidad 1: Fisiología de procesos vitales

· Lipasa gástrica. Degrada algunos triglicéridos. También es secretada por las células principales.

Concepto clave emulsión: transformación de grandes porciones de grasas en gotas, las que son más fáciles de degradar por las enzimas pancreáticas e intestinales.

Todas estas secreciones se unen con el alimento por efecto de las ondas de constricción generadas por las paredes estomacales, transformando el bolo alimenticio en quimo. Su aspecto es el de una pasta semilíquida, lechosa, la que es movilizada hacia el antro (fondo) estomacal y empujada hasta el píloro (esfínter que separa el estómago del intestino).

C. Intestino. En este órgano se realiza la digestión final de carbohidratos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos, por lo que se considera la etapa más importante del proceso digestivo. A medida que el quimo pasa al duodeno, se mezcla con el jugo intestinal, las secreciones del páncreas y la bilis; el jugo pancreático neutraliza la acidez que adquirió en el estómago, y la bilis cumple una función de emulsión sobre las partículas de grasa, formando pequeñas unidades Acción catalítica de las enzimas digestivas en sus solubles (micelas). Las secreciones sustratos específicos pancreática y biliar favorecen la acción de las enzimas intestinales. Ácidos Glúcidos Grasas Proteínas Estas enzimas son: nucléicos · Amilasa pancreática. Digiere el almidón, originando moléculas de maltosa.

· Tripsina y quimiotripsina. Degradan unidades proteicas, originando péptidos pequeños. · Peptidasas. Actúan sobre los péptidos pequeños, generando aminoácidos. · Nucleasas. Degradan ácidos nucleicos, generando ácido fosfórico, pentosas y bases nitrogenadas.

Amilasa

Estómago

· Lipasas. Degradan triglicéridos, obteniéndose moléculas de glicerol y ácidos grasos.

Boca

· Disacaridasas. Actúan sobre la maltosa, lactosa y sacarosa, originando monosacáridos, principalmente glucosa.

Lipasa

Intestino



Tripsina

Amilasa

Disacaridasa

Pepsina

Lipasa

Peptidasa

Nucleasa

Capítulo II: Digestión

29

Capítulo II

Digestión

Taller de ciencias

Trabajo en equipo

Identificar la presencia de enzima catalasa en el tejido hepático Antecedentes

Estrategias de contrastación y resultados

La catalasa es una enzima que se encarga de degradar el peróxido de hidrógeno (H2O2), producto tóxico generado por el metabolismo de la célula, transformándolo en oxígeno (O2) y agua (H2O). Esta enzima se encuentra ampliamente distribuida en los tejidos corporales, siendo más abundante en aquellos encargados de la detoxificación del cuerpo, como el hígado y los riñones. Como todas las enzimas, la catalasa actúa en condiciones de temperatura y pH específicos, por lo que cualquier variación de estos podría alterar su función.

A continuación, se propone un diseño experimental para comprobar la validez de las hipótesis planteadas.

Problema de investigación La acción específica de la catalasa es degradar H2O2 para evitar la intoxicación celular y la aparición de trastornos en diferentes sistemas fisiológicos. Basándonos en estos antecedentes, nos podríamos preguntar: ¿cómo detectar la acción de la catalasa en los tejidos animales? o ¿cómo se puede comprobar que efectivamente se libera O2 producto de su acción? o ¿qué ocurre si varía la temperatura del medio en el que esta enzima se encuentra actuando? Analicen con su equipo de trabajo los diferentes problemas planteados, y escojan uno para continuar este taller. Planteamiento de hipótesis Luego de escoger el problema de investigación, planteen una hipótesis que les permita dar una respuesta tentativa. Identifiquen las variables que participan y relacionen el sustrato que degrada la catalasa y los productos que se originan en la reacción química. Tomen en cuenta que, si varía la temperatura de la reacción, también se altera la acción enzimática.

30

Unidad 1: Fisiología de procesos vitales

Con su equipo de trabajo, reúnan los siguientes materiales: 50 mL de peróxido de hidrógeno (H2O2), un hígado de pollo crudo, un hígado de pollo cocido (para evidenciar el efecto del aumento de temperatura), cinco tubos de ensayo, un gotario, un mortero, una espátula y un cronómetro. 1. Etiqueten cada tubo de ensayo con una letra (A, B, C, D y E). 2. Corten dos cubos de hígado crudo de 1 cm de lado, aproximadamente, y dos cubos similares de hígado cocido. 3. Pongan las muestras de hígado, una en cada tubo, como se indica a continuación: Tubo A: trozo de hígado crudo. Tubo B: trozo de hígado cocido. Tubo C: trozo de hígado crudo triturado. Tubo D: trozo de hígado cocido triturado. Tubo E: control (sin hígado). 4. Con la ayuda de un gotario, coloquen en cada tubo de ensayo 10 mL de H2O2. Observen, anoten y registren el tiempo de la reacción hasta que no se detecten cambios significativos en cada tubo. 5. Completen la siguiente tabla, clasificando el grado de efervescencia observada en cada tubo, como alta, media y baja.

Unidad 1: Fisiología de procesos vitales

Tabla de registro: Tiempo de reacción y efervescencia en tejido hepático Muestras

Tiempo de reacción (seg)

Efervescencia

Tubo A Tubo B Tubo C Tubo D Tubo E Análisis e interpretación de evidencias

Conclusiones y comunicación de resultados

Debatan los resultados obtenidos. Recuerden que deben tomar en cuenta que las enzimas no se degradan, ni se altera su naturaleza química durante la reacción, excepto cuando varían aspectos fundamentales para su actividad (como la temperatura y el pH). Apoyen su análisis respondiendo las siguientes preguntas.

Elaboren al menos dos conclusiones basadas en el análisis del experimento y la interpretación de las evidencias obtenidas.

a. ¿Cuál es el principal indicador de la presencia de la catalasa en el tejido hepático? b. ¿Por qué la temperatura afecta la capacidad del tejido hepático para descomponer el H2O2? c. ¿Cómo explicarías las variaciones en la efervescencia de los tubos con hígado entero y triturado? d. Contrasten su hipótesis planteada con la información obtenida mediante el procedimiento científico. Comenten en las conclusiones si la hipótesis se acepta o se rechaza, y por qué.

Para comunicar los resultados obtenidos, elaboren un póster o afiche del taller realizado. Para obtener información de cómo hacerlo, lean el anexo 3 de la página 287. Proyección Planteen un diseño experimental que les permita analizar el efecto de la variación del pH sobre la acción de la catalasa. Además, pueden analizar la actividad de esta enzima, utilizando otro tipo de sustrato, como acelgas y papas (cocidas y crudas), ya que la catalasa no es una enzima exclusiva de los tejidos animales.

e. Realicen una lista que les permita detectar las principales dificultades que se les presentaron al momento de registrar los datos y discutan algunas soluciones para mejorar este aspecto y aplicarlas en los siguientes Talleres de ciencia.

Capítulo II: Digestión

31

Capítulo II

Digestión

2.2 Absorción de nutrientes Conceptos clave lumen: cavidad que se origina dentro de una estructura tubular. Por ejemplo, en el tubo digestivo o los vasos sanguíneos. quilomicrón: molécula lipoproteica sintetizada en el intestino delgado, que transporta los lípidos hacia las células, a través del sistema linfático, el que luego los vierte a la circulación sanguínea.

Después de la digestión de los alimentos, los nutrientes obtenidos deben ingresar al sistema circulatorio para ser transportados hasta las células. Este proceso se denomina absorción y ocurre principalmente en el duodeno y el yeyuno. Estas porciones del tracto digestivo presentan una mucosa con muchos pliegues o vellosidades, las que aumentan la superficie de absorción. Las células del intestino, a su vez, poseen una estructura especializada para el ingreso de los nutrientes; presentan en la cara superior micropliegues, que le confieren el aspecto de “borde en cepillo”. Estas microvellosidades se orientan hacia el lumen del intestino. Los azúcares simples, los aminoácidos y los péptidos son rápidamente absorbidos en el intestino, desde donde pasan hacia los capilares sanguíneos. Los lípidos y las vitaminas liposolubles son absorbidos en forma de quilomicrones, los cuales son conducidos, a través de la circulación linfática, hasta las grandes venas del cuello, donde se integran a la circulación sanguínea para llegar a todas las células del cuerpo. Posteriormente a la absorción intestinal, las sustancias residuales llegan al intestino grueso, donde se produce reabsorción de agua y electrolitos, principalmente. Además, en el intestino grueso existen algunas bacterias simbiontes que sintetizan algunas vitaminas, las cuales son absorbidas, ingresando posteriormente al torrente sanguíneo.

Dipéptidos Lípidos

Aminoácidos

Glúcidos

Microvellosidades

Vellosidades intestinales Quilomicrón

Vaso sanguíneo Células epiteliales del intestino

Vaso linfático

Las microvellosidades aumentan la superficie de absorción de los nutrientes desde el intestino delgado hacia la circulación sanguínea y linfática.

32

Unidad 1: Fisiología de procesos vitales

Unidad 1: Fisiología de procesos vitales

2.3 Egestión Corresponde a la eliminación de los residuos de la digestión que no fueron absorbidos. Esta materia, que está formada por restos orgánicos e inorgánicos, agua y gran cantidad de bacterias, recibe el nombre de heces.

Conexión con...

Medicina

Las hemorroides son afecciones inflamatorias que afectan a las venas del ano. Sus causas pueden ser el esfuerzo constante durante la deposición, el estreñimiento, permanecer muchas horas sentado o por alguna infección. Su tratamiento consiste en el uso de cremas que disminuyen el dolor y la inflamación de la zona. Para no sufrir hemorroides, se recomienda el consumo de alimentos con alto contenido en fibra, la ingesta de mucha agua y evitar el consumo de alcohol y alimentos irritantes.

Alimentos ricos en fibra.

Actividad 4

Interpretar

Analiza la información y responde las preguntas. Tabla 1: Contenido alimenticio en la boca

Tabla 2: Contenido alimenticio en el intestino delgado

Molécula

Presencia

Molécula

Presencia

Almidón

+++

Almidón

Trazas

Glucosa

Trazas

Glucosa

+++

0,7 a 1,2

Proteínas

+++

76

Proteínas

+

7

Aminoácidos

0

---

Péptidos

+

1

Lípidos

+++

Aminoácidos

+++

0,8

Lípidos

Trazas

4

Ácidos grasos

0

---

Ácidos grasos y glicerol +++

Fibras

++

12 a 30

Fibras

++

Aspecto

sólido

Aspecto

líquido

Tamaño (nm) 40 1,2

4

Tamaño (nm) 40

0,6 12 a 30

Fuente: Ministerio de Educación, Unidad de Currículum y Evaluación. (2004). Programa de Estudio primer año medio Formación General educación media. 2a edición, Santiago.

1. ¿Cómo se explica lo que sucede con la fibra en ambas tablas? Plantea una hipótesis que explique el fenómeno observado. 2. ¿Por qué existe diferencia en el contenido alimenticio de la boca y el intestino delgado? 3. ¿A qué se deben las diferencias de tamaño de las moléculas en cada estructura del sistema digestivo?

Capítulo II: Digestión

33

Síntesis y evaluación

Capítulo II

Mapa conceptual Completa el siguiente esquema con los términos que correspondan. Recuerda los conceptos tratados en el capítulo. Sistema digestivo cuya función es 1. se organiza en 2.

Glándulas anexas

compuesto por

como

Boca

3.

4.

Hígado 5.

Estómago Intestino delgado

en conjunto, se encargan de

Transportar nutrientes Intestino grueso 6.

Evaluación de proceso I. Completa las siguientes oraciones con los conceptos que correspondan. a. En la boca, la digestión química es realizada por la enzima . b. Los el estómago.

, que degrada

permiten el paso del bolo alimenticio desde el esófago hasta

c. Las vellosidades intestinales aumentan la los nutrientes.

para la absorción de

d. La fragmentación final de las macromoléculas presentes en los alimentos ocurre en el . e. Los f. La

son transportados por la circulación linfática para luego llegar hasta las células. es la etapa final de la digestión, que implica la eliminación de

34 Unidad 1: Fisiología de procesos vitales

.

II. Completa la siguiente tabla, identificando la relación enzima-sustrato en las diferentes estructuras del sistema digestivo. Tipo de enzima Sustrato Boca

Estómago

Intestino delgado

Glúcidos Grasas Proteínas Ácidos nucleicos

III. Responde las siguientes preguntas. 1. ¿En qué se diferencia la digestión mecánica de la química? 2. ¿Cuál es el objetivo de la acción enzimática durante la digestión? 3. ¿Qué sucedería si las células intestinales perdieran sus microvellosidades? 4. ¿Cuál es la función de las glándulas anexas en el proceso digestivo? 5. ¿Cuál es la diferencia entre la función del intestino delgado y grueso? 6. Describe los procesos digestivos que ocurren en la boca y el estómago.

Me evalúo Completa la siguiente tabla, siguiendo las instrucciones de tu profesor o profesora. Puntaje

Debería

Ítem/ pregunta

Relacionar las estructuras del sistema digestivo con las funciones que cumplen en el procesamiento del alimento.

I, III (3, 4, 5)

9

Comprender la digestión como un proceso fisiológico de transformación y obtención de nutrientes.

II, III (1, 2 y 6)

12

Total

Obtenido

¿Qué debo hacer?

Según los puntajes obtenidos, realiza las actividades que te indicará tu profesor o profesora.

Unidad 1: Fisiología de procesos vitales 35

Capítulo

III

Nutrición e intercambio gaseoso en las células 1. Circulación: organización general El sistema circulatorio humano consta de dos redes de transporte de sustancias: la circulación sanguínea y la circulación linfática. El sistema circulatorio o cardiovascular está formado por el corazón, los vasos sanguíneos y la sangre que transporta nutrientes (absorbidos desde el intestino delgado) y gases (provenientes del sistema respiratorio). Una vez que los tejidos corporales utilizan estos elementos, los desechos producidos pasan a la sangre para ser excretados. El sistema linfático, además de filtrar el líquido extracelular, transporta nutrientes generados por el metabolismo de las grasas. También está formado por vasos, y reúne una serie de órganos que participan en el sistema de defensa del organismo.

Corazón

El sumergirnos bajo el agua es un hecho común para nosotros, pero involucra la necesidad de volver a respirar rápidamente. El ingreso de oxígeno y su transporte hacia las células es vital para nuestro organismo. En este capítulo conocerás que el aporte de gases, su transporte y la eliminación de desechos son procesos que se llevan a cabo por sistemas especializados.

Venas

Arterias

El sistema cardiovascular está compuesto por el corazón y los vasos sanguíneos que transportan la sangre.

36 Unidad 1: Fisiología de procesos vitales

Unidad 1: Fisiología de procesos vitales

2. Sistema cardiovascular 2.1 Vasos sanguíneos Los vasos son conductos de diverso diámetro, a través de los cuales circulan líquidos de transporte. En el caso de la circulación sanguínea existen tres tipos de vasos: arterias, venas y capilares. En conjunto, constituyen un sistema cerrado que transporta sangre desde y hacia el corazón. Los grandes vasos sanguíneos (arterias y venas) poseen paredes organizadas en tres capas de tejido concéntricas. Desde la más interna a la más externa, son: túnica íntima, túnica media y túnica externa o adventicia.

Concepto clave líquido intersticial: líquido que se encuentra en los espacios que existen entre las células. Junto con el plasma sanguíneo, constituyen el líquido extracelular.

Venas

Válvula

Conducen la sangre desde los tejidos hacia el corazón. Debido a que la presión sanguínea en esta parte del recorrido es más baja, las paredes de las venas son delgadas. En algunas secciones de ellas existen válvulas que impiden el retroceso sanguíneo y facilitan su retorno al corazón. Las venas se ramifican, al igual que las arterias, en vasos de menor diámetro llamados vénulas, que recogen sangre desde los capilares.

Arterias Transportan sangre desde el corazón hacia los tejidos a gran presión, por lo que sus paredes vasculares son fuertes y pueden modificar su diámetro con facilidad. Las ramificaciones de las arterias conforman vasos de menor diámetro y de estructura muscular más pronunciada, (arteriolas). Estas siguen ramificándose hasta formar los capilares.

Actividad 5

Capilares Tienen por función el intercambio de sustancias entre la sangre y el líquido intersticial. Poseen una pared muy delgada, formada por una sola capa de células, llamada endotelio. A través de esta delgada capa, solo pueden pasar moléculas pequeñas.

Inferir

A partir de la siguiente información y del contenido de esta página, responde las siguientes preguntas. Las várices corresponden a una falla en el sistema valvular de las venas, ocasionando dilatación anormal de sus paredes y acumulación de sangre en ellas, e impidiendo que esta circule hasta el corazón. Puede ocurrir en cualquier zona del cuerpo, pero su aparición es más frecuente en las extremidades inferiores. 1. ¿Qué vasos sanguíneos responden mejor a la presión sanguínea, arterias o venas? Fundamenta. 2. Si las arterias no poseen válvulas que impulsen el regreso de la sangre hacia el corazón, ¿será posible encontrar várices arteriales? ¿por qué? Capítulo III: Nutrición e intercambio gaseoso en las células

37

Capítulo III

Nutrición e intercambio gaseoso en las células

2.2 El corazón El corazón es un órgano muscular hueco. Se ubica en el tórax, entre ambos pulmones. En él se delimitan cavidades por las cuales circula sangre y sus fuertes contracciones la impulsan hacia todos los tejidos del cuerpo. Este órgano está formado por tres capas de tejidos. La capa más externa se denomina epicardio, y está formada de tejido conectivo que lo protege y lo fija a la caja torácica. El miocardio, que es la capa central y más gruesa del corazón, al estar formado por tejido muscular, es el responsable de su contracción. La más interna, llamada endocardio, es una capa epitelial delgada, similar a la que se encuentra tapizando los vasos sanguíneos. El corazón posee cuatro cavidades por las cuales circula sangre:

Vena cava superior

Nodo auriculoventricular

Arteria aorta

Nodo sinoauricular

Arteria pulmonar

Venas pulmonares

C Aurícula izquierda

A Aurícula derecha Recibe la sangre (sin oxígeno y con desechos) que proviene de los órganos, a través de las venas cavas. La envía al ventrículo derecho, cruzando la válvula tricúspide.

C A D

D Ventrículo izquierdo

B

B Ventrículo derecho Recibe la sangre de la aurícula derecha y la envía hacia los pulmones, por las arterias pulmonares, atravesando la válvula semilunar pulmonar.

Recibe la sangre (oxigenada) que proviene de los pulmones, a través de las venas pulmonares. La envía hacia el ventrículo izquierdo, atravesando la válvula mitral o bicúspide.

Vena cava inferior

Recibe la sangre desde la aurícula izquierda y la envía hacia el arco aórtico, atravesando la válvula aórtica, desde donde es transportada a todo el cuerpo.

2.3 Actividad cardíaca Para impulsar la sangre a todo el cuerpo, el corazón se mueve de manera coordinada, alternando contracciones (sístole) y relajaciones (diástole). Ambos movimientos constituyen un ciclo, que se describe desde el inicio de un latido cardíaco hasta el comienzo del siguiente.

38

Unidad 1: Fisiología de procesos vitales

Unidad 1: Fisiología de procesos vitales

Movimientos de sístole y diástole Diástole auricular y sístole ventricular

Sístole auricular y diástole ventricular

Cada latido va acompañado por ruidos característicos. Son provocados por el cierre de las válvulas cardíacas. El primer ruido, un “lub” bajo, corresponde a las vibraciones del cierre de las válvulas mitral y tricúspide, al inicio de la sístole ventricular. El segundo ruido, un “dup” más corto y agudo, es ocasionado por el cierre de las válvulas aórtica y pulmonar.

Diástole. Es el momento en el cual el corazón se encuentra relajado y permite el ingreso de la sangre a las aurículas izquierda y derecha. Hacia el final de la diástole, las válvulas mitral y tricúspide están abiertas, generándose el llenado de los ventrículos (alrededor del 70 %). Sístole auricular. Cuando las aurículas se contraen, empujan sangre hacia los ventrículos. Sístole ventricular. Los ventrículos impulsan, con gran presión, la sangre hacia los pulmones (ventrículo derecho) y hacia todo el organismo (ventrículo izquierdo). El corazón es capaz de iniciar sus propios impulsos para contraerse y relajarse. Existen áreas especializadas que hacen posible el latido cardíaco: el nodo sinoauricular o marcapaso, el nodo aurículoventricular, el haz de His y la red de Purkinje. Para que la diástole y la sístole ocurran rítmicamente, en el nodo sinoauricular (ubicado sobre la aurícula derecha) se genera un impulso que se propaga por las fibras musculares de las paredes de las aurículas derecha e izquierda, contrayéndose ambas casi simultáneamente.

Interactividad Ingresa a la siguiente página web http://library.med. utah.edu/kw/pharm/hyper_ heart1.html y observarás la animación de un ciclo cardíaco. Fíjate en cada una de las fases de este ciclo que están graficadas. Luego, realiza una presentación de diapositivas donde expliques la importancia de la secuencia y coordinación de la actividad cardíaca.

Los impulsos que llegan hasta el nodo aurículoventricular (ubicado entre la aurícula y ventrículo derechos), viajan, a su vez, hasta una red de fibras musculares especializadas para la conducción eléctrica, el haz de His. Este transmite los impulsos hacia la red de Purkinje, que inerva el miocardio de los ventrículos, provocando que se contraigan después de las aurículas.

Capítulo III: Nutrición e intercambio gaseoso en las células

39

Capítulo III

Nutrición e intercambio gaseoso en las células

2.4 La sangre Como has aprendido, los gases y nutrientes deben trasladarse hacia y desde todas las células del cuerpo, y el “medio de transporte” utilizado es la sangre. Si se toma una muestra de sangre y se deposita en un recipiente, esta se separa rápidamente en dos fases: plasma sanguíneo y elementos figurados. El primero posee agua, en la que van disueltas proteínas importantes. Además, contiene albúmina, nutrientes, productos de desecho, sales minerales, hormonas y gases. Los elementos figurados son un conjunto de células que se forman en la médula ósea roja de los huesos largos. Se distinguen tres tipos: glóbulos rojos, glóbulos blancos y plaquetas.

Concepto clave células anucleadas: elementos celulares que han perdido el núcleo en su proceso de formación. Por ejemplo, los glóbulos rojos.

Plasma

Neutrófilo

Basófilo

Eosinófilo

Linfocito

Glóbulos blancos o leucocitos Se encargan de la defensa del organismo, pues son capaces de detectar y eliminar elementos exógenos, como hongos, virus, parásitos y bacterias, entre otros.

Plaquetas o trombocitos

Monocito

Son trozos celulares (fragmentos de citoplasma envueltos en una membrana). Cumplen una importante función en la coagulación sanguínea, ya que se unen a la zona herida, generando un “tapón” plaquetario que detiene el flujo de sangre. Glóbulos rojos o eritrocitos

Plaquetas Glóbulos rojos

Karl Landsteiner (1868-1943)

40

Son células anucleadas, de forma bicóncava, cuya función principal es el transporte de O2 en la sangre. Esta capacidad se debe a la presencia de hemoglobina en el citoplasma.

Biografía Médico estadounidense, de origen austríaco. A partir de muestras de sangre de sus colaboradores, pudo detectar diferencias en los tipos de sangre humana, basadas en problemas de rechazo al realizarse transfusiones (sistema actual ABO). En el 1909 fue nombrado profesor de Patología, en Viena. Años más tarde se trasladó a Estados Unidos para incorporarse al Instituto Rockefeller de Investigación Médica. En 1930 recibió el Premio Nobel de Fisiología y Medicina. Comenta con tus compañeros y compañeras cuál habrá sido el impacto en las cirugías y transfusiones sanguíneas al conocer los diferentes tipos de sangre que presentan los individuos.

Unidad 1: Fisiología de procesos vitales

Unidad 1: Fisiología de procesos vitales

2.5 Tipos de circulación cardiovascular Como vimos en la página 39, existen dos flujos de salida desde el corazón, uno hacia los pulmones y otro hacia el resto del organismo. Los dos flujos generan dos circuitos diferentes: la circulación mayor o sistémica y la circulación menor o pulmonar.

Biografía

A La circulación menor corresponde al transporte sanguíneo que ocurre entre el corazón y los pulmones. Cuando la sangre rica en CO2 llega a la aurícula derecha (a través de las venas cavas superior e inferior), pasa hacia el ventrículo derecho. Posteriormente, y a través de las arterias pulmonares, llega a los pulmones, en donde se oxigena y regresa luego al corazón por las venas pulmonares.

B

B La circulación mayor es la que

A

Actividad 6

lleva la sangre desde el corazón hacia el resto del cuerpo. Cuando la sangre oxigenada ingresa al corazón (por la aurícula izquierda), pasa al ventrículo izquierdo; desde esta cavidad es bombeada hacia la arteria aorta, la que la expulsa finalmente hacia todo el organismo. La aorta se ramifica en vasos arteriales que transportan sangre oxigenada hacia el corazón, la cabeza, las extremidades superiores, el tórax y las piernas.

William Harvey (1578-1657)

Médico y fisiólogo inglés. Se le atribuye la descripción del transporte de la sangre, bombeada por el corazón, a través de los vasos sanguíneos. En 1628 publicó la obra Ejercicio anatómico concerniente al movimiento del corazón y la sangre en los animales, en la que expuso un modelo correcto de circulación sanguínea. Realizó demostraciones en el antebrazo de un individuo y explicó la circulación al obstruir una vena, observando que esta se bloqueaba hacia el codo. Continuó con su profesión de médico hasta poco antes de su muerte.

Inferir

De acuerdo con la información relacionada con la circulación mayor y menor, responde las siguientes preguntas. 1. ¿Por qué los vasos que transportan sangre, desde y hacia los pulmones, tienen nombres distintos de los que transportan la sangre hacia el resto del cuerpo? 2. ¿Qué ocurre con la concentración de oxígeno en la sangre, si se altera el intercambio gaseoso en los pulmones? 3. Averigua si la circulación menor le permite al tejido pulmonar obtener nutrientes provenientes de la digestión.

Capítulo III: Nutrición e intercambio gaseoso en las células

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Nutrición e intercambio gaseoso en las células

Capítulo III

2.6 Transporte de gases Actividad 7

El transporte de las moléculas de O2 y CO2 son procesos realizados por el plasma sanguíneo y los glóbulos rojos a través de la hemoglobina.

Analizar

Analiza los datos del gráfico y responde las preguntas.

Porcentaje de saturación

Gráfico 2: Curva de asociación-disociación O2 hemoglobina 100 80 60

Hemoglobina

40 20 0

0 20 40 60 80 100 pO2 (mmHg)

Fuente: Curtis, H. y Barnes N. (2008). Biología. 7a edición. Buenos Aires: Médica Panamericana.

1. Si los grupos hemo de la hemoglobina permiten la unión de O2 a la molécula, ¿qué diferencias existen en la saturación de esta proteína cuando la presión parcial de O2 es de 20 y 80 mmHg?

La hemoglobina presente en los glóbulos rojos está formada por cuatro subunidades, cada una integrada por una cadena polipeptídica y un grupo hemo. Este grupo tiene un átomo de hierro en su estructura. Cada grupo hemo tiene un átomo de hierro en su centro, el que puede unirse de modo reversible con una molécula de O2. La unión de la primera molécula de O2 a la primera subunidad de la hemoglobina incrementa la afinidad por el O2 de la segunda subunidad, y esto, a su vez, incrementa la afinidad de la tercera y cuarta subunidad. Así, la presión parcial de O2 presente en el momento es directamente proporcional al grado de saturación o de unión de la hemoglobina con este gas. El CO2 tiene una solubilidad mayor que el O2 en el plasma, por lo que, a la misma presión parcial, se observa más CO2 que O2 en este líquido. La mayor parte del CO2 que se difunde desde los tejidos hacia la sangre se une a la hemoglobina en los glóbulos rojos, pero cerca de un 5 % se disuelve en el plasma. Parte de este porcentaje se queda en el plasma ejerciendo presión parcial (pCO2), y la otra se combina con moléculas de H2O para formar H2CO3 (ácido carbónico), el que es disociado por la enzima anhidrasa carbónica en iones H+ y HCO3- (bicarbonato) en los eritrocitos. El HCO3- vuelve al plasma, desde donde difunde hacia los alvéolos, transformándose nuevamente en CO2 para ser eliminado durante la espiración.

CHb: carbamino hemoglobina. Hb: hemoglobina.

2. ¿Qué relación tiene el punto 0 de la curva con las uniones de O2 a la hemoglobina? Explica.

CO2

O2

O 2 + Hb

O 2 + H2 O

Hb

+ CO2

CO2

) C H b (2 3 %

42

Unidad 1: Fisiología de procesos vitales

Disuelto en el plasma (7 %)

C H CO3 H+ + HC - 2 O3

HCO3(70 %)

O + Hb 2

HbO2

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3. Sistema linfático El sistema linfático corresponde a una red abierta de vasos los cuales transportan la linfa. Los vasos linfáticos se encargan de colectar líquido intersticial y devolverlo a la sangre, además de transportar moléculas de gran tamaño (como proteínas y glóbulos de grasa), que no son capaces de traspasar el tejido capilar. Los ganglios linfáticos contribuyen en la defensa del organismo, exponiendo los microorganismos al sistema inmune. Los vasos linfáticos recorren casi todas las estructuras del organismo, excepto el cerebro, los ojos, la médula ósea, y aquellos tejidos que no presentan vascularización, como el cartílago y el epitelio. Recogen, fundamentalmente, el líquido que se pierde en el intercambio de sustancias entre los capilares y las células, devolviéndolo a la circulación sanguínea. Esto se realiza en los conductos linfáticos terminales, que son: el conducto linfático derecho (recibe la linfa del lado derecho de la cabeza, tronco superior derecho, y brazo derecho); izquierdo (la mitad derecha superior), y el conducto torácico (el resto del cuerpo), los cuales, luego, devuelven la linfa a la circulación venosa, a la altura del cuello. Los nódulos o ganglios linfáticos actúan como filtros para la linfa, ya que, al ser sectores terminales de los vasos linfáticos, toman las sustancias extrañas y los patógenos desde este líquido, para exponerlos a los glóbulos blancos (linfocitos) y macrófagos presentes en ellos. Este sistema filtra, aproximadamente, entre dos y tres litros de linfa al día.

Actividad 8

Interpretar-asociar

Lee la siguiente información y responde las preguntas. Diversos estudios muestran que el ejercicio moderado aumenta el número de leucocitos, células especializadas en los mecanismos de defensa. Sin embargo, al realizarlo de manera intensa, se podría inhibir la función inmunitaria. Se aconseja realizar ejercicio moderado después de un traumatismo, como una cirugía, por los posibles efectos potenciadores de la inmunidad.

Los vasos linfáticos forman una red abierta, la que vierte los elementos que transporta hacia el torrente sanguíneo.

1. ¿Cómo influye el sistema circulatorio en el aumento de linfocitos en la sangre? 2. Plantea una hipótesis que involucre el ejercicio moderado y extenuante con la función inmunitaria. 3. ¿Qué ventaja crees tú que posee para el organismo que las células inmunitarias viajen por la circulación?

Capítulo III: Nutrición e intercambio gaseoso en las células

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Nutrición e intercambio gaseoso en las células

Capítulo III

4. Respiración El proceso respiratorio se define en función de dos mecanismos: la respiración externa y la interna. La primera implica el intercambio de los gases O2 y CO2 entre el medio externo e interno, y en la segunda, estos mismos gases se intercambian entre los tejidos y los capilares sanguíneos.

4.1 Órganos que permiten la respiración externa El ingreso de O2 al organismo y la eliminación de CO2 se realizan a través de estructuras especializadas que, en su conjunto, forman el sistema respiratorio. Este sistema está compuesto básicamente por los pulmones y las vías respiratorias.

A Fosas nasales. Zona de ingreso del aire inspirado. Aquí se calienta, se humedece y se filtra para facilitar su ingreso a los pulmones.

A

B Faringe. Estructura compartida por los sistemas digestivo y respiratorio. Dependiendo de la relación que establece con otros órganos como nariz, boca y laringe, se le denomina nasofaringe, orofaringe y laringofaringe.

B

C Laringe. Región ubicada sobre la tráquea. Presenta repliegues que, al movilizarse por el aire, permiten la emisión de sonidos (cuerdas vocales). Además, posee una estructura cartilaginosa que bloquea el tracto respiratorio durante la deglución (epiglotis).

C

D Tráquea. Prolongación de la laringe, ubicada delante del tubo esofágico. Está formada por anillos cartilaginosos que la mantienen abierta y firme, para evitar que colapse cuando transita el bolo alimenticio por el esófago.

D

E Bronquios y ramificaciones. Ramificaciones de la tráquea que se subdividen, hasta desembocar en ensanchamientos denominados alvéolos.

F

G

E

F Pulmones. Órganos principales de la función respiratoria. En ellos se produce el intercambio de CO2 y O2, que ingresa al organismo a través de las vías respiratorias. Se encuentran en el tórax, por detrás de las costillas y el esternón (estructuras óseas).

G Alvéolos. Sacos formados por una sola capa de células llamada epitelio alveolar. Los sacos alveolares se encuentran íntimamente relacionados con una extensa red de capilares sanguíneos, lo que permite el intercambio de los gases entre estos y la circulación sanguínea. Por tal razón, los alvéolos constituyen la unidad funcional de la respiración.

Conexión con...

Medicina

El consumo de cigarrillo se asocia al riesgo de padecer cáncer pulmonar. Esta enfermedad se produce, generalmente, por el descontrol en la división de las células del epitelio, irritadas por agentes carcinogénicos, como los que contiene el humo del cigarrillo. Producto de esto, y de la predisposición genética, las células se descontrolan, formando tumores, los que crecen y provocan el proceso cancerígeno.

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Unidad 1: Fisiología de procesos vitales

Unidad 1: Fisiología de procesos vitales

4.2 Ventilación pulmonar El ingreso (inspiración) y la salida (espiración) de aire de los pulmones produce una serie de movimientos continuos, asociados a los cambios que sufre la cavidad torácica, producto de las diferencias de presión que se generan en su interior. Todos estos procesos constituyen lo que se conoce como ventilación pulmonar. A. Inspiración: los músculos intercostales, pectorales y el diafragma se contraen. Los dos primeros elevan las costillas y el diafragma desciende, lo que provoca un ensanchamiento de la caja torácica, el aumento del volumen pulmonar y la entrada de aire que se debe a que la presión alveolar es menor que la atmosférica. B. Espiración: es un movimiento pasivo de los músculos que se habían contraído en la inspiración. Al relajarse los músculos intercostales, pectorales y el diafragma, disminuye el volumen torácico y pulmonar, expulsando el aire rico en CO2 fuera de los pulmones. La salida de aire se produce cuando la presión atmosférica es menor que la alveolar.

A. Inspiración

En la ventilación pulmonar, se han descrito diversos volúmenes pulmonares: Volumen corriente: es el volumen de aire inspirado o espirado en una respiración normal, sin esfuerzo. Volumen de reserva inspiratorio: es el volumen que se puede inspirar, sobre el volumen corriente normal. Volumen de reserva espiratorio: es el volumen de aire adicional que se puede expulsar durante una espiración forzada, después de una inspiración normal. Volumen residual: es el volumen de aire que queda en los pulmones tras una espiración forzada.

Gráfico 3: Volúmenes y capacidades pulmonares

Analizar

Observa el gráfico 3 y responde las preguntas. 1. En un ciclo de respiración normal, ¿se puede lograr la capacidad pulmonar total? Fundamenta. 2. De acuerdo con lo que sabes, ¿cómo definirías la capacidad vital?

6000

Volumen pulmonar (mL)

Actividad 9

B. Espiración

Inspiración

5000 4000

Capacidad inspiratoria

3000 2000 1000

Capacidad vital

Volumen de reserva inspiratoria

Capacidad pulmonar total Volumen corriente

Volumen de reserva espiratorio Volumen residual

Espiración

Tiempo Fuente: Guyton, A. y Hall, J. (2007). Compendio de Fisiología médica. 11a edición Madrid: Elsevier.

Capítulo III: Nutrición e intercambio gaseoso en las células

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Capítulo III

Nutrición e intercambio gaseoso en las células

4.3 Intercambio gaseoso Concepto clave difusión: es el movimiento que generan las partículas para ocupar todo el espacio del que disponen. En el caso de los gases respiratorios, es lo que ocurre al traspasar las membranas alvéolo-capilares, producto de la diferencia de sus presiones parciales.

Como ya se mencionó, la inspiración y espiración dependen de las diferencias de presión parcial que existe entre los gases de la atmósfera y los que se hallan al interior de los pulmones. El intercambio gaseoso, que se realiza en los alvéolos, se efectúa bajo el mismo fenómeno físico. Esto significa que tanto el O2 como el CO2 se mueven por difusión a favor del gradiente de concentración de cada uno de ellos; es decir, el O2 se moviliza desde los alvéolos (donde se encuentra en mayor concentración) hacia la sangre (donde se encuentra en menor concentración), mientras que el CO2 se difunde desde los capilares hacia el espacio alveolar.

Intercambio de gases en los alvéolos Capilar

Saco alveolar

CO2

CO2

CO2

CO2

Hb CO2 H2CO3

Glóbulos rojos

Alvéolos Los gases se difunden pasivamente desde los alvéolos a los capilares, y viceversa, de acuerdo con la magnitud de sus presiones parciales.

Interactividad Ingresa al siguiente sitio web www.educaplus.org/ play-57-Respiraci%C3%B3n. html?PHPSESSID=35976cbe 329f1ca830e80c0c55b888b6 y verás una animación relacionada con el intercambio gaseoso en los alvéolos. A continuación, realiza una presentación con diapositivas, en las que expliques las principales diferencias entre la respiración externa y la respiración interna o celular.

46

CO2

O2

HbO2 O2

O2

Células de los tejidos

O2

Alvéolos

Las paredes alveolares son extremadamente delgadas y se encuentran rodeadas de capilares sanguíneos, por lo que el aire está en contacto casi directo con la sangre. El aire inspirado tiene una mayor presión de O2 que la sangre capilar venosa. Esto produce un gradiente positivo de presión desde los alvéolos hacia los capilares, ocasionando que el O2 se difunda pasivamente hacia la sangre, para unirse a la hemoglobina de los glóbulos rojos. Asimismo, el CO2 tiene una mayor presión en la sangre venosa que en los sacos alveolares, por lo que la presión positiva, en este caso, provoca la salida de CO2 hacia las vías respiratorias, a través de las cuales es eliminado del organismo.

Unidad 1: Fisiología de procesos vitales

Unidad 1: Fisiología de procesos vitales

Lectura científica

Enfermedades respiratorias y la contaminación intradomiciliaria La salud de las personas se ve influenciada por el entorno y, en nuestros días, el aire que respiramos se ha tornado cada vez más nocivo. El objetivo de este estudio, realizado en nuestro país, fue evaluar la asociación entre la contaminación intradomiciliaria y la presencia de síntomas respiratorios crónicos, y enfermedad pulmonar obstructiva crónica. La contaminación intradomiciliaria constituye un problema de salud pública relevante, puesto que se considera dentro de los principales riesgos sanitarios en todo el mundo. Casi la mitad de la población mundial está expuesta a este tipo de contaminación, especialmente por el uso de combustibles sólidos para calefaccionarse y cocinar. Se estima que la contaminación al interior de los hogares es responsable del 36 % de las infecciones respiratorias y del 22 % de los casos de enfermedad obstructiva crónica. La enfermedad pulmonar obstructiva crónica ha aumentado de tal manera su incidencia y mortalidad en el mundo, que en 1990 constituyó la quinta causa de muerte en el mundo, y la cuarta causa en el año 2000. Según la Organización Mundial de la Salud (OMS), en el año 2020 constituirá la tercera causa de muerte en el planeta.

La muestra para este estudio se tomó en un grupo representativo del área Metropolitana de Santiago, constituido por adultos de 40 o más años, seleccionados aleatoriamente. Se utilizó un cuestionario que recolectó información sobre factores de riesgo para la enfermedad pulmonar obstructiva crónica, antecedentes biodemográficos y de enfermedad respiratoria, nivel de instrucción, tabaquismo y exposición ambiental al humo del tabaco, exposición a la contaminación intradomiciliaria, entre otras variables. Como resultado del estudio, se estableció que la contaminación intradomiciliaria se asocia significativamente a los síntomas respiratorios, pero no a la enfermedad pulmonar obstructiva crónica. Esto es importante, pues permite establecer instancias oportunas de prevención, evaluando la exposición a otros factores de riesgo, además de la contaminación intradomiciliaria como el consumo y exposición al humo del tabaco. Fuente: Flores, C., y otros. (2010). Sintomatología respiratoria y enfermedad pulmonar obstructiva crónica y su asociación a contaminación intradomiciliaria en el Área Metropolitana de Santiago. Estudio Platino. Revista Chilena de Enfermedades Respiratorias. 26(2), 72-80. (Adaptación).

Trabaja con la información 1. ¿Cuál es la causa que provoca mayor contaminación al interior de los hogares en el mundo? 2. ¿Cuáles son los principales factores de riesgo para contraer enfermedad pulmonar obstructiva crónica? 3. ¿Cómo crees que podría ayudar este estudio en las campañas de prevención de enfermedades invernales? Explica.

Capítulo III: Nutrición e intercambio gaseoso en las células

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Nutrición e intercambio gaseoso en las células

Capítulo III

4.4 Significado de la respiración Conceptos clave

En la biósfera, los organismos autótrofos y heterótrofos son parte de un ciclo en el que fluye constantemente materia y energía. En este flujo participa el medioambiente, aportando elementos y compuestos fundamentales para los procesos vitales de ambos tipos de seres vivos.

aeróbico: del griego “aero” (aire) y “bios” (vida). Se refiere a cualquier fenómeno biológico que ocurra en presencia de oxígeno.

La respiración es uno de los procesos vitales. Como has aprendido, el concepto de respiración se relaciona directamente con la capacidad de incorporar y utilizar el O2 para metabolizar moléculas energéticas y obtener energía; es por esto que tanto los autótrofos como los heterótrofos utilizan O2 y eliminan CO2 y H2O al medio.

anaeróbico: El prefijo “an” significa sin, por lo que el término anaeróbico se refiere a los procesos que se originan en ausencia de oxígeno.

La respiración externa, llevada a cabo mediante órganos respiratorios, incorpora O2, que es utilizado en la respiración celular con el fin de degradar moléculas orgánicas complejas, como la glucosa, y así obtener energía. También mediante la respiración externa se elimina el CO2 derivado del metabolismo celular.

A. Respiración en ausencia de oxígeno

La fermentación es un tipo de respiración celular alternativo que, en ausencia de oxígeno (medio anaeróbico), también origina ATP. Es una degradación parcial de compuestos orgánicos en el que se genera menor energía que en la respiración aeróbica (en presencia de oxígeno). Las células musculares siguen una vía metabólica anaeróbica cuando se someten a actividad intensa, denominada fermentación láctica, la que genera ácido láctico como residuo y que, si se acumula, puede provocar síntomas de fatiga muscular. Algunos tipos de levadura realizan fermentación alcohólica, en la que, a partir de un intermediario de la glucólisis, originan etanol.

Glucosa

Presencia de oxígeno Respiración celular

Piruvato Ausencia de oxígeno Fermentación (alcohólica o láctica)

Etanol +

ATP

Ácido láctico +

Citosol

ATP

Acetil CoA Mitocondria

Ciclo de Krebs

CO2 H

+

ATP O2 H2O

La respiración celular y la fermentación son las dos alternativas para la producción de ATP, a partir de moléculas de glucosa. El destino del piruvato dependerá de la presencia o ausencia de O2 en la célula.

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B. Respiración en plantas

Las plantas son organismos autótrofos y, a diferencia de los organismos heterótrofos, no necesitan obtener nutrientes de otros organismos, pues los fabrican a partir de moléculas inorgánicas y energía proveniente del ambiente.



Las plantas, algas, algunas bacterias y protozoos elaboran compuestos orgánicos mediante la fotosíntesis, proceso en el que se capta energía lumínica para transformar CO2 y H2O en hidratos de carbono y O2 libre.



Independiente de la capacidad de los autótrofos fotosintetizadores para fabricar sus propios nutrientes, ellos también realizan el proceso de respiración, pues toman O2 del medio y eliminan CO2, ya que las moléculas orgánicas que elaboran (como la glucosa) también son degradadas en las mitocondrias para obtener ATP, mediante el proceso de respiración celular.



El intercambio de gases y vapor de agua en las plantas (para realizar fotosíntesis o respiración celular) ocurre a través de estructuras ubicadas en la cutícula de las hojas, llamadas estomas. Estos son pequeños orificios situados en la superficie de las hojas, delimitados por un par de células, llamadas células oclusivas, que regulan el paso de gases.



Cuando hay suficiente agua disponible, las células oclusivas la absorben, lo que aumenta su presión de turgencia, que es la fuerza que ejerce el agua contra las paredes de la célula. De este modo, las células se curvan y el estoma se abre, permitiendo el intercambio de gases.



Los estomas también se abren, en respuesta a la disminución de la concentración de CO2 en las hojas. Por el contrario, se cierran a altas concentraciones internas de este gas, altas temperaturas, viento y baja humedad.

Concepto clave cutícula: capa impermeable formada por una sustancia lipídica que recubre el tejido superficial (epidermis) en las plantas herbáceas. Impide la pérdida de agua desde los tejidos vegetales.

En la fotografía se observa un tejido vegetal con estomas abiertos.

Reflexionemos La selva del Amazonas se conoce como el “pulmón verde” del planeta, ya que sus bosques limpian el aire del CO2, a la vez que liberan grandes masas de O2 a la atmósfera. Esta selva comprende siete millones de kilómetros cuadrados (es más grande que Europa). La quema de bosques para cultivos y crianza de ganado pone en riesgo el beneficio que constituye el Amazonas para el medioambiente, el que se ha empezado a transformar en una máquina productora de CO2, debido a los constantes incendios forestales. ¿Cómo crees tú que afecta esta situación al cambio climático? ¿Cómo influye la disminución de las grandes extensiones verdes de la Tierra en la calidad de vida de las personas?

Capítulo III: Nutrición e intercambio gaseoso en las células

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Capítulo III

Nutrición e intercambio gaseoso en las células

5. Adaptación del organismo al esfuerzo Cuando te encuentras bajo condiciones físicas normales, tu organismo funciona para cubrir aquellas necesidades. Si se somete el cuerpo a un esfuerzo físico, como jugar un partido de fútbol, subir un cerro en bicicleta, o correr durante un tiempo prolongado, las necesidades fisiológicas cambian y el funcionamiento de los sistemas se adapta a este nuevo contexto.

El conjunto de necesidades metabólicas y fisiológicas que implica el esfuerzo físico inducen al organismo a adaptarse; esto permite cubrir las demandas energéticas que surgen por el ejercicio.

Con el esfuerzo físico, aumenta la frecuencia cardíaca (cantidad de latidos por minuto), lo que incrementa la presión sanguínea. Esto ocurre principalmente para compensar el aumento de la actividad metabólica celular. Una característica propia del sistema cardiovascular es la capacidad de dilatación que tienen los vasos que lo componen. Cuando aumenta la presión, se dilatan, disminuyendo la resistencia que ejerce la sangre sobre sus paredes, dando como resultado un mayor flujo de sangre hacia los órganos que lo requieran, principalmente las extremidades. Por otra parte, los órganos que presentan una menor actividad metabólica, bajan su requerimiento sanguíneo por vasoconstricción, por ejemplo, la piel y los órganos abdominales. Existen órganos que no presentan cambios en el nivel de irrigación, debido a la importancia de su función para el organismo, como el cerebro y el corazón. El aumento de la frecuencia cardíaca produce un aumento del volumen de sangre que se expulsa desde los ventrículos por minuto. Esto se conoce como gasto cardíaco. En promedio, en un hombre sano, el gasto cardíaco es de 5 L/min en reposo, y puede llegar a 30 o 35 L/min en ejercicio intenso.

Actividad 10

Inferir

Con respecto a los datos de la tabla, responde las preguntas. 1. Plantea una hipótesis que explique los valores para la actividad del corazón y la piel, en reposo y durante el ejercicio. 2. ¿Por qué el flujo sanguíneo para el músculo esquelético inactivo disminuye cuando realizas ejercicio? Explica. 3. Los valores para el flujo sanguíneo representados en la tabla, ¿a qué vasos corresponden, arterias o venas? Fundamenta.

50

Después del ejercicio, la presión sanguínea vuelve a los valores iniciales. La frecuencia cardíaca se normaliza lentamente, demorando más en alcanzar los niveles anteriores al esfuerzo. Tabla 3: Gasto cardíaco y flujo sanguíneo regional en un varón sedentario De pie, inmóvil (mL/min)

Ejercicio (mL/min)

5900

24000

Corazón

250

1000

Cerebro

750

750

Músculo esquelético activo

650

20850

Músculo esquelético inactivo

650

300

Piel

500

500

3100

600

Gasto cardíaco Flujo sanguíneo hacia:

Riñones, hígado, tubo digestivo, entre otros

Fuente: Ganong, William F. (2004). Fisiología médica. 19a edición. México: El Manual Moderno.

Unidad 1: Fisiología de procesos vitales

Unidad 1: Fisiología de procesos vitales

5.1 Relación entre sistema cardiovascular y respiratorio Durante el ejercicio, los mecanismos respiratorios y cardiovasculares deben integrarse para suministrar suficiente O2 y eliminar el CO2 que se produce, de forma eficiente. Las modificaciones en el sistema cardiovascular estimulan el flujo sanguíneo desde y hacia los tejidos. Esto se logra por un aumento en la frecuencia cardíaca, que impulsa un mayor volumen de sangre desde el corazón hacia la circulación mayor y menor. Como existe una alta demanda por el O2, la ventilación pulmonar aumenta rápidamente al inicio del ejercicio, lo que fomenta la entrada del oxígeno faltante, además de incrementar la eliminación de CO2. Como el flujo sanguíneo aumenta en los pulmones, la presión parcial de oxígeno en los capilares alveolares desciende drásticamente (de 40 a 25 mmHg), lo que genera el gradiente necesario para que ingrese más oxígeno a la sangre, gracias a la mayor ventilación pulmonar. Por otra parte, la eliminación de CO2 aumenta considerablemente, desde 200 mL/min a 8000 mL/min. En la tabla 4 podrás observar las variaciones del consumo de oxígeno y la actividad cardíaca en diferentes condiciones: reposo y ejercicio moderado e intenso.

Las adaptaciones cardiovasculares y respiratorias compensan el déficit de oxígeno y el aumento en la producción de CO2, procesos ocasionados por la realización de ejercicio intenso.

Tabla 4: Variaciones en el consumo de oxígeno y en la actividad cardíaca en distintos niveles de actividad física Reposo

Ejercicio moderado

Ejercicio intenso

260

1400

3000

Frecuencia cardíaca (pulsaciones/min)

60

120

170

Volumen de sangre expulsada en cada contracción (mL)

100

120

125

Mediciones Consumo de oxígeno (mL/min)

Conexión con...

Medicina

El mal de montaña es un síndrome cardiorrespiratorio que se relaciona con la exposición a las alturas. Sus síntomas son: cefaleas, falta de aire, náuseas y disminución del volumen urinario. Como la presión parcial de O2 es vital para su transporte por la sangre, un descenso de la presión de este gas origina estados de “hiperventilación” para compensar las presiones de O2 en lugares situados a nivel del mar. Es por esto que el síntoma de la “falta de aire” es muy común en personas que son sensibles a las alturas.

Capítulo III: Nutrición e intercambio gaseoso en las células

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Capítulo III

Nutrición e intercambio gaseoso en las células

Taller de ciencias

Trabajo en equipo

Asociación entre la actividad física y la eliminación de desechos metabólicos (CO2) Antecedentes

Estrategias de contrastación y resultados

La ventilación pulmonar mantiene a los tejidos oxigenados. Esto significa que provee del O2 necesario para que las células que los forman lleven a cabo las reacciones químicas que conducen a la obtención de ATP, además de eliminar CO2.

A continuación, se propone un procedimiento experimental que deberán realizar para corroborar si la hipótesis que han planteado es válida o no.

El repollo morado posee un pigmento llamado antocianina, el cual se utiliza como indicador casero para reconocer sustancias ácidas o básicas. Este pigmento se extrae hirviendo las hojas de este vegetal hasta que el agua se torna morada o violeta. A continuación, se cuela para eliminar los excedentes sólidos y se obtiene un líquido indicador de pH. Este líquido, en solución neutra, es de color azul; en solución básica se torna verde y en solución ácida se vuelve rojo o rosado. Cuando el CO2 se mezcla con el agua, forma ácido carbónico (H2CO3), lo que le otorga carácter ácido a la disolución. Problema de investigación Como aprendiste, al realizar ejercicio, la ventilación pulmonar y la frecuencia cardíaca aumentan, generando una serie de reacciones relacionadas con el intercambio de gases en los alvéolos. Al respecto, podríamos formularnos preguntas como: ¿aumenta la eliminación de CO2 durante el ejercicio?, ¿qué relación existe entre el aumento de la frecuencia cardíaca y la eliminación de desechos metabólicos gaseosos? Analicen los problemas propuestos e identifiquen las variables que participan. Escojan uno de los problemas. Planteamiento de hipótesis Planteen una hipótesis que exprese la relación que suponen existe entre la actividad cardíaca y la eliminación de desechos, a través de la respiración. No olviden que las hipótesis relacionan variables y dan una posible respuesta al problema planteado. Además, debe ser comprobable.

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Unidad 1: Fisiología de procesos vitales

Con su equipo de trabajo constituido y con la ayuda de su profesor o profesora, reúnan los siguientes materiales: cinco tubos de ensayo, extracto de repollo (500 mL) y cinco bombillas. Hay que tener en cuenta que el extracto de repollo deben prepararlo en casa y llevarlo a la clase, frío, en una botella de plástico. 1. Tomen los cinco tubos de ensayo y etiquétenlos con números del 1 al 5, para luego llenarlos con extracto de repollo hasta las tres cuartas partes de su volumen total. Luego, coloquen una bombilla en cada uno de ellos. 2. Elijan un compañero o compañera del grupo como voluntario o voluntaria y cuenten el número de respiraciones y la cantidad de latidos cardíacos que registren en un minuto. 3. A continuación, él o ella debe inspirar y exhalar por la bombilla en el tubo de ensayo 1. 4. Posteriormente, la misma persona debe caminar sin parar durante un minuto, para luego exhalar en el tubo 2. También deben contabilizar respiraciones y latidos. 5. Repitan el paso 4, esta vez luego de haber corrido durante un minuto, exhalando luego en el tubo 3. 6. La persona que haya realizado el ejercicio debe esperar un minuto después de la actividad física y exhalar en el tubo 4; por último, luego de dos minutos de reposo, debe exhalar en el tubo 5. 7. Registren cada una de sus mediciones en la siguiente tabla:

Unidad 1: Fisiología de procesos vitales

Tabla de registro: Cambios fisiológicos según grado de actividad Actividad

Respiraciones por minuto

Color de la solución de los tubos luego de la exhalación

Latidos por minuto

En reposo Luego de caminar (1 min) Luego de correr (1 min) Post-actividad (1 min) Reposo (2 min) Análisis e interpretación de evidencias

Conclusiones y comunicación de resultados

Analicen la relación entre la frecuencia cardíaca y la ventilación pulmonar con la eliminación de CO2 y el cambio de la coloración del extracto de repollo. Apoyen su análisis respondiendo las siguientes preguntas.

Establezcan conclusiones que asocien la actividad de los sistemas respiratorio y cardiovascular con los resultados obtenidos. Luego, redacten un informe sobre el trabajo realizado. Para esto, utilicen la información del anexo 1 de la página 285 del texto.

a. ¿Qué diferencias pueden establecer entre el contenido de CO2 disuelto en las disoluciones y los colores de estas?

Proyección

b. ¿Qué sucede, con respecto a la coloración del extracto de repollo, cuando aumenta la ventilación pulmonar y se sopla en el tubo 3? c. ¿Cómo se relaciona la actividad celular con los resultados obtenidos y a la vez con el problema de investigación?

Propongan un diseño experimental alternativo al realizado en el que puedan prescindir del extracto del repollo. Averiguen otros indicadores de pH (como el agua de cal) para su utilización. También incorporen otra variable al experimento, como variar el tipo de ejercicio, levantar peso o aumentar la intensidad del ejercicio realizado.

d. Contrasten la hipótesis planteada con la información obtenida mediante el procedimiento científico. Comenten en las conclusiones si la hipótesis se acepta o se rechaza, y por qué.

Capítulo III: Nutrición e intercambio gaseoso en las células

53

Síntesis y evaluación

Capítulo III

Mapa conceptual Completa el siguiente esquema con los términos que correspondan. Recuerda los conceptos tratados en el capítulo. Transporte e intercambio de gases y nutrientes se realiza en los sistemas

1.

2. formado por

formado por

Corazón

4.

3.

Pulmones Arterias

los que regulan su funcionamiento durante el

Venas

Ejercicio físico

que son

cuya unidad funcional son los 6.

que provoca aumento en la

5.

7.

Frecuencia respiratoria

Evaluación de proceso I. Relaciona cada alteración del sistema circulatorio con sus posibles consecuencias. 1. Mal funcionamiento de las válvulas venosas.

Dificultad para la dilatación de los vasos sanguíneos al aumentar la presión.

2. Falla de la capa muscular de las arterias.

Disminución del transporte de O2 hacia las células.

3. Disminución en la cantidad de eritrocitos de la sangre.

Impedimento del retorno de la sangre con poco oxígeno al corazón.

4. Reflujo sanguíneo entre aurículas y ventrículos del corazón.

Daño en las válvulas que separan las cavidades cardíacas.

54 Unidad 1: Fisiología de procesos vitales

II. Responde las siguientes preguntas. 1. Cuál es la ventaja, para el intercambio de gases, de que los alvéolos posean en su estructura una sola capa de células? 2. ¿Los vegetales utilizan el O2, para obtener energía, al igual como lo hacen los animales? Fundamenta. 3. ¿Qué proceso de obtención de energía es más eficiente, la respiración celular aeróbica o la fermentación? Fundamenta.

Gráfico 4: Ventilación pulmonar vs. presión alveolar en individuos no deportistas

Gráfico 5: Ventilación pulmonar vs. presión alveolar en deportistas

Ventilación pulmonar (L/min)

Ventilación pulmonar (L/min)

III. Analiza los gráficos y, a continuación, responde las preguntas.

35 30 25 20 15 10 5

A = 187

120 100 80 60 40 pAO2 (mmHg) Individuos poco entrenados

A: sensibilidad a la hipoxia 35 30 25 20 15 10 5

A = 58,7

120 100 80 60 40 pAO2 (mmHg) Deportistas de alta competición

Fuente: Sergeyevich, V., Dmitriyevich, V. (2001). Fisiología del deportista. 2a edición Barcelona: Paidotribo.

1. Compara la ventilación pulmonar entre los individuos poco entrenados y los deportistas. ¿Cómo influye la presión alveolar de oxígeno (pAO2) en este proceso? 2. ¿Cómo explicarías la mayor sensibilidad a la hipoxia (falta de oxígeno en los tejidos) en los individuos poco entrenados? Me evalúo Completa la siguiente tabla, siguiendo las instrucciones de tu profesor o profesora. Puntaje

Ítem/ pregunta

Total

Comprender la función de la sangre, los vasos sanguíneos, y el corazón en el transporte de nutrientes, gases y desechos desde y hacia las células.

I

4

Reconocer el proceso y el significado del intercambio de gases en plantas y animales, y las características de las estructuras especializadas para esta función.

II

3

Relacionar las funciones del sistema respiratorio y circulatorio con las adaptaciones del organismo al esfuerzo físico.

III

6

Debería

Obtenido

¿Qué debo hacer?

Según los puntajes obtenidos, realiza las actividades que te indicará tu profesor o profesora.

Unidad 1: Fisiología de procesos vitales 55

Síntesis de la unidad

Unidad 1

Sistema digestivo

Sistema cardiovascular Transporta nutrientes y gases como el O2 y CO2, desde y hacia todos los tejidos corporales.

Alimentos

Corazón

Boca Hígado Estómago La principal función del sistema digestivo es degradar los alimentos hasta obtener nutrientes. Participan enzimas en la boca, estómago e intestino.

Vasos sanguíneos

Páncreas

Absorción de nutrientes

Intestino

Desechos de la digestión

Glosario Circulación sanguínea Transporte de los nutrientes y gases que las células requieren, además de los productos de desecho que se producen durante el metabolismo. Débito cardíaco Volumen de sangre impulsada por los ventrículos en un minuto. El valor promedio en una persona sana es de 5,5 litros, aproximadamente.

Digestión Proceso de fragmentación de los alimentos para obtener y absorber los nutrientes; en este intervienen mecanismos de eliminación de los residuos digestivos. Diferenciación celular Modificación morfológica y fisiológica de las células del cigoto, proceso que origina, en el embrión, todas las líneas celulares presentes en un organismo.

56 Unidad 1: Fisiología de procesos vitales

Hipoxia Insuficiencia de oxígeno en los tejidos, ya sea por falta de suministro o por dificultades de las células para captarlo. Linfa Líquido transparente e incoloro que viaja a través de los vasos linfáticos. Transporta células defensivas (leucocitos), así como también proteínas y grasas provenientes del intestino.

Sistema respiratorio

Ingreso de O2

Ve

a lmon n pu ó i c ntila

r

Salida de CO2 Pulmones

Diafragma

Alvéolos

En este sistema se realiza el intercambio de los gases respiratorios. Incluye la respiración externa e interna.

Tejido

La incorporación de nutrientes y O2 a la célula son vitales para su funcionamiento.

Mediante el proceso de respiración celular se utilizan los nutrientes y el O2 incorporados para la obtención de energía, la cual mantendrá el funcionamiento celular.

Metabolismo Conjunto de reacciones químicas de síntesis (anabolismo) y degradación (catabolismo) de moléculas. Producto de estas reacciones, se obtiene energía en forma de ATP en las células.

Respiración Proceso de intercambio de gases entre el medioambiente y el interior del organismo. Involucra procesos de respiración externa (ventilación pulmonar) y respiración interna (intercambio gaseoso).

Nutrición Proceso biológico de incorporación de nutrientes que es indispensable para la actividad celular, y el funcionamiento, crecimiento y mantenimiento de todo el organismo.

Sangre Líquido viscoso, compuesto por el plasma y varios tipos de células que participan en el transporte de gases (eritrocitos) y en la defensa del organismo (linfocitos).

Vasodilatación Aumento del diámetro de los vasos sanguíneos, lo que provoca una disminución de la presión que ejerce la sangre sobre el vaso. Ventilación pulmonar Movimiento continuo de gases desde el exterior hacia los pulmones, y viceversa. Permite la entrada de O2 y la expulsión de CO2.

Unidad 1: Fisiología de procesos vitales 57

Evaluación final

Unidad 1

I. Escoge la alternativa correcta para cada pregunta. 1.

¿Cómo se denomina el nivel de organización formado por células de un mismo tipo? A. Organelo. B. Órgano. C. Organismo. D. Tejido. E. Especie.

2.

¿Cuál es la función de la digestión en el organismo? A. Ingerir alimentos nutritivos. B. Digerir alimentos y absorber los nutrientes que ellos contienen. C. Transportar los nutrientes obtenidos hasta las células. D. Degradar los hidratos de carbono en sustancias elementales. E. Desechar los lípidos, moléculas residuales para las células.

3.

¿Cuál(es) de los siguientes órganos tienen relación con la eliminación de sustancias nocivas para el organismo? I. Intestino delgado. II. Pulmones. III. Intestino grueso. A. Solo I. B. Solo I y II. C. Solo II y III. D. Solo I y III. E. I, II, y III.

4.

¿Cuál es el recorrido de la sangre desde el corazón hacia los pulmones? A. Aurícula izquierda-ventrículo izquierdo-aorta. B. Aurícula derecha-ventrículo izquierdo-aorta. C. Aurícula izquierda-ventrículo derecho-arterias pulmonares. D. Aurícula derecha-ventrículo derecho-arterias pulmonares. E. Aurícula derecha-ventrículo derecho-venas pulmonares.

5.

¿Qué órgano u órganos recibe o reciben una mayor irrigación sanguínea durante el ejercicio? I. Cerebro. II. Músculo esquelético activo. III. Piel. A. Solo II. B. Solo I y II. C. Solo II y III. D. Solo I y III. E. I, II y III.

6.

¿Cuál es la alternativa correcta con respecto a la enzima amilasa salival? A. Degrada macromoléculas, como hidratos de carbono y proteínas. B. Actúa principalmente en la boca, degradando almidón. C. Degrada almidón en el estómago. D. Rompe enlaces en todas las macromoléculas. E. Actúa bajo cualquier condición de pH.

58 Unidad 1: Fisiología de procesos vitales

7.

¿Qué procesos deben ocurrir para que el aire ingrese a los pulmones? I. Relajación de los músculos intercostales. II. Contracción del diafragma. III. Contracción de los músculos intercostales. IV. Relajación del diafragma. V. Disminución de la presión alveolar. A. Solo I, II y IV. B. Solo I, IV y V. C. Solo I, III y V. D. Solo I, II y V. E. Solo II, III y V.

8.

¿Cuál de las siguientes opciones corresponde a la asociación de la fotosíntesis con la respiración, en las plantas? A. Los productos de la fotosíntesis sirven para que la planta pueda absorber gases. B. El oxígeno se elimina tanto en la fotosíntesis como en la respiración. C. Los carbohidratos formados por la fotosíntesis son transformados en energía durante la respiración. D. El CO2 se elimina en ambos procesos. E. Las plantas usan, simultáneamente, el CO2 y el O2 en ambos procesos.

9.

¿Cuál de las siguientes afirmaciones corresponde a la integración de los sistemas digestivo, respiratorio y circulatorio en la nutrición? A. Los tres sistemas están formados por células que cumplen una misma función. B. Los tres sistemas integrados aseguran la absorción y transporte de nutrientes y gases para el metabolismo energético de las células. C. Solamente se integra la función de los sistemas respiratorio y circulatorio en la nutrición. D. El sistema digestivo actúa aislado de los demás sistemas involucrados en la nutrición. E. El sistema respiratorio puede transportar gases y nutrientes a las células, al igual que el sistema circulatorio.

10.

¿Cuál es la explicación para el aumento de la ventilación pulmonar durante el ejercicio? A. La contracción del diafragma durante la inspiración. B. La baja presión de oxígeno en los capilares alveolares. C. El aumento en la cantidad de CO2 de la sangre venosa. D. El alza en la temperatura de la sangre. E. La agitación propia del trabajo aeróbico.

11.

¿Cuál de las siguientes opciones corresponde a una característica exclusiva de los organismos unicelulares? A. Alcanzan altos grados de jerarquización. B. Las características que permiten clasificarlos como seres vivos son diferentes a las de los organismos pluricelulares. C. Pueden agruparse, formando colonias de organismos. D. Presentan un alto nivel de complejidad. E. Son capaces de formar estructuras integradas, en las que pierden su individualidad.

Unidad 1: Fisiología de procesos vitales 59

Evaluación final

Unidad 1

II. Identifica y escribe los nombres de las estructuras que conforman el corazón.

2. 1. 3.

4.

5. 8.

7.

6.

III. Lee la información y luego responde las preguntas.

En un experimento se utilizaron tres matraces, rotulados A, B y C. Cada uno contenía 20 g de levaduras, hongo unicelular que realiza fermentación alcohólica, y 50 mL de agua a temperatura ambiente. El matraz A fue el grupo control (contenía solo levadura y agua). Al matraz B se le agregó, además, 20 g de glucosa; y al matraz C, 20 g de sal. Luego se colocó un globo desinflado en la boquilla de cada matraz. 1. ¿Cuál es el problema de investigación que fundamenta este experimento? 2. ¿Qué posibles hipótesis se pueden establecer de acuerdo con los datos entregados? 3. Infiere qué ocurrirá en cada matraz. 4. ¿Qué globo se debería inflar luego de unos minutos? Fundamenta.

60 Unidad 1: Fisiología de procesos vitales

IV. Responde las siguientes preguntas. 1. ¿Cómo se transporta el O2 y el CO2 en el torrente sanguíneo? Indica las principales diferencias y similitudes. 2. ¿Qué significa que la hemoglobina se sature de O2? 3. ¿Cuáles son los principales componentes que transporta el plasma sanguíneo? 4. ¿Cómo se explica que la sangre sea considerada un tejido?

V. Completa la tabla, indicando las estructuras que participan en cada proceso. Luego, descríbelo en tu cuaderno. Proceso digestivo

Estructuras involucradas

Ingestión Digestión estomacal Digestión intestinal Egestión

VI. Analiza el gráfico y responde las preguntas. Gráfico 6: Influencia del entrenamiento sobre la ventilación pulmonar

Ventilación pulmonar (L min-1)

160 140 120 100 80 60

Entrenados

40

No Entrenados

20 20

40

60

80

100

120

Intensidad del ejercicio (% VO2 máx)

Fuente: Barbany, J.R. (2002). Fisiología del ejercicio físico y del entrenamiento. 1ª edición. Barcelona: Paidotribo.

1. ¿Cuál es la principal diferencia entre la ventilación pulmonar de los individuos entrenados y los no entrenados? 2. ¿Cómo se relaciona el volumen máximo de O2 (VO2 máx) que ingresa al organismo, y que se transporta hacia las células, con el ejercicio intenso? 3. ¿Qué dificultad, en términos de aporte de O2 a las células, tendrá el valor de la ventilación pulmonar para los individuos no entrenados? Explica. Unidad 1: Fisiología de procesos vitales 61

Actualidad

Fondef financia proyectos que mejoran las propiedades de los alimentos C

como la diabetes, la obesidad y las patologías cardiovasculares.

En el último tiempo, en nuestro país se han desarrollado diversos estudios donde se pone de manifiesto el potencial de Chile en términos de la calidad de los alimentos y su diversidad. Esto permitiría obtener productos nacionales con un alto valor en la prevención de enfermedades tales

Conicyt (Comisión Nacional de Investigación Científica y Tecnológica), a través de Fondef (Fondo de Fomento al Desarrollo Científico y Tecnológico), ha acordado iniciar, a partir del año 2010, el primer concurso del programa “alimentos funcionales” que, según su director Gonzalo Herrera, impactará en la salud de los chilenos, pues se identificarán y mejorarán alimentos que contengan compuestos “bioactivos” (sustancias que no son nutritivas, pero que son consideradas esenciales para la salud humana, ya que pueden evitar o disminuir el desarrollo de alguna enfermedad). Esto último traerá beneficios en la prevención

omo sabes, los alimentos tienen la capacidad de degradarse una vez ingeridos para dejar libre a los nutrientes que los constituyen, los cuales ingresan a las células y se convierten en energía útil. Un alimento se reconoce como “funcional”, cuando su consumo otorga beneficios directos a la salud y bienestar de los individuos, que van más allá de su función propiamente nutricional.

o tratamiento de enfermedades de alta incidencia, tanto en la sociedad chilena como en el mundo. Este concurso pretende reunir investigaciones centradas en la búsqueda o mejoramiento de alimentos funcionales que contengan compuestos bioactivos, los cuales deben provenir de frutas y hortalizas chilenas, con el propósito de fortalecer los cultivos nacionales. Además, se podrá considerar la presencia de estos compuestos en productos del mar. Los resultados de este programa sentarán bases, en el mediano y largo plazo, para el fortalecimiento del sector de la industria alimenticia, permitiendo a toda la sociedad, el acceso a alimentos sanos y funcionales. Para conocer más acerca de este tema, visita la dirección web www. fondef.cl/content/view/598/388/

62

Unidad 1: Fisiología de procesos vitales

Elige vivir sano E

l programa Elige vivir sano corresponde a una iniciativa gubernamental iniciada el 2011 que pretende lograr profundos cambios en la población chilena, no solo en el mejoramiento de la alimentación, sino también en el aumento de actividad física al aire libre y en familia. Elige vivir sano se basa en cuatro pilares: alimentación saludable, actividad física, disfrutar en familia y vivir al aire libre. El objetivo de este programa es lograr que los chilenos modifiquen sus hábitos y esto lleve a un mejor desarrollo físico y mental, que signifique finalmente ser más felices. “Una vida sana influye no solo en nuestro estado físico, afecta también nuestro estado de ánimo, repercute en las relaciones con los demás y previene enfermedades físicas y psicológicas”, señala Cecilia Morel, líder de Elige vivir sano. Para obtener mayor información sobre el programa, ingresa  al sitio web http://eligevivirsano.cl

Páginas webs sugeridas • www.scielo.cl Biblioteca electrónica que incluye una colección de revistas científicas chilenas de todas las áreas del conocimiento. Este proyecto es desarrollado en Chile por la Comisión Nacional de Investigación Científica y Tecnológica (CONICYT). • http://recursostic. educacion.es/secundaria/ edad/3esobiologia/3quincena5/ index_3quincena5.htm Sitio interactivo perteneciente al Ministerio de Educación de España. Posee varios recursos interactivos que permiten reforzar los contenidos relacionados con la función celular, los niveles de organización y las funciones de los sistemas de órganos. • www.nlm.nih.gov/medlineplus/spanish/ nutrition.html Enciclopedia médica en línea en español, dependiente de diversas instituciones estadounidenses. Junto con la enciclopedia se encuentra una serie de crónicas y artículos relacionados tanto a la prevención como al tratamiento de enfermedades.

Bibliografía adicional • Curtis, H. J. Barnes, N., y cols. (2008). Biología. 7a edición. Buenos Aires: Médica Panamericana. Capítulo 35: La respiración, capítulo 36: La circulación y capítulo 37: La digestión. • Ganong, W. (2002). Fisiología Médica. 18a edición. México: El Manual Moderno. Sección V: Función gastrointestinal, sección VI: Circulación y sección VII: Respiración. • Guyton, A., Hall, J. (2006). Tratado de Fisiología Médica. 11ª edición. Madrid: Elsevier. Unidad III: El corazón, unidad VII: Respiración, unidad XII: Fisiología gastrointestinal. • Mundigo, I., Candel, J. (2004). Manual de preparación PSU Ciencias. Módulo Común Obligatorio. Biología. 3a edición. Santiago de Chile: Universidad Católica de Chile. • Villee, C. A. (1996). Biología. 8a edición México: McGraw-Hill. Capítulos 2 y 4.

Unidad 1: Fisiología de procesos vitales

63

Unidad

2

Sistema nervioso, estructura y función

El flujo inmediato de la información es un fenómeno característico de la sociedad contemporánea. Diariamente podemos observar la transmisión de información instantánea a través de diversos medios, como televisión, radio, internet y teléfonos. Dentro de nuestro organismo también se requiere transmitir y recibir información de manera inmediata. En esta unidad aprenderás sobre las estructuras encargadas de estas funciones, la forma en que se envían los mensajes y las respuestas que se generan.

64

Unidad 2: Sistema nervioso, estructura y función

Mapa de la unidad

- Reconocer las características y organización del sistema nervioso.

Capítulo I Sistema nervioso

- Identificar la estructura y función de la neurona.

(Págs. 68-83)

- Conocer los tipos y funciones cooperativas de las neuroglias.

Capítulo II Transmisión del impulso nervioso y sinapsis (Págs. 86-101)

- Identificar las etapas y características del impulso nervioso. - Comprender el proceso de sinapsis y describir sus tipos. - Describir la función de los neurotransmisores.

Capítulo III Efectos de las drogas en el sistema nervioso (Págs. 104-111)

- Reconocer el concepto de droga, los criterios de clasificación y sus efectos. - Comprender los principales mecanismos de acción de algunas drogas en el sistema nervioso, específicamente en la sinapsis. - Conocer los principales factores de riesgo y medidas de prevención del consumo de drogas en Chile.

Actividad inicial

Inferir-describir

Observa la ilustración y comenta en torno a las siguientes preguntas. 1. ¿Te has encontrado cerca del fuego alguna vez?, ¿cómo reacciona tu cuerpo cuando te acercas?, ¿qué sensación percibes en la piel? 2. ¿En cuánto tiempo tu cuerpo responde al estímulo de calor?, ¿qué estructuras participan en la respuesta generada? 3. Si tu cuerpo no reaccionara frente a la exposición a temperaturas elevadas, ¿qué le sucedería a tu organismo? 4. ¿En qué otros contextos sientes que tu cuerpo reacciona ante un estímulo?, ¿es importante la velocidad de esta reacción?, ¿por qué?

Unidad 2: Sistema nervioso, estructura y función

65

Evaluación diagnóstica

Unidad 2

I. Recordando conceptos 1. Identifica cada una de las estructuras de la célula completando la tabla e indicando su principal función.

Organelo o estructura

Función A

A E B C D E

B D C

4

2. Completa las oraciones con los conceptos del cuadro. blanco–hormonas–endocrino–ciclo reproductivo–tiroides a. El organismo controla sus funciones mediante dos sistemas, el sistema nervioso y el sistema . b. Las son moléculas secretadas por glándulas especializadas que estimulan a un órgano o a una célula específica llamada célula u órgano . c. Las glándulas endocrinas producen hormonas y son vertidas a la sangre. Algunas de estas glándulas son: hipófisis, páncreas y . d. Algunas de las funciones que regula el sistema endocrino en conjunto con el sistema nervioso son el , crecimiento, entre otros.

66 Unidad 2: Sistema nervioso, estructura y función

3. Identifica los tipos de transporte de sustancias que ocurren a través de la membrana plasmática, completando el esquema. Luego responde las preguntas.

Medio externo

Citoplasma Canal

Transportador

C.

A. B.

a. ¿A qué tipo de transporte corresponde la bomba sodio-potasio (Na+/K+)?, ¿trabaja a favor o en contra del gradiente de concentración? b. ¿Por qué es importante mantener el medio intracelular en condiciones diferentes al extracelular?

II. Aplicando procedimientos

La lombriz de tierra es un anélido terrestre que requiere de tierra húmeda y sombra para desarrollarse en condiciones óptimas. La humedad debe oscilar entre el 70 % y el 80 %. Una humedad inferior al 55 % resulta mortal para estos organismos. Basados en estos antecedentes, un grupo de estudiantes propuso el siguiente problema de investigación: ¿Influye la capacidad de reconocer el entorno en la supervivencia de los anélidos? El diseño que plantearon fue el siguiente: en una caja colocaron tierra hasta alcanzar una profundidad de 10 cm. Humedecieron la mitad de la tierra mientras que la otra la mantuvieron lo más seca posible. Luego, dejaron al centro veinte lombrices de tierra y observaron su reacción. Repitieron el procedimiento cinco veces observando, en las cinco oportunidades, que todas las lombrices se dirigieron al sector húmedo de la caja.

Lombricus terrestris, nombre científico de la lombriz de tierra.

1. ¿Qué hipótesis podrían haber planteado los estudiantes al momento de diseñar el experimento? 2. ¿Por qué crees que el procedimiento contempló cinco repeticiones del experimento? 3. ¿Los resultados tienen relación con que las lombrices reconozcan las características del entorno para poder sobrevivir?, ¿qué sucedería si no tuvieran esta capacidad?

Unidad 2: Sistema nervioso, estructura y función 67

Capítulo

I

Sistema nervioso 1. Coordinación en los organismos La coordinación es un proceso esencial para que los sistemas funcionen de manera eficiente. Como aprendiste en la unidad anterior, nuestro organismo funciona como un engranaje donde todos los sistemas trabajan en conjunto con el objetivo de mantener el metabolismo celular. Por otro lado, los organismos deben obtener información del medioambiente y de su propia condición interna para elaborar respuestas que les permitan sobrevivir.

1.1 Sistemas de coordinación En los animales, el papel de la coordinación lo desempeñan el sistema endocrino (estudiado en 2º Medio) y el sistema nervioso. Ambos sistemas se encuentran altamente especializados y funcionan de manera asociada interactuando entre sí, aunque el sistema nervioso es el que controla gran parte del sistema endocrino, estimulando y regulando su acción. El funcionamiento integrado de ambos sistemas se denomina sistema neuroendocrino y lo estudiarás en profundidad en la unidad 4. En esta unidad analizaremos con detalle el sistema nervioso. Tabla 1: Comparación entre coordinación nerviosa y endocrina

Para que un organismo se desarrolle en su medio es de vital importancia que todas las estructuras que lo conforman funcionen de manera organizada. En los animales existe un sistema que coordina el trabajo de todos los demás y cautela que los cambios del medio externo no afecten el equilibrio interno: es el sistema nervioso. En este capítulo aprenderás sobre su estructura y organización, tanto en el ser humano como en otros animales.

Coordinación nerviosa

Coordinación endocrina

El sistema nervioso está conformado por un tejido especializado que tiene como estructura básica a la neurona. Estas células coordinan las respuestas rápidas y todas las funciones de relación, es decir, la interacción del ser vivo con su medioambiente.

El sistema endocrino está conformado por glándulas que secretan hormonas, que regulan las respuestas a mediano y largo plazo en el organismo. Por ejemplo el crecimiento, la regulación del ciclo reproductivo, el control de las concentraciones de azúcar, entre otras.

Actividad 1

Inferir

Analiza con atención las situaciones señaladas a continuación y describe la respuesta que elaboraría tu organismo. 1. Caminas por el patio del colegio y ves que una pelota se acerca hacia ti a alta velocidad. 2. En artes plásticas dibujas un paisaje del sur de Chile. 3. En Educación Física corres durante quince minutos.

68 Unidad 2: Sistema nervioso, estructura y función

Unidad 2: Sistema nervioso, estructura y función

2. Sistema nervioso El sistema nervioso está formado por un tejido especializado, cuya célula básica y funcional recibe el nombre de neurona. El funcionamiento del sistema nervioso permite que el organismo pueda desarrollarse en su ambiente de forma adecuada. Para esto, cumple con una serie de funciones generales que se describen a continuación: · Función sensitiva: capacidad de percibir los estímulos provenientes del medio externo y del medio interno (órganos y cavidades del organismo). El sistema nervioso es capaz de captar distintas formas de energía: mecánica, luminosa, sonora, química, térmica e, incluso en algunos organismos, energía eléctrica.

Conceptos clave memoria: capacidad del sistema nervioso central de registrar y conservar hechos, datos, experiencias, sentimientos, entre otros, para luego evocarlos en una nueva temporalidad. cefálica: relativo a la cabeza de un organismo.

· Función integradora: capacidad de recibir y procesar la información. Algunos sistemas permiten que la información se almacene para luego recuperarla, lo que se conoce como memoria. · Función motora: capacidad de responder frente a estímulos ya procesados, esta respuesta puede ser mediante movimientos musculares o secreciones glandulares.

2.1 Diferentes tipos de sistemas nerviosos En los seres vivos existen diferentes tipos de sistema nervioso que varían en las estructuras que lo conforman y en su organización.

A. Sistema nervioso de red difusa

Es el sistema nervioso más primitivo, típico de los cnidarios (medusas y corales), y consiste en una red de células nerviosas llamadas protoneuronas, repartidas a lo largo de todo el organismo. Este tipo de sistema nervioso no tiene una estructura central que organice la información. Presenta células urticantes que reaccionan generando respuestas, y algunos receptores (órganos receptores de luz y del equilibrio) que captan información del medio externo. En los cnidarios cualquier estímulo recibido se transmite a todo el cuerpo, ya que la información fluye de manera ramificada.

Red difusa

Medusa

B. Sistema nervioso cordal

Sistema característico de los platelmintos (gusanos planos), compuesto por neuronas con funciones especializadas. Su organización consiste en un par de ganglios anteriores (concentraciones de neuronas), ubicados en la región cefálica. Estos ganglios son el centro coordinador que integra estímulos y elabora respuestas. Desde los ganglios se prolongan nervios que atraviesan longitudinalmente el organismo y que se conectan transversalmente a través de cordones nerviosos.

Ganglios cerebroides Cordón nervioso

Planaria

Capítulo I: Sistema nervioso

69

Sistema nervioso

Capítulo I

C. Sistema nervioso ganglionar

Ganglios cerebrales Saltamontes Nervio radial

Es el más común de los invertebrados. Se encuentra en anélidos (lombrices, gusanos marinos y sanguijuelas), artrópodos (insectos, arácnidos, crustáceos y miriápodos) y moluscos (almejas, ostras, pulpos, babosas y caracoles). Está formado por ganglios cerebrales desde los cuales surgen cordones nerviosos que a su vez poseen ganglios menores por donde se transmite la información. Cada ganglio se organiza en una corteza externa y un núcleo interno, constituidos por diversas estructuras de las células nerviosas

D. Sistema nervioso anular

Anillo nervioso

Estrella de mar Encéfalo

Es propio de los equinodermos (estrellas, pepinos de mar, erizos, ofiuras, cohombros de mar, etc.). Consiste en un anillo nervioso central que rodea la boca y una serie de cordones nerviosos que recorren el resto del cuerpo. En las estrellas de mar por ejemplo, cada brazo es recorrido por un nervio. No poseen ganglios cerebrales y tienen la capacidad de reconocer presiones táctiles que generan respuestas a nivel muscular. En algunos casos se observan órganos sensoriales llamados ocelos (estructuras que captan luz sin la capacidad de formar una imagen) específicamente en los asteroídeos (estrellas de mar), se localizan en los extremos de cada brazo y están formados por 80 a 200 ocelos.

E. Sistema nervioso tubular Médula espinal



Corresponde al de los vertebrados y, por ende, es el tipo de sistema que presentamos los seres humanos. Está formado por un cordón nervioso, llamado médula espinal, que recorre desde el cuello hasta el hueso sacro. La médula se ensancha de manera considerable en la parte superior para formar el encéfalo. Existen prolongaciones nerviosas que llegan a todos los sectores del cuerpo para recabar información y efectuar diferentes tipos de procesos. Los principales componentes de este sistema son: el encéfalo, la médula espinal y los nervios.

Humano

Actividad 2

Relacionar-inferir

Lee con atención las siguientes preguntas y responde en tu cuaderno. 1. Averigua qué actividades y respuestas realizan los cnidarios. ¿Por qué crees que su sistema nervioso no presenta una estructura central?, ¿cómo lo relacionarías con la complejidad de sus movimientos? 2. ¿Qué relación podrías establecer entre la complejidad del sistema nervioso y las conductas desarrolladas por los diversos grupos de organismos?

70

Unidad 2: Sistema nervioso, estructura y función

Unidad 2: Sistema nervioso, estructura y función

2.2 Diferencias morfológicas en el sistema nervioso de algunos vertebrados Peces Su cerebro está compuesto por los bulbos olfatorios que son responsables del sentido del olfato. El cerebelo coordina los movimientos corporales y el bulbo raquídeo, el funcionamiento de los órganos internos. Su audición es muy rudimentaria.

Bulbo raquídeo

Cerebro Lóbulo olfatorio

Médula espinal

Cerebelo

Anfibios En cuanto a los órganos de los sentidos, estos organismos tienen una visión aguda que les permite incluso atrapar insectos en movimiento, además de percibir sonidos a través de las membranas timpánicas, situadas a cada lado de su cabeza. Reptiles Su cerebro y cerebelo son más grandes en relación con el resto de la masa encefálica. Tienen desarrollados los sentidos de la visión (perciben colores), el olfato y la audición.

Bulbo raquídeo

Médula espinal Bulbo raquídeo

Médula espinal

Cerebro

Cerebelo

Cerebro

Cerebelo

Aves Su encéfalo controla funciones relacionadas con el vuelo, la orientación, el cortejo, entre otras. Su cerebelo coordina la precisión de sus movimientos. Presentan visión y audición más desarrolladas que el gusto y el olfato.

Bulbo raquídeo

Médula espinal

Cerebro

Cerebelo

Mamíferos Su encéfalo es el más grande de los grupos presentados. Algunas especies desarrollan algún sentido más que otras; por ejemplo, los murciélagos y los delfines perciben sonidos que para nosotros son imperceptibles.

Bulbo raquídeo

Médula espinal

Cerebro

Cerebelo

Capítulo I: Sistema nervioso

71

Sistema nervioso

Capítulo I

Taller de ciencias

Trabajo en equipo

Relación estructura-función de diferentes encéfalos en vertebrados Antecedentes

Planteamiento de hipótesis

Como se explicó en la página anterior, los vertebrados presentan diferencias de proporciones entre las estructuras que componen su encéfalo. Estas divergencias se asocian a niveles de complejidad en las conductas expresadas y en sus capacidades para percibir los estímulos del medio.

Planteen una hipótesis que les permita explicar la relación que suponen que existe entre la morfología del encéfalo (tamaño, estructura y organización) y las variables enunciadas en el problema de investigación (complejidad conductual y capacidad perceptiva).

Por ejemplo, si comparas las conductas o las capacidades perceptivas que desarrolla un pez con las de un caballo, sin duda encontrarás diferencias. En el caso de los peces óseos, estos poseen una línea lateral a cada lado de su cuerpo constituida por células sensoriales que les permiten percibir las vibraciones del agua para detectar movimientos a su alrededor. A través de su sistema visual pueden incluso distinguir distancias entre los objetos observados, mientras que su sistema auditivo discrimina sonidos. Muchos peces óseos presentan yemas gustativas y sus fosas olfatorias filtran el agua percibiendo olores.

Estrategias de contrastación y resultados

Los caballos poseen conductas más complejas; aprenden a través del reflejo condicionado y lo fijan en su memoria. Se organizan en manadas, las cuales presentan jerarquías y cuidado colectivo de las crías. En general, no es un animal agresivo, es más bien temeroso. Con respecto a los sentidos, tienen buena vista lateral y el olfato está bien desarrollado, lo que les permite encontrar alimento, agua y reconocer a los de su especie. Problema de investigación Durante la evolución de las especies se seleccionan rasgos y características que contribuyen a la supervivencia de los organismos, lo que genera diferencias entre ellos. Algunos de estos rasgos se relacionan con la fisiología y el comportamiento. Entonces, podemos plantearnos las siguientes preguntas: ¿qué relación existe entre la morfología del encéfalo y la complejidad conductual?, ¿y entre la morfología del encéfalo y la capacidad perceptiva en los vertebrados? 72

Unidad 2: Sistema nervioso, estructura y función

Lean el siguiente extracto de investigación y trabajen con los datos registrados que encontrarán a continuación. Para esta etapa del taller deben diseñar una estrategia que les permita encontrar una o más relaciones entre las variables planteadas en su hipótesis (estructura del encéfalo, complejidad conductual y capacidad perceptiva). Detallen el procedimiento que realizarán para el trabajo comparativo. Recuerden que el cerebro es el órgano que regula la conducta; el cerebelo, la coordinación motora; el lóbulo olfatorio procesa el olfato y el lóbulo óptico la capacidad visual. Un grupo de investigadores observó durante un año la conducta de diversos ejemplares de lampreas, peces óseos, ranas, gansos y caballos, registrando datos etológicos (conductuales). Paralelamente analizaron las capacidades fisiológicas de sus sistemas sensoriales. Todas las observaciones registradas se clasificaron en cuatro categorías: - complejidad conductual general. - coordinación motriz. - percepción visual. - percepción olfatoria. Los resultados se detallan en la siguiente tabla.

Unidad 2: Sistema nervioso, estructura y función

Tabla 2: Niveles de complejidad conductual y capacidad fisiológica en diferentes organismos Complejidad conductual

Ejemplar

Coordinación motriz

Percepción visual

Percepción olfatoria

Lamprea

*

*

*

*****

Pez óseo

***

***

*****

*

Rana

***

**

****

*****

Ganso

****

*****

*****

*

Caballo

*****

*****

*****

****

Los * indican nivel de desarrollo o complejidad en una escala de 1 a 5.

Pez

Rana

Lamprea

Lóbulo olfatorio Cerebelo Cerebro Lóbulo óptico Ganso

Caballo

Análisis e interpretación de evidencias Luego de comparar la estructura del encéfalo con las capacidades fisiológicas y perceptivas de los distintos organismos, respondan las siguientes preguntas. 1. ¿Qué diferencias importantes observan en los modelos de encéfalo de los diferentes organismos? Mencionen al menos cuatro. 2. ¿Existe una relación entre la estructura del encéfalo y las características conductuales y perceptivas de los organismos? 3. De acuerdo con los resultados obtenidos, ¿rechazan o aceptan la hipótesis planteada?

Conclusiones, comunicación de resultados y proyección Enuncien conclusiones que señalen las relaciones que se identifican entre las variables analizadas. Como proyección del trabajo, planteen un nuevo problema de investigación incorporando otra variable, que puede ser, por ejemplo, un cambio en el ambiente en el que se desarrollan los diferentes organismos, donde el problema podría ser: “Los vertebrados mantienen conductas complejas al modificar el ambiente donde se desarrollan”. Realicen un resumen para comunicar los resultados de la investigación. Revisen el anexo 2 de su texto (página 286) para apoyar su realización. Capítulo I: Sistema nervioso

73

Capítulo I

Sistema nervioso

3. Organización del sistema nervioso humano Como vimos en la página 70, el sistema nervioso de los vertebrados es de tipo tubular. En comparación con los demás sistemas de este tipo, el humano es el más complejo, lo que se evidencia en nuestro comportamiento complejo y en procesos como la memoria, la inteligencia, el aprendizaje, los sentimientos, las emociones, entre otros. Es importante señalar que otros seres vivos también poseen estas capacidades, pero con un menor grado de complejidad.

A

Para estudiar en detalle nuestro sistema nervioso, debemos realizar una clasificación que contemple aspectos de tipo funcional y anatómicos. Considerando estos criterios de clasificación, el sistema nervioso puede ser dividido en dos componentes que funcionan de manera totalmente conectada: el sistema nervioso central y el sistema nervioso periférico.

A Sistema nervioso central (SNC). Es el componente que integra la información proveniente tanto del medio externo como del interno. Está compuesto por el encéfalo y la médula espinal. El encéfalo comprende todas aquellas estructuras que se encuentran protegidas por el cráneo, tales como el tronco encefálico, el diencéfalo, el cerebelo y el cerebro.

B

B Sistema nervioso periferico (SNP). Recepciona y transmite la información obtenida del medio hacia el SNC. También comunica las respuestas elaboradas por el SNC, hasta los órganos que ejecutarán las respuestas. El SNP está compuesto por nervios y células nerviosas que se extienden hacia extremidades y órganos.

Actividad 3

Analizar

Luego de analizar la ilustración y sus textos asociados responde las siguientes preguntas. 1. ¿Por qué una lesión en la médula espinal puede ocasionar la pérdida de movimiento de las extremidades? 2. ¿Cómo podrías comprobar que, luego de un accidente que produzca daño en el sistema nervioso central, los nervios funcionen correctamente?

74

Unidad 2: Sistema nervioso, estructura y función

Unidad 2: Sistema nervioso, estructura y función

Esquema de la organización del sistema nervioso El siguiente esquema muestra de qué forma se organiza el sistema nervioso. Como puedes observar, tanto el SNC como el SNP presentan subdivisiones, las cuales, en algunos casos, son estructurales y en otros, funcionales.

SNC

compuesto por

Encéfalo

Cerebro Diencéfalo

presenta las siguientes estructuras

Cerebelo

Médula espinal Sistema nervioso

sus componentes funcionan de manera interconectada

SNP

compuesto por

Vía eferente motora

Tronco encéfalico

se subdivide en

Vía aferente sensitiva

Sistema nervioso somático (SNS) Sistema nervioso autónomo (SNA)

Simpático

Parasimpático

3.1 Sistema nervioso central (SNC) Las principales funciones del SNC son la recepción y organización de la información y la elaboración de respuestas frente a los estímulos del medio. Sus estructuras se encuentran protegidas por huesos. El cráneo rodea al encéfalo y las vértebras a la médula espinal. Además, existen tres membranas de tejido que envuelven al encéfalo y a la médula, estas son: piamadre, aracnoides y duramadre. Al interior del SNC es posible reconocer dos zonas: la sustancia gris, constituida por células nerviosas, y la sustancia blanca, conformada por las prolongaciones de estas células que estudiarás con detalle en esta unidad.

Astas anteriores Sustancia blanca

A. Componentes y estructuras de la médula espinal

La médula espinal es la estructura inferior del SNC y comunica a todo el cuerpo con el encéfalo. Es la estructura del SNC que se forma primero durante el desarrollo embrionario. Tiene la forma de un tubo cuyo corte transversal es elíptico y de un diámetro similar a tu dedo meñique. La médula espinal tiene dos funciones básicas. La primera consiste en comunicar la información que procede desde los diferentes órganos y regiones del cuerpo (excepto de la cara) hacia el encéfalo y enviar las respuestas que elabora este hacia los órganos que las efectuarán. La segunda función se relaciona con la capacidad de generar respuestas rápidas e involuntarias, conocidas como reflejos medulares. En el corte transversal de la médula se distinguen dos zonas: una más oscura e interna que corresponde a la sustancia gris, y la sustancia blanca hacia el exterior de la médula.

Astas posteriores Sustancia gris Corte transversal de la médula espinal.

Capítulo I: Sistema nervioso

75

Sistema nervioso

Capítulo I

B. Componentes y estructuras del encéfalo

El encéfalo corresponde a la estructura superior del SNC y está conformado por:

A

Cerebro A



Porción mayor del encéfalo, principal coordinador de movimientos voluntarios y regulador de las conductas complejas. Está organizado en dos hemisferios cerebrales, (derecho e izquierdo) que se especializan en distintas funciones. El hemisferio derecho analiza la información relacionada con la percepción espacial, reconocimiento de formas, las habilidades artísticas y la intuición, y controla el lado izquierdo del cuerpo. El hemisferio izquierdo procesa información relacionada con el desarrollo del lenguaje, el pensamiento lógico, las proporciones y la capacidad de planificar. Controla el lado derecho del cuerpo. La parte externa del cerebro es la corteza cerebral, formada por sustancia gris. Aquí se hacen conscientes las funciones de orden superior, como las sensaciones, la memoria y el pensamiento. Se identifican cuatro áreas: motora (integración de las actividades de los músculos esqueléticos); sensorial (procesamiento de estímulos como tacto, gusto, temperatura, entre otros); visual (procesamiento de la visión); y auditiva (procesamiento de señales sonoras).

B D

Cerebelo C

D Tronco encefálico

Estructura ubicada entre la médula espinal y el cerebro. Comprende tres regiones:



Bulbo raquídeo. Estructura abultada en forma de cono donde se sitúa el centro cardiovascular que es el que controla la fuerza de los latidos cardíacos y la frecuencia con que estos ocurren. También tiene una función vasoconstrictora, que regula la frecuencia respiratoria, el reflejo de la tos y el vómito.



Protuberancia. Conecta el bulbo raquídeo y la médula espinal con el cerebro y el cerebelo. Participa en el proceso de respiración, al limitar el proceso de inspiración y permitir la espiración. También cumple un importante rol en el control de los estados de alerta y del sueño.



Mesencéfalo. En esta zona se produce la integración de la información visual y auditiva que genera movimientos reflejos de ojos, cuello y cabeza. Además, se procesan muchas de las sensaciones y se controla el tono muscular.

B Diencéfalo

76

Estructura que se ubica entre los dos hemisferios cerebrales, también denominada cerebro medio. Aquí se encuentran dos estructuras:



Tálamo. Centro de recepción y análisis de la información percibida desde el medio externo por los órganos de los sentidos, excepto el olfato. Desde aquí se transmite la información a la corteza cerebral.



Hipotálamo. Es el centro integrador del sistema nervioso autónomo. Se ubican los centros que regulan el impulso sexual, el hambre, la sed, entre otros. También sintetiza una serie de hormonas que ayudan a mantener el equilibrio interno del organismo.

Unidad 2: Sistema nervioso, estructura y función

Es el principal centro coordinador del equilibrio, la motricidad fina, el tono muscular y la postura.

C

Unidad 2: Sistema nervioso, estructura y función

3.2 Sistema nervioso periférico (SNP) El SNP corresponde al tejido nervioso que se encuentra fuera del SNC. Su función principal es conectar a todos los órganos con el encéfalo mediante la médula espinal. Las estructuras que forman esta red de comunicación son los nervios y los ganglios.

B

El SNP se organiza en las vías aferentes o sensitivas, que conducen la información desde los órganos sensoriales hasta el SNC, y las vías eferentes o motoras, que conducen la respuesta enviada desde el SNC hasta los órganos que la efectúan. Somas neuronales

C A

D A Nervios. Conjunto de fibras nerviosas que se encuentran rodeadas por un tejido conjuntivo formando un cordón. En el ser humano, los nervios se clasifican según su ubicación en nervios craneales o espinales.

B Nervios craneales. En reptiles, aves y mamíferos existen doce pares. Surgen del encéfalo y conectan los órganos de la parte superior del tronco y cabeza.

C Nervios espinales. En el ser humano hay 31 pares. Se prolongan desde la médula espinal e inervan la musculatura esquelética, lisa, músculo cardíaco y diferentes glándulas

D Ganglios. Agrupación de somas neuronales. Se ubica en el SNP cercano a la médula espinal. Cada ganglio espinal posee cientos de cuerpos neuronales, los que son parte de neuronas sensitivas.

Actividad 4

Identificar

Lee con atención cada una de las situaciones propuestas e identifica qué vía del SNP participa en su transmisión. Especifica, además, qué sensación percibes, en el caso de ser aferente, y qué acción realizas al intervenir la vía eferente.

A. Al tocar una taza caliente.

D. Al pisar el pasto húmedo.

B. Al agachar la cabeza para no golpearte.

E. Al atajar un penal.

C. Al taparte la boca al estornudar.

Capítulo I: Sistema nervioso

77

Capítulo I

Sistema nervioso

A. Clasificación de las vías eferentes: somático y autónomo

Parasimpático Actúa en oposición a la actividad del SN simpático, recuperando las condiciones normales para el organismo.



Como has aprendido, las vías eferentes envían información desde el SNC hacia los órganos efectores de la respuesta. Considerando el control que ejerce la voluntad sobre las respuestas, las vías eferentes se clasifican en dos tipos: sistema nervioso somático o voluntario, y sistema nervioso autónomo o involuntario.



SN somático (SNS): interviene en las respuestas voluntarias inervando los músculos esqueléticos, los cuales puedes mover conscientemente.



SN autónomo (SNA): esta vía inerva los músculos lisos, las glándulas endocrinas y el tejido cardíaco manteniendo su actividad. Los centros de control se localizan en el hipotálamo, bulbo raquídeo y médula espinal. Desde el punto de vista funcional, el SNA se puede dividir en sistema nervioso parasimpático y simpático, los cuales gatillan respuestas antagónicas en la misma estructura, uno inhibiendo su acción y el otro estimulándola. Simpático

Contracción de la pupila. Aumento de la secreción salival.

Disminución del ritmo cardíaco.

Actúa en situaciones de alerta y frente a condiciones de estrés para el organismo, donde este debe reaccionar rápido y aumentar el gasto energético. Algunas acciones son: Dilatación de la pupila. Inhibición de la secreción salival.

Constricción bronquial.

Aumento del ritmo cardíaco.

Aumento de la movilidad gástrica.

Inhibición de la movilidad gástrica.

Inhibición de la liberación de glucosa.

Estimulación de la liberación de glucosa.

Inhibición de la secreción de adrenalina.

78

Dilatación bronquial.

Estimulación de la secreción de adrenalina.

Contracción de la vejiga urinaria.

Relajación de la vejiga urinaria.

Contracción del ano.

Relajación del ano.

Unidad 2: Sistema nervioso, estructura y función

Unidad 2: Sistema nervioso, estructura y función

4. Células nerviosas El sistema nervioso está formado por dos tipos de células: neuronas y neuroglias. Las neuronas son células especializadas en responder frente a estímulos y conducir información. Nuestro SNC consta de aproximadamente cien mil millones de estas células nerviosas.

4.1 Características de las neuronas Existen variadas formas de neuronas, dependiendo del lugar y función que cumplan en el sistema nervioso. Para estudiar su morfología tomaremos como modelo un tipo de neurona que contiene todas las estructuras presentes en los demás tipos. Recuerda que la neurona es una célula, y como tal, la membrana plasmática la separa del medio externo. Además, en su interior contiene diversos organelos, entre otros: un núcleo de gran tamaño que está rodeado por el aparato de Golgi; las mitocondrias, que se disponen en todo el citoplasma junto con los lisosomas; cuerpos de Nissl, constituidos por aglomeraciones de retículo endoplasmático rugoso, responsable de la síntesis proteica de la célula. Además poseen citoesqueleto, que da la forma y organiza los compartimentos al interior del citoplasma. Observa la ilustración de la siguiente página para conocer en detalle la morfología de estas células.

Neuronas de encéfalo de cerdo.

Neuronas de cerebelo.

Células nerviosas de cerebro.

Biografía Uno de los científicos que describió las características del sistema nervioso fue el médico y citólogo italiano Camilo Golgi, quien además realizó importantes aportes, entre los que destaca el método de tinción con nitrato de plata para observar el tejido nervioso. Los aportes de Golgi significaron un gran avance en los estudios neurológicos, pues dieron pie a nuevas hipótesis de la morfología del sistema. En esa época, la microscopía estaba en un estado muy rudimentario, por lo que cada descubrimiento en esa área era altamente valorado. ¿Qué consecuencias tuvo para el desarrollo de la medicina poder observar el tejido nervioso? ¿Qué opinas acerca de la posibilidad de descubrir nuevos métodos científicos y no compartirlos?, ¿qué sucede en esos casos con el conocimiento?

Capítulo I: Sistema nervioso

79

Sistema nervioso

Capítulo I

A. Estructura de una neurona



Núcleo



En la mayoría de las neuronas es de gran tamaño y de forma esférica u ovoide.



Cuerpo celular o soma



Estructura de mayor volumen, por lo que contiene un gran porcentaje del citoplasma. Aquí se ubican el núcleo, el aparato de Golgi, los lisosomas, las mitocondrias y los cuerpos de Nissl, constituidos por aglomeraciones de retículo endoplasmático rugoso, responsable de la síntesis proteica.



Botones sinápticos



Regiones terminales de la arborización. Desde aquí se liberan los neurotransmisores que enviarán la información para estimular a la célula contigua.

Conexión con...

Dendritas Prolongaciones del soma que se ramifican, aumentando la capacidad de contacto con otras células nerviosas. En algunos casos pueden cubrir el 90 % del tamaño total de la neurona. Su número y extensión varía según la ubicación y función de la neurona.

Axón



Generalmente nace del soma, su citoplasma se llama axoplasma y alberga al retículo endoplasmático liso, a las mitocondrias y al citoesqueleto. Su función es conducir el estímulo desde el soma hacia otra célula nerviosa, o hacia células musculares o glandulares. Además, transporta organelos, proteínas y vesículas sinápticas, entre otros componentes.

Vaina de mielina



Complejo lipoproteico que actúa como aislante. A diferencia de los invertebrados, la mayoría de las neuronas del SNC de los vertebrados están mielinizadas.



Nodos de Ranvier



Constricciones periódicas de la vaina de mielina.



Arborización terminal



Ramificaciones del axón que finalizan en los botones sinápticos. Aumentan la direccionalidad de la transmisión de la información.

Medicina

La esclerosis múltiple es una enfermedad autoinmune que afecta en mayor proporción a mujeres que a hombres. Esta afección daña la vaina de mielina de los axones del SNC, debido a lo cual la información que transmite el sistema nervioso disminuye o se detiene. Algunos de los síntomas son debilidad muscular, trastornos de la vista, del equilibrio, de la coordinación, entre otros.

80

Unidad 2: Sistema nervioso, estructura y función

élulas nerviosas Unidad 2: Sistema nervioso, estructura y función

esarrollo de contenido

1.2. ¿Cuál es la función de las neuronas? B. ¿Cuál es la función de las neuronas?

y Cajal 1934)

añol que a trabajos de puso una nueva teaba que el estaba compuesto duales que se sí mediante un inapsis. có su hipótesis procedimientos, en las técnicas

Las neuronas tienen la capacidad de comunicarse con precisión, rapidez neuronasrecorriendo tienen la capacidad comunicarse con precisión, rapidez y enLas ocasiones grandesdedistancias, con otras células. Esta y, en ocasiones, recorriendo grandes distancias, con otras células. comunicación permite transmitir la información que reciben a travésEsta de comunicación permite transmitir la información denominadas recibida por el organismo un estímulo, mediante señales electroquímicas impulsos a través Estos de unimpulsos, estímulo, mediante señales electroquímicas denominadas nerviosos. que se conducen a través del axón neuronal, impulsos nerviosos. Estos impulsos, que se desde conducen a través trasladan la información recibida por ejemplo la piel, hasta del el axón neuronal, trasladan la información recibida, por ejemplo, desde cerebro, donde es procesada. la piel, hasta el cerebro, donde es procesada. Las neuronas tienen dos propiedades fundamentales: A. Propiedades de la neurona: •• Polaridad Polaridad funcional:laelseñal impulso nervioso de manera funcional: nerviosa viaja deviaja manera unidireccional, desde las dendritas (donde generalmente unidireccional, desde las dendritas (donde generalmenteseserecibe el estímulo) hacia los botones sinápticos. recibe el estímulo) hacia los botones sinápticos. •• Conectividad Conectividad específica: las las células célulasnerviosas nerviosasnonosese conectan específica: conectan unas con otras formando redes al azar, sino que establecen unas con otras formando redes al azar, sino que establecen conexiones específicasenen sitios precisos y especializados, conexiones específicas sitios precisos y especializados, solo solo con algunas neuronas para enviar el con algunas neuronas para enviar el mensaje a la mensaje a la estructura estructura indicada. indicada.

Biografía

Santiago Ramón y Cajal (1852-1934)

Histólogo español que a partir de los trabajos de Camilo Golgi, propuso una nueva hipótesis, donde plantea que el sistema nervioso está compuesto por células individuales que se conectan entre sí mediante un proceso llamado sinapsis. El científico verificó su hipótesis mediante nuevos procedimientos, como las mejoras en las técnicas de tinción.

Premio Nobel dicina, el cual milo Golgi.

En 1906 recibió el Premio Nobel de Fisiología y Medicina, el cual comparte con Camilo Golgi. En la fotografía se observa un corte de tejido nervioso donde se diferencian las células nerviosas, las cuales se ilustran a su derecha.

Plantear problemas-recopilar antecedentes

guientes hipótesis desarrolla las actividades planteadas a continuación.

Actividad stema nervioso es una red de fibras 5conectadas entre sí formando un continuo, tal como los s. A partir de las siguientes hipótesis desarrolla las actividades planteadas a continuación. Plantear problemas-recopilar antecedentes

Hipótesis sistema nervioso es una de fibras entre conectadas entre sí formando un continuo, tal como stema nervioso es una amplia red1:deElfibras individuales que sered comunican sí mediante los vasos sanguíneos. ado sinapsis.

Hipótesis 2: El sistema nervioso es una amplia red de fibras individuales que se comunican entre sí blema de investigación al cual las hipótesis dan una posible respuesta. mediante un proceso llamado sinapsis.

cedentes que sustenten el planteado.de investigación al cual las hipótesis dan una posible respuesta. 1. problema Define el problema

2. aRecopila antecedentes el problema planteado. ótesis que más se acerque tu predicción en baseque a lossustenten antecedentes recopilados. 3. Escoge la hipótesis que más se acerque a tu predicción según los antecedentes recopilados.

Capítulo I: Sistema nervioso

81

Capítulo I

Sistema nervioso

C. ¿Cómo se clasifican las neuronas?

Existen diferentes tipos de neuronas que difieren entre sí según su forma y función. De acuerdo con su función, las neuronas se clasifican en sensitivas o aferentes, de asociación, y motoras o eferentes.



Según su estructura, las neuronas se clasifican por el número de prolongaciones que nacen del soma en unipolares, bipolares y multipolares.

Sensitivas o aferentes: neuronas que transmiten información respecto de los cambios del medio externo e interno, conduciendo el impulso nervioso hasta el centro integrador (médula espinal o encéfalo). De asociación: pequeñas neuronas piramidales que se encuentran ubicadas en los centros integradores y que conectan las neuronas sensitivas y motoras.

Aferente / Bipolar

Según su función

Asociación / Multipolar

Motoras o eferentes: neuronas que conducen el impulso nervioso hasta un efector (músculo o glándula), el que inicia una respuesta. Unipolares: neuronas que tienen solo una prolongación que emerge del soma, la cual puede ramificarse en axones o dendritas. Son características de los invertebrados mientras que en mamíferos la neurona sensorial primaria de los ganglios es una variante de este tipo, llamada pseudounipolar. Bipolares: neuronas que tienen dos prolongaciones que emergen del soma el cual es de forma ovoide. Una de estas prolongaciones cumple la función de axón y la otra de dendritas. En la retina se encuentran neuronas bipolares.

Aferente / Pseudounipolar

Según su forma

Multipolares: neuronas con múltiples dendritas que surgen del soma y, en general, poseen un axón. Son características del SNC de los mamíferos. Son neuronas de este tipo las células piramidales de la corteza cerebral y las motoneuronas espinales.

82

Unidad 2: Sistema nervioso, estructura y función

Eferente / Multipolar

Unidad 2: Sistema nervioso, estructura y función

4.2 Neuroglias Otro componente celular del sistema nervioso son las neuroglias o células gliales. Este tipo de células no conduce el impulso nervioso, pero coopera con el funcionamiento del sistema. Las células gliales superan entre diez y cincuenta veces el número de las neuronas. Los diversos tipos de neuroglias soportan y protegen a las neuronas, algunas cubren con vainas de mielina los axones, e incluso otros tipos cooperan con la comunicación entre neuronas. Con respecto a su reproducción, estas células continúan dividiéndose en un sistema nervioso maduro. Por eso, cuando ocurre una lesión, las células gliales se multiplican para llenar los espacios que ocupaban las neuronas.

Principales tipos de neuroglias Microglias Son pequeñas, con prolongaciones largas y ramificadas. Por su capacidad fagocitaria, protegen al SNC de enfermedades infecciosas. Oligodendrocitos Tienen menos prolongaciones y son más cortas. Producen mielina para constituir las vainas de los axones de las neuronas del SNC (en el SNP son las células de Schwann las encargadas de este proceso).

Astrocitos Tienen forma estrellada y largas prolongaciones. Mantienen el microambiente del SNC, comportándose como amortiguadores del entorno extracelular. Su citoplasma da soporte mecánico a las neuronas.

Actividad 6

Inferir

Lee la siguiente información y desarrolla las preguntas. Las neuronas del SNC son células permanentes de diferenciación terminal que pierden casi por completo su capacidad de proliferar. Su ciclo celular queda detenido en G0. La proliferación neuronal es poco frecuente; es por eso que cuando ocurren lesiones cerebrales, los astrocitos comienzan a multiplicarse, constituyendo una cicatriz glial. 1. Basándote en los antecedentes planteados, ¿qué tipo de célula nerviosa tiene una mayor incidencia en el desarrollo de tumores cerebrales? 2. ¿Qué consecuencias podría tener la incapacidad de las neuronas para dividirse en la recuperación de una lesión en el SNC? Capítulo I: Sistema nervioso

83

Síntesis y evaluación

Capítulo I

Mapa conceptual Completa el siguiente esquema con los términos que correspondan. Recuerda los conceptos tratados en el capítulo. Encéfalo SNC Sistema nervioso

organizado en

Médula espinal

según su función

1.

constituido por dos tipos

SNP

se divide en

Vías eferentes

Celulares

según su función

que son 2.

SNA

3.

formadas por

4.

que son 5.

Microglias Axón Botones sinápticos

6.

Oligodendrocitos

Evaluación de proceso I. Marca V si es verdadero o F si es falso, según corresponda. Justifica las falsas. 1. V F El tejido nervioso solo es capaz de transmitir un impulso nervioso. 2. V F La complejidad del tejido nervioso se debe a los múltiples tipos celulares que lo conforman. 3. V F Son funciones del tejido nervioso captar, procesar y coordinar respuestas ante estímulos del medio. 4. V F El tejido nervioso cumple funciones tan específicas que sus células no poseen los organelos presentes en los demás tipos celulares. 5. V F Las estructuras funcionales del tejido nervioso fueron observadas por primera vez mediante el método de tinción con nitrato de plata, creado por Ramón y Cajal. 6. V F Las vías sensitivas aferentes son parte del sistema nervioso central, ya que envían la información desde el exterior hacia el encéfalo.

84 Unidad 2: Sistema nervioso, estructura y función

II. Escribe el tipo de neurona o neuroglia que corresponde a la definición. 1. Dan soporte físico a las neuronas

.

2. Cubren el axón de las neuronas del SNC formando la vaina de mielina

.

3. Previenen enfermedades infecciosas en el sistema nervioso

.

4. Tienen un axón con muchas dendritas, y son características de los vertebrados

.

5. Se regeneran formando cicatrices cuando se daña el tejido nervioso

.

6. De su soma nace solo una prolongación y son características de los invertebrados

.

7. Interviene en la comunicación de las neuronas sensitivas con las motoras

.

8. Rodea los axones de las neuronas del SNP, sintetizando mielina

.

III. Relaciona el problema con la hipótesis que podría explicarlo. 1. Baja en intensidad la recepción de los estímulos generados desde el medio externo hacia el centro integrador. 2. Existe una disminución en la velocidad de la respuesta generada en el músculo efector. No hay problemas en la recepción del impulso en el centro integrador. 3. No existe conexión entre la neurona que envía la información desde el centro integrador y la neurona que envía la respuesta hacia el órgano efector.



Las neuronas de asociación presentan alteraciones en su función.



Las neuronas sensitivas tienen algún daño que impide su normal funcionamiento.



Las neuronas motoras han disminuido su capacidad de enviar el impulso nervioso.

Me evalúo Completa la siguiente tabla, siguiendo las instrucciones de tu profesor o profesora. Puntaje

Ítem/ pregunta

Total

I

6

Identificar la estructura y función de la neurona.

II (4, y 6 ) III

8

Conocer los tipos y funciones cooperativas de las neuroglias.

II (1, 2, 3, 5, 7 y 8)

6

Debería Reconocer las características y organización del sistema nervioso.

Obtenido

¿Qué debo hacer?

Según los puntajes obtenidos, realiza las actividades que te indicará tu profesor o profesora.

Unidad 2: Sistema nervioso, estructura y función 85

Impulso nervioso

Capítulo

II

Cuando tocas algo caliente, se produce una respuesta automática que hace que sueltes rápidamente el objeto para evitar que sufras alguna quemadura. Para que esto ocurra, las neuronas deben transmitir la información de manera rápida y precisa. Esta transmisión ocurre mediante el proceso denominado impulso nervioso.

Impulso nervioso 1. Primeros estudios sobre el impulso nervioso Los primeros investigadores que estudiaron el impulso nervioso supusieron que era una corriente eléctrica que se transmitía mediante el axón, así como los electrones fluyen a lo largo de un cable. Estudios posteriores demostraron que el axón no cumplía con los requisitos de un buen conductor eléctrico y que, a diferencia de los impulsos eléctricos, el impulso nervioso mantenía siempre la misma intensidad y viajaba a menor velocidad. Con estos antecedentes, los fisiólogos ingleses Alan Hodgkin y Andrew Huxley se propusieron vislumbrar de qué manera se transmitía el mensaje nervioso a lo largo de las células especializadas y fueron quienes encontraron la respuesta. Ellos trabajaron con axones “gigantes” de calamar (Loligo pealei o Loligo forbesi), que alcanzan diámetros de 1 mm, muy grandes comparadas con los axones de 10 a 20 µm característicos de los mamíferos, lo que les permitió observar y manipular los axones.

Loligo pealei, nombre científico del calamar de Boston.

86 Unidad 2: Sistema nervioso, estructura y función

Biografía Fisiólogos ingleses que estudiaron la propagación del impulso nervioso utilizando como modelo los axones gigantes de calamar. Luego de la publicación de su primer trabajo en Nature, específicamente tres semanas después, comenzó la Segunda Guerra Mundial que detuvo las investigaciones hasta el fin del conflicto. Las condiciones económicas eran complejas al momento de retomar los trabajos por lo que los equipos fueron en su mayoría gestionados o creados por ellos mismos. Publicaron cinco trabajos consecutivos en el Journal of Physiology (con una extensión total de 120 páginas) y recibieron el Premio Nobel de Medicina en 1963.

Unidad 2: Sistema nervioso, estructura y función

2. Potencial de membrana Como has aprendido en años anteriores, todas las células mantienen en su medio interno condiciones diferentes al medio extracelular. Una importante diferencia se relaciona con la carga eléctrica a ambos lados de la membrana plasmática. Al ser diferentes se dice que la neurona está polarizada eléctricamente. A este fenómeno se le denomina potencial de membrana y se caracteriza porque el medio extracelular posee carga positiva, en comparación con el medio intracelular, que tiene carga negativa.

Concepto clave fisiólogo: biólogo especialista en el estudio de las funciones, estructuras y condiciones que determinan el desarrollo de los seres vivos.

Una de las características de la neurona es que la diferencia de potencial intracelular y extracelular se puede modificar a gran velocidad cuando recibe un estímulo apropiado, lo que genera el impulso nervioso.

2.1 Potencial de reposo El potencial de reposo es la diferencia de carga que existe dentro y fuera del axón cuando la neurona no está expuesta a ningún estímulo. Hodgkin y Huxley, trabajando con axones gigantes de calamar, midieron esta diferencia de carga. Al poner un microelectrodo dentro y otro fuera del axón, se generó un voltaje de -70 mV, es decir, una diferencia de 70 mV de carga negativa en el axoplasma con relación al medio extracelular. Esta diferencia de potencial se mantiene constante siempre y cuando no exista un estímulo que altere las concentraciones iónicas de los diferentes medios, lo que generaría una diferencia en los voltajes; es por eso que recibe el nombre de potencial de reposo, que en las neuronas se mantiene entre los -40 y -90 mV, siendo -70 mV el valor más común. La estructura proteica que mantiene esta diferencia es la bomba Na+/K+ ATPasa. La concentración de iones Na+ y Ca2+ es mayor.

Medio extracelular

Medio intracelular

ATP

La concentración de iones K+ y de proteínas cargadas negativamente es mayor.

La bomba Na+/K+ ATPasa transporta iones Na+ hacia el medio extracelular y los iones K+ hacia el interior de la neurona. Cuando la neurona se encuentra en reposo, los canales mediados por voltaje para Na+ se encuentran cerrados.

Las proteínas cargadas negativamente no se difunden, acumulándose en el medio intracelular.

Capítulo II: Impulso nervioso

87

Capítulo II

Impulso nervioso

2.2 Potencial de acción El potencial de acción es el cambio brusco de la polaridad de la membrana que genera el quiebre del potencial de reposo. En este proceso, que dura tan solo un milisegundo, se invierten las cargas polares del medio intracelular y extracelular: el medio intracelular queda cargado positivamente y el extracelular con carga negativa. Luego, se restauran las cargas logrando nuevamente el potencial de reposo.

A. ¿Cuál es el objetivo del potencial de acción?

Estos cambios de carga a lo largo del axón son como una reacción en cadena. Tal como una fila de fichas de dominó cae si empujas la primera pieza, el potencial de acción se propaga, originando el impulso nervioso, el cual viaja por todo el axón, despolarizando la membrana. Así será capaz de estimular a la próxima neurona u órgano efector, transmitiendo el mensaje de un punto a otro.

B. ¿Cómo se genera el potencial de acción? Concepto clave



receptores sensitivos: son partes especializadas de la célula nerviosa que reaccionan ante un estímulo y lo transforman en un potencial de acción.

Cuando la neurona capta un estímulo mediante sus receptores sensitivos, se produce la despolarización inicial de la membrana en el sitio receptivo de la neurona, lo que se denomina potencial de receptor. Si el estímulo genera una despolarización débil, esta no se transmite a lo largo del axón y no se desencadena el impulso nervioso. Si el estímulo despolariza la membrana hasta alcanzar el umbral mínimo, se desencadena el impulso nervioso a lo largo del axón. Los canales de Na+ se abren, ingresando el ion a la neurona, cuyo interior, momentáneamente, se vuelve más positivo que el medio extracelular.

Medio extracelular

ATP Medio intracelular La membrana plasmática posee canales de K+ siempre abiertos, por lo que este ion tiende a salir de la neurona.

88

Unidad 2: Sistema nervioso, estructura y función

Algunos canales de K+ se cierran, evitando la salida de este ion al medio extracelular.

Unidad 2: Sistema nervioso, estructura y función

C. ¿Cuáles son las etapas del potencial de acción? 30 mV

4

3

Estímulo 0 mV

5

-50 mV Umbral

2 1

Medio extracelular

6 K+

Na+

Na+

K+ Na+

1 El axón de la membrana se encuentra en estado de potencial de reposo (-70 mV).

2 Un estímulo desencadena la despolarización de la membrana. Se abren los primeros canales sensibles al voltaje e ingresan los primeros iones Na+ al interior del axón.

3 Se alcanza el umbral (-50 mV). Se desencadena el potencial de acción con una mayor apertura de canales de Na+ igualando las cargas (0 mV) del medio extracelular al intracelular. Se cierran los canales de K+ y aumenta la diferencia de potencial.

K+

4 Rápidamente, el potencial se invierte alcanzando un voltaje de +30 mV (medio extracelular negativo en relación al intracelular), que es el peak de diferencia. En este momento, la neurona está imposibilitada para recibir otro estímulo.

5 Los canales mediados por voltaje para Na+ se cierran, lo que inicia la repolarización de la membrana, restableciéndose el potencial de reposo (-70 mV). Simultáneamente, los canales mediados por voltaje para K+ se abren y salen estos iones hacia el espacio extracelular, disminuyendo de esta forma las cargas positivas al interior del axón.

K+

ATP

Medio intracelular

6 Comienza a trabajar la bomba Na+/K+ ATPasa, que traslada los iones Na+ al medio extracelular y los iones K+ al medio intracelular. Cuando la membrana alcanza una diferencia de voltaje superior a los -70 mV se produce una hiperpolarización que se regula gracias a la acción de la bomba Na+/K+ ATPasa, logrando nuevamente el estado de reposo. También durante la repolarización, cuando se están cerrando los canales mediados por voltaje para Na+, puede generarse un nuevo potencial de acción, siempre que el estímulo sea supraumbral, es decir, que sobrepase los -50 mV.

Capítulo II: Impulso nervioso

89

Impulso nervioso

Capítulo II

2.3 Ley del todo o nada Como leíste anteriormente, no es suficiente con que llegue un estímulo a la neurona para que se desencadene un potencial de acción. Este debe generar una diferencia de potencial que supere el umbral determinado (-50 mV). Cuando se alcanza esta diferencia, se desencadena el potencial de acción y se genera un impulso nervioso de magnitud constante, independiente de la intensidad del estímulo inicial. A esto se le llama ley del todo o nada.

Actividad 7

Analizar gráficos

Observa los siguientes gráficos y responde las preguntas planteadas a continuación.

-35 -70

30 0

0 -35 -70

-70 Tiempo (m/seg)

Gráfico 3:

Voltaje (mV)

0

Gráfico 2:

Voltaje (mV)

Voltaje (mV)

Gráfico 1:

Tiempo (m/seg)

Tiempo (m/seg)

1. ¿Qué variables se representan en todos los gráficos? 2. Rotula los gráficos con los siguientes nombres: “Despolarización inicial, sin alcance del umbral”, “Impulso nervioso”, “Potencial de membrana en reposo”, según corresponda. 3. ¿Por qué en el gráfico 3 la despolarización alcanza los -35 mV? 4. Grafica en tu cuaderno las diferencias de potencial de una neurona en la que están bloqueados los canales de Na+ sensibles al voltaje. 5. ¿Es posible que se genere un potencial de acción cuando la despolarización es de +30 mV?, ¿por qué?

90

Unidad 2: Sistema nervioso, estructura y función

Unidad 2: Sistema nervioso, estructura y función

Lectura científica

Neurotoxinas P

ara los japoneses se trata de un verdadero manjar, es el fuju, más conocido como pez globo. Se puede pedir en los mejores restaurantes, si se está dispuesto a pagar por él un alto costo. Se requieren verdaderos cocineros que se especializan durante años en el arte de preparar al animal para, además de dejarlo “presentable” a la vista, quitarle el hígado con sumo cuidado, pues contiene una poderosa toxina. El veneno del pez globo, así como el de la viuda negra, el áspid egipcio, entre otros, es una neurotoxina, es decir, una sustancia que interfiere con los mecanismos neuronales y el funcionamiento del cerebro. La neurotoxina producida por el pez globo, (tetrodotoxina), se une a los canales del ion Na+ y detiene los impulsos nerviosos que van a las extremidades, provocando parálisis muscular. La saxitoxina producida por la “marea roja” actúa de manera similar. Otras neurotoxinas han sido tema de preocupación en los últimos años a causa de la llamada “guerra química” y de los atentados terroristas. Entre los gases mortíferos sintéticos están el sarín, el tabún, el somán y el gas VX, que pueden entrar por los ojos y la piel cuando están en forma líquida, y por las vías respiratorias en su forma gaseosa.
 Las estructuras químicas de todos ellos son muy similares y afectan al sistema nervioso. Sin embargo, otros grupos de personas los utilizan con fines positivos en el área de la medicina. Antes del desarrollo de los relajantes musculares modernos, los anestesiólogos necesitaban muchas

veces suministrar grandes dosis de anestesia, por lo que se corría el riesgo de matar al paciente. Por lo tanto, hacían uso de pequeñas dosis de neurotoxinas capaces de producir relajación muscular. También se han empleado por mucho tiempo para tratar anormalidades crónicas, como espasmos o trauma muscular, artritis aguda y poliomielitis. Como hemos visto, los venenos no siempre son mortales; todo depende de la dosis y del propósito con que se quieran usar.

Fuente: Aleph A., Morales C., García J.S., y Caba M. (2007). Neurotoxinas: entre la muerte y el éxtasis. La Ciencia y el hombre. Revista de Divulgación Científica y Tecnológica de la Universidad Veracruzana. XX(1). Recuperado 13 diciembre 2010 de: www.uv.mx/cienciahombre/revistae/vol20num1/ articulos/neurotoxinas/index.html (Adaptación).

Trabaja con la información 1. ¿Qué características tienen en común las neurotoxinas? 2. ¿Por qué se relaciona la concentración de la sustancia con su mortalidad? 3. ¿De qué forma actúa la tetrodotoxina? Capítulo II: Impulso nervioso

91

Capítulo II

Impulso nervioso

Taller de ciencias

Trabajo en equipo

Magnitud e intensidad del impulso nervioso Antecedentes

Estrategias de contrastación y resultados

Cuando se genera un impulso nervioso, el sistema nervioso central lo recibe y lo traduce a una sensación. Todo impulso nervioso responde a la ley del todo o nada, es decir, se activa o no se activa y la intensidad del impulso propagado, es siempre la misma.

A continuación les proponemos actividades y les entregamos información que les permitirá poner a prueba la hipótesis planteada.

Problema de investigación Al comparar dos estímulos como un toque suave y un golpe, sabemos que su intensidad es diferente. Pero ¿cómo es percibida esta diferencia por el sistema nervioso, generando sensaciones también distintas?, ¿qué ocurre con la transmisión del impulso nervioso asociada a cada tipo de estímulo?, ¿qué características del potencial de acción varían con estímulos de diferentes intensidades? Esta última pregunta es el problema de investigación de este Taller de ciencias. Planteamiento de hipótesis Planteen una hipótesis que les permita explicar la relación que suponen que existe entre la intensidad de un estímulo y la intensidad de la sensación. Consideren algunas características del impulso nervioso. Recuerden que la hipótesis relaciona dos variables y que debe ser factible de poner a prueba.

1. Para verificar de manera empírica cómo se perciben estímulos similares pero de diferente intensidad, trabajen en parejas; uno debe presionar con la yema de su dedo la palma de la mano de la otra persona con tres intensidades distintas: un toque suave, un toque moderado y uno de presión mayor, aplicados aleatoriamente. 2. La persona que recibe el estímulo no debe mirar, para así identificar cada una de las intensidades solo a través de la sensación percibida. Posteriormente, el que recibe los estímulos debe describir lo percibido completando la tabla de registro, que aparece al final de la página. Luego intercambien los roles. 3. A continuación, observen los esquemas de la página derecha, que ilustran lo que sucede bajo la piel en tres situaciones distintas en cuanto a la intensidad del estímulo aplicado. Observen los gráficos que representan potenciales de acción desencadenados y comparen las tres situaciones.

Tabla de registro: Intensidad y descripción de la sensación Intensidad del estímulo aplicado

Descripción de la sensación

Presión suave Presión moderada Presión intensa

92

Unidad 2: Sistema nervioso, estructura y función

Unidad Unidad 2 2 -- Capítulo Capítulo II II Desar Desarrollo rollo de de contenido contenido

Unidad 2: Sistema nervioso, estructura y función Trabajo en en grupo grupo Trabajo Unidad Unidad 2 2 -- Capítulo Capítulo II II

Toque Toque suave suave

Desar Desarrollo rollo de de contenido contenido

1 1 Presión suave 2 2

Trabajo Trabajo en en grupo grupo 1 1

1 22

2

2 11

1 1

1 1 2 2

1 1

1 22

2

2 11

Toque Toque suave suave

1 Presión Presión moderada moderada 2 Presión moderada 2 2 2 Presión Presión moderada moderada Presión Presión intensa intensa

1

2 Presión intensa 2 2 2

1 1

1 1 2 2

1 1

1 22

Presión Presión intensa intensa

1 2 Análisis de Análisis ee interpretación interpretación de evidencias evidencias

2 11 Conclusiones yy proyección Conclusiones proyección

Discutan Discutan en en torno torno aa las las siguientes siguientes preguntas preguntas yy escriban en sus cuadernos las respuestas escriban en sus cuadernos las respuestas del del 2 2 1 consenso. 1 consenso.

Comenten Comenten yy respondan respondan en en conjunto conjunto las las siguientes siguientes preguntas: preguntas:

Análisis e interpretación de evidencias

2 2

Conclusiones,secomunicación de resultados 1. 1. ¿Qué ¿Qué conclusiones conclusiones se obtienen obtienen después después de de y proyección analizar 1. se la de analizar las las relaciónes relaciónes estímulo-frecuencia estímulo-frecuencia yy 1. ¿Cómo ¿Cómo se relaciona relaciona la afrecuencia frecuencia de los los Discutan en torno las siguientes preguntas estímulo-magnitud del nervioso? impulsos nerviosos con intensidad estímulo-magnitud del impulso impulsoen nervioso? impulsos nerviosos generados con larespuestas intensidad y escriban en susgenerados cuadernos lasla Comenten y respondan conjunto Conclusiones proyección Análisis ee interpretación de Conclusiones yy proyección Análisis interpretación de evidencias evidencias de la sensación de presión? de del la sensación de presión? consenso. las siguientes preguntas: 2. ¿Por generación de impulsos se Comenten respondan en conjunto las siguientes Discutan 2. ¿Por qué quéyy la la generación impulsos Comenten respondan en de conjunto lasse siguientes Discutan en en torno torno aa las las siguientes siguientes preguntas preguntas yy detiene en¿Qué un momento?, momento?, ¿es se posible que después de 2. ¿Varía ¿Varía la sus intensidad del las potencial de acción acción de preguntas: escriban en cuadernos respuestas del a. ¿Cómo se relaciona la frecuencia de los a. conclusiones obtienen detiene en un ¿es posible que 2. la intensidad del potencial de de preguntas: escriban en sus cuadernos las respuestas del cesen los los analizar impulsoslas aunque se esté estéintensidad aplicandodel estímuloun estímulo estímulo a otro? otro? Expliquen. consenso. cesen impulsos aunque se aplicando un a Expliquen. impulsos nerviosos generados con la intensidad relaciones: consenso. 1. conclusiones se obtienen después de un estímulo? estímulo? Planteen una pregunta deacción, 1. ¿Qué ¿Qué conclusiones sedel obtienen después de un Planteen una pregunta del estímulo de presión? frecuencia potencial dede intensidad 3. En En relación relación con todo todolalo lofrecuencia analizado,de¿qué ¿qué analizar las relaciónes estímulo-frecuencia yy 1. ¿Cómo se relaciona los 3. con analizado, investigación y una hipótesis que permita analizar las relaciónes estímulo-frecuencia 1. ¿Cómo se relaciona la frecuencia de los investigación y una hipótesis que del permita del estímulo-magnitud potencial de acción e características impulso nervioso varían b. ¿Varía ladel intensidad del potencial deal del impulso nervioso? impulsos nerviosos generados con la intensidad características del impulso nervioso alacción de estímulo-magnitud proyectar el estímulo-magnitud impulso nervioso? impulsos nerviosos generados con lavarían intensidad proyectarintensidad el trabajo trabajodel del estímulo-intensidad de modificar la del estímulo? de de un estímulo a otro? modificar la intensidad intensidad del Expliquen. estímulo? recién realizado. de la la sensación sensación de presión? presión? recién la generación sensación? de 2. ¿Por ¿Por quérealizado. generación de impulsos impulsos se se 2. qué la c. En relación con todo lo analizado, ¿qué 4. De acuerdo a la respuesta anterior, ¿se verifica detiene en en un un momento?, momento?, ¿es ¿es posible posible que que 2. ¿Varía ¿Varía la intensidad intensidad del potencial potencial de¿se acción de 4. De acuerdo a la respuesta anterior,de verifica detiene 2. la del acción de b. ¿Por qué la generación de impulsos se detiene la hipótesis planteada? Expliquen. características del impulso nervioso varían al cesen los impulsos aunque se esté aplicando un estímulo a otro? Expliquen. la hipótesis planteada? Expliquen. cesen los en impulsos aunque se aplicando un estímulo a otro? Expliquen. un momento?, ¿esesté posible que cesen los modificar la intensidad del estímulo? un estímulo? Planteen una pregunta de un estímulo? Planteen una pregunta de impulsos aunque se esté aplicando un estímulo? 3. 3. En En relación relación con con todo todo lo lo analizado, analizado, ¿qué ¿qué investigación investigación yy una una hipótesis hipótesis que que permita permita d. De acuerdo con la respuesta anterior, ¿se características del impulso nervioso varían al características del impulso nervioso varían al proyectar el trabajo Para comunicar los resultados del taller realicen un proyectar el trabajo verifica la hipótesis planteada? Expliquen. modificar modificar la la intensidad intensidad del del estímulo? estímulo? recién realizado. póster con ayuda del anexo 3 de la página 287. recién realizado. Sistema ne nervioso, rvioso, estructura estructura yy función función 81 4. Sistema 81 4. De De acuerdo acuerdo aa la la respuesta respuesta anterior, anterior, ¿se ¿se verifica verifica la hipótesis planteada? Expliquen. la hipótesis planteada? Expliquen.

Capítulo II: Impulso nervioso 81 81

Sistema Sistema ne nervioso, rvioso, estructura estructura yy función función

93

Capítulo II

Impulso nervioso

2.3 Intensidad, velocidad y conducción del impulso nervioso A. Intensidad

Como seguramente concluiste en el Taller de ciencias, de las páginas 92 y 93, la diferencia de magnitud que puedes percibir entre un estímulo y otro no depende de la intensidad de los potenciales de acción, ya que una vez iniciado el impulso nervioso siempre mantiene la misma magnitud. La intensidad de la sensación depende de la frecuencia de los potenciales generados en un tiempo determinado. Es así como entre el roce con una pluma y el pinchazo de una aguja, la diferencia será el número de impulsos generados en un tiempo determinado, dependiendo del tipo de neurona sensorial que se active.

B. Velocidad

La velocidad de propagación de un potencial de acción no depende de la intensidad del estímulo, sino de otros factores, como el diámetro del axón, temperatura y presencia de vaina de mielina. • Diámetro del axón: a mayor diámetro, mayor velocidad. Por ejemplo, en aquellos axones que no poseen vainas de mielina, la velocidad de conducción del impulso es proporcional a la raíz cuadrada de su diámetro. Es decir, el impulso se conduce más rápidamente en un axón de mayor diámetro. Este cambio de velocidad se explica porque en cada impulso se despolariza una mayor superficie de membrana plasmática. • Temperatura::a mayor temperatura, mayor velocidad. • Presencia de vaina de mielina: la mielina es una sustancia lipoproteica que recubre, rodeando con varias capas, ciertas zonas del axón. Las zonas que quedan sin vaina se llaman nodos de Ranvier. Para comprender cómo influye la presencia de vaina de mielina, realiza la Actividad 8. Célula de Schwann

Nodos de Ranvier Mielina

Axón

La conducción del impulso nervioso es más rápida en los axones recubiertos por mielina, pues el potencial de acción se transmite directamente de un nodo de Ranvier a otro. A este tipo de conducción del impulso nervioso se le denomina conducción saltatoria.

94

Unidad 2: Sistema nervioso, estructura y función

Unidad 2: Sistema nervioso, estructura y función

Actividad 8

Analizar gráficos-formular hipótesis

Para identificar otro factor que determina la velocidad del impulso nervioso, observa los gráficos 4 y 5 y analízalos a partir de las preguntas. 1. ¿Cuántas veces mayor es el diámetro del axón de calamar que el de gato? Si la velocidad solo dependiera del diámetro del axón, ¿cuántas veces mayor sería la velocidad de conducción del impulso en el calamar? ¿El diámetro del axón es, en este caso, un factor que determina la mayor rapidez? 2. ¿Qué variable se relaciona directamente con el aumento de velocidad del impulso? 3. ¿Cuál habrá sido el problema planteado por el o los investigadores que recopilaron los datos de los gráficos? 4. ¿Cuál piensas que fue la principal conclusión obtenida a partir de estos datos? Gráfico 4: Velocidad de conducción del impulso nervioso en gato (axones mielinizados)

Gráfico 5: Velocidad de conducción del impulso nervioso en calamar (axones no mielinizados)

80

Velocidad (m/s)

Velocidad (m/s)

100

60 40 20 0 1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11 12 13

Diámetro de los axones (micras)

100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 0

100 200 300 400 500 600 700 800 900

Diámetro de los axones (micras)

Fuente: Berne R. y Levy M. (2009). Fisiología. 6a edición. Barcelona: Elsevier. Basados en datos de Gasser H. S. y Grundfest H. (1939). Axones mielinizados. American Journal of Physiology 127:393 y de Pumphrey R. J. y Young J. Z. (1938). Axones amielínicos. Journal of Experimental Biology 15:453.

Como seguramente dedujiste en la Actividad 8, la vaina de mielina en los axones neuronales determina un incremento en la velocidad del impulso nervioso.

C. Conducción del impulso nervioso

La conducción del impulso nervioso se comporta de diferente forma en los axones mielinizados y amielinizados, generando dos tipos de conducción: saltatoria y continua.



Conducción saltatoria: en la zona donde se ubica la vaina de mielina, el axón no puede despolarizarse, por lo que el impulso nervioso “salta” de un nodo de Ranvier a otro.



Al haber menos movimiento iónico, hay menor gasto energético y la velocidad de conducción es mayor.



Conducción continua: en los axones sin vainas de mielina el potencial de acción se desencadena en toda el área de la membrana. Es decir, el movimiento iónico es mayor, por lo que requiere de más tiempo.

Capítulo II: Impulso nervioso

95

Impulso nervioso

Capítulo II

3. Sinapsis

Neurona presináptica

Para que el impulso nervioso pueda propagarse es fundamental que exista comunicación entre los componentes del sistema nervioso. Este proceso de comunicación recibe el nombre de sinapsis y corresponde a la transmisión de las señales eléctricas de una neurona a otra o a algún tejido receptor, tales como músculos o glándulas. La transmisión clásica se realiza entre los botones sinápticos de la neurona que transmite el impulso (neurona presináptica) y las dendritas, soma o axón de la neurona que recibe la señal (postsináptica).

Sinapsis

Neurona postsináptica

3.1 ¿Cuáles son los tipos de sinapsis? De acuerdo con el mecanismo de propagación del impulso nervioso, la sinapsis puede ser eléctrica o química.

A. Sinapsis eléctrica

Mitocondria

Canales de uniones gap

Membrana neurona presináptica Membrana neurona postsináptica

Paso de los iones

96

Unidad 2: Sistema nervioso, estructura y función

En este tipo de sinapsis, el potencial de acción fluye desde la neurona presináptica a la postsináptica mediante el traspaso directo de los iones que generan la despolarización. Los iones se trasladan mediante canales llamados uniones gap. Esta unión permite que el impulso pueda ser bidireccional, ya que ambas membranas pueden despolarizarse y estimular a la neurona contigua. Con relación al tiempo, la transmisión de impulsos a través de este tipo de sinapsis, ocurre de forma inmediata, sin retraso sináptico.

Unidad 2: Sistema nervioso, estructura y función

B. Sinapsis química

En 1921, Otto Loewi llevó a cabo un importante experimento para estudiar la transmisión del impulso nervioso, utilizando corazones de rana. El montaje experimental utilizado por Loewi se explica a continuación.



En un recipiente sumergió un corazón de rana (A) al cual se le estimuló el nervio vago.



En otro recipiente sumergió otro corazón de rana (B), al cual no se le estimuló el nervio vago.



El líquido donde fue sumergido el corazón A pasó directamente al recipiente donde estaba el corazón B.



Los resultados fueron: los latidos del corazón A disminuyeron su frecuencia mientras el nervio vago estaba estimulado. Al dejar de hacerlo, el corazón retomó su ritmo normal. Al caer el líquido del corazón A al segundo recipiente, el corazón B comenzó a disminuir su frecuencia cardíaca, repitiendo la respuesta del corazón A.



A partir de los resultados obtenidos, Loewi planteó que existen sustancias químicas que son liberadas por estructuras del sistema nervioso y que producen respuestas en los órganos o células que estimulan. En el experimento de Loewi, ciertas sustancias químicas liberadas tras la estimulación del nervio vago del corazón A, se transmitieron al corazón B, disueltas en el líquido. Mediante este procedimiento Loewi comprobó la sinapsis química. El impulso nervioso se transmite en este tipo de sinapsis mediante sustancias químicas llamadas neurotransmisores. La dirección del impulso es unidireccional y es este tipo de conexión neuronal la que se encuentra mayoritariamente en el sistema nervioso humano.



¿Cuáles son las etapas de la sinapsis química? 1. El impulso nervioso de la neurona presináptica alcanza el botón sináptico y la onda de despolarización provoca la apertura de canales de Ca2+. 2. Los iones Ca2+ ingresan a la zona terminal, desencadenando la exocitosis de sustancias químicas llamadas neurotransmisores, ubicadas en las vesículas sinápticas. 3. Los neurotransmisores son liberados al espacio sináptico y se unen a receptores específicos que se encuentran en la membrana de la neurona postsináptica. La unión neurotransmisor-receptor produce la apertura de canales iónicos en la membrana postsináptica, generando potenciales postsinápticos que pueden tener un efecto excitador o inhibidor. 4. Luego, los neurotransmisores son recapturados por la neurona presináptica o son desintegrados por enzimas especializadas para evitar la excitación constante de la neurona postsináptica.

Biografía

Otto Loewi (1873-1961)

Fisiólogo alemán. Diseñó y llevó a cabo el experimento que permitió explicar el proceso de sinapsis química. La historia cuenta que una noche despertó bruscamente y se puso a bosquejar un procedimiento con el cual había soñado. Al otro día, no comprendió sus anotaciones pero, esa misma noche, volvió a soñar con el procedimiento. Fue galardonado con el Premio Nobel de Medicina en 1936.

Vesículas sinápticas

Espacio sináptico

Neurotransmisores

Receptores

Capítulo II: Impulso nervioso

97

Capítulo II

Impulso nervioso

3.2 ¿Qué estructuras participan en la sinapsis? Según las regiones de la neurona que participan en el proceso sináptico, las sinapsis se clasifican en tres tipos:

Axodendrítica

El impulso se transmite desde los botones sinápticos de una neurona hacia las dendritas de la neurona siguiente.

Axosomática

El impulso se transmite desde los botones sinápticos de una neurona hacia el soma de la siguiente neurona.

Axoaxónica

El impulso se transmite desde los botones sinápticos de una neurona hacia el axón de la neurona postsináptica.

Quizás puedas preguntarte cómo las conexiones entre neuronas son tan específicas para generar una u otra respuesta, o estimular ciertas células. Esta pregunta se la han realizado muchos científicos. Se sabe hoy en día, gracias a diversos estudios, que durante el desarrollo del sistema nervioso se desarrollan muchas más sinapsis de las necesarias, de múltiples tipos, como las que acabas de estudiar, pero con el paso del tiempo aquellas conexiones innecesarias desaparecen, continuando en actividad solo las que resultan funcionales para el organismo.

Actividad 9

Construir modelos

Organícense en grupos de cuatro integrantes y trabajen las siguientes etapas. 1. Escojan uno de los tipos de conexión sináptica. 2. Luego diseñen y elaboren un modelo demostrativo para la conexión escogida. Su profesor o profesora les explicará la importancia del modelo y sus etapas de construcción. 98

Unidad 2: Sistema nervioso, estructura y función

Unidad 2: Sistema nervioso, estructura y función

3.3 ¿Qué son los neurotransmisores? Los neurotransmisores son los mediadores del impulso nervioso que permiten establecer las conexiones entre todos los componentes del sistema nervioso, pues como aprendiste, la mayoría de las sinapsis de nuestro organismo son químicas. Los neurotransmisores son sintetizados en la neurona y liberados en el terminal presináptico, al despolarizarse la membrana.

A. Tipos de neurotransmisores

Existen más de cien sustancias que actúan como neurotransmisores y aún no se sabe con certeza si existen otros. La acetilcolina fue el primer neurotransmisor identificado en el SNC y se ha clasificado dentro de los neurotransmisores de moléculas pequeñas. A continuación se resumen las características de algunos tipos de neurotransmisores. Tabla 3: Clasificación de algunos neurotransmisores Clasificación Moléculas pequeñas

Características De tamaño pequeño, actúan de forma rápida. Se sintetizan a partir de moléculas que ingerimos en la dieta.

Ejemplos y algunas de las funciones Acetilcolina (contracción muscular, estado de vigilancia). Dopamina (control actividad motora, comunicación neuroendocrina y emotividad). Adrenalina (estado de alerta frente a situaciones de estrés).

Peptídicos

Están constituidos por cadenas de aminoácidos y generalmente se sintetizan en los ribosomas de la neurona.

Encefalina (disminución del dolor). Vasopresina (regulador sueño y vigilia). Oxitocina (conductas parentales, sociales y de reconocimiento de personas).

Gases transmisores

Se sintetizan en la neurona cuando son requeridos, pero no se almacenan en vesículas. Se difunden hasta el órgano o célula blanco.

Óxido nítrico (control de los músculos de las paredes del intestino y dilatación de vasos sanguíneos). Monóxido de carbono (inhibición de la secreción de algunas hormonas).

B. Estructuras moleculares

Dopamina.

Encefalina.

Vasopresina.

Capítulo II: Impulso nervioso

99

Capítulo II

Impulso nervioso

C. Patologías asociadas a neurotransmisores

La dopamina se distribuye por el cerebro hacia las zonas que controlan el movimiento y el equilibrio, como el cuerpo estriado y los ganglios basales, entre otros.



Cuando los neurotransmisores no son sintetizados en sus niveles óptimos o los receptores sufren alteraciones, se producen patologías en el sistema nervioso. Una de ellas es la miastenia gravis, donde algunas sustancias producidas por el sistema inmune bloquean, alteran y destruyen los receptores de acetilcolina en la unión neuromuscular, evitando la contracción.



Otra patología asociada al funcionamiento anómalo de los neurotransmisores es el mal de Parkinson. Algunos de sus síntomas son temblores involuntarios en el cuerpo, pasos inseguros, pérdida de la rigidez muscular y debilidad general.

Persona sana

Dopamina

Persona con mal de Parkinson

Acetilcolina

Los ganglios basales controlan el tono muscular y los movimientos voluntarios a través del equilibrio entre los neurotransmisores dopamina y acetilcolina. El déficit de dopamina, que constituye el origen de la enfermedad de Parkinson, interfiere en el equilibrio de estos dos neurotransmisores. Esto provoca que el efecto excitador de la acetilcolina (generado por una baja de dopamina) altere el control de los movimientos finos, causando los síntomas característicos de esta patología: rigidez muscular y temblores. Fuente: Swearinger, P., Ross, D. (2007). Manual de enfermería médicoquirúrgica. 4ª edición. Madrid: Elsevier. Sustancia negra (neuronas productoras de dopamina). En un individuo con mal de Parkinson existe un deterioro de la sustancia negra.

Reflexionemos El mal de Parkinson es una enfermedad asociada a la edad: más del 80 % de los afectados tiene más de 40 años. Independiente de su edad, la persona afectada comenzará progresivamente a tener dificultades para realizar sus actividades de forma autónoma y cada vez dependerá más de la gente que lo rodea. Al diagnosticarse la enfermedad es importante que el grupo familiar trabaje en forma conjunta para ayudar al paciente a sentirse lo más autosuficiente y cómodo, buscando estrategias con equipos especializados que puedan cooperar con este trabajo.

100

Unidad 2: Sistema nervioso, estructura y función

Unidad 2: Sistema nervioso, estructura y función

3.4 Acción de los neurotransmisores en el tejido muscular

Im

Los músculos ejecutan respuestas ordenadas por el SNC, por lo que existe un proceso de comunicación entre las células nerviosas y las células musculares. Esta unión, al igual que en la comunicación neuronaneurona, ocurre mediante el proceso sináptico a través de la liberación de neurotransmisores y se realiza entre una neurona motora y la fibra muscular. Esta conexión recibe el nombre de unión neuromuscular o placa motora.

ls pu

oso rvi e on

Neurona motora

Actividad 10

Analizar

Luego de leer con atención los contenidos de la página, responde las siguientes preguntas. 1. ¿Qué ocurriría si, a nivel de la placa motora, se bloquearan los receptores de acetilcolina? 2. Explica lo que sucedería en el proceso si la acción de la enzima acetil-colinesterasa fuera inhibida.

1 Fibra muscular 2 Mitocondria Botones sinápticos Miofibrilla

1 Cuando llega el impulso nervioso a los botones sinápticos de la neurona motora, se libera acetilcolina al espacio sináptico. Este neurotransmisor se une a receptores específicos de la membrana plasmática de la fibra muscular, lo que produce la apertura de los canales de Na+.

2 Este ingreso masivo de iones Na+ genera la despolarización del sarcolema (membrana de la célula muscular), como sucede con el axón de la neurona, e induce el desarrollo del impulso nervioso. El Ca2+ liberado desde el sarcoplasma o REL se une a las miofibrillas, permitiendo que estas se deslicen unas sobre otras, contrayendo el músculo completo. Para relajar la fibra muscular se debe inactivar la acetilcolina mediante la acción de la enzima acetil-colinesterasa. Esto último permite el bombeo de iones Ca2+ hacia el interior del REL por transporte activo. Así, cesa la estimulación para la apertura de los canales de Na+, lo que provoca la relajación de la fibra muscular.

Capítulo II: Impulso nervioso

101

Síntesis y evaluación

Capítulo II

Mapa conceptual Completa el siguiente esquema con los términos que correspondan. Recuerda los conceptos tratados en el capítulo.

Impulso nervioso se transmite mediante el

algunas de sus características son

como

donde influye

3.

que se genera mediante el movimiento de

1.

Diámetro del axón

Intensidad

Potencial de acción

Temperatura 4.

Conducción

Continua

2.

puede ser 5.

estimula la siguiente neurona en el proceso de

6.

existen dos tipos

Eléctrica 7.

Evaluación de proceso I. Marca A si la situación corresponde a potencial de acción y R si corresponde a potencial de reposo. 1. A

R Ingreso de Na+ al medio intracelular.

2. A

R Diferencia de potencial de -70 mV.

3. A

R Cierre de los canales de K+.

4. A

R Funcionamiento constante de la bomba Na+/K+ ATPasa.

5. A

R Se igualan las cargas del medio intracelular y extracelular.

6. A

R El medio intracelular es negativo con relación al medio extracelular.

7. A

R Existe una hiperpolarización de las membranas.

8. A

R La neurona está en óptimas condiciones para desarrollar un impulso nervioso.

102 Unidad 2: Sistema nervioso, estructura y función

II. A partir de la imagen desarrolla las siguientes actividades. 1. Escribe los nombres de las estructuras indicadas. 2. ¿Qué proceso se ilustra?, ¿cómo lo distingues del otro tipo de sinapsis? 3. ¿Podría ser un neurotransmisor del tipo gaseoso?, ¿por qué? 4. ¿Qué científico demostró la transmisión del impulso nervioso mediante neurotransmisores?, ¿qué materiales utilizó? _______

III. Completa la siguiente tabla identificando el neurotransmisor, su clasificación y función. Neurotransmisor

Clasificación

Función

Acetilcolina Peptídicos Gases transmisores

Control músculos del intestino.

Moléculas pequeñas Adrenalina

Me evalúo Completa la siguiente tabla, siguiendo las instrucciones de tu profesor o profesora. Debería Identificar las etapas y características del impulso nervioso.

Puntaje

Ítem/ pregunta

Total

I

8

Comprender el proceso de sinapsis y describir sus tipos.

II

8

Describir la función de los neurotransmisores.

III

9

Obtenido

¿Qué debo hacer?

Según los puntajes obtenidos, realiza las actividades que te indicará tu profesor o profesora.

Unidad 2: Sistema nervioso, estructura y función 103

Capítulo

III

Efectos de las drogas en el sistema nervioso 1. ¿Qué son las drogas? Los especialistas han definido que una sustancia química corresponde a una droga cuando, al ser ingerida, modifica la conciencia, el estado de ánimo o los procesos de pensamiento de un individuo. Esto, proyectado en el tiempo, provoca también alteraciones en las funciones corporales. Las drogas son consideradas sustancias psicoactivas, ya que, independiente de su naturaleza (naturales o artificiales), al ingresar al organismo por alguna vía específica (inyectada, bebida o inhalada), provocan cambios específicamente a nivel del SNC.

1.1 Clasificación A. Dependiendo de la legalidad o prohibición que exista para estas sustancias, las drogas se clasifican en legales o lícitas, si son de libre consumo según la ley del país que corresponda, e ilegales o ilícitas, si están prohibidas por la ley o se venden solo con prescripción médica. El tabaco, el alcohol y la cafeína son drogas consideradas legales; en cambio, el consumo de morfina, anfetaminas, heroína, cocaína y marihuana, entre otras drogas, está penalizado por la ley.

El consumo de drogas causa alteraciones físicas y psicológicas en las personas. En este capítulo aprenderás las principales características de estas sustancias, sus efectos a nivel del sistema nervioso y lo que ocurre con su consumo en nuestro país.

B. Según el efecto de las drogas en el SNC se pueden clasificar en estimulantes, depresoras y alucinógenas. • Estimulantes: sustancias que aceleran y aumentan la actividad funcional cerebral. Ejemplo de ellas son las anfetaminas, la cocaína, la cafeína, la mateína, entre otras. • Depresoras: sustancias llamadas también “tranquilizantes”. Su acción se basa en deprimir al SNC, disminuyendo de esta forma la actividad corporal, y generando efectos como sueño, relajo, e incluso coma. Algunos ejemplos corresponden a morfina, benzodiacepinas y marihuana, entre otras. • Alucinógenas: sustancias que provocan distorsiones en la percepción, delirios, alucinaciones y estados de confusión. Algunos alucinógenos son el LSD (dietilamida del ácido lisérgico), drogas sintéticas como el éxtasis y sustancias volátiles como el tolueno.

Conexión con...

Historia

El alcohol es tan antiguo como la civilización humana. En las antiguas culturas de Grecia y Roma se elaboraba a partir de la fermentación de la vid. Durante el imperio Inca, las mujeres preparaban bebidas alcohólicas a partir de la fermentación del maíz, y en los tiempos de la Europa medieval, las bebidas alcohólicas eran utilizadas como parte de la medicina tradicional de sus pueblos.

104 Unidad 2: Sistema nervioso, estructura y función

Unidad 2 Sistema nervioso, estructura y función

1.2 Efectos de las drogas en las neuronas El consumo de sustancias químicas afecta a varias porciones del cerebro, específicamente en las diferentes etapas de la sinapsis. Esto significa que se puede alterar la liberación de neurotransmisores y la transmisión de señales intracelulares, entre otras. Los principales lugares de acción de las sustancias psicoactivas son los receptores de membrana de las neuronas, por lo que el uso puntual o repetitivo de estas sustancias determinará el daño a corto o largo plazo que se producirá. A continuación analiza cada uno de los cuadros con sus ilustraciones esquemáticas para comprender en qué etapa del proceso sináptico afecta cada uno de los tipos de drogas.

Concepto clave canabinoides: sustancias químicas que potencian la acción de la dopamina en el cerebro. Existen de forma natural en el organismo, pero también se les fabrica artificialmente.

Alcohol etílico o etanol La sustancia activa de las bebidas alcohólicas es el alcohol etílico o etanol. Al ser de bajo peso molecular no requiere ser digerido, por lo que pasa rápidamente al torrente sanguíneo. Uno de los mecanismos de acción del etanol es inhibir el efecto excitador del neurotransmisor glutamato (1). Esto explica, junto con otros efectos en la interacción con otros neurotransmisores, el efecto sedante del alcohol. Esta sustancia provoca alteraciones en el área cerebral involucrada en la formación de la memoria, toma de decisiones y control de los impulsos.

Alcohol Glutamato

Neurona postsináptica

(1) Receptor para glutamato

Marihuana La marihuana se extrae de una planta llamada Cannabis sativa. En ella existen compuestos llamados canabinoides, de los cuales el tetrahidrocanabinol (THC) es el principal químico activo. Esta sustancia puede quedar en el cuerpo durante períodos prolongados. El mecanismo de acción del THC consiste en unirse a los receptores para canabinoides (1), bloqueando la inhibición de la dopamina. Cuando el THC llega a las neuronas, se une a los receptores para canabinoides y potencian la liberación de la dopamina (2), debido al bloqueo de la liberación del neurotransmisor GABA. Esto origina la inhibición del impulso nervioso. La acción del THC disminuye la cognición y la memoria, además de alterar el control de las funciones motoras.

GABA

Sin THC

Receptor para canabinoides Dopamina

(2) (1) Con THC

Neurona postsináptica

Capítulo III: Efectos de las drogas en el sistema nervioso

105

Capítulo III

Efectos de las drogas en el sistema nervioso

Cocaína La cocaína se obtiene del procesamiento químico de las hojas del arbusto de coca (Erytroxylon coca) originario de Bolivia y Perú. Uno de sus mecanismos de acción se relaciona con la inhibición de la recaptación de la dopamina luego de haber actuado. Esto significa que la cocaína bloquea los transportadores para la reabsorción (1), haciendo que la dopamina actúe una y otra vez, sobreestimulando la neurona postsináptica (2). Sus efectos más visibles son el incremento de la lucidez, la sensación de bienestar y la euforia, además de aumentar la energía y la actividad motora.

Canales de recaptación para dopamina

Cocaína

(1)

(2)

Receptores para dopamina Neurona postsináptica

Anfetaminas Las anfetaminas son un grupo de drogas sintéticas que incluyen a las metanfetaminas y a la catinona. Uno de los mecanismos de acción de estas drogas es estimular la liberación de las reservas de dopamina desde las vesículas presinápticas (1), liberando a este neurotransmisor (2) (además de la noradrenalina) hacia el espacio sináptico. Asimismo, inhibe la recaptación de dopamina y noradrenalina por parte de la neurona presináptica (3), aumentando la frecuencia de la transmisión del impulso nervioso. Entre los cambios que provocan en la conducta están: aumento en el estado de lucidez, mayor energía, aumento en la capacidad de concentración e inhibición del apetito.

Actividad 11

Canales de recaptación para dopamina

(1) (2) (3)

Receptores para dopamina

Anfetamina Neurona postsináptica

Recopilar información-describir

Trabaja junto con un compañero o compañera y desarrollen la siguiente actividad. 1. Elaboren una tabla comparativa con las principales acciones de las drogas y sus efectos tanto en la neurona presináptica como en la postsináptica.

106

Unidad 2: Sistema nervioso, estructura y función

Unidad 2: Sistema nervioso, estructura y función

1.3 Efectos de las drogas en la conducta El abuso de drogas, como ya vimos, genera trastornos en procesos que se llevan a cabo en el cerebro, lo que también influye en el comportamiento de los individuos que las consumen. Producto de la administración o consumo prolongado de estas sustancias químicas aparecen estados de adicción, tolerancia y dependencia. • Adicción: trastorno que involucra el uso compulsivo de una droga, a pesar de sus efectos negativos. Una característica propia de la adicción es la pérdida de control sobre la conducta de consumir drogas, independiente de ser consciente de los efectos negativos que presenta y que, irremediablemente, le llevarán a pedir ayuda para dejar de usarlas. • Tolerancia: tipo de proceso de adaptación celular que consiste en la disminución del efecto de la droga cuando se usa constantemente, por lo que se deben administrar dosis aun mayores para lograr el mismo efecto. • Dependencia: tipo de adaptación celular que se traduce en que la persona necesita consumir una sustancia para desempeñarse en forma normal. Cuando se suprime la administración de la droga se produce un conjunto de signos denominado “síndrome de abstinencia”. Por ejemplo, temblor corporal, sudoración excesiva, convulsiones e incluso los estados depresivos son síntomas típicos de este síndrome.

Actividad 12

Concepto clave adaptación celular: estado de la célula en el que se alcanza una nueva pero alterada estabilidad, la que asegura su sobrevivencia y la respuesta a los estímulos que genera el nuevo equilibrio.

Interactividad Ingresa a la siguiente página web learn.genetics.utah. edu/content/addiction/ drugs/mouse.html y observa la descripción de los efectos cerebrales para cada tipo de droga. A continuación, elige un tipo de droga y realiza una presentación con diapositivas explicando sus efectos a nivel de sinapsis.

Analizar-interpretar

Analiza los datos de cada tabla, construye el gráfico correspondiente y, a partir de su información, responde las siguientes preguntas. Si es posible, utiliza una planilla de cálculo. Tabla 4: Consumo excesivo de alcohol tres o más veces durante el año en población escolar

Tabla 5: Consumo excesivo de alcohol tres o más veces durante el año en distintos niveles de escolaridad

Total

Hombre

Mujer

8º

1º

2º

3º

4º

2007

13

15,5

10,5

5,1

9,3

13,2

18,4

21

2009

11,9

13,9

10

4,8

9,1

13,2

15,5

18,7

Fuente: Conace, Área de Evaluación y Estudios. (2010). 8º estudio nacional de drogas en población escolar de Chile 2009, 8º básico a 4º medio.

1. ¿Qué ocurrió con el consumo de alcohol en hombres y mujeres entre el 2007 y 2009? 2. ¿Qué relación puedes advertir entre el consumo excesivo de alcohol y el nivel que cursan los estudiantes? Explica.

Capítulo III: Efectos de las drogas en el sistema nervioso

107

Efectos de las drogas en el sistema nervioso

Capítulo III

1.4 Efectos de la nicotina y cafeína

Concentración de nicotina en la sangre (ng/mL)

Gráfico 6: Tiempo en que la concentración de nicotina en la sangre alcanza el valor máximo (tabaco fumado) Tiempo que demora en llegar al valor máximo

15

cigarrillos

10 5 0

0 30

60

90

120

Tiempo (minutos)

Fuente: Redolar, D. (2008). Cerebro y adicción. Barcelona: UOC.

Concentración de nicotina en la sangre (ng/mL)

Gráfico 7: Tiempo en que la concentración de nicotina en la sangre alcanza el valor máximo (tabaco masticado) Tiempo que demora en llegar al valor máximo tabaco masticado

Como vimos anteriormente, las adicciones están relacionadas con el abuso de una sustancia química psicoactiva, la cual provoca alteraciones tanto a nivel físico como conductual. A diario observamos en los medios de comunicación y en nuestro entorno campañas publicitarias que motivan la prevención del consumo de drogas. Pero ¿qué ocurre con sustancias de uso permitido y masivo, como los cigarrillos o el café? La nicotina es una sustancia que se encuentra en las plantas de tabaco; su forma de consumo más frecuente es en cigarrillos o por masticación. Cuando una persona fuma, la nicotina se absorbe principalmente a través de la inhalación y llega rápidamente a su sistema nervioso. El efecto adictivo de esta se explica por la liberación del neurotransmisor dopamina en algunas zonas cerebrales. El estado de alerta y atención se asocia a la liberación de otros neurotransmisores, como acetilcolina y norepinefrina. La cafeína es la sustancia psicoactiva más consumida en el mundo. Se puede encontrar en los distintos tipos de café, en el té, en las bebidas de fantasía y en los chocolates. La cafeína se absorbe fácilmente a nivel gastrointestinal y es metabolizada por el hígado. Como su efecto es estimulante, origina pérdida de sueño, trastornos ansiosos (como ataques de pánico) o síntomas de trastorno obsesivo compulsivo. Existen evidencias del aumento en el metabolismo de la cafeína cuando existe nicotina en el organismo. Esto explicaría que el nivel de cafeína en la sangre sea mayor en privación de cigarrillos y que la tolerancia al consumo excesivo de café sea mayor en personas fumadoras, en comparación con aquellas personas que no lo son.

15 10

Actividad 13

5 0

0 30

60

90

120

Tiempo (minutos)

Fuente: Redolar, D. (2008). Cerebro y adicción. Barcelona: UOC.

Interpretar-inferir

Masticar tabaco es una actividad muy antigua, que en nuestros días se realiza para evitar el daño que produce el humo del cigarrillo. El problema es que esta práctica no previene la adicción a la nicotina. Observa los gráficos 6 y 7. Luego, responde las preguntas. 1. ¿Cómo influye la forma en la que se consume el tabaco con la absorción de este y el tiempo que se mantiene la nicotina en la sangre? 2. ¿Qué significa que la curva del primer gráfico baje drásticamente luego de alcanzar el valor máximo? 3. Basándote en los gráficos y en la información entregada en el último párrafo central, ¿qué ocurriría con el nivel de cafeína en la sangre de un individuo cafeinómano (adicto a la cafeína) en cada modalidad de consumo de tabaco? Plantea una hipótesis.

108

Unidad 2: Sistema nervioso, estructura y función

Unidad 2: Sistema nervioso, estructura y función

2. Estadísticas de consumo de drogas en Chile A nivel mundial, el consumo de drogas es un problema que involucra a toda la sociedad. Según estudios realizados en el informe mundial sobre las drogas del año 2008, el consumo de drogas ilícitas en individuos entre 15 y 64 años se ha mantenido estable durante cuatro años. Esto implica que las autoridades y los propios ciudadanos deben estar alerta a esta situación. Gráfico 8: Uso de drogas ilícitas en el mundo, año 2008 Número de personas entre 15 a 64 años que se inyectan drogas : 11-21 millones. Número de “consumidores problemáticos de drogas” entre 15 a 64 años: 15-38 millones. Número de personas entre 15-64 años que han consumido drogas por lo menos una vez en el último año: 155-250 millones. Número total de personas entre 15-64 años en 2008: 4.396 millones. Fuente: UNODC World drug report 2010. Recuperado 20 enero 2011 de: www.unodc. org/documents/wdr/WDR_2010/World_Drug_ Report_2010_lo-res.pdf. (Adaptación).

Según estudios recientes del Conace (Consejo Nacional para el Control de Estupefacientes), el consumo de marihuana en la población escolar que cursa entre 8º y 4º medio (de colegios municipales, particulares subvencionados y particulares pagados de 99 comunas del país) se ha mantenido estable en la última década, mientras que para cocaína y pasta base se muestra un aumento en los últimos dos años. Estos datos son preocupantes, puesto que el inicio del consumo de drogas se está produciendo cada vez a más temprana edad. Tabla 6: Promedio edad de inicio del consumo de marihuana en escolares chilenos Año

Total

Hombre

Mujer

2001

14,6

14,6

14,7

2003

14,6

14,5

14,6

2005

14,8

14,7

14,8

2007

14,7

14,7

14,7

2009

14,6

14,5

14,6

Reflexionemos Diversos estudios a nivel mundial, como el que representa el gráfico 8, demuestran que la drogadicción es un problema que afecta a millones de personas de distintas edades, incluyendo a los niños en edad escolar. Respecto de esta información, comenta con tus compañeros y compañeras: ¿qué información acerca de las drogas y sus mecanismos de acción sería importante divulgar a la comunidad?, ¿cómo abordarías el problema de la drogadicción con niños para fomentar el autocuidado y la prevención?

Fuente: Conace, Área de Evaluación y Estudios. (2010). 8º estudio nacional de drogas en población escolar de Chile 2009.

Capítulo III: Efectos de las drogas en el sistema nervioso

109

Capítulo III

Efectos de las drogas en el sistema nervioso

2.1 Factores de riesgo Interactividad Ingresa a www conacedrogas.cl/portal indexphp?option=com_ content&view=article&i d=197&Itemid=2 y navega en los recursos del sitio para conocer algunos datos acerca de las medidas de prevención del consumo de drogas. A continuación, realiza una presentación con diapositivas en la que expongas al menos dos medidas aplicables en el barrio, en tu colegio, en tu familia, en el trabajo y en la educación superior.

Existen diferentes variables que influyen directamente en que una persona sea propensa o esté dispuesta a consumir drogas; no es solo el entorno o los pares consumidores los que facilitan situaciones de riesgo. Las influencias socio-culturales, la predisposición genética e incluso algunos problemas de personalidad pueden llevar a una persona (ya sea niño, adolescente o adulto) a convertirse en un drogadicto. Estudios realizados el año 2008 por un grupo de especialistas en adicciones revelan que las conductas que llevan al riesgo de consumir drogas, ya sean lícitas o ilícitas, se relacionan con el estado familiar del adolescente, la forma en la que se relaciona con sus pares, las experiencias sexuales a temprana edad, baja autoestima, mal uso del tiempo libre, entre otras conductas.

Actividad 14

Interpretar

Observa la tabla y responde las preguntas a continuación. Tabla 7: Porcentaje que declara conductas de riesgo asociadas al consumo de drogas lícitas e ilícitas en escolares de 4º a 7º básico Conducta

Reflexionemos Día a día las relaciones con los padres se hacen complejas debido a los cambios en la personalidad de los niños al llegar a la pubertad y durante la adolescencia. ¿Cómo crees que influye la comunicación que existe al interior de la familia en el problema de la drogadicción? ¿Cómo crees que se puede mejorar la comunicación entre padres e hijos?

110

Porcentaje

Consumo de tabaco en el último año.

22,5

Consumo de alcohol en el último año.

18,5

Participación en peleas callejeras en el último año.

48,3

Consumo actual de tabaco (últimos 30 días).

14,9

Consumo actual de alcohol (últimos 30 días).

7,9

Participación actual en peleas callejeras (últimos 30 días).

23,1

Conocimiento sobre daño que produce el tabaco.

98,7

Conocimiento sobre daño que produce el alcohol.

87,3

Fuente: Rodríguez T, y otros. (2008). Factores predictores del riesgo de consumo de drogas lícitas en escolares de 4° a 7° básico. Terapia Psicológica. 26 (2) 181-188, recuperado 20 enero 2011 de: www.scielo.cl/ scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0718-48082008000200004.

1. ¿Qué podrías concluir del análisis de los porcentajes reflejados en la tabla, para las conductas de riesgo que declaran los adolescentes? 2. ¿Qué otras conductas de riesgo se podrían agregar a esta tabla? Menciona al menos tres.

Unidad 2: Sistema nervioso, estructura y función

Unidad 2: Sistema nervioso, estructura y función

2.2 Medidas de prevención Según estudios de Conace para el año 2009 (8° estudio nacional de drogas en población escolar de Chile 2009, 8° básico a 4° medio), los padres siguen influyendo fuerte y decisivamente en la prevención del consumo de drogas de sus hijos e hijas. En familias de adolescentes, en las que los padres se preocupan constantemente de sus hijos, se manifiesta tres veces menos consumo de drogas que en aquellas familias en que los padres no se involucran. Por tanto, antes de recurrir a cualquier otra conducta preventiva, la comunicación entre padres e hijos es, junto con muestras de afecto y confianza de todo el grupo familiar, la medida clave para prevenir este tipo de problema. Gráfico 9: Prevalencia del consumo de marihuana y cocaína según indicadores de involucramiento de los padres %

Marihuana

Cocaína

45 40 30

26

25

25

13 19

20 15

11

10 5

8

13

12

11

7

3

7 4

3

0

Siempre

A veces

Nunca

Padres saben dónde está.

Nunca

Poco

Padres atentos a lo que hace en el colegio.

Bastante

Poco

Padres conocen a amigos cercanos.

Fuente: Conace, área de Evaluación y Estudios. (2010). 8º estudio nacional de drogas en población escolar de Chile 2009, 8º básico a 4º medio.

Actividad 15

Analizar-explicar

Analiza los datos del gráfico 9 y responde las preguntas asociadas. 1. Plantea una hipótesis que permita relacionar el consumo de drogas y la relación entre padres e hijos. 2. Según los datos, ¿cuál es la variable, relacionada con la conducta de los padres, que más influye en el aumento del consumo de drogas en los adolescentes? 3. Plantea una estrategia que relacione a la escuela con las familias en el tema de la prevención del consumo de drogas en los estudiantes.

Capítulo III: Efectos de las drogas en el sistema nervioso

111

Síntesis y evaluación

Capítulo III

Mapa conceptual Completa el siguiente esquema con los términos que correspondan. Recuerda los conceptos tratados en el capítulo.

Drogas se clasifican según 6.

Efecto Estimulantes

7.

provocan alteraciones en

1. 2.

3.

Ilícitas

específicamente en la

Sinapsis

generando alteraciones conductuales como

Adicción

4.

Dependencia por lo que es fundamental realizar

5.

Evaluación de proceso I. Completa la siguiente tabla con las características de las drogas mencionadas en ella. Droga

Lícita o ilícita

Tipo de droga según su efecto

Alcohol Cocaína Cafeína Tabaco Marihuana

112 Unidad 2: Sistema nervioso, estructura y función

Alteración en la conducta

II. Observa la imagen que representa la acción de las anfetaminas en la sinapsis. Luego, responde las preguntas. Canales de recaptación para dopamina

1. ¿A qué droga se asemeja este tipo de acción a nivel de sinapsis?

(1)

2. ¿Que estructuras participantes en la sinapsis química se ven alteradas por la droga de la imagen?

(2)

(3)

3. ¿Cuál es el efecto que producen las anfetaminas en la conducta del individuo que las consume?

Receptores para dopamina

Anfetamina Neurona postsináptica

III. Lee la siguiente información, y con lo aprendido en el capítulo, desarrolla las preguntas planteadas.

La caída del consumo de tabaco coincide con un aumento importante en la prohibición de los cigarrillos dentro de los colegios, se informa en un estudio, realizado por Conace (2007). La proporción de estudiantes que declara haber visto a profesores o profesoras fumando dentro del colegio cayó abruptamente de 41 % a 20 %, entre 2005 y 2007, baja que se repartía por igual en todos los tipos de colegios.



1. ¿Cómo influyen los adultos en la prevención del consumo de drogas en los escolares?



2. En el consumo de tabaco, ¿influye la conducta de los adultos en que los adolescentes adquieran el hábito de fumar? Fundamenta.



3. ¿Qué relación existe entre el consumo de drogas y la preocupación de los padres por sus hijos? Fundamenta utilizando datos entregados en el capítulo.

Me evalúo Completa la siguiente tabla, siguiendo las instrucciones de tu profesor o profesora. Debería Reconocer el concepto de droga, los criterios de clasificación y sus efectos.

Puntaje

Ítem/ pregunta

Total

I

5

Comprender los principales mecanismos de acción de algunas drogas en el sistema nervioso, específicamente en la sinapsis.

II

3

Conocer los principales factores de riesgo y las medidas de prevención del consumo de drogas en Chile.

III

3

Obtenido

¿Qué debo hacer?

Según los puntajes obtenidos, realiza las actividades que te indicará tu profesor o profesora.

Unidad 2: Sistema nervioso, estructura y función 113

Síntesis de la unidad

Unidad 2

Sistema nervioso

Unidad funcional: Neuronas

SNC

La neurona es la unidad funcional del sistema nervioso. Se distribuyen formando redes donde se comunican unas con otras a través de sinapsis.

SNP

Conducción del impulso nervioso

Na+Na Na++

Na+Na Na++

Na+Na Na++

Na+Na Na++

Las neuronas tienen la capacidad de responder frente a estímulos a través del cambio de polaridad en sus membranas plasmáticas. Este cambio o potencial de acción se transmite a lo largo del axón neuronal, lo que se denomina impulso nervioso.

Glosario Axón Prolongación de la neurona que se origina en el soma y termina en una ramificación denominada arborización terminal. Adicción Trastorno que contempla el uso prolongado de una sustancia química, a pesar de conocer sus efectos nocivos. En algunos casos involucra efectos de dependencia y tolerancia.

Cerebro Estructura del SNC que presenta mayor desarrollo. Entre otras funciones regula las conductas complejas y los movimientos voluntarios. Se organiza en dos hemisferios que controlan los lados opuestos del cuerpo. Se encuentra protegido por el cráneo. Dendritas Prolongaciones del soma encargadas de recepcionar los impulsos nerviosos provenientes de otras neuronas.

114 Unidad 2: Sistema nervioso, estructura y función

Droga Sustancia química que al ingresar al organismo causa alteraciones físicas y psicológicas en los individuos que las consumen. Puede desencadenar desórdenes conductuales, como la adicción. Neuroglias Células que forman parte del sistema nervioso. No son excitables y cooperan en la mantención, función y sostén de las neuronas. Existen tres tipos principales: astrocitos, oligodendrocitos y microglias.

Sinapsis es el proceso de comunicación entre neuronas. Existen dos tipos: química y eléctrica.

Onda de de Onda Onda de despolarización despolarización despolarización

Ca+2Ca Ca+2+2

Vesículas Vesículas Vesículas sinápticas sinápticas sinápticas Botón Botón Botón presináptico presináptico presináptico

Las sustancias que alteran el funcionamiento del sistema nervioso se denominan drogas. Estas se caracterizan por generar en los consumidores adicción, tolerancia y dependencia.

Neurotransmisor Neurotransmisor Neurotransmisor

Membrana Membrana Membrana postsináptica postsináptica postsináptica

Na+Na Na++ K+ KK++

Receptor Receptor Receptor de membrana de demembrana membrana

La sinapsis química consiste en la comunicación entre neuronas que se encuentran separadas por un espacio sináptico, en el que se vierten sustancias químicas llamadas neurotransmisores.

Complejo Complejo Complejo neurotransmisor neurotransmisor neurotransmisor receptor receptor receptor

Dependiendo de si su consumo es permitido o no por la ley, se reconocen drogas lícitas, como alcohol y nicotina, y drogas ilícitas, como marihuana y anfetaminas.

Neurona Célula fundamental del sistema nervioso, capaz de recibir y transmitir impulsos nerviosos. Sus estructuras generales son: axón, soma y dendritas. Neurotransmisores Sustancias fundamentales para la sinapsis química. Son sintetizados en las neuronas presinápticas y actúan estimulando a las neuronas postsinápticas.

Potencial de acción Cambio brusco y progresivo del potencial de membrana de las neuronas debido al movimiento de iones producido por un estímulo. Se transmite por la membrana de la neurona constituyendo el impulso nervioso. Sinapsis química Proceso de comunicación indirecto en el que una neurona presináptica libera neurotransmisores hacia el espacio sináptico, estimulando a una neurona postsináptica.

Sinapsis eléctrica Proceso de comunicación directo entre una neurona presináptica y una postsináptica a través de uniones gap. SNP (sistema nervioso periférico) Rama del sistema nervioso que comprende nervios y ganglios que recorren el organismo, transmitiendo señales nerviosas desde el entorno hacia el SNC, y viceversa.

Unidad 2: Sistema nervioso, estructura y función 115

Evaluación final

Unidad 2

I. Escoge la alternativa correcta para cada pregunta. 1. Si una patología hiciera que las células de Schwann comenzaran a degenerarse en el SNP, ¿cuáles serían algunas de las consecuencias? I. Sobreestimulación de los músculos eferentes. II. Problemas en el envío de la respuesta refleja. III. Alteraciones en el procesamiento de los estímulos a nivel cerebral. IV. Disminución de la velocidad del impulso nervioso en los nervios periféricos. A. Solo I. B. Solo III. C. Solo I y III. D. Solo II y IV. E. Solo II, III y IV. 2. ¿Qué es la polaridad funcional de las neuronas? A. La diferencia de carga eléctrica en ambos lados de la membrana. B. La característica de recibir y enviar el impulso nervioso en cualquier dirección. C. La unidireccionalidad del impulso nervioso, que comúnmente va desde las dendritas hacia los botones sinápticos. D. Las conexiones específicas entre las neuronas para conformar los circuitos neuronales. E. La capacidad de estimular a la siguiente neurona mediante los neurotransmisores. 3. ¿Cuál de las siguientes afirmaciones en relación al tejido nervioso es verdadera? A. Está compuesto por una gran variedad de células especializadas. B. Está conformado por células individuales que se conectan entre sí para conformar circuitos de envío de información. C. Es una trama cerrada de estructuras, como un circuito, que conecta a todo el organismo. D. Todas sus células se dividen y regeneran durante su ciclo celular. E. Los distintos tipos celulares tienen la capacidad de estimular a las células vecinas. F. La capacidad de estimular a la siguiente neurona mediante los neurotransmisores. 4. Una lesión en el hipotálamo podría provocar alteraciones en el control del SNA. ¿Qué acciones se verían alteradas? I. La capacidad de doblar las piernas para subir una escala. II. La regulación del ritmo cardíaco. III. La capacidad de percibir los estímulos del medio. IV. El control de la vejiga en situaciones de estrés. A. Solo I. B. Solo II. C. Solo I y II. D. Solo II y IV. E. I, II, III y IV. 5. ¿Cuál de las siguientes asociaciones entre el tipo celular y su función o ubicación es errónea? A. Unipolar-células de la retina. B. Multipolar-motoneuronas espinales. C. Bipolar-células de la retina. D. Multipolar-células piramidales de la corteza cerebral. E. Pseudounipolar-neurona sensorial primaria (ganglios).

116 Unidad 2: Sistema nervioso, estructura y función

6. Si un organismo presenta constantemente infecciones que afectan su sistema nervioso, ¿qué tipo de célula nerviosa estaría funcionando de manera deficiente? A. Astrocitos. B. Microglias. C. Neuronas aferentes. D. Oligodendrocitos. E. Células de Schwann. 7. ¿Cuál es el cambio en la membrana de la neurona, después del ingreso de los primeros iones de Na+ al interior del axón? A. Aumento de cargas negativas en el interior del axón, aumentando la diferencia de potencial. B. Se igualan las cargas desapareciendo la diferencia de potencial, para luego tornarse negativo el interior del axón. C. Se igualan las cargas y luego la diferencia de potencial alcanza +70 mV con respecto al medio intracelular. D. No se produce alteración en las cargas; el medio intracelular se mantiene negativo con respecto al medio extracelular. E. Se igualan las cargas en 0 mV y luego se alcanza una diferencia de +30 mV quedando el medio extracelular cargado de forma negativa. 8. ¿Cuál es la función de los canales de K+ sensibles al voltaje en la repolarización? A. La salida de los iones K+ desde el interior del axón, lo que disminuye las cargas positivas. B. El ingreso de los iones K+ al interior del axón, lo que aumenta las cargas positivas intracelulares. C. La salida e ingreso de los iones K+ con lo que se igualan las cargas positivas y negativas. D. El ingreso de los iones Na+ para retornar a las cargas iniciales del potencial de reposo. E. La salida de los iones Na+ para lograr la diferencia de potencial y alcanzar la polaridad negativa del interior del axón. 9. ¿Cuál de las siguientes alternativas relacionadas con factores de riesgo y prevención del consumo de drogas es correcta? A. La comunicación entre padres e hijos no prevalece como conducta preventiva. B. El entorno inmediato de los adolescentes se puede controlar totalmente por los padres. C. La droga se sitúa entre rangos etarios en los que no se disponen de medidas de prevención por parte de las autoridades D. Las escuelas deben generar planes de información acerca de los factores de riesgo solo a partir de la educación media. E. Los adolescentes que toman contacto con alcohol a temprana edad podrían desarrollar adicciones en el futuro. 10. Si experimentalmente tuvieras que aumentar la velocidad del impulso nervioso en un axón, ¿qué variables considerarías y cómo las manipularías? I. Aumento del diámetro del axón. II. Disminución del diámetro del axón. III. Aumento de la cantidad de mielina del axón. IV. Disminución de la cantidad de mielina del axón. V. Disminución de la temperatura. A. Solo I y II. B. Solo II y IV. C. Solo III y V. D. Solo I y III. E. Solo III y IV.

Unidad 2: Sistema nervioso, estructura y función 117

Evaluación final

Unidad 2

II. Identifica las estructuras indicadas y completa la tabla.

A

B D

C

Estructura

Función

A B C D III. Observa las siguientes imágenes e indica en qué nivel de la sinapsis actúa cada una de las drogas asociadas. Marihuana

Cocaína

GABA

Sin THC

Canales de recaptación para dopamina

Receptor para canabinoides

Cocaína

Dopamina

Receptores para dopamina

(1) Con THC

Neurona postsináptica

118 Unidad 2: Sistema nervioso, estructura y función

Neurona postsináptica

IV. Relaciona el neurotransmisor con su función y luego responde las preguntas planteadas. Neurotransmisor

Función

Acetilcolina

Adrenalina

Dopamina

1. ¿Qué sucedería si se bloqueara la apertura de canales de Na+ en la unión neuromuscular? 2. ¿Qué tipo de sistema nervioso regula la adrenalina? Menciona tres acciones que coordina. 3. ¿Qué sustancias alteran la función de la dopamina en la sinapsis química. Nombra al menos dos.

V. Lee el siguiente texto y luego responde las preguntas.

El sexo y las características genéticas de los individuos que consumen alcohol pueden explicar los contrastes individuales en los niveles de esta sustancia en la sangre, producto del metabolismo de este. Los efectos del etanol difieren mucho de un individuo a otro, debido a la variación genética de las enzimas metabólicas. Esto puede contribuir al hecho de que algunas personas sean más propensas que otras a desarrollar la dependencia del alcohol.



Fuente: OMS (2005). Neurociencia del consumo y dependencia de sustancias psicoactivas, Washington DC OPS. Recuperado 20 de enero 2011 de: http://whqlibdoc.who.int/publications/2005/9275325790_spa.pdf (Adaptación).

1. Si varios individuos consumen la misma cantidad de alcohol, ¿presentarán las mismas alteraciones? Fundamenta. 2. ¿Qué aspectos pueden hacer variar la dependencia de esta sustancia en los individuos que lo consumen? 3. ¿Por qué el alcohol es una droga?

VI. Responde las siguientes preguntas, relacionadas con las medidas de prevención del consumo de drogas. 1. Nombra al menos dos factores de la relación padre-hijo que sean relevantes para prevenir el consumo de drogas. 2. ¿Por qué la responsabilidad familiar es un mecanismo preventivo para el consumo de drogas? 3. ¿Por qué las conductas permisivas de parte de los padres no son efectivas para prevenir el consumo de drogas? Fundamenta.

Unidad 2: Sistema nervioso, estructura y función 119

Actualidad

El proceso inflamatorio impediría la regeneración de las neuronas ¿Recuerdas haber estudiado que el sistema nervioso no es un tejido fácilmente reparable? A partir de este antecedente, un grupo de científicos chilenos estudia por qué no se regenera el SNC. Apoyados por el National Institutes of Health, la doctora de la Universidad de Chile, Lisette Leyton y su equipo, estudian algunas señales que impiden a las células nerviosas repararse ante una lesión. La importancia de este estudio radica en que podrían descubrir un tratamiento paralelo que posibilite la regeneración de neuronas, lo

que daría, en cierta forma, una nueva oportunidad de vida a las personas aquejadas con problemas de lesión nerviosa. El SNC tiene una regeneración muy limitada, y eso se debe, en gran medida, a que en él hay muchas moléculas que inhiben la reparación del tejido. Por ello, una persona podría quedar paralítica o postrada de por vida, luego de una lesión seria. Una de estas moléculas es la Thy-1, (se encuentra en las neuronas), que reacciona al unirse a otra molécula, denominada integrina αvβ3, que se expresa en los astrocitos cuando hay un proceso inflamatorio; es decir, cuando se ha producido una

lesión traumática, existe alguna enfermedad neurodegenerativa o un derrame cerebral. Por tanto, los genes de esta molécula se mantienen inactivos hasta que se desata la inflamación. Es ahí cuando los astrocitos vinculados a la integrina interactúan con la molécula Thy-1 lo que conduciría a la inhibición regenerativa. El equipo de la doctora Leyton estudia a nivel molecular las señalizaciones de los astrocitos que llevan a una respuesta. “Si conoces en detalle cómo ocurre esta cascada de eventos, entonces puedes modificarla o manipularla”, plantea la doctora.

Astrocitos de la sustancia gris en la corteza cerebral. (Microfotografía electrónica de luz).

120 Unidad 2: Sistema nervioso, estructura y función

“Podrían descubrir un tratamiento paralelo que posibilite la regeneración de neuronas” La doctora a cargo del proyecto comenta: “En este proceso hay implicados muchos blancos; este es solo uno de ellos y nos interesa estudiarlo porque, eventualmente, podríamos contribuir al desarrollo de una terapia complementaria que permita la regeneración neuronal”. “En una situación fisiológica normal esta interacción no ocurre, pero ante una injuria la neurona muere, ya que sus axones se ven mutilados al ser inhibidas sus propiedades regenerativas. Así, sin poder crecer ni establecer nuevas conexiones está condenada a fallecer.” Fuente: Facultad de Medicina de la Universidad de Chile. Recuperado 25 marzo 2011 de: www.med.uchile.cl/2009/mayo/3193-cientificoschilenos-estudian-por-que-no-se-regenera-elsistema-nervioso-central.html.

Páginas webs sugeridas • www.uc.cl/sw_educ/neurociencias/ Portal de neurociencias. Aquí encontrarás la información necesaria para repasar y profundizar todos los temas de la unidad. • www.aplicaciones.info/naturales/ natura22.htm Al ingresar, encontrarás información sencilla sobre el sistema nervioso, su organización, estructura de la neurona e higiene. Además podrás responder algunas preguntas sobre el tema, obteniendo tu puntaje. • www.edumedia-sciences.com/es/a80la-sinapsis En este link podrás observar una animación que explica la transmisión del impulso nervioso, desde la neurona presináptica hasta la neurona postsináptica mediando los neurotransmisores.

Imagen de una resonancia magnética cerebral humana.

Bibliografía adicional • Berne R., y Levy M., (2009). Fisiología. 6ª edición. Barcelona: Elsevier. Sección II: El sistema nervioso. • Diamond M., Scheibe,l A., y Elson L., (1996). El cerebro humano. 1ª edición. Barcelona: Ariel. Unidad 2: Bases y características funcionales del sistema nervioso. • Gayton A., y Hall J., (2007). Tratado de Fisiología médica. 11ª edición. Madrid: Elsevier. Capítulo 45: Organización del sistema nervioso. • Snell R., (2007). Neuroanatomía clínica. 6ª edición. Buenos Aires: Médica Panamericana. Capítulo 1: Introducción y organización del sistema nervioso, y capítulo 2: Neurobiología de la neurona y la neuroglia.

Unidad 2: Sistema nervioso, estructura y función 121

Evaluación de síntesis 1

Biología

Selecciona la alternativa correcta. 1. ¿Cuál es el orden, de mayor a menor, de los niveles de organización de un organismo pluricelular? A. Órgano-sistema-tejido-célula. B. Célula-órgano-tejido-sistema. C. Sistema-órgano-célula-tejido. D. Célula-tejido-órgano-sistema. E. Sistema-órgano-tejido-célula. 2. ¿Cuál de las siguientes opciones define mejor el concepto de tejido? I. Es un conjunto de células con un mismo origen y diferente función. II. Es un conjunto de células asociadas a un mismo sistema. III. Es un conjunto de células con un mismo origen y función. A. Solo I. B. Solo II. C. Solo III.

4. ¿Cuál de las siguientes alternativas es incorrecta con respecto a los sistemas respiratorio, digestivo y circulatorio? A. El proceso respiratorio involucra la actividad de captar O2 y eliminar CO2. B. El sistema digestivo ayuda a triturar los alimentos y el circulatorio a transportarlos a células específicas. C. El catabolismo es un proceso realizado principalmente por el sistema circulatorio. D. La nutrición es un proceso relacionado con los sistemas circulatorio, digestivo y respiratorio. E. Las glándulas anexas que complementan la función del sistema digestivo son glándulas salivales, hígado y vesícula biliar. 5. El siguiente esquema muestra, en forma simplificada, un tipo de reacción metabólica. ¿A qué reacción corresponde?

D. Solo I y II. E. Solo II y III. 3. ¿Qué función realiza o coordina el hemisferio izquierdo del cerebro humano? I. Recibir información sensitiva del lado derecho del cuerpo. II. Controlar los movimientos corporales del lado izquierdo del cuerpo. III. Participar en el desarrollo de las habilidades numéricas y científicas. A. Solo I. B. Solo II. C. Solo III. D. Solo I y III. E. Solo II y III.

Glucosa + O2

ATP (energía)

6 CO2 + H2O

A. Respiración aeróbica. B. Fotosíntesis. C. Glucólisis. D. Fermentación E. Respiración anaeróbica. 6. ¿Cuál de los siguientes efectos fisiológicos es regulado por el sistema nervioso simpático? A. Contracción de las pupilas. B. Incremento de la velocidad de los movimientos digestivos. C. Aumento de la frecuencia cardíaca. D. Contracción del ano. E. Disminución de la concentración de azúcar (glucosa) en la sangre.

122

3º Medio

Unidades 1 y 2

7. Un investigador cultivó dos microorganismos, X y Z. Para esto utilizó un medio de cultivo, el que tenía, como única fuente de energía glucosa, tal como se observa en las siguientes figuras:

Glucosa

Microorganismo X

Glucosa

Microorganismo Z

Al cabo de cierto tiempo observó que el microorganismo X producía tres veces más CO2 que el Z. Considerando esta información se puede deducir que: A. el organismo Z, degradó glucosa a través de la fermentación láctica. B. el organismo X degradó glucosa a través de la respiración celular. C. el organismo X utilizó la fermentación láctica para degradar la glucosa y así obtener ATP. D. el organismo Z utilizó la respiración celular para degradar la glucosa y así obtener ATP. E. el organismo Z no degradó la glucosa con suficiente fuerza, porque no estaba en su hábitat. 8. Un organismo autótrofo, a diferencia de uno heterótrofo, se caracteriza por: A. utilizar el proceso de fotosíntesis para obtener energía directa del medio externo. B. presentar solo cloroplastos, capaces de realizar la respiración celular. C. sintetizar sus propios nutrientes, gracias al proceso de fotosíntesis.

9. ¿Cuál de las siguientes alternativas es correcta en relación a la sinapsis química? A. Las neuronas presinápticas y postsinápticas están conectadas directamente, a través de canales proteicos. B. La neurona presináptica libera neurotransmisores luego de ingresar calcio a su botón sináptico. C. Las neuronas postsinápticas, al unirse con los neurotransmisores, incorporan calcio. D. La liberación de neurotransmisores en las uniones gap requiere de Na+ y K+. E. El impulso nervioso se transmite de forma bidireccional. 10. ¿Qué diferencia existe entre los conceptos de tolerancia y dependencia a las drogas? A. La tolerancia involucra el uso compulsivo de las drogas y la dependencia involucra una adaptación psicológica. B. Tolerancia es una adaptación celular relacionada con la disminución del efecto de la sustancia. En cambio, la dependencia corresponde a la pérdida del control al consumir drogas. C. La tolerancia genera síndrome de abstinencia en la dependencia; la persona necesita consumir más droga para poder lograr los mismos efectos. D. La tolerancia es la necesidad de consumir más droga para alcanzar el efecto y mantenerlo. En cambio, la dependencia es la necesidad de continuar consumiendo una droga para sentirse bien. E. La tolerancia se desarrolla en personas sensibles a las drogas. En cambio, la dependencia se desarrolla en cualquier persona y con cualquier tipo de droga.

D. alimentarse de otros seres vivos similares en cuanto a utilización de alimentos. E. realizar solo la respiración celular como medio para obtener energía solar. Evaluación de síntesis 1 123

Unidad

3

Receptores, sentidos y respuestas

Comúnmente estamos expuestos a diferentes estímulos. Desde que despertamos por la mañana percibimos diferentes intensidades de luz y durante el transcurso del día escuchamos variados sonidos. También reconocemos distintos aromas, algunos agradables y otros no tanto, o sentimos frío o calor, dependiendo de la estación del año en que nos encontremos. Todos estos estímulos son captados por nuestro organismo mediante órganos especializados. En esta unidad aprenderás qué órganos participan en esta función y su mecanismo de acción, así como las respuestas generadas.

124 Unidad 3: Receptores, sentidos y respuestas

Mapa de la unidad

- Reconocer la importancia de la capacidad perceptiva de los organismos.

Capítulo I Vías aferentes

- Identificar la estructura y función de los órganos sensoriales.

(Págs. 128-139)

- Identificar las características de las células receptoras.

Capítulo II

- Conocer las características de los tejidos que participan en las respuestas ejecutadas por los órganos efectores, en este caso el tejido muscular y su regulación a nivel de sistema nervioso.

Vías eferentes (Págs. 142-155)

- Diferenciar las respuestas motoras reflejas de las voluntarias. - Comprender la regulación del sistema respiratorio.

Actividad inicial

Explicar-inferir

Observa las fotografías y comenta en torno a las siguientes preguntas. 1. ¿Qué órgano sensorial es más relevante en cada situación? 2. ¿Existen sustancias que alteran el funcionamiento de estos órganos?, ¿cuáles? 3. ¿De qué manera percibes el frío o el calor del ambiente? 4. ¿Cómo diferenciamos un ruido estrepitoso de un sonido agradable? 5. ¿Qué sucede con tu pupila al exponerla a diferentes intensidades de luz?

Unidad 3: Receptores, sentidos y respuestas

125

Evaluación diagnóstica

Unidad 3

I. Recordando conceptos 1. Completa la siguiente tabla, según el tipo de control (simpático o parasimpático) que corresponda. Acción

Tipo de control

Relajación de la pared muscular de la vejiga. Contracción de la pupila. Disminución del movimiento y trabajo del sistema digestivo. Disminución de la frecuencia cardíaca. Liberación de glucosa, mayor utilización de energía. Dilatación de la pupila. Inhibición de la liberación de glucosa. 2. Marca V si la afirmación es verdadera o F si es falsa. Justifica las falsas. a. V

F El neurotransmisor asociado a la acción del sistema nervioso parasimpático es la noradrenalina.

b. V

F En mamíferos existen diez pares de nervios craneales que se prolongan desde el encéfalo conectando la parte superior de cuerpo.

c. V

F En el caso del sistema nervioso periférico, las vías aferentes corresponden a las vías sensitivas, mientras que las vías eferentes, a las motoras.

d. V

F El sistema nervioso parasimpático estimula la dilatación de los bronquios.

e. V

F El sistema nervioso simpático actúa en situaciones de alerta para el organismo.

f. V

F El sistema nervioso es alterado por sustancias psicoactivas como el alcohol, las que afectan procesos como la memoria, la toma de decisiones y el control de los impulsos.

3. Completa las siguientes frases con los conceptos que correspondan. a. El sistema nervioso se divide funcional y estructuralmente en

y

. b. El sistema nervioso autónomo se subdivide en sistema nervioso

y sistema nervioso

c. El sistema nervioso somático inerva los músculos d. El sistema nervioso autónomo inerva los músculos

126 Unidad 3: Receptores, sentidos y respuestas

. . .

4. Completa la tabla con los estímulos que activan cada sentido. Considera el primero como un ejemplo. Modalidad sensorial

Estímulo

Tacto

Presión

Visión Audición Olfato Gusto

II. Aplicando procedimientos Observa el siguiente gráfico y responde las preguntas formuladas a continuación.

Punto de visión más cercano (cm)

Gráfico 1: Variación de la visión con la edad 100 80 60 40 20 0

0

20 40 Edad (años)

60

Fuente: Miller, K. y Levine, J. (2004). Biología. 5ª edición. Boston: Prentice Hall Internacional/Pearson Education.

1. ¿Qué variables se analizan en el gráfico 1 y de qué forma? 2. ¿Qué sucede con los individuos entre 0 y 40 años en relación a la distancia del punto más cercano que pueden observar?, ¿en qué proporción varía si lo comparas con el estrato 40-60 años? 3. Escoge la hipótesis que tenga más relación con los datos aportados en el gráfico y fundamenta tu elección. a. La edad es uno de los factores que inciden en la pérdida de las capacidades de todos los órganos de los sentidos. b. A partir de los 20 años, existe un aumento exponencial de las probabilidades de perder la capacidad visual. c. Hasta los 40 años existe una capacidad homogénea de la capacidad visual, la cual disminuye progresivamente con el pasar de los años.

Unidad 3: Receptores, sentidos y respuestas 127

Capítulo

I

Vías aferentes 1. Percibiendo los estímulos En el lenguaje cotidiano suelen utilizarse como sinónimos los conceptos percepción y sensación. Sin embargo, son diferentes; la sensación corresponde a la respuesta inmediata de los receptores sensitivos a ciertos estímulos; en cambio, la percepción incluye el procesamiento y la integración de las sensaciones en los centros nerviosos centrales, generando conciencia de lo que se percibe. Estos procesos son subjetivos y dependen de las características del individuo y su especie. En la unidad 2 vimos que el sistema nervioso cumple tres funciones básicas: sensitiva, motora e integradora. Tanto la función sensitiva como la función motora dependen del transporte de información a través de las vías neuronales. Las vías aferentes (sensitivas o ascendentes) participan en la percepción de estímulos, mientras que las vías eferentes (motoras o descendentes) participan en la elaboración de respuestas.

Todas las sensaciones que percibimos se procesan de manera diferente y en regiones específicas de nuestro cerebro, pero ¿cómo llegan estas señales al SNC?, ¿qué estructuras participan en la recepción de las imágenes, sonidos, sabores, aromas y otros estímulos provenientes del medio que nos rodea?, ¿de qué forma se traduce el estímulo para ser comprendido por nuestro sistema nervioso? En este capítulo comprenderás el proceso de recepción y traducción de los estímulos, y podrás responder estas y otras interrogantes.

Las vías aferentes se constituyen de neuronas que perciben los estímulos desde la periferia y los transportan hacia los centros elaboradores del SNC. Una de las vías aferentes es la vía de la sensibilidad exteroceptiva, que recibe la información del exterior, la que al llegar a la corteza cerebral se hace consciente para nosotros. Otra de las vías aferentes corresponde a la de la sensibilidad propioceptiva, que envía información relativa a la postura y a los movimientos de músculos y huesos. Este tipo de información por lo general es inconsciente, pero es fundamental para controlar el equilibrio y no perder la noción del espacio y los movimientos coordinados de nuestro cuerpo, como sucede, por ejemplo, al calcular la distancia de un peldaño de escalera o alcanzar un vaso que está sobre la mesa. Una tercera vía ascendente tiene relación con la sensibilidad de los órganos internos y recibe el nombre de sensibilidad interoceptiva. Esta nos entrega información sensitiva sobre cómo se encuentran aquellos órganos que no podemos observar.

Actividad 1

Identificar

Completa la tabla, indicando qué tipo de vía sensitiva participa en cada ejemplo. Situación Afirmarse del pasamanos de una micro en el momento en que parte. Tomar una taza caliente y soltarla. Dejar de comer por dolor de estómago.

128 Unidad 3: Receptores, sentidos y respuestas

Vía sensitiva que participa

Unidad 3: Receptores, sentidos y respuestas

2. Recepción sensorial El sabor de un dulce, el frío de un vaso con hielo, el calor de una taza caliente, la textura suave de una prenda de polar, son sensaciones que percibes. Estas sensaciones corresponden al conocimiento consciente o inconsciente de los estímulos internos y externos, en este caso, del sabor, la temperatura o la textura. Todas las sensaciones son procesadas en regiones específicas del sistema nervioso, particularmente en el cerebro. Cada tipo de sensación que produce un estímulo se denomina modalidad sensorial y dependerá de la naturaleza del estímulo, del tipo de receptor que sea activado y de las neuronas que se estimulen para transmitir la información. Las modalidades sensoriales se dividen en dos categorías: de los sentidos generales y los sentidos especiales. Los generales incluyen los sentidos somáticos (las sensaciones de tacto, de calor o térmicas, de dolor y las propioceptivas) y los viscerales (entregan información acerca del estado de nuestros órganos internos). Los sentidos especiales corresponden a la visión, el olfato, el gusto, la audición y el equilibrio.

2.1 Receptores sensoriales A nivel estructural, el proceso de recepción sensorial comienza con la activación de un receptor. Cada receptor está compuesto por células especializadas que poseen ciertas características específicas y únicas que les permiten captar un determinado estímulo (que puede ser luz, sonido, calor, presión, sustancias químicas, entre otros) y generar una señal. Una vez que los receptores sensoriales se activan, traducen el estímulo a señales eléctricas, las cuales son transportadas al SNC a través de vías aferentes. Las células sensoriales conforman los receptores y tienen la capacidad de captar y transformar un estímulo en una descarga de potenciales de acción, con lo que generan un impulso nervioso que se propaga por el sistema nervioso y logra el procesamiento de la información mediante la percepción producida.

Conexión con...

El frío, el calor y la textura son modalidades sensoriales que percibes todos los días.

Educación diferencial

Las personas con discapacidad visual aprenden a leer utilizando un alfabeto especial, que consiste en un código de símbolos en relieve que equivalen a letras factibles de percibir mediante el tacto. Este sistema llamado Braille, fue creado a los 15 años por Louis Braille (1809-1852), quien quedó ciego a temprana edad, tras sufrir un accidente.

Capítulo I: Vías aferentes

129

Capítulo I

Vías aferentes

A. Características de los receptores sensoriales • Especificidad: cada receptor responde a un solo tipo de estímulo. Este estímulo debe tener una intensidad mínima que le permita activar al receptor, es decir, alcanzar el umbral de activación. Una vez alcanzado el umbral, se genera un potencial de acción que será enviado al centro integrador de respuestas. • Adaptación: si un estímulo es aplicado por un período prolongado de tiempo, la respuesta generada alcanza un máximo. Luego, la respuesta comienza a disminuir en intensidad hasta desaparecer. Es decir, en un momento, el estímulo deja de percibirse aunque siga siendo aplicado. Esto ocurre con casi todos los sentidos, excepto con el dolor.

B. Etapas para activar la percepción de un estímulo 1 Estimulación. Un receptor específico es activado por un tipo de estímulo. En este caso, las moléculas que generan el olor de las flores. 2 Transducción del estímulo. El receptor, al ser activado, convierte la energía del estímulo en un cambio del potencial de membrana de acuerdo con la intensidad del estímulo. 3 Generación de impulsos. Cuando el estímulo provoca un cambio en el potencial de membrana que sobrepasa el umbral, se generan uno o más potenciales de acción, los que son transmitidos hacia el SNC. 4 Integración de los impulsos. Los impulsos nerviosos generados por los receptores sensoriales viajan por las neuronas aferentes hacia una región determinada del cerebro. La información que llega es integrada a nivel de la corteza cerebral específica, donde los impulsos son interpretados dependiendo del receptor activado, que en este caso es percibir el olor característico de las flores.

Actividad 2 La niña de la fotografía percibe el olor de las flores tras pasar por todas las etapas de la activación de la percepción.

130

Ejemplificar-identificar

Identifica las etapas mencionadas para activar la percepción de un estímulo, en tres situaciones que propongas. Descríbelas con detalle en tu cuaderno.

Unidad 3: Receptores, sentidos y respuestas

Unidad 3: Receptores, sentidos y respuestas

C. Clasificación de los receptores sensoriales

Diversidad de receptores sensoriales

Según la vía sensorial que activan Propioceptores

Se encuentran en músculos, tendones y oído interno. Su función es entregar información acerca de la posición de nuestro cuerpo.

Interoceptores

Se ubican en el interior del cuerpo, en músculos, vasos sanguíneos y vísceras. Estos receptores se activan por cambios en el medio interno. Detectan cambios en el pH, la temperatura corporal y la composición química de nuestra sangre (como variaciones en la concentración de O2 y CO2).

Exteroceptores

Se localizan en la superficie externa de nuestro cuerpo, es decir, en la zona que está en contacto con el ambiente externo, y responden a cambios producidos en este ambiente. Nos ayudan a percibir nuestro entorno, conocerlo y explorarlo. Entre estos receptores se encuentran los de temperatura, visión, audición, olfato, tacto, dolor y presión.

Según el tipo de estímulo que captan

Quimiorreceptores

Se activan al ponerse en contacto con sustancias químicas transportadas por aire o agua, y se encuentran en los sentidos del gusto y del olfato y en los senos carotídeos y aórticos, que captan los cambios de pH en la sangre y las variaciones de O2.

Mecanorreceptores

Reciben información de tipo mecánico, responden al contacto, a las diferencias de presión, a la fuerza de gravedad, al estiramiento muscular, entre otros. Están presentes en la piel, en los músculos esqueléticos y en los oídos.

Termorreceptores

Se especializan en procesar la información sobre los cambios de temperatura, algunos perciben el frío y otros el calor.

Fotorreceptores

Perciben estímulos luminosos y transforman esta energía en impulsos nerviosos. Tienden a concentrarse en órganos más o menos complejos: los ojos simples (por ejemplo, los del ser humano) o los compuestos (artrópodos). Corresponden a los conos y bastones.

Quimiorreceptor del olfato.

Quimiorreceptor del gusto.

Capítulo I: Vías aferentes

131

Capítulo I

Vías aferentes

Conceptos clave tacto: sentido que permite percibir las características de los objetos o sustancias que están en contacto con nuestro cuerpo. Algunas características son la textura, la temperatura, la presión, entre otras. dolor: sensación física desagradable influenciada por la emoción. Está asociada a una lesión del organismo.

3. Órganos sensoriales y su funcionamiento Si pensamos en nuestros ancestros, podemos imaginar la importancia de los sentidos para su sobrevivencia. Los primeros homínidos perdieron la protección que les ofrecía la selva y tuvieron que adaptarse a lugares más áridos, donde debían protegerse de posibles predadores y buscar alimento. Estos seres primitivos fueron capaces de sobrevivir gracias a sus sistemas sensoriales. La vista, el oído y el olfato fueron las armas utilizadas para su protección y alimentación.

3.1 Piel Si presionas cualquier zona de tu cuerpo, percibirás que algo está en contacto contigo y reaccionarás ante ese estímulo. La piel es el órgano encargado de recibir diversos estímulos del medio, tales como temperatura, tacto, dolor y presión. Este órgano sensorial es el más extenso de todo nuestro cuerpo y posee distintos tipos de receptores que captan estímulos específicos. Cuando estos receptores se activan, se envían impulsos nerviosos hacia el cerebro para ser interpretados de acuerdo con el tipo de estímulo recibido.

Corpúsculos de Ruffini. Mecanorreceptores superficiales de la piel. Perciben los cambios de temperatura. Corpúsculo de Paccini. Mecanorreceptor encargado de percibir la presión y vibración ejercida. Se encuentran mayormente en las yemas de los dedos. Terminaciones nerviosas libres. Distribuidas por toda la piel y tejidos internos. Detectan presión y dolor. Plexo nervioso del folículo. Terminaciones nerviosas que rodean al folículo piloso, y le permiten al pelo actuar como un receptor sensible al tacto, especialmente al movimiento. Discos de Merkel. Mecanorreceptores de adaptación lenta que perciben las presiones y texturas constantes sostenidas en la piel. Corpúsculo de Meissner. Mecanorreceptor responsable del sentido del tacto ligero. Se encuentra especialmente en la piel que está desprovista de pelos.

132

Unidad 3: Receptores, sentidos y respuestas

Unidad 3: Receptores, sentidos y respuestas

3.2 Epitelio olfatorio El olfato es el sentido más sensible de todos. Basta un mínimo estímulo para activar una célula olfatoria. En organismos vertebrados, este sentido participa en funciones tan básicas como la alimentación, la orientación, la socialización con otros individuos y como mecanismo de defensa al advertir la presencia de sustancias tóxicas. Los seres humanos somos capaces de detectar hasta diez mil olores diferentes. El olfato también contribuye al sentido del gusto, mediante la estimulación del apetito y las secreciones digestivas. También activa y sensibiliza otros sistemas neurales y genera respuestas emocionales y patrones conductuales, como ocurre cuando un olor específico nos recuerda a alguien o cuando relacionamos un aroma con un lugar importante de nuestra vida.

A. Anatomía del sistema olfatorio Neuronas del bulbo

Bulbo olfatorio

Bulbo olfatorio

Células basales Tabique nasal

Moléculas odoríferas

Células de soporte

Células olfatorias ciliadas Epitelio olfatorio Fosas nasales

La anatomía del sistema olfatorio es similar en todos los vertebrados. La superficie receptiva de los estímulos se ubica en la cavidad nasal interna, formando una mucosa llamada epitelio olfatorio, la cual posee quimiorreceptores. Estas son neuronas bipolares que captan estímulos por el extremo donde presentan cilios olfativos, que se encuentran conectados a columnas de células nerviosas en el bulbo olfatorio. El bulbo olfatorio es la región del encéfalo encargada de percibir los olores y donde convergen los axones de los quimiorreceptores. El aire entra por las fosas nasales, se humedece y las moléculas aromáticas penetran la mucosa nasal, activando los quimiorreceptores.

Actividad 3

Analizar

Responde las siguientes preguntas en tu cuaderno. 1. ¿Dónde se ubica el bulbo olfatorio? 2. ¿Por qué cuando estás resfriado disminuye tu capacidad olfatoria?

Capítulo I: Vías aferentes

133

Capítulo I

Vías aferentes

3.3 Oído Reflexionemos

El sentido de la audición nos permite percibir los sonidos. Las vibraciones sonoras son el impulso recibido y el oído es el órgano donde se capta la información que luego se envía al cerebro. En el oído se encuentran también terminales nerviosas que reciben información acerca de los movimientos del cuerpo, lo que ayuda a mantener el equilibrio del mismo.

Cada día es más común el uso de audífonos. Muchas personas, en su mayoría jóvenes, escuchan música a volúmenes muy altos. Este uso prolongado y desmedido ocasiona la pérdida del sentido de la audición, una enfermedad llamada presbiacusia, que hasta hace algunos años solo se presentaba en adultos mayores. Comenta con tus compañeros y compañeras: ¿cuán difícil será para una persona sin capacidad auditiva desenvolverse en su medio?, ¿cuánto cuido mi sentido de audición?, ¿por qué es importante hacerlo?

A. Estructuras del oído

El oído se divide en tres secciones: el oído externo, constituido por el pabellón auricular u oreja y el conducto auditivo externo; el oído medio, donde se ubican el tímpano, los huesecillos del oído (martillo, yunque y estribo) y la tuba faríngea o trompa de Eustaquio; y finalmente el oído interno, en el que se encuentran los canales semicirculares y la cóclea o caracol.

B. ¿Cómo percibimos los distintos sonidos? 1 Las vibraciones de las ondas sonoras ingresan por el conducto auditivo y llegan hasta la membrana del tímpano haciéndolo vibrar. 2 Las vibraciones del tímpano son conducidas por los huesecillos del oído hasta la ventana oval. 3 La ventana oval, al vibrar, genera ondas que estimulan mecánicamente a las células ciliadas ubicadas en el órgano de Corti. Estas son las células receptoras para el sonido y se ubican en el interior de la cóclea. 4 Las células ciliadas cambian su permeabilidad al potasio, y liberan un neurotransmisor excitador (glutamato) que estimula las terminales nerviosas que inician la vía sensorial auditiva. Se generan impulsos que son conducidos por el nervio auditivo hasta la corteza cerebral, donde se perciben.

Oreja

Martillo

Yunque Membrana vestibular

Canales semicirculares Nervio auditivo

Membrana basilar

Escala vestibular

Nervio auditivo

Membrana timpánica Conducto auditivo

134

Cóclea Estribo

Ventana oval

Unidad 3: Receptores, sentidos y respuestas

Escala media

Ganglio espiral Escala timpánica

Células ciliadas

Membrana tectoria

Unidad 3: Receptores, sentidos y respuestas

3.4 Papilas gustativas Imagina que muerdes un limón, luego pruebas una cucharada de sal y después te comes un trozo de queque de vainilla. ¿Qué diferencias percibes entre un alimento y otro? Quizás recuerdes que cada uno tiene un sabor característico, es decir, sientes un gusto específico. Es este sentido, el gusto, con el que percibes sabores, los que dependerán de las moléculas que conforman los diferentes alimentos.

Conexión con...

Farmacología

Existen algunos fármacos que pueden alterar el sentido del gusto, ya sea a nivel del receptor o a nivel de la transducción en el SNC. Algunos provocan sensación de mal sabor por un período prolongado, otros ageusia (pérdida del gusto) y otros disgeusia metálica (percepción de sabor metálico en la boca).

Los estímulos que conoces como sabores son mezclas de cinco variedades gustativas: salado, dulce, ácido, amargo y umami (similar a la carne), y se perciben cuando las moléculas activan los quimiorreceptores gustativos ubicados en la lengua. Estas células sensitivas se agrupan formando los botones gustativos, los que, a su vez, se organizan en las papilas gustativas. Las papilas pueden presentar varias formas: filiformes, fungiformes y circunvaladas, y se ubican mayormente en la lengua, pero existen también en menor cantidad en el paladar, la faringe y laringe.

A. ¿Cómo se activa el sentido del gusto?

1 Cuando tienes un alimento en la boca, las moléculas que lo constituyen se posan sobre las microvellosidades de las células quimiorreceptoras y activan a aquellas especializadas en un estímulo gustativo. Lengua

Papilas gustativas

2 Esto produce la despolarización de la célula, que provoca la liberación de un aminoácido excitador que genera el potencial de acción en la fibra nerviosa aferente.

Botón gustativo

3 Esta última lleva la información hasta

Célula sensorial ciliada

el SNC, donde se percibe el sabor específico de cada alimento.

Capítulo I: Vías aferentes

135

Vías aferentes

Capítulo I

3.5 Ojo La visión es uno de los sentidos más complejos del ser humano y sus receptores se encuentran en el globo ocular. Cuando miras algo, se genera una interpretación en el cerebro, la cual puede variar de una persona a otra.

B

El globo ocular es una cámara esférica similar a una cámara fotográfica con un sistema de lentes, un diafragma y una lámina fotosensible. El ojo tiene la capacidad de captar los estímulos luminosos y enviarlos en forma de potenciales de acción hasta el cerebro, que es donde finalmente se forma la imagen. Para poder entender cómo finalmente construimos la imagen visual es necesario conocer la anatomía del globo ocular.

C

Células amacrinas Conos

Neuronas bipolares

J

Coroides

Bastones

I H

LUZ

G

F

D

E

Esclerótica: capa externa del ojo, presenta color blanco y un alto contenido de colágeno. Cubre y protege al ojo. Coroides: capa formada por vasos sanguíneos y pigmentos que recubren el globo ocular, nutriendo los tejidos y absorbiendo el exceso de luz. Retina: capa interna formada por múltiples tipos de células, incluidos los fotorreceptores (conos y bastones) y las neuronas. En esta estructura se forma la imagen. Nervio óptico: formado por más de un millón de fibras nerviosas. Se prolonga desde la capa de células ganglionares de la retina hasta la corteza cerebral. El lugar donde convergen las fibras nerviosas se llama punto ciego.

136

Células ganglionares

Nervio óptico

Células transversales

Humor vítreo: sustancia clara y gelatinosa ubicada en el espacio que existe entre el cristalino y la retina. Mantiene la forma del ojo. Cristalino: lente biconvexo formado por estructuras proteicas que permite enfocar los objetos.

G Iris: estructura formada por dos tipos de músculos, circulares y radiales, cuya contracción y dilatación regulan el tamaño de la pupila. Es la parte de color que puedes observar.

H Córnea: capa de tejido transparente que protege el ojo. Este tejido no presenta irrigación sanguínea, pero sí nerviosa.

Unidad 3: Receptores, sentidos y respuestas

I Pupila: orificio central por donde ingresa la luz hacia el interior del ojo. Tiene la capacidad de contraerse y dilatarse, por acción del iris, para regular la cantidad de luz que ingresa a la retina.

J Humor acuoso: líquido claro y

transparente que llena la cámara anterior del ojo, entre el cristalino y la córnea. Su función es aportar nutrientes y oxígeno a las estructuras no vascularizadas.

Unidad 3: Receptores, sentidos y respuestas

A. Fotorreceptores y formación de la imagen

Existen dos tipos de fotorreceptores en la retina, los conos y los bastones. Los conos son las células receptoras encargadas de captar los estímulos de luz en colores, debido a los fotopigmentos que poseen (combinaciones de retinal y fotopsinas). Los bastones, por su parte, captan las intensidades menores de luz monocromática, gracias a la presencia del fotopigmento rodopsina.



El proceso de fototransducción (en que la luz captada se traduce a un potencial de acción) se desarrolla en cuatro etapas. 1 La luz ingresa por la pupila, llega al fotorreceptor y activa al fotopigmento. 2 Luego, el fotopigmento activado genera la liberación de enzimas que provocan el cierre de canales iónicos. 3 Producto del proceso anterior, disminuye el ingreso de Na+, lo que provoca una hiperpolarización de la célula receptora. 4 Se envía el impulso nervioso mediante el nervio óptico, lo que permite procesar la imagen en la corteza visual del cerebro.

B. Anomalías de la visión

Para observar una imagen en su punto óptimo de nitidez, es necesario que los rayos de luz entren por la pupila, se concentren en la córnea, atraviesen el humor acuoso, converjan en el cristalino y se proyecten a través del humor vítreo, hasta formar la imagen en la retina. Cualquier alteración de las estructuras del ojo afecta el procesamiento de la imagen en alguna de sus etapas, lo que genera patologías. Algunas de las patologías más comunes son las siguientes:



Hipermetropía: suele presentarse cuando el globo ocular es muy pequeño o corto, por lo que los rayos de luz proyectan la imagen detrás de la retina, y, en consecuencia, se percibe una imagen borrosa.



Miopía: en este caso, ocurre lo contrario a la patología anterior. Al presentar un globo ocular más largo, la imagen se refleja delante de la retina, lo que impide verla en forma nítida.

Visualización normal de la imagen

Hipermetropía

Fotorreceptores lumínicos: existen tres tipos de conos y un tipo de bastón. Los conos necesitan alrededor de cien fotones para activarse, mientras que los bastones, solo uno.

Miopía

Capítulo I: Vías aferentes

137

Capítulo I

w

Vías aferentes

Taller de ciencias

Trabajo en equipo

Receptores sensoriales Antecedentes Los órganos de los sentidos captan información del medio que nos rodea y fisiológicamente están adaptados a reaccionar frente a un tipo de estímulo. En este Taller de ciencias, pondrán a prueba uno de los sentidos especiales y analizarán algunas de sus características mediante procedimientos diferentes y sencillos de realizar. Problema de investigación Con respecto a los receptores de la piel, podemos preguntarnos: ¿a cuánta distancia se puede diferenciar un estímulo táctil de otro?, ¿existe una distancia mínima para percibir dos estímulos diferentes?, ¿existen diversas intensidades de sensibilidad en distintas partes del cuerpo? Discutan con su equipo de trabajo los problemas planteados, luego, analícenlos y escojan uno que oriente su investigación. Planteamiento de hipótesis Generen en equipo una hipótesis para el problema de investigación escogido. Recuerden que debe ser posible ponerla a prueba mediante un procedimiento. Estrategias de contrastación y resultados A continuación se plantean tres sencillos procedimientos relacionados con el campo receptivo de la piel, para que puedan tomarlos como referencia al crear su propio diseño de investigación que les permita poner a prueba su hipótesis. Sigan las instrucciones planteadas, recuerden ser prolijos, anotar las observaciones, mantener el orden y trabajar en el mayor silencio posible. Consigan los siguientes materiales: una venda, dos agujas de lana punta roma, una regla, cuaderno y lápiz.

138

Unidad 3: Receptores, sentidos y respuestas

Deben vendar a uno o una de los integrantes del grupo. Luego, un compañero o compañera debe tocar su brazo con ambas agujas, aplicando solo la presión necesaria para que el individuo con los ojos vendados las perciba (teniendo precaución de no provocarle dolor). Si la variable a estudiar es la distancia y la capacidad de percepción entre dos puntos estimulados, deben comenzar por separar las agujas y cada vez que las apoyen, preguntarle a su compañero o compañera cuántos puntos de presión siente. Deben iniciar el procedimiento con una separación de 5 cm entre las agujas. Luego repitan el estímulo acercando las agujas entre sí de a 0,5 cm cada vez. Es importante que consideren desde qué distancia el individuo es capaz de percibir dos pinchazos. Deben alternar al azar el número de toques realizados, es decir, las dos agujas juntas, una sola o ninguna, de modo que su compañero o compañera no pueda adivinar cuántas son. Si su hipótesis involucra la comparación de las percepciones de diferentes individuos, repitan el procedimiento anterior para cada integrante del grupo. Si su hipótesis compara la sensibilidad en diferentes partes del cuerpo de un individuo, repitan el procedimiento, considerando las siguientes zonas: la palma de la mano, espalda, rodillas y mejillas. Luego pueden organizar los datos en tablas como las que se muestran a continuación.

Unidad 3: Receptores, sentidos y respuestas

Análisis e interpretación de evidencias

Tabla de registro: Puntos percibidos por distintos individuos

Organicen los datos obtenidos en el procedimiento realizado. Utilicen las siguientes preguntas para guiar el análisis.

Áreas de Puntos percibidos a diferentes sensibilidad distancias (cm) 5

4,5 4

3,5 3

2,5

2

1,5

Mejilla

2. ¿Qué variables plantean en sus hipótesis?, ¿los resultados reflejan alguna relación entre ellas?

Rodillas Palma de la mano

3. De acuerdo con los resultados obtenidos, ¿rechazan o aceptan la hipótesis planteada?

Espalda

Si para poner a prueba su hipótesis necesitan identificar qué zonas del cuerpo son más sensibles que otras, pueden trabajar basándose en la siguiente tabla. Tabla de registro: Puntos percibidos en diferentes zonas del cuerpo Individuo

1. ¿Existen tendencias entre los datos obtenidos?

Puntos percibidos a diferentes distancias (cm) 5

4,5 4

3,5 3

2,5 2

1,5

1 2 3 4

Luego de completar las tablas según su hipótesis, elaboren gráficos que les ayuden a organizar la información para simplificar el análisis posterior de los datos.

Conclusiones y comunicación de resultados Enuncien sus conclusiones identificando las variables que analizaron y proyectando lo que pudiese suceder con otros sentidos diferentes al tacto. Para comunicar sus resultados redacten un informe del trabajo realizado. Utilicen la información del anexo 1 de la página 285 de su texto. Proyección Según lo aprendido en este taller, proyecten un nuevo problema de investigación que involucre a otros sentidos especiales, como por ejemplo: ¿los receptores gustativos tienen una disposición espacial particular en la lengua?, ¿se perciben los mismo sabores homogéneamente en la lengua?, ¿existe mayor sensibilidad para un sabor sobre otro en diferentes individuos?

Capítulo I: Vías aferentes

139

Síntesis y evaluación

Capítulo I

Mapa conceptual Completa el siguiente esquema con los términos que correspondan. Recuerda los conceptos tratados en el capítulo. Vías aferentes del SNP transmiten al

1.

información obtenida del

Medio externo la cual se recepciona mediante los

2. que en los vertebrados son

Piel

3.

4.

Oído

5.

su célula funcional es

Células ciliadas

Botones gustativos

Evaluación de proceso I. Responde las siguientes preguntas recordando lo aprendido en el capítulo tratado. 1. ¿Qué importancia tiene para los organismos poder recepcionar la información del medioambiente donde se desenvuelve? Describe tres situaciones en que se demuestre esa importancia. 2. ¿Qué diferencias existen entre las sensibilidades exteroceptiva, propioceptiva e interoceptiva? Menciona un ejemplo para cada una de ellas. 3. Define sensación y percepción. ¿Qué estructuras del sistema nervioso participan en la percepción y complejizan su mecanismo? 4. ¿Qué estructuras del organismo participan en la percepción y respuesta ante un estímulo del medio?

140 Unidad 3: Receptores, sentidos y respuestas

Capítulo I - Vías aferentes

II. Relaciona los conceptos de columna A con los de la comuna B, según corresponda. A

B

1. Órgano sensorial más extenso.

Piel.

2. Temperatura.

Visión.

3. Oído interno.

Corpúsculo de Ruffini.

4. Estribo.

Olfato.

5. Quimiorrecepción.

Dolor.

6. Coroides.

Oído medio.

7. Terminaciones libres.

Cóclea.

III. Marca V si la afirmación es verdadera o F si es falsa. Justifica las falsas. 1. V F El sentido del olfato, a diferencia del gusto, corresponde a recepción quimiosensorial. 2. V F La transducción del estímulo es un proceso anterior a su integración. 3. V F El nervio óptico corresponde a las fibras nerviosas que salen desde la retina hacia la corteza cerebral. 4. V F Un hombre con el tímpano dañado podría escuchar a través de los huesecillos del oído medio. 5. V F Todos los receptores sensoriales poseen como característica la adaptación al estímulo. 6. V F Los exterorreceptores se ubican hacia el interior del organismo, en músculos y vasos sanguíneos. 7. V F Las terminaciones nerviosas libres son las responsables de sentir dolor. 8. V F Los fotorreceptores de la retina son activados debido a los pigmentos que poseen. 9. V F Las papilas gustativas distinguen cinco sabores diferentes. Me evalúo Completa la siguiente tabla, siguiendo las instrucciones de tu profesor o profesora. Debería Reconocer la importancia de la capacidad perceptiva de los organismos. Identificar la estructura y función de los órganos sensoriales. Identificar las características de las células receptoras.

Puntaje

Ítem/ pregunta

Total

I

8

II (1,3, 4, 6). III (1, 3, 4, 5). II (2, 5, 7). III (2, 6, 7, 8, 9, 10).

8

Obtenido

¿Qué debo hacer?

Según los puntajes obtenidos, realiza las actividades que te indicará tu profesor o profesora.

9

Unidad 3: Receptores, sentidos y respuestas 141

Capítulo

II

Vías eferentes 1. Los músculos Los tejidos que ejecutan las respuestas procesadas por el sistema nervioso reciben el nombre de efectores. Estos son activados por neuronas eferentes o motoras mediante la sinapsis química. Los efectores están compuestos por células excitables, que en este caso corresponden a tejido muscular, como aprendiste en la unidad 2 al revisar el contenido de unión neuromuscular. Los músculos constituyen entre el 40 y el 50 % del total de nuestra masa corporal y cumplen con las siguientes funciones: generación de movimientos (voluntarios e involuntarios), mantención de la postura corporal y producción de calor. Las células musculares están especializadas en convertir energía química en energía mecánica, lo que les permite realizar trabajo, que puede ser movimiento mecánico, como el bombeo de sangre por parte del corazón, las contracciones peristálticas o los movimientos al caminar, saltar, entre otras actividades.

1.1 Tipos de tejido muscular Se distinguen tres tipos de tejido muscular según sus funciones:

Nuestro sistema nervioso genera distintas respuestas. Estas respuestas son ejecutadas por diversas estructuras de nuestro cuerpo, siempre dependiendo del estímulo que las provoque. Por ejemplo, si ves algunas gotas de agua caer sobre tu rostro, tus párpados se cerrarán en respuesta al estímulo visual, y no serviría de nada que reaccionaras disminuyendo tu temperatura corporal o de alguna otra forma. En este capítulo aprenderás sobre los órganos que ejecutan aquellas respuestas.

Músculo esquelético: está formado por fibras musculares estriadas, las cuales son alargadas, cilíndricas y poseen muchos núcleos (multinucleadas). Este tipo de músculo se encuentra unido a los huesos del esqueleto y participa en el movimiento voluntario, como la locomoción, y el mantenimiento de la postura. Este músculo se controla voluntariamente, por ejemplo, si decides levantar el brazo, es este músculo el que participa. El músculo esquelético recibe también el nombre de músculo estriado, ya que al microscopio se observan estrías transversales debido a su organización.

B Músculo liso: está formado por fibras musculares lisas, alargadas, fusiformes con un solo núcleo. Los músculos lisos obedecen al control involuntario y conforman la porción contráctil de la pared de diversos órganos, como las del tubo digestivo, bronquios, útero y de los grandes vasos sanguíneos.

Músculo cardíaco: también es un músculo involunC tario, pero similar en estructura a los músculos esqueléticos (estriado). Solo se encuentra en el corazón.

142 Unidad 3: Receptores, sentidos y respuestas

Unidad 3: Receptores, sentidos y respuestas

1.2 Características del tejido muscular A. Músculo esquelético



La organización estructural de este tipo de músculo es lo que le permite contraerse o relajarse coordinadamente. Este tejido está compuesto por fibras musculares, las que a su vez están formadas por miofibrillas, que contienen filamentos de proteínas dispuestos en un determinado orden. Las miofibrillas de mayor diámetro están formadas por miosina y las de menor tamaño, por actina. Esta disposición de las miofibrillas es lo que causa el aspecto de estriación transversal característico de los músculos esqueléticos. Cada filamento grueso está compuesto por alrededor de trescientas moléculas de miosina, las cuales están dispuestas como palos de golf enrollados entre sí. Cada molécula de miosina presenta una cabeza y un cuerpo cruzado, los cuales presentan sitios de unión con la actina y el ATP. La membrana plasmática del músculo esquelético, denominada sarcolema, presenta varias extensiones hacia el interior de la fibra, formando un conjunto de túbulos, llamados túbulos transversos (túbulos T).

Músculo

Fibra muscular

Miofibrilla Sarcómero Línea Z

Banda I

Banda A

Banda I

Banda H Actina

Cada miofibrilla se subdivide en sarcómeros, los que constituyen la unidad contráctil del músculo. Cada sarcómero está delimitado por dos bandas oscuras llamadas líneas Z entre las que se ubica una banda clara constituida por finos filamentos de actina, llamada banda I. Al centro de las bandas I se encuentra la banda A, conformada por filamentos gruesos de miosina y actina. La banda A tiene en el centro un sector sin actina, denominado banda H. Estas variaciones de grosor de las bandas permiten que se superpongan unas sobre otras, con lo que se logra la contracción del sarcómero y en último término, la contracción muscular.

Miosina

Interactividad Ingresa al siguiente link www.canal-eureka. cl/?p=237 y observa la animación. Luego identifica cuatro etapas del proceso, nómbralas y descríbelas mediante una presentación de PowerPoint. Aplica los recursos del programa para animar los procesos.

Capítulo II: Vías eferentes

143

Vías eferentes

Capítulo II

1.3 Contracción muscular Actividad 4

Analizar

Observa el gráfico y responde las preguntas. Gráfico 2: Evolución temporal del potencial y concentración de Ca2+ en el citoplasma muscular a. Potencial de acción b. [Ca2+] mioplásmica

c. Fuerza de la contracción

Cuando un potencial de acción estimula a la fibra muscular, este se transmite por el sarcolema hasta los túbulos T, lo que posteriormente produce la liberación de iones Ca 2+, aumentando su concentración dentro de las células. El Ca2+ se une a una proteína llamada troponina C, lo que genera una serie de cambios por los cuales los sitios de unión de la miosina a los filamentos de actina quedan expuestos y pueden unirse a ellos mediante el puente cruzado, generando tensión entre ambas fibras, ya que se desliza una sobre otra. De esta forma, se acorta la longitud del sarcómero, lo que genera la contracción muscular. Este proceso depende de la presencia de ATP.

Etapas de la contracción muscular

1 Ambas fibras relajadas o distendidas.

0

40

80

120

160

200

Tiempo (ms) Fuente: Berne R., y Levy M., (2009). Fisiología. 6ª edición. Barcelona: Elsevier.

1. ¿Qué variables mide el gráfico 2? 2. ¿Existe relación entre la concentración del calcio y la fuerza de contracción muscular? 3. ¿Qué sucedería si la concentración de calcio fuera constante en el tiempo?

2 Liberación de los iones Ca2+.

3 Unión de la actina con la miosina mediante puente cruzado.

4 Generación de la tensión y solapamiento de las fibras. Se genera contracción muscular.

ATP

Biografía

Andrew Fielding Huxley (1917-)

144

Fisiólogo y biofísico inglés. Descubrió el potencial de acción de la membrana de las neuronas y el papel que la bomba sodio-potasio desempeña en la transmisión del impulso nervioso. Estudió la fisiología de la contracción de las fibras musculares, proponiendo el modelo de los filamentos deslizantes. En 1963 recibió el Premio Nobel de Fisiología y Medicina, junto con Lloyd Hodgkin y Carew Eccles.

Unidad 3: Receptores, sentidos y respuestas

Unidad 3: Receptores, sentidos y respuestas

1.4 Control nervioso de la contracción muscular Luego de comprender de qué forma se contrae el tejido muscular, es importante saber cómo se regula esta contracción. Como se ha mencionado antes, los músculos son órganos efectores de respuestas elaboradas por el sistema nervioso. Por lo tanto, su control está condicionado por este sistema. Específicamente, son las vías eferentes o motoras del SNP las que regulan la contracción muscular. Estas pueden ser de control somático o autónomo, como vimos anteriormente.

Fibras intrafusales

El sistema nervioso somático (SNS) conduce impulsos nerviosos hacia los músculos esqueléticos desde áreas de la corteza motora de nuestro cerebro. Este sistema controla el inicio de los movimientos voluntarios. El sistema nervioso autónomo (SNA) regula la actividad de los músculos lisos y el músculo cardíaco. Este sistema controla el inicio de los movimientos involuntarios. Las fibras del sistema nervioso autónomo están agrupadas en diversos nervios raquídeos que se conectan con la médula espinal. El SNA está compuesto por las divisiones simpática y parasimpática, que regulan acciones antagonistas, como las estudiadas en la unidad 2.

Regulación de la contracción muscular

Terminaciones anuloespirales Músculo relajado.

Para controlar la contracción muscular, el sistema nervioso debe recibir información sobre el estado inicial de los músculos que regula. Por ello, los músculos esqueléticos presentan una variedad de mecanorreceptores, denominados fibras intrafusales, ubicadas en una estructura llamada huso neuromuscular, cuya función es enviar señales al SNC sobre variaciones de la longitud del músculo. El huso muscular está formado por entre ocho y quince fibras intrafusales rodeadas por una cápsula de tejido conjuntivo fibroso. Las fibras intrafusales presentan terminaciones nerviosas, llamadas anuloespirales, que forman una envoltura alrededor de la parte central de las fibras intrafusales y dan origen a vías aferentes sensitivas que conducen información hacia la médula espinal. Cuando el músculo se estira, las fibras intrafusales se alargan. Este cambio de longitud estimula a las terminales nerviosas, desde las cuales se generan potenciales de acción que viajan hacia la médula espinal, para regular la posición y velocidad de la contracción muscular.

Fibras extrafusales Músculo contraído.

Capítulo II: Vías eferentes

145

Capítulo II

Vías eferentes

2. Tipos de respuestas motoras Concepto clave respuesta inconsciente: proceso realizado de forma espontánea, sin seguir una prioridad ni orden lógico. Se ejecuta sin ser procesado en centros de elaboración superior del SNC.

Dependiendo de los estímulos recibidos por el organismo, los centros nerviosos elaboran respuestas que varían según la complejidad de la información procesada y del órgano efector que las lleva a cabo. Las respuestas específicamente motoras, en las que participan los músculos, son coordinadas por el SNP luego de haber procesado la información en el SNC. Por ejemplo, cuando te pinchas el dedo con una aguja, flexionas inmediatamente el brazo, o cuando vas a cruzar la calle y ves que viene un auto, reaccionas quedándote quieto. Basándote en estos ejemplos, ¿cuáles son los estímulos a los que reaccionas en cada caso?, ¿en qué situación tu respuesta es inconsciente?, ¿cuál de las situaciones requiere de un procesamiento de mayor complejidad? Como acabas de analizar, existen respuestas rápidas e inconscientes que se realizan de forma sencilla, como quitar la mano de la aguja. Estas reciben el nombre de actos reflejos. El otro tipo de respuestas, que requieren de la participación de centros nerviosos superiores, como detenerte frente a una calle con flujo de automóviles porque sabes que por su velocidad y masa podrían chocar con tu cuerpo, reciben el nombre de actos voluntarios.

Todas estas respuestas involucran movimientos musculares, algunos de los cuales, como sacar la mano de una espina o taparse los ojos por el sol, corresponden a conductas reflejas. Cuando se decide cruzar la calle en el paso peatonal estamos frente a una conducta voluntaria.

146

Unidad 3: Receptores, sentidos y respuestas

Unidad 3: Receptores, sentidos y respuestas

2.1 Actos reflejos Los actos reflejos son respuestas rápidas e involuntarias y su función es facilitar que el organismo reaccione frente a situaciones de riesgo. En la ejecución de un acto reflejo, participa un circuito de neuronas, el cual recibe el nombre de arco reflejo. La estructura del SNC de la que dependen la mayoría de las respuestas reflejas es la médula espinal; sin embargo, en la regulación de reflejos relacionados con la respiración, latidos cardíacos y deglución, interviene el bulbo raquídeo. En el siguiente esquema se explica en términos generales la elaboración de un acto reflejo. Piel

1 Se recibe un estímulo, en este caso,

Médula espinal

el pinchazo de una aguja. 2 La neurona sensitiva lleva el impulso nervioso hasta la sustancia gris de la médula espinal, donde se procesa la información para elaborar la respuesta. 3 La neurona de asociación transforma el estímulo en respuesta. 4 La respuesta es enviada a través de la neurona motora hasta el órgano efector, en este caso, las fibras musculares.

Órgano efector

Actividad 5

Describir

El ejemplo clásico de arco reflejo es el reflejo rotuliano, el cual se ejemplifica en la siguiente fotografía. Analiza la imagen y, con ayuda de la ilustración anterior, responde las siguientes preguntas. 1. ¿Qué estructuras participan en el reflejo rotuliano? 2. ¿Cuál es el estímulo y la respuesta ejecutada? 3. ¿Qué órgano es el efector?

Capítulo II: Vías eferentes

147

Capítulo II

Vías eferentes

2.2 Actos voluntarios Los actos voluntarios son respuestas complejas, de mayor elaboración que los actos reflejos y con participación de los centros superiores del SNC. Por lo general, no solo se procesa un tipo de estímulo y las respuestas asociadas involucran a más de un órgano efector. Observa la siguiente situación para comprender el flujo de la información y cómo esta se procesa en este tipo de respuesta. El teléfono celular de un joven comienza a vibrar en su bolsillo.

1 Se percibe el estímulo, en este caso, la vibración del celular. 2 Las neuronas efectoras involucradas en la recepción del impulso transmiten la información hasta la médula espinal.

3 A través de las fibras de la sustancia blanca (axones), la información llega al bulbo raquídeo.

4 Allí, el impulso se conecta con la corteza cerebral, donde el estímulo se hace consciente y se relaciona la vibración del teléfono con la llamada entrante. Se elabora la respuesta más adecuada, en este caso el movimiento muscular del brazo para contestar la llamada.

5 Se envía la respuesta a través de la neurona motora hasta el órgano efector. También deben coordinarse las respuestas que involucran el lenguaje, la coordinación para apretar el botón adecuado para contestar, entre otras.

El simple acto de responder el teléfono es una respuesta compleja que requiere que el sistema nervioso funcione adecuadamente.

Actividad 6

Identificar-comparar

Completa la siguiente tabla a partir de lo estudiado sobre actos voluntarios y reflejos. Características Estructuras que participan. Velocidad de la respuesta. Estructura donde se elabora la respuesta. División del sistema nervioso que transmite la respuesta al efector. Dos ejemplos de cada respuesta.

148

Unidad 3: Receptores, sentidos y respuestas

Acto reflejo

Acto voluntario

Unidad 3: Receptores, sentidos y respuestas

Lectura científica

Síndrome de Moebius E

l síndrome de Moebius es una enfermedad congénita, muy poco frecuente a nivel mundial (menos de 500 casos) caracterizada por el desarrollo incompleto de los nervios craneales VI y VII, lo que genera una parálisis facial y un estrabismo como resultado de la parálisis del músculo externo del ojo. Diagnóstico de la enfermedad Debido a las características de la enfermedad es sencillo realizar el diagnóstico en el momento del nacimiento. Puede ser la madre o el pediatra los que detecten que el recién nacido no tiene una expresión normal o que al llorar solo emite ruidos y lágrimas, pero no es capaz de cambiar su expresión facial. También el recién nacido presenta alteraciones en la succión. Tratamiento Aunque el tratamiento de esta enfermedad es fundamentalmente quirúrgico, deben tomarse otras precauciones para evitar complicaciones derivadas de la ausencia de la función muscular del ojo, como el uso de lágrimas artificiales, instrucciones y cuidados especiales en la alimentación, sellos oculares nocturnos (no pueden parpadear ni cerrar los ojos completamente). El manejo general de los casos se debe enfocar de una forma multidisciplinaria, y conseguir, mediante cirugía reconstructiva, una apariencia lo más cercana a la estética facial normal, sin dejar de lado los aspectos funcionales, psicológicos y sociales de los pacientes. Actualmente, los mejores resultados se obtienen

con las transferencias de músculos inervados por otros nervios funcionales, hacia las zonas donde no existe la inervación nerviosa. Se utilizan músculos como el masetero y temporal (mejilla superior y sienes). Además, debido a que los pacientes no poseen control sobre el movimiento de los ojos y suelen presentar estrabismo, deben ser sometidos a cirugías oftalmológicas. Todos estos tratamientos tienen como objetivo una mejoría del aspecto facial, lo que le permite al paciente una interacción social más adecuada y una mejor autoimagen, lo que proyecta mayor seguridad para desenvolverse en su medio. Fuente: Villafranca, J. y cols. (2003). Síndrome de Moebius. Revista Chilena de Cirugía. 55(1), 75-80.

Trabaja con la información 1. ¿Qué estructura del sistema nervioso está alterada en este síndrome? 2. ¿Cuál es la principal característica externa de las personas que padecen esta enfermedad? 3. ¿Crees que en este caso esté dañado el SNC? Fundamenta.

Capítulo II: Vías eferentes

149

Capítulo II

Vías eferentes

Taller de ciencias

Trabajo en equipo

Arco reflejo Antecedentes

Planteamiento de hipótesis

Los seres vivos reaccionan a los estímulos del ambiente mediante el sistema nervioso. En los mamíferos, la médula espinal controla el proceso de coordinación de la información por medio de una respuesta automática involuntaria llamada arco reflejo. Hay diferentes tipos de arcos reflejos. El reflejo mentoniano es la respuesta a un estímulo mecánico que causa el cierre de la mandíbula si se golpea justo al medio del mentón con la boca entreabierta. El reflejo rotuliano es la contracción involuntaria de la extremidad que se ha estimulado con un pequeño golpe en el tendón debajo de la rótula, lo que protege al músculo contra el estiramiento excesivo. El reflejo pupilar ocurre cuando se dilata o contrae la pupila al disminuir o aumentar la intensidad luminosa que llega al ojo. El reflejo plantar consiste en flexionar los dedos cuando se roza la planta del pie. El reflejo vestíbulo-ocular permite estabilizar la posición del cuerpo manteniendo estable la imagen en la retina, cuando la cabeza rota en forma brusca.

Planteen una hipótesis que les permita explicar la relación que suponen que existe entre las variables a estudiar, como el tiempo de respuesta y el tipo de reflejo, el tiempo de respuesta y las diferencias individuales, la intensidad del estímulo y la intensidad de la respuesta.

Investiguen sobre la acción de otros reflejos que puedan complementar los antecedentes presentados. Problema de investigación A partir de los Antecedentes, elaboren un problema de investigación en torno a los arcos reflejos y sus características. Algunas problemáticas que podrían intentar responder son: ¿varía el tiempo de respuesta de los diferentes actos reflejos en una misma persona?, ¿existen diferencias en el tiempo de respuesta entre diferentes individuos?, ¿la intensidad de la respuesta refleja depende de la intensidad del estímulo?

150

Unidad 3: Receptores, sentidos y respuestas

Estrategias de contrastación 1. Diseñen una estrategia que les permita poner a prueba su hipótesis. Tengan en mente las variables que se considerarán y cómo cuantificarlas. Por ejemplo, si medirán tiempo deben tener en cuenta un cronómetro entre sus materiales, o si necesitarán a uno o más individuos para experimentar. Definan si considerarán la edad y el sexo de las personas como variable constante o manipulada. 2. Diseñen diferentes propuestas de experimentación y coméntenlas en grupo. Predigan las dificultades que podrían tener en la realización y considérenlas en el diseño. 3. Luego escojan el procedimiento con menos complicaciones y más ventajas. Definan las etapas de trabajo y describan la secuencia de pasos a seguir. Si es necesario, replanteen algunos de estos pasos. 4. Una vez definido el procedimiento, procedan a su realización.

Unidad 3: Receptores, sentidos y respuestas

Resultados

Análisis e interpretación de evidencias

1. Anoten cada una de las observaciones aunque sean redundantes. Sean rigurosos con los tiempos cronometrados.

Luego de organizar los resultados, discútanlos y busquen las relaciones que puedan desprenderse de ellos. Apóyense en las siguientes preguntas.

2. Utilicen tablas, esquemas u otros recursos para registrar las observaciones y construyan gráficos para simplificar el análisis.

a. ¿Qué posibles fuentes de error incluyó el procedimiento?, ¿cómo pueden haber influido en los resultados obtenidos?

3. Para la elaboración de tablas, tomen en cuenta los modelos presentados a continuación. Observen que las tablas varían según las variables en estudio: Si estudian la relación entre el tiempo de respuesta de los reflejos de un mismo individuo: Tabla de registro: Tiempos de respuesta para cada reflejo en un mismo individuo Tiempo de respuesta

Reflejos Rotuliano Pupilar Anóxico Otros que ustedes cuantifiquen

Si analizan las diferencias en el tiempo de reacción, en distintos individuos: Tabla de registro: Tiempo de respuesta de un mismo reflejo en diferentes individuos Individuos

Tiempo de respuesta del reflejo rotuliano

b. ¿Existe alguna relación entre las variables observadas?, ¿cuál? c. Luego de discutir algunas ideas, lean en conjunto su hipótesis y establezcan si se verifica o rechaza al contrastarla con los resultados obtenidos. Fundamenten su respuesta. Conclusiones y comunicación de resultados 1. Comenten las conclusiones obtenidas a partir del procedimiento realizado. Respondan el problema de investigación para cerrar la discusión. 2. Para dar a conocer los resultados obtenidos en la investigación, construyan un póster científico. Para apoyar el trabajo revisen el anexo 3 de la página 287 del texto. Proyección ¿Qué nuevas preguntas surgen durante el proceso de discusión? Planteen algunas problemáticas que podrían ser materia de un nuevo procedimiento científico.

Individuo 1 Individuo 2 Individuo 3 Individuo X

Capítulo II: Vías eferentes

151

Capítulo II

Vías eferentes

3. Control nervioso de la respiración Así como existe un control nervioso de las estructuras musculares y las respuestas efectuadas, también lo hay sobre otros sistemas del organismo. A continuación estudiaremos con detención el control que ejerce el sistema nervioso sobre el sistema respiratorio, sin olvidar que existen controles específicos para todos los sistemas.

3.1 Estructuras que participan en el proceso respiratorio La respiración es un proceso fundamental en los seres vivos. Durante este, se capta oxígeno y se elimina el dióxido de carbono producido como desecho del metabolismo celular, como aprendiste en la unidad 1 del texto. Es importante que recuerdes las estructuras que forman el sistema respiratorio para comprender de qué manera el sistema nervioso participa en la regulación de su funcionamiento. Para lograr este objetivo, realiza la Actividad 7. Recuerda que funcionalmente la respiración se puede dividir en cuatro etapas: 1. Ventilación pulmonar: es el ingreso del aire hasta los alvéolos pulmonares como consecuencia del aumento del volumen torácico y la consecuente disminución de la presión intrapulmonar. 2. Intercambio: el intercambio gaseoso o hematosis es el traspaso del oxígeno desde los alvéolos hacia la sangre y del dióxido de carbono desde la sangre hacia los alvéolos. 3. Transporte: el O2 es transportado en la sangre desde los capilares pulmonares hasta las células y el CO2 es movilizado inversamente, desde las células hacia los pulmones. 4. Respiración celular: este es un proceso muy complejo que se subdivide en varias etapas y que se lleva a cabo en las mitocondrias. Como resultado final, la célula utiliza el O2 para producir energía. La respiración es controlada estrechamente por nuestro sistema nervioso, principalmente en cuanto a la ventilación pulmonar. A continuación revisaremos la fisiología de este proceso.

Actividad 7

Identificar

Identifica las estructuras que componen el sistema respiratorio, rotula la ilustración y luego responde las preguntas. 1. ¿Qué proceso ocurre en los alvéolos?, ¿qué gases participan? 2. ¿Cuál es la función del diafragma?

152

Unidad 3: Receptores, sentidos y respuestas

Unidad 3: Receptores, sentidos y respuestas

3.2 Regulación de los movimientos respiratorios La ventilación pulmonar, o respiración, se produce por un proceso mecánico y automático generado por dos movimientos, llamados inspiración y espiración, y que están controlados por el SNC. El SNP participa en la transmisión de la información sensitiva y motora del sistema respiratorio e inerva los músculos que lo conforman. El pulmón está inervado por el SN autónomo. No existe inervación voluntaria ni fibras sensitivas de dolor en el tejido pulmonar.

A. Control de la inspiración y espiración

El diafragma está inervado por el nervio frénico, el que se estimula durante la inspiración. La activación del nervio frénico genera la contracción de los músculos intercostales y del diafragma. Por esta razón, esta etapa se conoce como respiración activa. Como consecuencia de la contracción de estos músculos, se incrementa el diámetro y la longitud del tórax, por lo que aumenta el volumen de la cavidad torácica. Los pulmones se encuentran adheridos a la pleura torácica y, por lo tanto, el volumen pulmonar también aumenta, lo que genera la disminución de la presión intrapulmonar y el consecuente flujo de aire hacia el interior.



Al término de la inspiración, los músculos intercostales y el diafragma se relajan, por lo que disminuye el volumen torácico y aumenta la presión intrapulmonar. De esta manera, el flujo de aire se invierte y sale desde los pulmones hacia el exterior en un proceso llamado espiración. Esta etapa es llamada respiración pasiva. Sin embargo, el aire puede ser forzado a salir por la contracción de los músculos abdominales e intercostales internos. La contracción de estos produce un menor volumen intrapulmonar, lo que aumenta el flujo de salida de aire. Este es un tipo de respiración activa, pero diferente a la inspiratoria pues se activa otro grupo muscular. Esta respiración se conoce como espiración forzada.

Movimientos del diafragma Músculos intercostales

Costillas

Diafragma

Músculos intercostales

Costillas

Diafragma

La inspiración se produce por acción del nervio frénico.

Capítulo II: Vías eferentes

153

Capítulo II

Vías eferentes

B. Control de la frecuencia respiratoria

Como ya se mencionó, la respiración es un proceso principalmente involuntario y tanto el ritmo (cuántas veces por minuto) como el volumen (cuánto aire respiramos) están regulados a nivel del SNC con información que es transmitida por el SNP.



Las neuronas de los centros inspiratorio y espiratorio ubicadas en el bulbo raquídeo son las encargadas de activar el proceso de la respiración. Cuando se activa el centro inspiratorio se produce la contracción del diafragma y, por lo tanto, la inspiración; cuando las neuronas del centro inspiratorio se inactivan, se genera la espiración. De esta manera, el centro inspiratorio es el que controla la frecuencia respiratoria basal, es decir, el ritmo inspiratorio básico. A este grupo neuronal llega información sensorial (aferente) desde los nervios glosofaríngeo (IX par craneal) y vago (X par craneal) y sale información motora (eferente) a través del nervio frénico. El centro espiratorio no participa en la generación de la frecuencia respiratoria basal.

Control por actividad neuronal En la protuberancia anular se encuentran dos grupos de neuronas que forman el centro apnéustico y el centro neumotáxico. La activación del centro apnéustico estimula a las neuronas del centro inspiratorio, con lo que prolongan la actividad del nervio frénico (eferente) y se produce la inspiración. Al contrario, las neuronas del centro neumotáxico inhiben la inspiración, con lo que regulan la duración de esta. El trabajo coordinado e inhibidor de un centro sobre otro regula la frecuencia respiratoria. Es importante recordar que estos dos centros pueden controlarse en la corteza cerebral, lo que permite alterar voluntariamente la frecuencia respiratoria por algunos instantes.

C B

D

E

B Control por quimiorrecepción La actividad del bulbo raquídeo está regulada por los niveles de O2 y CO2 y por el pH en la sangre. La presión parcial de estos gases (pO2, pCO2) y el pH son detectados por quimiorreceptores, los cuales pueden ser centrales o periféricos.

154

Unidad 3: Receptores, sentidos y respuestas

Vasos sanguíneos

Unidad 3: Receptores, sentidos y respuestas

C Quimiorreceptores centrales Se ubican en el bulbo raquídeo y son capaces de percibir cambios de pH en el líquido cefalorraquídeo. Frente a una disminución del pH (acidificación), los quimiorreceptores estimulan a las neuronas inspiratorias, mediante lo cual producen una hiperventilación (respiración excesiva). Por el contrario, la disminución del pH (alcalinización) produce hipoventilación (disminución de la respiración). Estos quimiorreceptores miden indirectamente los cambios en la pCO2.

Interactividad Descarga el PowerPoint de la siguiente dirección web www.uam.es/ departamentos/medicina/ fisiologia/lm/CAFD-29.ppt y analiza los esquemas.

D Control por estiramiento pulmonar En el tejido pulmonar existen receptores de estiramiento. Durante la inspiración, la pared pulmonar se estira. Cuando se llega al límite, los receptores de estiramiento se activan y generan un reflejo inhibitorio sobre el centro inspiratorio, lo que produce el cese de la inspiración. De la misma manera, al final de la espiración se activan receptores sensibles a la deflación del pulmón, cuya activación inhibe al centro espiratorio.

E Quimiorreceptores periféricos Se ubican en los senos carotídeos y en el arco aórtico. Son los únicos quimiorreceptores que miden directamente la pO2, además de monitorear los niveles de pCO2 y de pH sanguíneos. La estimulación de estos genera hiperventilación. Se activan por disminución de la pO2, aumento de la pCO2 y acidez sanguínea (disminución del pH).

Regulación química de la respiración Disminución de la pO2 Aumento de la pCO2

Quimiorreceptores periféricos Centro inspiratorio activado

Disminución del pH

Quimiorreceptores centrales

Hiperventilación

Restablecimiento de la homeostasis (niveles de pO2, pCO2 y pH normales)

Capítulo II: Vías eferentes

155

Síntesis y evaluación

Capítulo II

Mapa conceptual Completa el siguiente esquema con los términos que correspondan. Recuerda los conceptos tratados en el capítulo. Vías eferentes controlan las respuestas ejecutadas por el

1. tipo de tejido

Sistema muscular

Liso

participan en las respuestas

Motoras

Cardíaco pueden ser

Voluntarios 2.

como

3.

Respiración en cuyo control participan

4.

Centro neumotáxico

Evaluación de proceso I. Identifica cada característica con el tipo de tejido muscular que corresponda, marcando E si es esquelético, L si es liso o C si es cardíaco. 1. E

L

C Sus células poseen múltiples núcleos.

2. E

L

C Sus células son alargadas, fusiformes y poseen un solo núcleo.

3. E

L

C Participan en los movimientos voluntarios.

4. E

L

C Tiene forma estriada y participa en un movimiento involuntario.

5. E

L

C Conforma la parte interna de estructuras como el estómago y los vasos sanguíneos.

6. E

L

C Su estructura está conformada por fibras de miosina y actina.

7. E

L

C Solo se encuentra en una estructura del organismo.

156 Unidad 3: Receptores, sentidos y respuestas

Capítulo II - Vías eferentes

II. Ordena los eventos que ocurren durante la contracción muscular, enumerándolos correlativamente. El potencial de acción genera la liberación de iones Ca2+, lo que aumenta la concentración intracelular. El potencial de acción estimula a la fibra muscular mediante la sinapsis química transmitida por la neurona motora. Se genera la tensión y el acortamiento de las fibras. El Ca2+ reingresa al retículo sarcoplásmico, lo que determina que ocurra la relajación muscular. El Ca2+ se une a la troponina C, lo que promueve la unión de la actina con la miosina.

III. Responde las siguientes preguntas sobre el control nervioso de la contracción muscular y las respuestas motoras. 1. ¿Qué diferencias existen entre el control que genera el SNS y el SNA sobre el sistema muscular? 2. ¿Qué son las fibras intrafusales y cuál es su función? 3. Menciona tres respuestas reflejas reguladas por el bulbo raquídeo. 4. ¿Qué estructura del cerebro procesa la información en las respuestas voluntarias?

IV. Responde las preguntas planteadas acerca del control nervioso de la respiración. 1. ¿Qué función cumplen los quimiorreceptores centrales en la regulación de la respiración? 2. ¿Cuál es la consecuencia de la activación del centro neumotáxico? 3. ¿Qué sucede cuando los quimiorreceptores periféricos captan una disminución del pH sanguíneo?

Me evalúo Completa la siguiente tabla, siguiendo las instrucciones de tu profesor o profesora. Debería Conocer las características de los tejidos que participan en las respuestas ejecutadas por los órganos efectores, en este caso el tejido muscular y su regulación a nivel de sistema nervioso.

Puntaje

Ítem/ pregunta

Total

I, II

12

Diferenciar las respuestas motoras reflejas de las voluntarias.

III

8

Comprender la regulación del sistema respiratorio.

IV

9

Obtenido

¿Qué debo hacer?

Según los puntajes obtenidos, realiza las actividades que te indicará tu profesor o profesora.

Unidad 3: Receptores, sentidos y respuestas 157

Síntesis de la unidad

Unidad 3

Cerebro

Ojo

Estímulo

Vías aferentes y receptores sensoriales Las vías aferentes o sensitivas del sistema nervioso son las encargadas de enviar la información captada por los órganos sensoriales del organismo. Es así como la luz es captada, en este caso, por los fotorreceptores del ojo, donde se traduce la información y somos capaces de ver la imagen del perro.

Glosario Arco reflejo Circuito neuronal formado por un receptor, una neurona aferente o sensitiva, un centro elaborador, una neurona eferente o motora y un efector. Participa en las respuestas involuntarias y automáticas de nuestro sistema nervioso.

Centro respiratorio Grupo de neuronas que se activan rítmicamente y determinan la frecuencia y el volumen ventilatorio. Se organizan en dos centros ubicados en el bulbo raquídeo, el centro inspiratorio y el espiratorio. Contracción muscular Proceso fisiológico generado por la estimulación de un nervio sobre un músculo y que genera la tensión del tejido muscular, lo que disminuye la longitud de las fibras musculares.

158 Unidad 3: Receptores, sentidos y respuestas

Fotorreceptores Receptores que perciben estímulos luminosos y transforman la energía en impulsos nerviosos. Corresponden a los conos y bastones. Quimiorreceptores respiratorios Receptores químicos cuya actividad modifica la ventilación con el fin de corregir alteraciones generadas en los niveles de oxígeno, dióxido de carbono y pH de la sangre. Existen centrales y periféricos.

Vías eferentes y tejido muscular Tu cuerpo reacciona mediante las vías eferentes. En este caso, al ladrar el perro, tu cuerpo reacciona alejándose de el. Para ello, participan los músculos de las piernas, los cuales se contraen tras recibir el estímulo nervioso.

Tejido muscular Banda I

Línea Z

Banda A Banda H

Banda I

Línea Z

Miofibrilla

Dirección del sistema nervioso

Axón de la neurona motora

Núcleos

Botones sinápticos Fibra muscular Fibra muscular

Receptor Estructura encargada de captar los estímulos del medio externo o interno. Traduce la señal para ser conducida a través del sistema nervioso. Respiración Proceso fisiológico complejo, mediante el cual se capta oxígeno y se elimina dióxido de carbono. La respiración tiene como objetivo la obtención de energía en las mitocondrias de nuestras células.

Sentidos Corresponden a los mecanismos fisiológicos para percibir los estímulos ambientales. Algunos son el olfato, la visión, la audición, el tacto y el gusto. Transducción Transformación de un tipo de señal en otra. Por ejemplo, una señal química, como la proveniente de las moléculas olfatorias, es traducida en una señal eléctrica como el potencial de acción por los receptores del olfato.

Ventilación pulmonar Conjunto de procesos que generan el ingreso de aire hacia los pulmones (inspiración) y su salida desde los pulmones hacia el exterior (espiración). Con este proceso se inicia la respiración.

Unidad 3: Receptores, sentidos y respuestas 159

Evaluación final

Unidad 3

I. Escoge la alternativa correcta para cada pregunta. 1. Al vestirnos cada mañana sentimos la ropa sobre nuestra piel, pero con el pasar del día dejamos de sentirla. ¿Cuál propiedad de los receptores explica este fenómeno? A. Especificidad. B. Adaptación. C. Estimulación. D. Integración. E. Todas las anteriores. 2. ¿En qué consiste el proceso de transducción? A. Captación de estímulos provenientes del medio. B. Conducción de los impulsos nerviosos hacia el SNC. C. Transformación de los impulsos nerviosos en sensaciones. D. Transformación de la energía de los estímulos en señales electroquímicas. E. Ninguna de las anteriores. 3. Una persona retira rápidamente su mano al ponerla en contacto con la llama de una vela. Con respecto a esta situación, ¿cuál de las siguientes alternativas es falsa? A. Es un acto reflejo. B. El receptor es un exteroceptor de temperatura. C. La orden del cerebro para retirar la mano es muy rápida. D. El efector de la respuesta es un músculo cardíaco. E. La información se transfiere en la médula espinal. 4. ¿Qué sucede con una persona que sufre una lesión en el tímpano? A. Padecerá de sordera completa. B. Seguirá escuchando con normalidad, pues el tímpano no participa en la percepción de la audición, solo en la amplificación del sonido. C. Se reducirá su capacidad auditiva. Solo podrá percibir sonidos si estos logran transmitirse a través de la cadena de huesecillos. D. Tendrá problemas de equilibrio. E. Ninguna de las anteriores. 5. ¿En cuál de los siguientes fenómenos está involucrado el SNA? A. Contracción cardíaca. B. Movimientos peristálticos. C. Respiración forzada. D. A y B. E. B y C. 6. ¿Qué tipo de células sensoriales poseen los sentidos del gusto y la visión respectivamente? A. Quimiorreceptores y mecanorreceptores. B. Mecanorreceptores y fotorreceptores. C. Quimiorreceptores y fotorreceptores. D. Fotorreceptores y termorreceptores. E. Propioceptores e interoceptores.

160 Unidad 3: Receptores, sentidos y respuestas

7. Un paciente, al ser sometido a una disminución de la presión parcial de oxígeno, se desmaya debido a la incapacidad de hiperventilar en respuesta a este tratamiento. ¿Cuál será el problema de este paciente? A. Su centro neumotáxico está dañado. B. Sus quimiorreceptores respiratorios periféricos no funcionan correctamente. C. Su diafragma no responde correctamente como órgano efector. D. Sus receptores de estiramiento en el pulmón presentan alguna alteración en su funcionamiento. E. Sus quimiorreceptores respiratorios centrales no funcionan correctamente.

Densidades de receptores (receptores/cm2)

8. El siguiente gráfico muestra la densidad de receptores táctiles de la piel en distintas áreas del cuerpo. A partir del gráfico se puede deducir que: A. los labios son el área más sensible Gráfico 3: Densidad de receptores en diferentes estructuras del cuerpo a la temperatura. B. la espalda es un área más sensible que 12 las manos. 10 C. los labios son el área de mayor 8 sensibilidad táctil. 6 D. las manos no presentan receptores 4 de presión. 2 0 E. los labios son el área de menor labios espalda manos sensibilidad táctil. 9. ¿Que efectos sobre la contracción muscular tendría el que no se produjera la unión entre la actina y la miosina? A. Las fibras musculares se acortarían por efecto de otras proteínas, por lo que no existiría alteración del proceso. B. Se produciría la contracción muscular, pero no es posible la relajación del músculo. C. No se liberarían iones Ca2+, lo que impediría la estimulación de otra fibra muscular. D. Existiría un exceso de síntesis de troponina C, que generaría una hipercontracción del músculo. E. Ambas fibras no podrían solaparse, impidiendo la contracción de la fibra muscular. 10. En un movimiento intencional, ¿cuál es el centro elaborador? A. Corteza motora. B. La médula espinal. C. Neurona aferente. D. El bulbo raquídeo. E. La neurona eferente. 11. Si en un accidente una persona se daña el centro apnéustico de la protuberancia anular, ¿cuál será el efecto en la respiración? A. Aumentará la duración de la inspiración. B. Se reducirá la duración de la espiración. C. Se reducirá la duración de la inspiración. D. Aumentará la duración de la expiración. E. No podrá regular la concentración de CO2 del líquido cefalorraquídeo. 12. ¿Qué relación es incorrecta entre el área del SN y los tipos de músculo que controla? A. SNA-movimientos peristálticos del sistema digestivo. B. SNS-contracción del corazón. C. SNA-contracción de la vejiga. D. SNA-control de los músculos esqueléticos. E. SNS-dilatación de la pupila. Unidad 3: Receptores, sentidos y respuestas 161

Evaluación final

Unidad 3

II. Relaciona los conceptos de la columna A con los de la columna B.

A

B

1.

Cóclea.



Audición.

2.

Control involuntario.



Centro elaborador.

3.

Ojo.

4.

Médula espinal.

5.

Centro neumotáxico.

Presión parcial de oxígeno.

6.

Especificidad.



Fotorrecepción.

7.

Laringe.



Receptor.

8.

Alvéolo.

9.

Quimiorreceptor periférico.

Músculo cardíaco.

10.

Líquido cefalorraquídeo.

Hiperventilación.

11.

Disminución del pH sanguíneo.

12.

Músculo esquelético.



Intercambio gaseoso. Aire hacia la tráquea.



Quimiorreceptor central.

Espiración. SN somático.

III. Marca V si la afirmación es verdadera y F si es falsa. Justifica las falsas. 1. V

F El músculo cardíaco posee estrías y es controlado involuntariamente.

2. V

F Cuando se toma algún objeto con la mano se activan todos los receptores de la piel excepto los receptores de presión.

3. V

F La adaptación y la especificidad son propiedades de los receptores sensoriales.

4. V

F La dilatación y contracción de los vasos sanguíneos es controlada por el sistema nervioso autónomo.

5. V

F La propicepción es un tipo de exterocepción.

6. V

F Esquivar una pelota que viene hacia tu cara es un movimiento reflejo estereotipado.

7. V

F Durante la espiración, las neuronas del centro espiratorio se activan, lo que inhibe la actividad del nervio frénico.

8. V

F La activación de los receptores de estiramiento pulmonar inhibe a las neuronas del centro inspiratorio.

9. V

F La disminución de la pCO2 en el líquido cefalorraquídeo es detectada rápidamente por los senos carotídeos.

162 Unidad 3: Receptores, sentidos y respuestas

IV. Analiza y responde las siguientes preguntas. 1. ¿Cuál es la importancia del funcionamiento correcto de los órganos sensoriales para la sobrevivencia de los organismos? 2. ¿Cómo relacionarías los órganos sensoriales con las células sensitivas?

V. El siguiente esquema representa la unidad básica del músculo esquéletico y cardíaco. A partir de él, desarrolla las actividades planteadas.

1. Rotula en el esquema los siguientes componentes: líneas Z, banda I, banda A y banda H. 2. ¿Cuál es el nombre de esta unidad? ¿Qué proteínas interactúan entre sí para generar la contracción muscular? 3. ¿El esquema presentado se encuentra contraído o relajado? ¿Por qué?

VI. Analiza el siguiente gráfico y responde las preguntas planteadas.

Presión intraalveolar (mmHg)

Gráfico 4: Presión intraalveolar en la respiración

+1

Inspiración

Espiración

0

-1 Tiempo (s)

Fuente: Moyes, C. y Schulte, P. (2007). Principios de fisiología animal. Madrid: Pearson. (Adaptación).

1. ¿De qué manera se relacionan ambos procesos en el tiempo? ¿Es posible que ocurran simultáneamente? ¿Por qué? 2. ¿Qué centros controlan ambos procesos?, ¿dónde se ubican? 3. ¿Puede existir control voluntario sobre la respiración? ¿Qué estructura del SNC participa en la respiración?

Unidad 3: Receptores, sentidos y respuestas 163

Actualidad

¿A qué sabe la comida japonesa? C

omo aprendiste en la unidad, poseemos papilas gustativas que nos permiten distinguir cinco sabores básicos, dentro de los cuales se encuentra el umami; pero nos preguntamos: ¿a qué sabe el umami?, ¿quién lo identificó? Fue el científico japonés Kikunae Ikeda quien llamó a este sabor umami, y es el sabor que distingues en la salsa de soya de la comida china o en el sushi.

La palabra umami significa “sabroso” en japonés y ahora sabemos que la molécula específica detrás de este nuevo sabor es un aminoácido llamado glutamato monosódico.

Todos los sabores que percibimos son una combinación de los gustos básicos que nuestra lengua registra

Este aminoácido estimula receptores específicos en las papilas gustativas ubicadas mayoritariamente en el centro de la lengua dando origen a este gusto. El glutamato está presente en distintos alimentos como quesos, carnes y sopas. Recuerda que todos los sabores que percibimos son una combinación de los gustos básicos que nuestra lengua registra, y detrás de cada uno de ellos hay una molécula que estimula receptores específicos. Por ejemplo, el sabor amargo se produce por alimentos que contienen iones de hidrógeno. Así, cuando no sepas cómo describir un alimento que es sabroso, como unas ricas papas fritas, probablemente estés comiendo glutamato monosódico, que ahora sabes que corresponde al sabor umami.

164

Unidad 3: Receptores, sentidos y respuestas

El desarrollo del tacto en el vientre materno

E

l desarrollo de los sistemas sensoriales comienza en el útero, ya que los fetos, por pequeños que sean, ya son capaces de percibir estímulos del medio donde se desarrollan. Dentro del vientre materno los fetos están continuamente expuestos a estímulos táctiles cada vez que la madre se mueve.

¿Qué sucede semana a semana? 14,5 semanas. Comienzan a desarrollarse los receptores, sobre todo alrededor de la boca. 20 semanas. El feto ya muestra sensibilidad al tacto principalmente alrededor de la boca. Los receptores ya se encuentran en todo su cuerpo que mide aproximadamente 17 cm.

26-27 semanas. El reflejo agarre palmar es fuerte.

23-25 semanas. El reflejo de agarre palmar (cierra el puño al percibir presión sobre su mano) puede observarse, pero pocas veces y con poca fuerza.

36-40 semanas (nacimiento). El recién nacido puede percibir todos los estímulos táctiles. Es capaz de calmarse cuando se encuentra en brazos.

Páginas webs sugeridas • www.curtisbiologia.com/node/1204 Encontrarás el resumen del capítulo 32 (Procesamiento sensorial y respuesta motora) del texto Biología de Helena Curtis. • www.curtisbiologia.com/node/1508 Encontrarás una animación sobre el arco reflejo. • http://escuela.med.puc.cl/publ/Aparato Respiratorio/07RegulacionResp.html Podrás profundizar sobre los contenidos de regulación de la ventilación pulmonar. • www.edumedia-sciences.com/es/ a505-la-contraccion-muscular Encontrarás una animación de la contracción muscular.

28-30 semanas. Se observa el reflejo de prensión plantar (igual al agarre palmar, pero en los pies).

Bibliografía adicional • Berne R., y Levy M. (2009). Fisiología. 6a edición. Barcelona: Elsevier. Sección II: El sistema nervioso y sección III: Músculo. • Curtis H., Barnes N., y cols. (2006). Invitación a la biología. 6a edición. Madrid: Panamericana. Capítulo 35: Percepción sensorial, procesamiento de la información y respuesta motora. • Guyton A. y Hall J. (2006). Tratado de fisiología médica. 11a edición. Madrid: Elsevier. Capítulo 41: Regulación de la respiración. • Kandel, E., Schwartz, J. y Jessell, T. (2001). Principios de neurociencia. 1a edición. España: McGraw-Hill / Interamericana de España, S.A.

Unidad 3: Receptores, sentidos y respuestas

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Unidad

4

Homeostasis, equilibrio interno

Si te tomas la temperatura cuando sientes calor o frío, el número que registrará el termómetro será el mismo (si te encuentras sano), pues tu cuerpo se encarga de mantener un rango estable de temperatura corporal, independiente de lo que suceda a tu alrededor. Esto ejemplifica uno de los variados mecanismos de regulación que poseen los organismos, los cuales requieren de un medio interno en condiciones estables, que les permita realizar todas las reacciones químicas para mantenerse con vida. En esta unidad aprenderás cómo diferentes organismos autorregulan sus procesos internos y de qué manera el medio externo induce el restablecimiento del equilibrio.

166 Unidad 4: Homeostasis, equilibrio interno

Mapa de la unidad Capítulo I Mecanismos de regulación del medio interno (Págs. 170-185)

- Conocer el concepto de homeostasis y los mecanismos que regulan la temperatura, la glicemia, la presión sanguínea y los líquidos corporales. - Identificar al sistema renal como principal regulador del equilibrio osmótico y de la excreción de desechos del organismo. - Comprender el proceso de formación de la orina, reconociendo al nefrón como unidad funcional en la síntesis y eliminación de este desecho.

Capítulo II Estrés, alteración del equilibrio fisiológico (Págs. 188-197)

- Conocer la naturaleza del estrés y los agentes que lo provocan. - Comprender las respuestas que desencadena el organismo frente a una situación de estrés. - Integrar el conocimiento de los sistemas nervioso y endocrino para analizar la acción conjunta de estos en las respuestas frente al estrés.

Actividad inicial

Explicar-inferir

Analiza las imágenes y responde. 1. ¿Por qué cuando hace frío nos abrigamos y cuando hace calor queremos tomar líquidos muy fríos? 2. ¿Por qué crees que realizamos acciones para mantener una temperatura agradable para nosotros? 3. ¿Qué proceso ocurre cuando sentimos demasiado calor? ¿Será importante para el organismo mantener una temperatura corporal adecuada? 4. ¿Cuántos tipos de estímulos recibes en un día? ¿Cómo piensas que respondemos a ellos? ¿Es consciente esa respuesta? 5. ¿Cuál será la importancia de mantener nuestro organismo en un equilibrio constante?

Unidad 4: Homeostasis, equilibrio interno

167

Evaluación diagnóstica

Unidad 4

I. Recordando conceptos 1. Escribe en cada recuadro el nombre de las glándulas y órganos indicados.

A.

B.

C.

E.

D.

2. Observa la imagen y responde las siguientes preguntas. a. Nombra al menos una hormona secretada por las glándulas representadas en la ilustración. b. Nombra alguna enfermedad asociada con alguna de estas glándulas. c. ¿Qué relación tienen la glándula ubicada en el cerebro con las demás estructuras de la imagen? d. ¿Cuál es la diferencia entre los mecanismos de acción del sistema endocrino y nervioso? Menciona al menos dos diferencias.

168 Unidad 4: Homeostasis, equilibrio interno

3. Relaciona los conceptos de la columna A con las descripciones de la columna B, escribiendo el número en el espacio correspondiente. A

B

1. Glándula

Órgano sobre el que actúa una hormona.

2. Sistema

Órgano especializado en la fabricación de hormonas.

Molécula sintetizada y secretada por estructuras especializadas. Producen efectos específicos sobre células, tejidos u órganos.



Conjunto de órganos que llevan a cabo funciones distintas, las cuales logran complementar originando una estructura fisiológica mayor.

3. Órgano blanco o diana

4. Hormona

4. Define brevemente los siguientes conceptos. A. Retroalimentación negativa B. Acción hormonal C. Glicemia D. Estrés E. Osmosis F. Presión sanguínea G. Plasma sanguíneo

II. Aplicando procedimientos Lee la siguiente información y luego responde las preguntas planteadas.

Los términos animal de sangre caliente y animal de sangre fría fueron utilizados por los biólogos durante los inicios del siglo pasado, ya que era la forma más sencilla de clasificar a los animales de tierra. Así, la percepción fría o caliente de sus cuerpos captada por el tacto bastaba para clasificarlos. Tanto los invertebrados, los reptiles, los peces y los anfibios eran considerados de sangre fría, ya que se sienten fríos al tocarlos, mientras que las aves y los mamíferos serían animales de sangre caliente.



Esta denominación se ha objetado, puesto que los mal llamados animales de sangre fría, también pueden alcanzar temperaturas corporales que al tacto permiten percibirlos como calientes. Por ejemplo, los lagartos del desierto, en las tardes, alcanzan una temperatura superior a los 35 ºC. 1. ¿Por qué los conceptos animal de sangre fría y animal de sangre caliente han dejado de usarse? 2. ¿Tú crees que es un error denominarlos de esa manera? Fundamenta. 3. ¿Cómo podrías explicar que el conocimiento científico esté en constante construcción?

Unidad 4: Homeostasis, equilibrio interno 169

Capítulo

I

Mecanismos de regulación del medio interno 1. Mecanismos homeostáticos Para que los seres vivos puedan realizar y mantener sus funciones vitales, es indispensable el equilibrio de los parámetros internos, independiente de las condiciones del exterior. Aunque ocurran cambios (de baja magnitud y dentro de márgenes estrechos), existen procesos fisiológicos que permiten mantener estable el medio interno. La propiedad para conservar y restablecer el equilibrio por medio de la autorregulación se denomina homeostasis. La alteración de las condiciones de equilibrio generan estrés fisiológico en los individuos y los cambios que desencadenan las respuestas homeostáticas pueden ser de naturaleza interna o externa. Por ejemplo, la acumulación de desechos excretados por las células o las variaciones en las concentraciones de elementos que estas utilizan, como las sales minerales, corresponden a factores internos. En relación con las alteraciones externas, cualquier cambio del entorno que influya en el funcionamiento interno del ser vivo, como el aumento excesivo de la temperatura ambiental, origina las respuestas autorreguladoras.

En los organismos, el medio interno debe ser el adecuado para que las reacciones químicas ocurran de manera óptima. Es por esto que los reptiles se exponen al sol para mantener su temperatura interna. Pero ¿qué ocurre en los mamíferos?, ¿qué mecanismos utilizan? En este capítulo conocerás los fundamentos de la homeostasis y su influencia en los seres vivos.

La retroalimentación negativa es el sistema de control más común de la homeostasis. Se produce por el aumento o la disminución en alguna variable fisiológica, lo que es detectado por receptores, los que desencadenan una respuesta opuesta a la de ese cambio.

Walter B. Cannon (1871-1945)

170 Unidad 4: Homeostasis, equilibrio interno

Biografía Científico norteamericano que desarrolló una línea de investigación que le permitió probar la constancia interna química y física de los organismos, y la necesidad de estos de restablecer el equilibrio después de una situación que lo altere. Describió en The wisdom of the body (1932) los mecanismos fisiológicos que intervienen en la uniformidad de las condiciones físico-químicas esenciales, a lo que denominó homeostasis.

Unidad 4: Homeostasis, equilibrio interno

1.1 Regulación de la temperatura

Conexión con...

La temperatura ambiental es un factor limitante para la vida de los organismos, puesto que las enzimas de las que depende el metabolismo celular se activan y funcionan dentro de rangos de temperatura específicos. Esto significa que el cambio de los rangos provoca que las enzimas se desactiven o disminuyan su eficiencia. Cuando la temperatura corporal baja, los procesos enzimáticos se vuelven lentos. Por otro lado, si la temperatura corporal se eleva demasiado, la actividad enzimática se acelera, pero también se descontrola, por lo que se vuelve inestable y finalmente destructiva. Es por esto que los animales no pueden sobrevivir con rangos de temperatura corporal extremos. Como vimos en la unidad 3, los cambios de temperatura que se generan en nuestro cuerpo son detectados por termorreceptores (participación del sistema nervioso), que se ubican en la piel (periféricos) y al interior del cuerpo (internos). Los primeros entregan información para efectuar las respuestas anticipatorias, antes que el frío o el calor alcance a los órganos, mientras que los internos generan los principales sistemas de retroalimentación negativa para regular la temperatura interna. La información obtenida viaja hacia el hipotálamo y el cerebro. En estas dos zonas se elaboran las respuestas a la variación de la temperatura o estrés térmico. El hipotálamo regula este cambio de forma involuntaria, mientras que el cerebro lo hace mediante conductas que se relacionan con acciones voluntarias.

Deporte

Aproximadamente el 80 % de la energía producida para la contracción muscular se libera en forma de calor. El objetivo de la termorregulación es mantener la temperatura corporal lo más estable posible, incluso durante el ejercicio. En los deportistas, la producción de calor es muy alta; sin embargo el sudor permite disiparlo, pero a la vez provoca deshidratación, por lo que el beber líquidos se convierte en un mecanismo “refrigerante”, ya que induce la sudoración y contribuye a enfriar el cuerpo.

Tabla 1: Respuesta frente a estrés térmico por disminución de la temperatura Mecanismos

Acciones

A. Disminución de la pérdida de calor corporal.

1. Vasoconstricción de los vasos sanguíneos de la piel. 2. Reducción de la superficie propensa a perder calor. (como adoptar posición fetal). 3. Respuestas conductuales: abrigarse, encender calefacción, entre otras.

B. Aumento de la producción de calor corporal.

1. Incremento del tono muscular (tensión de los músculos). 2. Escalofríos. 3. Aumento del apetito. 4. Aumento de la actividad voluntaria (mayor movimiento).

Tabla 2: Respuesta frente a estrés térmico por aumento de la temperatura Mecanismos

Acciones

A. Incremento de la pérdida de calor corporal.

1. Vasodilatación de los vasos sanguíneos de la piel. 2. Sudoración. 3. Respuestas conductuales: desabrigarse, situarse bajo la sombra, buscar lugares aireados, entre otras.

B. Disminución de la producción de calor corporal.

1. Disminución del tono muscular. 2. Disminución del apetito.

Capítulo I: Mecanismos de regulación del medio interno

171

Capítulo I

Mecanismos de regulación del medio interno

1.2 Regulación de la glicemia Conceptos clave glucógeno: macromolécula de reserva energética en los animales. Está formado por millones de unidades de glucosa unidas entre sí. diabetes mellitus: enfermedad caracterizada por el aumento indiscriminado de glucosa en la sangre (hiperglicemia). Sus causas se deben a la falta de insulina (tipo I) o a la mala utilización de ella por parte de las células (tipo II).

Reflexionemos El consumo excesivo de azúcar genera desbalances que pueden provocar enfermedades graves como la diabetes tipo II. ¿Cómo crees que podrías disminuir el consumo de carbohidratos de tu dieta? Realiza una lista de los alimentos que consumes diariamente y averigua cuántos y cuáles de ellos poseen azúcar.

La concentración de azúcar en la sangre (glicemia) también es una variable fisiológica que es regulada a través de mecanismos homeostáticos. Como ya sabes, la glucosa es el carbohidrato más usado por las células para obtener energía y es vital para el funcionamiento de todos los tejidos. La glucosa se obtiene a través de diferentes vías: por medio de la alimentación, por la degradación de otros carbohidratos ya existentes en el organismo (hexosas), por la degradación del glucógeno (que se almacena en el hígado y los músculos) y por la degradación de proteínas y grasas. La regulación de la glicemia se realiza a través de mecanismos endocrinos, específicamente por la acción de hormonas secretadas por el páncreas. La insulina actúa en condiciones de hiperglicemia (exceso de glucosa en la sangre) mientras que el glucagón en condiciones de hipoglicemia (disminución de glucosa sanguínea). La insulina se encarga de mejorar la utilización de glucosa por parte de las células y, así, disminuir su concentración en la sangre. En el caso de la hormona glucagón, esta aumenta la concentración de glucosa, ya que moviliza el glucógeno para que se degrade, lo que permite la liberación de glucosa hacia la sangre. Como la glucosa es indispensable para todas las actividades celulares, en condiciones normales no se elimina de nuestro organismo. Es por esto que en el proceso de formación de la orina, luego de filtrarse la sangre, este azúcar se reabsorbe prácticamente en un 100 %. El riñón (órgano donde se forma la orina) posee un límite de reabsorción para la glucosa, llamado umbral renal. En situaciones de hiperglicemia, el umbral es ampliamente sobrepasado, por lo que cesa la reabsorción y aparece glucosa en la orina. Esta característica se denomina glucosuria y no es exclusiva de las personas que presentan diabetes mellitus, sino que puede ocurrir, también, en personas que han consumido altas concentraciones de glucosa durante una comida. El páncreas endocrino regula la glicemia a través de la secreción de hormonas específicas, las cuales se consideran “antagonistas” por su mecanismo de acción, como se detalla en el siguiente esquema.

Aumento de glucosa en el plasma

Disminución de glucosa en el plasma

– Insulina

+ Insulina – Glucagón Disminución de glucosa en el plasma

172

glucosa

páncreas

glucógeno

Unidad 4: Homeostasis, equilibrio interno

+ Glucagón

glucógeno hígado

glucosa

Aumento de glucosa en el plasma

Unidad 4: Homeostasis, equilibrio interno

1.3 Regulación de la presión sanguínea Los mecanismos homeostáticos que participan en la regulación de las variaciones en la presión y el volumen sanguíneo involucran varios sistemas. Tanto las respuestas nerviosas como la secreción de hormonas (control neuroendocrino) se encargan de controlar el nivel de solutos del plasma, el volumen de los líquidos corporales y, por ende, la presión sanguínea (fuerza que ejerce la sangre sobre las paredes de los vasos sanguíneos). El sistema renal elimina y reabsorbe agua e iones importantes, como Na+, fabricando, de esta manera, orina más o menos diluida, dependiendo de las condiciones osmóticas del cuerpo, que corresponde a las concentraciones de soluto y la cantidad de agua del medio interno. Cuando existe alteración del volumen del plasma o desbalance en la concentración de solutos extracelulares, se estimulan a su vez osmorreceptores ubicados en el hipotálamo. Estos, al igual que aquellos ubicados en los grandes vasos sanguíneos, son capaces de detectar diferencias en la presión sanguínea, que, junto con los demás estímulos nombrados, activan un sistema hormonal complejo denominado renina-angiotensina-aldosterona que equilibra la presión, cuyo mecanismo de acción se explica a continuación. Si los receptores ubicados en el hipotálamo y en los grandes vasos detectan una baja en la presión sanguínea y en la concentración de Na+, se activa la secreción de renina desde células específicas del riñón, llamadas células yuxtaglomerulares, la que promueve la transformación de un precursor hepático (angiotensinógeno) en su forma activa, la angiotensina II. Esta hormona es un fuerte vasoconstrictor, por lo que ayuda a contrarrestar las bajas de solutos y agua del plasma. Además, la angiotensina estimula la liberación de aldosterona desde la corteza suprarrenal y su acción permite la reabsorción de Na+ desde los túbulos distal y colector de los nefrones (estructuras del riñón que conocerás con detalle en este capítulo). Además, induce la sensación de sed y, como consecuencia, la necesidad de beber líquidos. La importancia de la regulación de la presión sanguínea, se relaciona con eventos que pueden llegar a ser críticos, como, por ejemplo, la deshidratación extrema o las hemorragias.

Actividad 1

Capilar peritubular

Túbulo renal

Energía

Na+

Cl-

Na+

Cl-

H2O

H2O

ADH presente

Capilar peritubular

Túbulo renal Na+

Energía

Cl-

Na+

Cl-

H2O

ADH ausente La hormona antidiurética o ADH es sintetizada por el hipotálamo y liberada desde la neurohipófisis cuando disminuye el volumen del plasma sanguíneo. Actúa en los riñones, haciendo que estos retengan agua y produzcan orina más concentrada, por lo que también participa en la regulación de la presión sanguínea.

Relacionar-analizar

La diarrea es una enfermedad gastrointestinal que se caracteriza por la eliminación de heces fecales líquidas. Con respecto a esta información, responde las preguntas. 1. ¿Qué consecuencias tendrá esta enfermedad para el equilibrio de los líquidos corporales en el organismo? Explica. 2. Averigua qué es la diabetes insípida y cómo se relaciona con la acción de la hormona ADH. 3. Averigua por qué las personas, luego de realizar ejercicio, beben líquidos llamados “rehidratantes”.

Capítulo I: Mecanismos de regulación del medio interno

173

Capítulo I

Mecanismos de regulación del medio interno

1.4 Regulación de agua y sales La capacidad que tienen los seres vivos para mantener estables los niveles de agua y solutos (principalmente sales) se conoce como osmorregulación. En algunos casos, su mecanismo es evitar que el agua o las sales ingresen descontroladamente al cuerpo, mientras que en otros es preciso impedir que salgan. De acuerdo con lo anterior, veremos qué ocurre con la regulación de los líquidos corporales y las sales en los organismos acuáticos y terrestres.

A. Osmorregulación en el mar

Los mecanismos para evitar la entrada o salida de agua del cuerpo de los organismos acuáticos pueden ser de tres tipos: hiperosmóticos, hiposmóticos e isosmóticos. Estos se basan en los principios osmóticos del flujo de agua entre dos medios, con concentraciones diferentes de soluto, que, en este caso, corresponden al medio interno y externo del animal.

Mecanismo hiperosmótico Se produce en organismos con concentraciones de sales superiores a las del medio donde habitan. En estas condiciones el agua tiende a ingresar pasivamente (sin gasto de energía) al cuerpo del animal. Luego, el exceso de agua se elimina por medio de la producción de orina muy diluida. Como las sales difunden pasivamente hacia el exterior, estos organismos las recuperan por medio de transporte activo, por lo que regulan los solutos internos. Es lo que ocurre con los peces de agua dulce, los cangrejos de río, las almejas y algunas larvas de insectos acuáticos.

Ejemplo

Trucha

Mecanismo hiposmótico Ocurre en organismos cuya concentración de sales es menor que la del medio donde viven. Estos, pese a estar rodeados por agua, pueden morir deshidratados (poseen menos solutos en comparación con el medio externo) o intoxicados por el exceso de sales que ingresan. Para evitar la pérdida de agua, beben grandes cantidades, además de absorberla en sus intestinos. La sal que contiene esa agua es eliminada rápidamente a través de las branquias, las heces fecales y la orina.

Pez martillo

Mecanismo isosmótico Se verifica en organismos cuya concentración interna de sales es similar a la del entorno. Estos organismos no luchan contra la deshidratación, la entrada excesiva de agua o la pérdida de solutos. Por ejemplo, los tiburones y las rayas tienen una concentración interna de sales muy similar a la de los otros peces, pero en su sangre transportan, además, otros compuestos orgánicos, por lo que sus niveles de soluto son similares a los del agua del mar.

174

Unidad 4: Homeostasis, equilibrio interno

Raya

Unidad 4: Homeostasis, equilibrio interno

B. Osmorregulación en la tierra

Los procesos metabólicos básicos para que los organismos se mantengan con vida son dependientes del agua o se efectúan en este medio.



Los animales terrestres pierden agua de muchas formas. Una gran cantidad simplemente se evapora de sus cuerpos a través de la superficie de estos o al respirar. Además, se excreta agua en la orina, el sudor y las heces. El líquido que se pierde es recuperado a través de varios mecanismos, como beber agua, obtenerla de los alimentos y su formación a partir de la oxidación de los nutrientes (principalmente carbohidratos). La importancia de cada uno de estos mecanismos varía de una especie a otra, lo que se relaciona con el hábitat de los organismos. Por ejemplo, el ser humano obtiene alrededor del 50 % del agua que necesita al beberla, mientras que la rata canguro del desierto obtiene el 90 % del agua que necesita a partir de la oxidación de la glucosa.

Actividad 2

Analizar

Analiza los gráficos. A continuación, responde las preguntas.

Concentración del medio interno (g/L)

Gráfico 1: Organismos de agua salada

Gráfico 2: Organismos de agua dulce

600

600

500

500

400

400

Carcinus

300

Palaemonetes

200 Nereis 100

Eriocheir Potamobius

300 200

Agua de mar 100 200 300 400 500 600

100

Anodonta

Agua de mar

Fuente: Dajoz R. (2001). Tratado de ecología. 2ª edición. Madrid: Mundi Prensa.

100 200 300 400 500 600

Concentración del medio externo (mmol/L) Igual concentración entre el medio interno y el externo

1. ¿Cuáles son las variables analizadas en estos gráficos? 2. Formula el problema que crees que originó la investigación a la que pertenecen estos gráficos. 3. ¿Estos organismos pueden regular sus parámetros internos en condiciones de alta salinidad? Fundamenta. 4. ¿Qué ocurre con las condiciones internas de Anodonta y Eriocheir, a medida que aumenta la cantidad de solutos en el medio?

Capítulo I: Mecanismos de regulación del medio interno

175

Capítulo I

Mecanismos de regulación del medio interno

2. Estructura del sistema renal Reflexionemos El consumo de sal en nuestra sociedad y en América Latina se está incrementando. Un aumento en la ingestión de esta, presente en grandes cantidades en la comida chatarra, produce acumulación de líquido en los tejidos, aumento del peso corporal y riesgo de padecer hipertensión arterial, una enfermedad que es también llamada “el asesino silencioso”, pues no presenta síntomas visibles, pero puede derivar en derrame cerebral, infartos, problemas renales e incluso, la muerte. ¿Sabías que la cantidad recomendada de consumo de sal al día es lo que cabe en una tapa de lápiz pasta (6 gramos)? ¿Qué cantidad de sal consumen tú y tu familia?

El sistema renal es un componente central de la homeostasis, específicamente de la osmorregulación, ya que no solo se encarga de eliminar sustancias de desecho, sino que mantiene constante la composición química y el volumen interno de la sangre para el correcto funcionamiento celular. Para mantener constante la composición química de la sangre, la principal función del sistema renal es la eliminación, llamada también excreción, de sustancias de desecho. Estas provienen del metabolismo celular (por ejemplo, la degradación de proteínas), así como también de los alimentos y líquidos ingeridos, los que también poseen sustancias nocivas. Por otro lado, el control del volumen interno de la sangre se efectúa a través de la absorción o eliminación del exceso de agua y de iones, como Na+, que está presente en la sal y que se absorbe junto con el agua. Para poder llevar a cabo dichas funciones, el sistema renal está compuesto por una serie de estructuras que, desde los riñones, transportan las sustancias de desecho hacia el medio exterior. En cada riñón se elabora la orina, cuyo proceso de formación veremos más adelante. La orina viaja desde los riñones hasta unas estructuras denominadas uréteres, que la conducen hasta la vejiga urinaria, lugar donde se almacena hasta que alcanza su volumen máximo. Luego, este líquido se elimina hacia el exterior a través de la uretra (cuya diferencia radica en hombres y mujeres, en su disposición y extensión) en un proceso conocido como micción.

Sistema renal masculino

176

Sistema renal femenino

Riñón

Riñón

Uréteres

Uréteres

Vejiga

Vejiga

Uretra

Uretra

Unidad 4: Homeostasis, equilibrio interno

Unidad 4: Homeostasis, equilibrio interno

2.1 El riñón, centro del sistema renal Los riñones humanos son dos órganos de un tamaño equivalente al de una mano empuñada. Juntos, reciben y filtran 400 litros de sangre por día, lo que equivale a dos tambores de 90 cm de alto y 60 cm de ancho.

A

Glomérulo Corpúsculo renal Cápsula de Bowman

B Corteza

Arteria renal

C Pelvis renal

Vena renal Túbulo colector Uréter Médula

Túbulo contorneado proximal

D

Cápsula

A Al realizar un corte longitudinal a través del riñón de un mamífero, podríamos observar que está formado por dos partes principales: una corteza externa, de color rojo oscuro, que rodea a una porción medular (de color más claro), más interna. La corteza se encuentra envuelta en una cápsula de tejido.

B Dentro de cada riñón existen aproximadamente un millón de nefrones, que son las unidades funcionales de los riñones. Cada nefrón está constituido por dos estructuras: el corpúsculo renal y el túbulo renal.

Asa de Henle

C Cada corpúsculo renal está formado por la cápsula de Bowman, que envuelve a un grupo compacto de capilares interconectados, llamado glomérulo.

Túbulo contorneado distal

D El túbulo renal está conectado a la cápsula de Bowman y se divide en: túbulo contorneado proximal, asa de Henle, túbulo contorneado distal y túbulo colector.

Actividad 3

Averiguar

Averigua si los riñones de otras clases de animales, como los peces, las aves o los anfibios, tienen una anatomía similar a la de los mamíferos.

Capítulo I: Mecanismos de regulación del medio interno

177

Capítulo I

Mecanismos de regulación del medio interno

2.2 Formación de la orina En la formación de la orina interactúan todas las estructuras del nefrón. Se realiza en tres procesos: la filtración glomerular, la reabsorción tubular y la secreción tubular.

A. Filtración glomerular

El glomérulo es el espacio en donde comienza a formarse la orina. La sangre ingresa al glomérulo a una gran presión (superior a los 90 mmHg) a través de la arteriola aferente. Esta elevada presión permite que el glomérulo actúe como un “filtro mecánico” para que pequeñas moléculas atraviesen, junto con diferentes cantidades de agua, desde la sangre hacia la cápsula de Bowman. Las proteínas del plasma sanguíneo y las células de la sangre, al ser de gran tamaño, no pueden atravesar el glomérulo, por lo que se mantienen dentro de este. La sangre filtrada sale de esta estructura por la arteriola eferente, continuando su circulación.

Muchos desechos metabólicos y otros solutos que no serán aprovechados por el cuerpo son filtrados en este proceso. Sin embargo, también moléculas de pequeño tamaño que son necesarias para el organismo abandonan el torrente sanguíneo durante la filtración. Algunas de estas moléculas son la glucosa y los aminoácidos. A este líquido (precursor de la orina), conformado por moléculas de desecho, nutrientes, y grandes cantidades de agua, se le llama filtrado glomerular. Los riñones humanos forman alrededor de 180 litros diarios de este filtrado. Si todo ese líquido fuera eliminado, no sobreviviríamos, por lo que ocurren otros procesos, que veremos más adelante, que retienen más del 90 % del filtrado formado.

Arteriola eferente

Electrolitos y otros solutos pequeños Túbulo contorneado proximal

Glóbulo rojo Proteína plasmática

Glomérulo Arteriola aferente Barrera de filtración Filtrado

178

Unidad 4: Homeostasis, equilibrio interno

Unidad 4: Homeostasis, equilibrio interno

B. Reabsorción tubular

Concepto clave



Continuando con el proceso de formación de la orina, el filtrado glomerular abandona la cápsula de Bowman para ser vertido en los túbulos renales. En este lugar comienza el proceso denominado reabsorción tubular.



El filtrado glomerular, además de contener desechos, posee gran cantidad de agua y otros solutos útiles para el organismo. A través de distintos procesos de transporte celular, se efectúa la reabsorción de los solutos presentes en el filtrado. De esta forma, se realiza la captación selectiva de glucosa, aminoácidos, vitaminas y otros solutos indispensables. Estos son reenviados hacia el torrente sanguíneo a través del túbulo contorneado proximal, donde también se reabsorbe el 80 % del agua a través de osmosis, mientras que parte del porcentaje restante lo hace en diferentes zonas de los túbulos renales. Muchos iones, como Na+, K+ o Ca2+, son reabsorbidos a lo largo de los túbulos renales por bombas de transporte activo.

transporte activo: paso de sustancias o moléculas a través de una membrana semipermeable desde zonas de menor concentración a zonas de mayor concentración. Este proceso requiere gasto de energía (ATP).

Glucosa, Na+ y aminoácidos

Reabsorción de Na+

H2O

Corteza Reabsorción de H2O H2O

La glucosa y los aminoácidos se reabsorben por completo en personas sanas, pero todas las moléculas poseen un umbral renal, que es el límite de reabsorción para aquella sustancia. Una vez sobrepasado el límite, las moléculas no se siguen reabsorbiendo y pasan a formar parte de la orina.

H2O ClNa+

Actividad 4

Médula

Analizar Gráfico 3: Función renal en relación con la presión arterial

1. ¿Por qué la presión por debajo de 50 mmHg perjudica la función renal? 2. ¿Cómo explicarías que la tasa de filtración glomerular funcione correctamente bajo un amplio rango de presiones arteriales superiores a 90 mmHg?

Tasa de filtración glomerular (mL/min)

Observa el gráfico y responde las preguntas. 150

Fuente: Purves, W. K., Sadava, Función D., Orians, G. H., renal normal Heller, D. (2003). Life: The Science of Biology. 7ª edición. Sunderland, Sinauer Associates and 50 100 150 200 W. H. Freeman. Presión arterial (mmHg)

Falla renal 100

50

0

Capítulo I: Mecanismos de regulación del medio interno

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Mecanismos de regulación del medio interno

Capítulo I

Actividad 5

Interpretar

Los esquemas representan el proceso de reabsorción de la glucosa en la sangre utilizando una analogía. Cada espacio de la cinta corresponde a sitios de transporte activo de la glucosa. Analízalos y luego responde las preguntas planteadas. Glomérulo

A

B Orina

Circulación sanguínea

C Orina

Circulación sanguínea

Orina

Circulación sanguínea

1. ¿Cuál de los tres ejemplos corresponde al de una persona con diabetes mellitus? Fundamenta. 2. ¿Cuál de los tres ejemplos corresponde al de una persona, con estado de salud normal, que ha ingerido altas dosis de glucosa? Explica. 3. ¿Qué sucede con el umbral renal para la glucosa en el ejemplo C?

Interactividad

C. Secreción tubular

Ingresa al sitio web www.nlm.nih. gov/medlineplus/ spanish/tutorials/ kidneystonesspanish/htm/_ no_50_no_0.htm; donde encontrarás información sobre una enfermedad muy común de los riñones: la formación de cálculos. A continuación, explica brevemente la causa de esta enfermedad y cómo prevenir su aparición, diseñando un díptico en el computador con las herramientas que estimes conveniente.

180

En los túbulos renales ocurre otro proceso, que, a diferencia de la reabsorción tubular, permite secretar algunas sustancias hacia la orina. La secreción tubular es el proceso inverso al de reabsorción, ya que corresponde al paso de sustancias dañinas para el organismo desde los capilares peritubulares hacia los túbulos renales. Estas sustancias, mediante procesos de transporte activo o pasivo, pasan hacia el interior de los túbulos para ser eliminadas a través de la orina. La mayor parte de la secreción tubular ocurre en el túbulo contorneado distal. La secreción tubular tiene dos objetivos: eliminar sustancias de desecho, como drogas e iones K+, y mantener el equilibrio ácido-base, lo que amortigua el exceso de acidez derivado de la actividad metabólica celular a través de la eliminación de iones H+. De esta forma, si existe un exceso de solutos que han sido reabsorbidos en el túbulo contorneado proximal, pueden ser eliminados a través de la secreción en el túbulo contorneado distal.

Unidad 4: Homeostasis, equilibrio interno

Unidad 4: Homeostasis, equilibrio interno

Túbulo contorneado proximal

Túbulo contorneado distal

H+ K+

H2O

H2O

Corteza

HCO3Na+

HCO3Na+

El ion bicarbonato (HCO3-) es devuelto con rapidez hacia la sangre para mantener el pH adecuado. Es así como la secreción de H+ hacia el filtrado evita que el HCO3se elimine en la orina. Si el organismo detecta que existe una concentración elevada de H+ (ion que contribuye en la reabsorción de HCO3-), puede eliminar dicho exceso desde el túbulo contorneado distal, secretando concentraciones variables de este ion hacia la orina. Producto de las secreciones de H+, la orina suele tener un pH ácido.

Na+

Na+ Cl-

H2O

H2O H2O

NaCl H2O

Médula

Túbulo colector

Actividad 6

Analizar-investigar

Observa los esquemas que representan lo que ocurre con tres solutos (X, Y y Z) luego de su paso por el nefrón. Luego, responde las preguntas. Sustancia X

Sustancia Y

Sustancia Z

Capilar sanguíneo

Capilar glomerular

Cápsula de Bowman Orina

Orina

Orina

1. ¿Qué soluto, luego de ser filtrado, se reabsorbe y excreta? 2. ¿Qué soluto es filtrado y secretado, pero no reabsorbido? 3. ¿Qué soluto es filtrado y reabsorbido en su totalidad?

Capítulo I: Mecanismos de regulación del medio interno

181

Capítulo I

Mecanismos de regulación del medio interno

2.3 Control del balance de agua en el medio interno Concepto clave balance osmótico: corresponde al equilibrio entre el agua que se ingiere y la que se excreta o se elimina del organismo. Está determinado por la cantidad de Na+ en el líquido extracelular.

Como ya has aprendido, el sistema renal cumple un rol fundamental en la mantención del volumen de la sangre, a partir del control de los niveles de agua. Este proceso debe ser controlado y regulado para lograr el equilibrio esperado. Es por esto que el sistema endocrino participa de este control y, mediante la estimulación hormonal, el riñón aumenta la tasa de recaptura de agua. De esta manera, el organismo puede soportar estados extremos de deshidratación. Cuando disminuye el nivel de agua del plasma sanguíneo, se produce una alteración del balance osmótico del organismo. Esto genera un aumento de la osmolaridad o presión osmótica del plasma (mayor concentración de solutos como el Na+ en la porción líquida de la sangre debido a una disminución de los niveles de agua). Dicha perturbación activa los osmorreceptores del hipotálamo, y se desencadenan dos procesos: por un lado, la secreción de la hormona antidiurética (ADH) por parte de la neurohipófisis, lo que estimula la recaptación de agua en los riñones; y por otro activa el centro de la sed, lo que genera la conducta de beber agua. Como ves, nuevamente trabajan coordinadamente los sistemas nervioso y endocrino. Producto del aumento de la presión osmótica del plasma sanguíneo, los osmorreceptores del hipotálamo se activan, lo que provoca la sensación de sed, al mismo tiempo que la acción de la ADH activa la reabsorción de agua. A este proceso de reabsorción de agua a partir de una señal hormonal se le denomina reabsorción facultativa y es un proceso que obedece a una retroalimentación negativa.

ADH ADH

Deshidratación – feed back negativo

H2O

Incremento de la osmolaridad del plasma

H2O

Osmorreceptores en el hipotálamo

Neurohipófisis

Aumento en la reabsorción de agua

182

Unidad 4: Homeostasis, equilibrio interno

Incremento de la secreción de ADH

Sed

Aumento en la ingesta de agua

Unidad 4: Homeostasis, equilibrio interno

El flujo normal de excreción de la orina es de 16 mL/min, es decir, corresponde al volumen de orina que elimina una persona en óptimas condiciones. Si se ingiere mucha agua (volúmenes mayores que el anterior), el líquido extracelular se vuelve hipotónico, por lo que las células comienzan a absorber agua desde el exterior. Esto muchas veces produce hinchazón celular o edema, que incluso puede alcanzar las células cerebrales, causando convulsiones y coma, e incluso puede provocar la muerte. Esta rara condición se conoce como intoxicación por agua, cuyos síntomas también pueden aparecer cuando se administra vasopresina exógena y no se reduce la ingesta de agua.

Actividad 7

Analizar-inferir

Reunidos en grupos, analicen los siguientes gráficos y luego respondan las preguntas. Gráfico 4: Variación en la producción de orina después de la ingesta de 250 ml de agua

Gráfico 5: Variación en la producción de orina luego de una inyección de extracto de hipófisis, transcurrido un tiempo luego de la ingesta de agua 5 Orina (cm3/min)

Orina (cm3/min)

5 4 3

Ingesta de agua

2 1 0

20

0

20

40

60

80

Tiempo (min)

4 3 2 1 0

Inyección de extracto hipofisiario

60 80 100 120 140 160 Tiempo después de la ingesta de agua (min)

Fuente: Ministerio de Educación, Unidad de Currículum y Evaluación. (2004.) Programa de Estudio Tercer Año Medio Biología Formación General Educación Media. 2a edición. Santiago.

1. ¿Qué ocurre a nivel del nefrón que permite explicar la curva observada en el gráfico 4? 2. ¿A qué se debe el descenso de la curva después del minuto 80 en el gráfico 5? 3. ¿Qué tipo de efecto tiene el extracto hipofisiario en el nefrón?

Reflexionemos Beber agua es fundamental para las funciones corporales, sin embargo, el consumo excesivo en personas correctamente hidratadas no aporta ningún beneficio. Es común que en época de verano o al iniciar una dieta se consuma mayor cantidad de líquido, lo que perjudica la función renal, ya que resulta ser un mito que el beber más agua contribuya con la pérdida de peso; esta conducta solo aumenta la cantidad de orina excretada, e incluso puede provocar edemas cerebrales. Reúnanse en grupos y comenten las ventajas y desventajas del consumo de agua para nuestras funciones internas.

Capítulo I: Mecanismos de regulación del medio interno

183

Capítulo I

Mecanismos de regulación del medio interno

Taller de ciencias

Trabajo en equipo

Concentración de iones de los líquidos corporales, en relación con la concentración iónica del medio Antecedentes

Estrategias de contrastación y resultados

Los vertebrados prosperan en diversos hábitats, por lo que han desarrollado adaptaciones para regular la concentración de sales, cantidad de agua y eliminación de los desechos. Asimismo, cuando un organismo se encuentra adaptado a un medio determinado, es capaz de regular su medio interno aun si existen variaciones en el entorno donde se desarrolla. Según el mecanismo de regulación, los vertebrados pueden ser hiperosmóticos, hiposmóticos e isosmóticos, los que, al cambiar la concentración del medio, regulan las condiciones de sus fluidos corporales.

Para contrastar su hipótesis, lean y discutan a partir de los datos obtenidos en una investigación realizada en el año 1961 por un grupo de investigadores de la Universidad de California, quienes manipularon el ambiente de la rana de agua dulce Fejervarya cancrivora.

Problema de investigación Analicen con su equipo de trabajo los antecedentes entregados y discutan los siguientes problemas: ¿qué sucederá con la concentración de iones en el plasma y orina de una rana de agua dulce que es puesta en agua salada? ¿Cómo influye la concentración de iones del medio sobre la concentración interna en un organismo que posee una piel permeable? Escojan uno de los problemas para continuar el taller. Planteamiento de hipótesis Planteen como equipo de trabajo una respuesta tentativa al problema de investigación escogido mediante una hipótesis. Identifiquen las variables consideradas y las características de los organismos en estudio.

184

Unidad 4: Homeostasis, equilibrio interno

Gráfico 6: Concentración interna versus concentración externa 1000 800 Concentración interna (millosmolar)

En el caso de los anfibios, estos poseen una piel permeable, la cual permite una entrada masiva de agua. Al ser organismos de agua dulce, expulsan orina muy diluida y absorben sales a nivel de los túbulos renales.

Los datos obtenidos por los investigadores se ilustran en el gráfico 6. Este gráfico entrega antecedentes sobre las propiedades de la sangre y la orina en una rana cancrivora aclimatada a agua dulce y a varias concentraciones de agua de mar. Las líneas representan las concentraciones de la orina y del plasma sanguíneo de la rana al variar la concentración de sales del entorno.

Plasma Línea isosmótica

600 Orina

400 200

0

200

400

600

800

Concentración externa (millosmolar) Fuente: Gordon, M. y colaboradores. (1961). Osmotic regulation in the crab-eating frog (rana cancrivora) Departments of Zoology, University of California, J. Exp. Biol. 38. 659-678.

Unidad 4: Homeostasis, equilibrio interno

Análisis e interpretación de evidencias

Conclusiones y comunicación de resultados

Discutan la información que entrega el gráfico. A continuación, analícenla y respondan las siguientes preguntas.

Redacten en conjunto conclusiones que respondan al problema planteado, fundamentando con lo aprendido en el taller.

a. ¿Qué variable fue manipulada por los investigadores? ¿Qué rangos se registraron?

Para comunicar los resultados escojan entre redactar un informe o realizar un póster. Recuerden revisar los anexos 1 y 3 de las páginas 285 y 287 de su texto.

b. ¿Qué sucede con la concentración de los líquidos fisiológicos de la rana cuando se encuentra en su medio de agua dulce?

Proyección

c. Al aumentar la concentración de sales en el medio, ¿qué sucede con la presión osmótica de los líquidos corporales?

Como proyección del trabajo, propongan un problema científico que compare las capacidades de los organismos hiposmóticos e hiperosmóticos con los isosmóticos. Por ejemplo: ¿qué organismos soportan mayores variaciones de concentración iónica externa?, ¿qué estrategias han desarrollado aquellos organismos que toleran un bajo rango de concentración iónica?

d. Según los datos que observan, infieran si la rana cancrivora regula la entrada de iones a su organismo. e. Clasifiquen a la rana cancrivora según su mecanismo de osmorregulación. f. ¿De qué manera la rana regula su medio interno con respecto al externo? ¿Qué órganos participan en esta función? g. ¿Será necesario en un medio de concentración externa de 800 millosmolar, que la rana cancrivora absorba sales a nivel tubular?, ¿por qué? h. ¿Cómo será el funcionamiento de los riñones de esta especie de rana en medios con altas concentraciones de iones? i. ¿Influyen las diferencias de concentración iónica del medio en los líquidos corporales de la rana? j. Según los análisis realizados, ¿aceptan o rechazan la hipótesis planteada? Comenten.

Capítulo I: Mecanismos de regulación del medio interno

185

Síntesis y evaluación

Capítulo I

Mapa conceptual Completa el siguiente esquema con los términos que correspondan. Recuerda los conceptos tratados en el capítulo. Homeostasis es necesaria para por lo que el medio debe mantener

1. regulando los líquidos corporales a través del

2.

Concentración necesaria de agua y sales

Sistema renal 3. formado por

4.

Uréter

constituido por

Nefrones

5.

conduce 6.

Uretra almacena

La orina hasta la micción

permite 7.

Evaluación de proceso I. Marca una V si la afirmación es verdadera y una F si es falsa. Justifica las falsas. 1. V

F En el túbulo contorneado proximal se reabsorbe la mayor cantidad de agua por transporte

2. V

F Si el organismo ha reabsorbido un exceso de solutos a nivel del túbulo contorneado

3. V

F En condiciones de deshidratación, los túbulos renales reabsorben menos agua, por lo que se

4. V

F Cuando la concentración de solutos en la sangre es elevada se libera ADH, que promueve

5. V

F El pH ácido de la orina se debe a la reabsorción de los iones H+ y K+ por el túbulo

pasivo, mientras que el resto lo hace en diferentes zonas de los túbulos renales. proximal, estos pueden ser eliminados posteriormente a través de la secreción en el túbulo contorneado distal. produce orina más diluida que lo habitual. la reabsorción de agua. contorneado distal.

186 Unidad 4: Homeostasis, equilibrio interno

Capítulo I - Homeostasis

II. Desarrolla las siguientes preguntas. 1. ¿Qué papel desempeñan los sistemas circulatorio, digestivo y excretor en el mantenimiento homeostático de un organismo? 2. ¿Cuál es el papel del riñón en la regulación del contenido de solutos y agua del plasma sanguíneo? 3. ¿Cuál es la ventaja de la regulación interna de la temperatura, independiente de las condiciones térmicas del medioambiente? 4. Describe qué ocurre con las secreciones de insulina, glucagón y glucosa cuando existe hiperglicemia e hipoglicemia.

III. Completa el esquema del riñón con las estructuras que correspondan. Luego responde las preguntas. a. ¿Qué condición desencadena la secreción de renina desde el riñón? b. Identifica los sectores del nefrón por donde se secretan las sustancias de desecho que se eliminan finalmente en la orina.

Me evalúo Completa la siguiente tabla, siguiendo las instrucciones de tu profesor o profesora Puntaje

Ítem/ pregunta

Total

Conocer el concepto de homeostasis y los mecanismos que regulan la temperatura, la glicemia, la presión sanguínea y los líquidos corporales.

II

4

Identificar al sistema renal como principal regulador del equilibrio osmótico y de la excreción de desechos del organismo.

III

7

Comprender el proceso de formación de la orina, reconociendo al nefrón como unidad funcional en la síntesis y eliminación de este desecho.

I

5

Debería

Obtenido

¿Qué debo hacer?

Según los puntajes obtenidos, realiza las actividades que te indicará tu profesor o profesora.

Unidad 4: Homeostasis, equilibrio interno 187

Capítulo

II

Homeostasis y estrés 1. El estrés y sus causas Según las ideas y concepciones de varios científicos, el estrés se define como un conjunto de cambios fisiológicos que ocurren cuando el organismo se enfrenta a una situación que provoca un desequilibrio o un cambio en el modo de vida que una persona acostumbra tener. Afortunadamente, el organismo posee mecanismos que permiten compensar estos cambios y restablecer los estados iniciales para así mantener la homeostasis.

1.1 Agentes estresores El agente inicial que induce la aparición de estrés se denomina estresor. Este es un estímulo o una situación, que puede ser de naturaleza física, como la deshidratación o la exposición continuada al frío, o de naturaleza psicológica, como las malas relaciones familiares, el despido de un trabajo o una situación económica difícil. Sin importar la resistencia que manifieste una persona, los estresores sorpresivos o violentos siempre producen estrés.

El estrés se asocia comúnmente a un trastorno de presión social o a una afección emocional. Sin embargo, el estrés también puede derivar de cambios fisiológicos. Por ejemplo, ¿qué ocurre con tu cuerpo cuando sientes frío? ¿O cuando has dejado de alimentarte durante horas? En este capítulo conocerás los factores que originan estados estresantes, además de las respuestas fisiológicas que se desencadenan.

Uno de los agentes estresores más frecuentes es la percepción de una amenaza real. Por ejemplo, cuando vemos un perro ladrando, pensamos que nos puede morder, o cuando se está en peligro de un aluvión o de las réplicas de un movimiento telúrico. Una situación amenazante también genera estrés. Por ejemplo, el temor de que un extraño pueda ingresar a nuestro hogar o que pensemos que reprobaremos alguna asignatura. Las sensaciones de amenaza derivan en el miedo, un estado emocional que posteriormente actúa como estresor psicológico. Los estresores son un estímulo que desencadena respuestas a nivel nervioso, endocrino, conductual y psicológico, que preparan al individuo para enfrentarlo. Es lo que ocurre cuando tendemos a luchar o huir de alguna situación.

El ladrido de un perro, como lo ilustra la fotografía, corresponde a un agente estresor y es un estímulo que desencadena respuestas fisiológicas propias del estrés.

188 Unidad 4: Homeostasis, equilibrio interno

Unidad 4: Homeostasis, equilibrio interno

Los estímulos generados por los agentes estresores son procesados de manera consciente en el cerebro y de manera insconsciente en el hipotálamo. Este último es el principal encargado de ejecutar la respuesta frente al estrés, que consiste en un conjunto de cambios cuya función es facilitar la resistencia al estresor. Sin embargo, si el estresor se mantiene en el tiempo, la respuesta puede derivar en la manifestación de otros síntomas o patologías.

Actividad 8

Hans Seyle (1907-1982)

Identificar-relacionar

Con respecto a lo que acabas de aprender sobre estrés y los factores que lo provocan, identifica en cada situación si el agente estresor es de origen físico o psicológico. Situación

Biografía

Agente estresor

A. Temor a las arañas. B. Problemas de pareja. C. Exceso de trabajo. D. Muerte de un ser querido. E. Exposición prolongada a altas temperaturas. F. Detención violenta de un automóvil.

1.2 Tipos de estrés Hans Seyle describió por primera vez las características del estrés. Este científico lo categorizó de acuerdo con el tiempo de acción y a los efectos que tiene sobre el individuo. Distinguió entre estrés agudo o fase adaptativa y estrés crónico o fase de agotamiento.

Fisiólogo y médico austrohúngaro. En 1950 publicó su obra más famosa: El stress: un estudio sobre la ansiedad. Fue el primer científico que investigó el estrés. Seyle centró sus estudios en los estresores físicos. Fue él quien descubrió la naturaleza inespecífica del estrés, lo que quiere decir que aunque el agente estresor puede variar, la respuesta fisiológica en muchas ocasiones es similar. Su segundo gran aporte fue la clasificación del estrés en dos tipos: el estrés adaptativo y el estrés crónico, que veremos más adelante. Seyle definió el estrés como el desgaste que una persona sufre durante su vida.

A. Estrés agudo

El estrés agudo tiene relación con la aparición del estado de alerta. Puede ser originado por una situación violenta o sorpresiva, lo que desencadena la preparación del organismo para responder a este estado. En la naturaleza, los animales que son presas manifiestan estados de estrés agudo cuando perciben la presencia o el inminente ataque de su depredador. Los seres humanos solemos presentar estrés agudo derivado de estresores psicológicos y sociales, que en la gran mayoría de los casos no ponen en riesgo nuestras vidas. Por esto, los científicos lo denominan estrés nervioso o psicológico. Capítulo II: Homeostásis y estrés

189

Capítulo II

Homeostasis y estrés

B. Estrés crónico Reflexionemos La conducta de los animales que vemos en los zoológicos no es igual a la que podemos observar en los programas de televisión que muestran la conducta de la vida salvaje. Las jaulas, el espacio reducido y la falta de estímulos originan en los animales estados de estrés que se manifiestan, entre otras conductas, con comportamientos estereotipados, que se definen como acciones constantes y repetitivas que no tienen una finalidad o una función. Caminar en círculos o morderse la cola son ejemplos representativos de estados de estrés en los animales de exhibición. Averigua qué es el enriquecimiento ambiental y cómo influye en el bienestar de los animales en cautiverio.



El estado de estrés crónico se produce cuando el organismo no logra responder bien a los requerimientos fisiológicos que este estado le provoca. Esto puede ocurrir por la influencia de estresores psicológicos que se mantienen a lo largo del tiempo, como las exigencias laborales, las presiones académicas a las que están sometidos los estudiantes, entre otros. Esto incluye una baja general de las funciones fisiológicas, lo que se puede transformar en una enfermedad crónica por daño a los órganos, incluso puede llegar a ser mortal.



Existe una etapa intermedia entre el estrés agudo y el crónico, la fase de resistencia. En ella, el organismo se esfuerza por mantener constantes los parámetros que han sido alterados por algún estresor, lo que pone en marcha un sinnúmero de procesos internos para nivelar y restablecer el equilibrio inicial. Si esta etapa se prolonga por mucho tiempo, es probable que se desarrolle estrés crónico o se llegue a la etapa de agotamiento.



El estrés crónico es considerado una enfermedad, ya que los cambios generados por el organismo para lograr la adaptación llegan a un límite. Esto provoca que el cuerpo se dañe por una sobrecarga de exigencia, lo que reduce las probabilidades de sobrevivencia del individuo.

Modelo de Seyle de síndrome general de adaptación al estrés

Nivel normal de resistencia del cuerpo

A Alarma

B Resistencia

C Agotamiento

Fuente: Jaureguizar, J. y Espina, A. (2005). Enfermedad física crónica y familia. 1a edición en versión digital. Libros en red.

A Fase de alarma: percepción de una situación de estrés. Se generan alteraciones fisiológicas y psicológicas. Se rompe el equilibrio y se activan los mecanismos de regulación de la homeostasis.

B Fase de resistencia: todos los sistemas se encuentran en alerta para resistir los cambios que provoca el agente estresor. Aumenta la resistencia.

C Fase de agotamiento: la fase de resistencia no fue capaz de adaptarse o detener al agente estresor, por lo que el organismo no tiene posibilidades de recuperarse y se hace inminente el desgaste de los órganos y sistemas que lo conforman.

190

Unidad 4: Homeostasis, equilibrio interno

Unidad 4: Homeostasis, equilibrio interno

Tabla 3: Consecuencias generadas por estados prolongados de estrés crónico 1. Fatiga corporal y desgaste muscular prematuro. 2. Diabetes. 3. Hipertensión. 4. Enanismo psicogénico (niños que no se desarrollan producto de estrés infantil). 5. Descalcificación ósea. 6. Impotencia sexual, supresión ovulatoria y pérdida del impulso sexual. 7. Depresión inmunológica. 8. Degeneración neuronal acelerada (durante la vejez). Durante décadas los especialistas han indagado en la forma en que el estrés crónico se relaciona con la manifestación de otras enfermedades. Gracias a estas investigaciones hoy se puede establecer que este estado influye en la aparición de enfermedades físicas, puesto que se origina una disminución de la función del sistema inmunológico. A los trastornos que se manifiestan con síntomas físicos, pero cuyo desarrollo está influido por factores psicológicos, se les denomina trastornos psicosomáticos. Uno de los más conocidos son los casos de úlceras gástricas. Estas fueron consideradas una enfermedad exclusivamente psicosomática, hasta que se demostró que el agente causante era la bacteria Helicobacter pylori. Las úlceras gástricas son lesiones de las paredes del estómago y del duodeno, que en algunos casos pueden ser mortales. Aunque se ha demostrado que el agente causal es una bacteria, también se ha evidenciado que la bacteria por sí misma no es capaz de producir úlceras gástricas en la gran mayoría de las personas a las que infecta, por lo que la manifestación de la enfermedad está mediada por la depresión inmunológica que genera este tipo de estrés.

Conexión con...

Literatura

El enanismo psicogénico es un síndrome que aparece en niños pequeños por la exposición a situaciones extremas de estrés. Se ha evidenciado que estos niños carecen de cariño y cuidados necesarios para desarrollarse normalmente. Uno de los casos más conocidos es el de J. M. Barrie, autor de la novela Peter Pan. Barrie, siendo adulto, no creció ni maduró sexualmente y llenó sus cuentos de niños que nunca crecían. Padeció enanismo psicogénico a raíz de una infancia de abandono, con un padre frío y distante y una madre despreocupada. Esta situación se transformó en una profunda depresión debido a la muerte de su hermano mayor.

J. M. Barrie jugando con Michael Llewelyn Davies, quien interpretó a Peter Pan en 1906.

Capítulo II: Homeostásis y estrés

191

Capítulo II

Homeostasis, equilibrio interno

1.3 Respuesta frente al estrés La respuesta fisiológica al estrés puede derivar en conductas de lucha o huida de organismos en peligro. Estas incrementan el riesgo de sufrir heridas, las que generan inflamaciones que derivan en la aparición de dolor y dificultades para huir del lugar en el que se expone al peligro. Por esto, inhibir la respuesta inflamatoria en el corto plazo, contribuye a aumentar las posibilidades de supervivencia. En el largo plazo, si el organismo mantiene este estado de alerta y no se retorna al estado de equilibrio, el estrés se vuelve crónico y los efectos pueden ser desastrosos para el organismo, ya que, por ejemplo, la falta de inflamación indica disminución de la actividad inmunológica. Cuando se presenta un agente estresor ocurre una serie de cambios fisiológicos efectuados a partir de la interacción en conjunto de los sistemas endocrino y nervioso. Esta respuesta fisiológica es mediada por el hipotálamo a través del sistema endocrino y el sistema nervioso simpático. A partir de la activación de ambas cadenas de reacciones, se produce una serie de cambios, cuyos principales aspectos se detallan en el siguiente esquema.

Agente estresor

Estrés

Hipotálamo

Actividad 9

Analizar

Observa el esquema de esta página y responde las siguientes preguntas. 1. ¿Por qué es importante que aumente la glicemia durante el estrés? 2. ¿Qué es el estado de vigilia?, ¿cuál es su importancia en la respuesta a un agente estresor? 3. ¿Qué respuesta es más rápida, la nerviosa o la endocrina? Fundamenta.

192

Unidad 4: Homeostasis, equilibrio interno

SN simpático

Sistema endocrino

Adrenalina

Glándulas suprarrenales

Aumenta la frecuencia cardíaca Aumenta el estado de vigilia Aumenta la irrigación al cerebro y a los músculos Disminuye la irrigación de la piel y los riñones

Adrenalina Aumenta la glicemia Disminuye la inflamación Inhibe reacciones alérgicas Disminuye el deseo sexual

Cortisol

Unidad 4: Homeostasis, equilibrio interno

1.4 Respuesta neuroendocrina frente al estrés Una situación de estrés desencadena respuestas provenientes del sistema nervioso a través del eje hipotalámico-hipofisiario-adrenal, que involucra también a las glándulas suprarrenales. Como ya aprendiste en la unidad 2 el sistema nervioso simpático actúa frente a situaciones que alteran el normal equilibrio, y el sistema nervioso parasimpático restablece las condiciones normales luego de reaccionar frente a una amenaza. La respuesta del sistema nervioso simpático frente a agentes estresores consiste en estimular la liberación de adrenalina y noradrenalina desde la médula suprarrenal. Ambas hormonas actúan produciendo un estado de alerta, caracterizado por un aumento de la frecuencia cardíaca y de la irrigación cerebral, temblores musculares y ansiedad. Este mismo sistema de control estimula también a la corteza suprarrenal, la que libera glucocorticoides (como cortisol), que originan un aumento en la formación de glucosa, efectos inmunosupresores y antiinflamatorios, entre otros. Cuando desaparece el agente estresor, disminuye la respuesta del sistema nervioso simpático y disminuye la concentración de cortisol en la sangre, lo que actúa como feed-back negativo sobre las células productoras de CRH y ACTH, retornando de esta forma las concentraciones sanguíneas de glucocorticoides a la normalidad. activa

Agente estresor

respuesta neuronal

Hipotálamo libera CRH

SN simpático Médula suprarrenal

CRH: hormona liberadora de corticotropina ACTH: corticotropina libera ACTH

libera

Corteza suprarrenal

Adrenalina y noradrenalina

Cortisol

Corazón

Hígado

Arteriolas Adipocitos

aumenta la frecuencia cardíaca

estimula el redistribución catabolismo del flujo de glucógeno sanguíneo

situación de alerta, lucha o huida

estimula la liberación de ácidos grasos

Músculo

Hígado

estimula el estimula el catabolismo catabolismo de glucógeno de glucógeno

aumento de la actividad metabólica

Capítulo II: Homeostásis y estrés

193

Capítulo II

Homeostasis, equilibrio interno

A. Efectos del cortisol

El cortisol, además de todas las funciones que cumple normalmente en el organismo, posee una acción metabólica en presencia de un episodio de estrés, ya que estimula la liberación de glucosa en la sangre, activando el catabolismo del glucógeno en el hígado y en el músculo; acelera la degradación de proteínas para convertirlas en glucosa y contribuye en la liberación de las grasas desde los adipocitos para sustentar la necesidad de glucosa ante un evento de alerta, lucha o huida. Cualquier tipo de estrés desencadena la secreción de cortisol en minutos, llegando a aumentar veinte veces su valor normal.



Con relación a los efectos del cortisol durante el estrés, se ha evidenciado que genera una eficacia adecuada en el sistema inmune el cual se deprime evitando una respuesta exagerada que podría desembocar en una reacción autoinmune fulminante.

La conducta de huida de una presa está determinada por una serie de cambios fisiológicos inducidos por la secreción de cortisol y la activación del sistema nervioso simpático.

Actividad 10

Analizar-identificar

Lee los siguientes antecedentes, analiza el gráfico y responde las preguntas. Se ha demostrado que las experiencias previas pueden influir en las respuestas fisiológicas frente al estrés. En el año 1967, un grupo de investigadores demostraron que el cuidado maternal en las crías de ratas durante los primeros días de vida, disminuía los niveles de cortisol frente a la presencia de un agente estresor en la etapa adulta. Ellos sugirieron que la conducta del cuidado maternal proyecta variaciones en las respuestas hormonales frente al estrés en la descendencia. A este efecto se le denominó inmunización al estrés. 1. ¿Cómo se relaciona el cuidado de la madre con la secreción de cortisol en las ratas crías? 2. ¿Por qué se puede señalar que existe una asociación inversa entre las dos variables del gráfico? 3. ¿Qué entiendes por “inmunización al estrés”? 4. ¿Cuál habrá sido el problema planteado por los investigadores y una posible hipótesis?

194

Unidad 4: Homeostasis, equilibrio interno

Gráfico 7: Niveles de cortisol presentes en las ratas adultas después de la acción de un estresor

70 50 30 10

Fuente: Liu, D. y otros. (1997). Maternal care, hippocampal glucocorticoid receptors, and hypothalamic pituitary-adrenal responses to stress. Science 277(5332) 1659-1662. (Adaptación).

50 100 150 200 Tiempo (en minutos) dedicado al acicalamiento y cuidado de la cría por parte de la madre durante los primeros diez días de vida de la cría.

Unidad 4: Homeostasis, equilibrio interno

Lectura científica

Prurito psicogénico, ¿comezón psicológica? L

os factores psicológicos implicados en los episodios de estrés se relacionan con un complejo mecanismo de control en el que participan varios sistemas, como el nervioso, el endocrino y el inmune, entre otros. La comezón es una sensación específica de la piel y de algunas mucosas. El término “prurito psicogénico” se designó en 1967 y se refiere específicamente a la comezón relacionada con alteraciones emocionales, inadecuado manejo de las tendencias agresivas, ansiedad, limpieza exagerada y miedo a la enfermedad. El sistema nervioso está relacionado, de una manera u otra, con la mayor parte de los padecimientos dermatológicos (trastornos de la piel), particularmente con aquellos en los que se presenta inflamación y reacción inmunológica. El prurito es una afección bastante incómoda y específica, que genera el deseo de rascarse. Aunque este síntoma se relacione con una enfermedad somática (relativa a alteraciones corporales), el prurito psicogénico y los factores psicosociales tienen una relevancia fundamental en las causas que lo provocan. Los factores psicológicos del prurito se asocian en muchas ocasiones a la depresión y la ansiedad, lo que disminuye la calidad de vida de las personas que lo padecen.

Además, influye en el aumento de la sensación de picazón, lo que origina “prurito inducido mentalmente”. Como la piel tiene una relación íntima con el sistema nervioso, el paciente con prurito psicogénico dice tener, literalmente, “los nervios a flor de piel”. Esto ocurre debido a que la inervación de las células dérmicas y epidérmicas constituye la red de conexión nerviosa más densa en el ser humano. Hasta hoy es difícil precisar cuál es la incidencia y prevalencia real de los casos de prurito psicogénico, pues los pacientes acuden al médico solo cuando el síntoma de la comezón se convierte en una molestia persistente o incapacitante. Fuente: Poletti, E. Muñoz, M. (2007). Prurito psicógeno: diagnóstico ineludible del internista. Medicina Interna de México. 23(6) 517-523. México D.F.: Role Model. Recuperado 28 de febrero de 2011 de: www. nietoeditores.com.mx/download/med%20interna/ noviembre-diciembre%202007/Med%20Int-517-23.pdf (Adaptación).

Trabaja con la información 1. ¿Qué factores psicosociales pueden provocar la aparición de prurito psicógeno? 2. ¿Con qué enfermedades psicológicas se asocia el prurito? 3. ¿Cómo crees tú que este síntoma afecta la calidad de vida de las personas que lo padecen? Capítulo II: Homeostásis y estrés

195

Capítulo II

Homeostasis y estrés

Taller de ciencias

Trabajo en equipo

La síntesis de cortisol en diferentes individuos Antecedentes

Estrategias de contrastación y resultados

Un agente estresante es capaz de alterar el equilibrio fisiológico de nuestro organismo. Esto genera una respuesta que se basa en mecanismos que intentan resistir el cambio y restablecer las condiciones iniciales. Durante esta etapa, se activa la secreción de algunas hormonas y se inhiben otras. Una de las respuestas más comunes es el aumento de la síntesis de cortisol, cuyos efectos se relacionan con el aumento del metabolismo de los hidratos de carbono, los lípidos y las proteínas.

Para evaluar la diferencia de reacción frente un agente estresor, los investigadores analizaron muestras de orina de cada alumno y alumna, para detectar las diferencias de secreción de cortisol en diferentes situaciones, la primera muestra fue tomada al comienzo del curso (situación neutra) y la segunda el mismo día del examen (situación de estrés). Los resultados se muestran en el siguiente gráfico.

En este taller trabajarán analizando un estudio realizado por un grupo de investigadores de la Universidad de las Islas Baleares, de España. Ellos analizaron la respuesta ante el estrés, percibido por un grupo de 45 estudiantes ante un examen. Para esto, se midió la secreción de cortisol mediante la toma de muestras de orina. El problema de investigación que se plantearon los investigadores fue: ¿existen variaciones en la liberación de cortisol en hombres y mujeres frente a episodios de estrés?

Gráfico 8: Variaciones de cortisol en hombres y mujeres presente en la orina Mujeres (N=25)

0,12

Hombres (N=10)

0,1 Nivel de cortisol

Problema de investigación

0,091 0,076

0,08 0,06

0,066 0,057

0,04

Planteamiento de hipótesis Propongan una hipótesis, la cual relacione las variables y proporcione una respuesta tentativa al problema planteado.

0,02 0

Situación neutra

Situación de estrés

Fuente: García, G., y colaboradores. (2004). La respuesta de cortisol ante un examen y su relación con otros acontecimientos estresantes y con algunas características de personalidad. Revista Psicothema, 16(2), 294-298.

196

Unidad 4: Homeostasis, equilibrio interno

Unidad 4: Homeostasis, equilibrio interno

Análisis e interpretación de evidencias

Proyección

A partir de los resultados obtenidos, respondan las siguientes preguntas:

Propongan, como proyección del trabajo, otro problema de investigación que incorpore otra variable a analizar. Puede ser la edad, la hora del día en que se enfrenta a la situación de estrés, los alimentos que han ingerido los individuos, si presentan alguna patología, entre otras.

a. ¿Qué respuesta fisiológica es común para ambos géneros en el experimento? b. ¿Cuál es la diferencia observada entre los individuos analizados? c. Con los datos obtenidos, ¿se pueden inferir las diferentes respuestas en base a la edad de los individuos? d. Si la situación de estrés fuera distinta para hombres y mujeres en el experimento, ¿podrían concluir que la secreción de cortisol es diferente solo en función del género?, ¿por qué? e. Tomando en cuenta el problema planteado y los resultados obtenidos, ¿aceptan o rechazan la hipótesis propuesta por ustedes? Conclusiones y comunicación de resultados Para finalizar el trabajo redacten una conclusión que relacione las variables estudiadas en la investigación. Para la comunicación de resultados, realicen un resumen de la investigación. Apoyen su trabajo revisando el anexo 2 de la página 286 de su texto. Luego envíenlo por correo electrónico a sus compañeros y compañeras de curso y escojan, entre todos, los tres resúmenes mejor logrados.

Capítulo II: Homeostásis y estrés

197

Síntesis y evaluación

Capítulo II

Mapa conceptual Completa el siguiente esquema con los términos que correspondan. Recuerda los conceptos tratados en el capítulo. Estrés es una condición que origina respuestas de tipo

1.

Conductuales originadas por un

Físico que puede ser

2.

3.

que puede provocar dos tipos de estrés

Estrés agudo

5.

que se traduce en un estado de

el cual, si mantiene en el tiempo, puede alterar la

Sobrevivencia

4.

Evaluación de proceso I. Relaciona los conceptos de la columna A con las definiciones que correspondan en los espacios de la columna B. Columna A

Columna B

1. Estrés

Entrega el combustible necesario para mantener al organismo en estado de alerta, lucha o huida.

2. Hipotálamo

Glándula en la que se procesan de manera inconsciente los estímulos generados por los agentes estresores.

3. Estresor

Secreta hormonas que regulan algunas de las respuestas frente a los episodios de estrés.

4. Glándula suprarrenal

Alteración del equilibrio interno capaz de poner en peligro la integridad física y psicológica de un individuo.

5. Aumento del metabolismo

Factor físico o psicosocial al que está expuesto un individuo durante su vida.

198 Unidad 4: Homeostasis, equilibrio interno

II. Marca una V si la afirmación es verdadera y una F si es falsa. Justifica las falsas. 1. V

F Como respuesta a un agente estresor, el organismo disminuye el flujo de sangre al cerebro y

2. V

F En respuesta al estrés, las glándulas suprarrenales liberan adrenalina y noradrenalina,

3. V

F En el mecanismo de respuesta frente al estrés, opera el sistema nervioso simpático, liberando

4. V

F Las glándulas suprarrenales generan una retroalimentación negativa con la hipófisis para

5. V

F La respuesta inflamatoria durante el estrés no provoca ningún problema a largo plazo.

los músculos. que aumentan la frecuencia cardíaca, la irrigación cerebral y además provocan estados de ansiedad. hormonas, al igual que lo hace el sistema endocrino. estimular aún más la secreción de cortisol en presencia de un estado estresante.

III. Escribe en cada línea si la situación presentada corresponde a un agente estresor de tipo fisiológico o psicológico. 1. Exposición a temperaturas extremas. 2. Fracturas.



3. Exposición a grandes alturas. 4. Soledad. 5. Tristeza. 6. Problemas económicos. 7. Rutina laboral. 8. Exceso en la ingesta de comida.

Me evalúo Completa la siguiente tabla, siguiendo las instrucciones de tu profesor o profesora. Puntaje

Ítem/ pregunta

Total

Conocer la naturaleza del estrés y los agentes que lo provocan.

III

8

Comprender las respuestas que desencadena el organismo frente a una situación de estrés.

II

5

Integrar el conocimiento de los sistemas nervioso y endocrino para analizar la acción conjunta de estos en las respuestas frente al estrés.

I

5

Debería

Obtenido

¿Qué debo hacer?

Según los puntajes obtenidos, realiza las actividades que te indicará tu profesor o profesora.

Unidad 4: Homeostasis, equilibrio interno 199

Síntesis de la unidad

Unidad 4

Existen diferentes mecanismos homeostáticos que participan en la regulación y mantención de las condiciones de equilibrio interno. Algunos son: Sistema reninaangiotensina-aldosterona

Regulación de los solutos y los líquidos corporales

Regulación de la presión sanguínea

HOMEOSTASIS Insulinaglucagón Termorreceptores hipotalámicos

Regulación de la glicemia

Regulación de la temperatura

Glosario Estrés agudo Estado inicial producto de la influencia de un agente estresor que pone en alerta al organismo. Estrés crónico Trastorno que aparece por una sobrecarga del organismo debido a la exposición prolongada y continua al episodio estresante.

Estrés nervioso o psicológico Alteración provocada por estresores psicosociales. Es la forma de estrés agudo más común en la sociedad actual y el principal causante del estrés crónico.

Filtración glomerular Proceso que permite el paso de la sangre a presión hacia el glomérulo del nefrón. El objetivo es forzar la salida de agua, residuos disueltos y desechos.

Excreción Eliminación de sustancias de desecho del organismo. Varios sistemas se encargan de eliminarlas, entre ellos, el sistema renal.

Hormona antidiurética (ADH) Hormona que se elabora en el hipotálamo y se libera desde la neurohipófisis. Fomenta la reabsorción de agua en diversas zonas del túbulo renal para mantener el balance hídrico.

200 Unidad 4: Homeostasis, equilibrio interno

Riñón

Glomérulo

Nefrón

Corpúsculo renal

Túbulo proximal

Túbulo colector

Ocurren los procesos de filtración reabsorción y secreción tubular, que finalizan en la formación de la orina.

Túbulo distal Vena renal Arteria renal

Asa de Henle Deshidratación Estresores físicos

La alteración de cualquiera de estos parámetros, puede provocar episodios de estrés, causados por:

Exposición a altas temperaturas Ayuno prolongado Presión escolar

Estresores psicológicos Problemas familiares

Nefrón Unidad funcional del sistema renal. Estructura encargada de filtrar, absorber y reabsorber solutos y agua para fabricar la orina. Osmorregulación Mecanismo que permite a los seres vivos regular y equilibrar las concentraciones de soluto y la cantidad de agua de su medio interno, independientemente de las condiciones del exterior.

Retroalimentación negativa Mecanismo regulatorio propio de la homeostasis. Ocurre cuando una respuesta fisiológica inhibe al estímulo que la produjo para mantener estable la condición que está regulando.

Secreción tubular Ocurre en los túbulos renales, principalmente en el túbulo contorneado distal. Permite la eliminación de solutos que han sido reabsorbidos en exceso por el túbulo contorneado proximal y que no son útiles para el organismo.

Unidad 4: Homeostasis, equilibrio interno 201

Evaluación final

Unidad 4

I. Marca la alternativa correcta para cada pregunta. 1.

¿Qué es la reabsorción facultativa de agua? A. Es la recaptación de agua por el nefrón mediante la acción de una hormona. B. Es la concentración baja de solutos en la sangre. C. Es la disminución de la presión osmótica de la sangre. D. Es el nivel de glucosa de la sangre. E. Es el aumento del metabolismo producto del ejercicio intenso.

2.

¿Cuál es la función del glomérulo y de la cápsula de Bowman? A. Eliminar amoniaco del organismo. B. Reabsorber agua. C. Reabsorber minerales y aminoácidos. D. Filtrar la sangre y capturar el líquido filtrado. E. Diluir la orina.

3.

Cuando ocurre deshidratación se genera un desajuste en el balance osmótico, que conduce a: I. la disminución de la presión osmótica del plasma sanguíneo. II. el aumento de la osmolaridad del plasma sanguíneo. III. la activación de los osmorreceptores del hipotálamo. IV. la síntesis de la ADH por el hipotálamo. V. la secreción de la ADH por la neurohipófisis. A. Solo I y III. B. Solo II y III. C. Solo I, III y V. D. Solo II, III y V. E. Solo I, III y IV.

4.

¿Qué proceso es el menos selectivo en el nefrón? I. Filtración. II. Reabsorción tubular. III. Secreción tubular. IV. Reabsorción de agua. A. Solo I. B. Solo II. C. Solo I y IV. D. Solo II Y III. E. I, II, III y IV.

5.

La enfermedad llamada diabetes insípida se caracteriza por la elaboración de grandes volúmenes de orina diluida en las personas que la padecen. Al respecto, ¿cuál de las siguientes afirmaciones corresponde a esta enfermedad? I. Producción excesiva de ADH. II. Baja producción de ADH. III. Alta concentración de Na+ en la sangre. A. Solo I. B. Solo II. C. Solo III. D. Solo I y III. E. Solo III y III.

202 Unidad 4: Homeostasis, equilibrio interno

6.

¿Cuál(es) de las siguientes afirmaciones es(son) correcta(s) con respecto a los episodios de estrés? I. La fase adaptativa se presenta cuando un individuo percibe una amenaza inmediata. II. El estrés psicológico lo sufren los animales y es producido por una agente estresor que pone en riesgo la vida del individuo. III. La fase de agotamiento ocurre debido a la permanencia de la amenaza aunque el agente estresor cambie. IV. El estrés nervioso afecta a los seres humanos y es el más común en nuestra sociedad. A. Solo I. B. Solo I y II. C. Solo I, III y IV. D. Solo II, III y IV. E. I, II, III, IV.

7.

Los agentes estresores determinan que: I. se active a la médula suprarrenal por medio de impulsos nerviosos. II. se active a la corteza suprarrenal por medio de señales hormonales. III. la médula suprarrenal active la respuesta lenta al secretar cortisol. IV. la corteza suprarrenal responda al estrés a corto plazo secretando adrenalina y noradrenalina. A. Solo I y III. B. Solo II y IV. C. Solo I y IV. D. Solo II y III. E. Solo I y II.

8.

¿Cuál de las siguientes hormonas participa directamente en la regulación de la glicemia? I. Glucagón. II. Cortisol. III. Insulina. IV. Aldosterona. A. Solo I y II. B. Solo I y III. C. Solo I, II y III. D. Solo I, II y IV. E. I, II, III y IV.

9.

¿Cuál de estos procesos NO se realiza en las estructuras del nefrón? A. Filtración. B. Reabsorción de solutos. C. Secreción tubular. D. Reabsorción de agua. E. Activación de los osmorreceptores.

10.

De los siguientes organismos, ¿cuál soporta y regula eficientemente su osmolaridad en el agua salada? A. Almeja. B. Pez martillo. C. Tiburón. D. Trucha. E. Cangrejo de río.

Unidad 4: Homeostasis, equilibrio interno 203

Evaluación final

Unidad 4

II. Observa la siguiente imagen del nefrón. Las letras A, B y C indican los lugares en los que se realizan procesos claves para la formación de la orina. Identifícalos y luego completa la Nombre proceso

Estructura

Descripción

A B C

B

A

C

tabla con la información que corresponda. III. Responde las siguientes preguntas. 1. ¿Por qué en episodios de estrés el organismo inhibe la respuesta inflamatoria a corto plazo? 2. En relación con la pregunta anterior, ¿qué efectos tendría la falta de inhibición de la inflamación si el estrés cambia de agudo a crónico? 3. ¿Qué es la inmunización al estrés? 4. ¿Qué relación se ha observado en animales entre el estrés y la exposición temprana al estresor en

204 Unidad 4: Homeostasis, equilibrio interno

la infancia?

IV. Completa el siguiente mapa conceptual con los términos que correspondan a la homeostasis en los organismos. Alteraciones del desencadenan Procesos equilibrio interno

que en el ser humano regulan

Glicemia

Osmolaridad

1.

a través del

a través del 2.

mediante la activación de

3.

4.

V. Observa el siguiente esquema. A continuación, responde las preguntas. Paciente A

Paciente B

Agua (1 vaso)

Agua (4 vasos)

Glomérulo

Glomérulo

Filtrado

120 mL de agua 300 mg de soluto

Reabsorción

Orina

Filtrado 119 mL de agua 100 mg de soluto

1 mL de agua 200 mg soluto

120 mL de agua 300 mg de soluto

Reabsorción

Orina

110 mL de agua 100 mg de soluto

10 mL de agua 200 mg soluto

Fuente: Strasinger, S. (2010). Análisis de orina y de los líquidos corporales. 5a edición. Buenos Aires: Médica Panamericana.

1. ¿En qué paciente se produce orina más diluida? Fundamenta. 2. ¿Qué ocurriría en el paciente A, si falla la acción de la hormona ADH? 3. ¿Por qué en el paciente B hay más agua en la orina?

Unidad 4: Homeostasis, equilibrio interno 205

Actualidad

Terremoto y tsunami Febrero 2010

206

E

l 27 de febrero de 2010, a las 03:34 de la madrugada, un terremoto de 8,8 grados en la escala Richter sacudió la zona centro sur de nuestro país. Posteriormente, en la costa de la zona sur se produjo un tsunami que devastó muchos pueblos y localidades costeras. Muchas personas han presentado el denominado estrés postraumático, alterando sus vidas hasta varios meses después de ocurrido el terremoto.

El doctor Rodrigo Figueroa, del Centro Médico San Joaquín señala, en la Revista Médica de Chile, que algunos estudios realizados muestran porcentajes relevantes de estrés postraumático en las personas que vivieron el terremoto. Alrededor de un 40 % de los damnificados, entre 10-20 % de los rescatistas y un 10 % de la población general podrían sufrir aún una serie de problemas psicológicos derivados de esa terrible experiencia.

Este tipo de estrés aparece en los individuos luego de vivir una experiencia desastroza. Al recordar dicho evento, las personas sienten temor y angustia, sus cuerpos tiemblan y se genera una intensa respuesta fisiológica, que es muy similar a la que experimentaron en el momento de la tragedia.

Esta situación es todavía más preocupante, ya que las constantes réplicas y el proceso de reconstrucción alteran y contribuyen a mantener el agente estresor.

Unidad 4: Homeostasis, equilibrio interno

¿Cómo enfrentar el estrés postraumático? Un importante factor de prevención y tratamiento del estrés postraumático es el apoyo social hacia las personas más afectadas. Los investigadores Felipe García y Pedro Mardones, de la Universidad de las Américas, han señalado en la revista Terapia Psicológica que el ser valorado y apreciado por otros, ya sea en el ámbito familiar o laboral, es un factor que previene la reaparición de estrés postraumático. En esta línea, un estudio efectuado por los científicos Andrés Jiménez y Rodrigo Cubillos, de la Universidad de Talca, concluyeron, en un artículo de la misma revista, que un buen clima en el trabajo podría preparar a las personas para sobrellevar el impacto negativo que produjo el terremoto.

Páginas webs sugeridas • www.revistaciencias.com Revista electrónica que difunde a nivel mundial investigaciones y publicaciones de profesionales de la ciencia. Se enfoca en las ciencias y la investigación haciendo uso de las tecnologías que Internet permite para lograr la difusión y el intercambio de conocimiento para impulsar el avance de distintas ramas científicas. • http://escuela.med.puc.cl/publ/ MedicinaIntensiva/InsufRenal.html Apuntes relacionados a la insuficiencia renal de la Escuela de Medicina Intensiva de la Facultad de Medicina de la Pontificia Universidad Católica de Chile.

Bibliografía adicional • Berne y Levy (2009). Fisiología. 6a edición. Sección VII: El sistema renal. Barcelona: Elsevier. • Curtis, H y Barnes, N. (2008). Biología. 7a edición. Capítulos 38 y 39. Buenos Aires: Médica Panamericana. • Purves, W. (2009). Vida. La Ciencia de la Biología. 8ª edición. Capítulo 51. Buenos Aires: Médica Panamericana. • Villee, C.A. (1996). Biología. 8ª edición. Capítulos 2 y 4. México: McGraw-Hill.

• www.ciencia.cl/CienciaAlDia Publicación de libre acceso en la que expertos en diferentes áreas de las ciencias y la tecnología exponen temas de su competencia. Cuenta con el apoyo del Departamento de Computación de la Universidad de Chile.

Unidad 4: Homeostasis, equilibrio interno

207

Biología

3º Medio

Selecciona la alternativa correcta 1. Un joven compró una lata de atún cuya tapa se encontraba inflada. Si la lata de atún estuviera contaminada con bacterias anaeróbicas, ¿por qué presentaría una zona con aumento de volumen? A. Por el O2 resultante de la respiración aeróbica de las bacterias. B. Por el CO2 que se forma producto de la fermentación bacteriana. C. Por el H2O que se forma producto de la fermentación bacteriana. D. Por el CO2 que se forma producto de la respiración aeróbica de las bacterias. E. Por el O2 que se forma producto de la fermentación anaerobia de las bacterias. 2. En relación a la fisiología de la respiración, ¿cuál de las siguientes alternativas es correcta? A. El CO2 se une con la hemoglobina de forma inestable. B. El intercambio de gases entre el medioambiente y nuestro cuerpo, se realiza a nivel de la cavidad nasal. C. El CO2 producido por las células corporales su disuelve en el plasma en un 80 %. D. El O2, incorporado a través del sistema respiratorio en organismos heterótrofos es utilizado por las células para sintetizar moléculas orgánicas. E. El intercambio gaseoso a nivel de los alvéolos, ocurre por difusión. 3. ¿Cuál de los siguientes elementos no forma parte del arco reflejo? A. Efector sensorial. B. Neurona aferente. C. Centro de integración. D. Receptor sensorial. E. Neurona motora.

208

Evaluación de síntesis 2

4. ¿Cuál o cuáles de las siguientes afirmaciones corresponden al control de la respiración? I. El aumento en la concentración de CO2 y la temperatura son considerados factores que afectan el ritmo respiratorio. II. La frecuencia respiratoria aumenta durante el ejercicio físico intenso. III. El bulbo raquídeo interviene en la regulación del ritmo respiratorio. A. Solo I. B. Solo III. C. Solo I y II. D. Solo I y III. E. I, II y III. 5. ¿Qué mecanismo utilizan los peces de agua dulce para regular las concentraciones de su medio interno? A. Producen orina muy concentrada. B. Producen orina muy diluida. C. Beben grandes cantidades de agua. D. Bloquean el ingreso de agua a su organismo. E. Eliminan sales vía transporte activo permanentemente. 6. Si el ATP dejara de estar disponible repentinamente a nivel muscular, ¿qué ocurriría después de iniciado el acortamiento de los sarcómeros? A. La contracción muscular se presentaría en forma normal. B. La troponina se uniría al Ca+2 de forma permanente. C. Las mitocondrias se activarían para nuevamente iniciar la síntesis de ATP. D. Las fibras de miosina no podrían separarse de las fibras de actina. E. Los filamentos delgados y gruesos se separarían por completo.

Unidades 1 a 4

7. ¿Cuál de las siguientes alternativas es correcta? A. El páncreas produce un jugo rico en enzimas, que degradan carbohidratos. B. El hígado almacena nutrientes tales como vitaminas y glucógeno. C. El quimo se obtiene de la degradación del alimento en la boca. D. La enzima pepsina, degrada proteínas en el estómago. E. El quilo se degrada en el intestino grueso gracias a la acción de enzimas digestivas. 8. ¿Cual de las siguientes afirmaciones corresponde a una función del sistema nervioso somático? A. Conducir impulsos nerviosos que controlan la acción de los músculos esqueléticos. B. Regular el tono muscular del corazón. C. Conducir impulsos nerviosos que regulen la función de las glándulas exocrinas. D. Controlar las funciones de la musculatura lisa. E. Conducir impulsos nerviosos sensitivos, relacionados con el dolor. 9. Al aplicar una sustancia química que bloquea los receptores musculares para acetilcolina, ¿cuál de las siguientes alternativas representa el efecto de este bloqueo sobre los músculos esqueléticos? A. No se modifica la transmisión neuro-muscular. B. Se produce debilidad muscular y fatiga.

10. Si una neurona, de forma experimental, es puesta en un medio donde las concentraciones iónicas son iguales a las de su propio citoplasma, ¿qué efecto tendría esta situación sobre el potencial de reposo de la neurona? A. El potencial de reposo se tornaría positivo. B. El potencial de reposo no experimentará ningún cambio. C. El potencial de reposo se tornaría negativo. D. El potencial de reposo sería neutro. E. El potencial de reposo se hiperpolarizaría. 11. ¿Qué estructura del globo ocular presenta los fotorreceptores conos y bastones? A. Retina. B. Nervio óptico C. Esclerótica. D. Pupila. E. Iris. 12. ¿Cuál de las siguientes características corresponde al mecanismo de osmorregulación hiposmótica? A. La sal se elimina por la orina rapidamente. B. Las sales se absorben pasivamente. C. Existe similitud entre la concentración de sales en el medio interno y externo. D. Los organismos que lo presentan pueden morir deshidratados a pesar de vivir rodeados de agua. E. Los organismos que lo presentan pueden sufrir intoxicación por el exceso de sales que ingresan.

C. Las fibras nerviosas se contraen a mayor velocidad. D. Se presenta una contracción sostenida en el tiempo. E. Aumentan los niveles de acetilcolina, afectando la sinapsis de otros músculos.

Evaluación de síntesis 2 209

Unidad

5

Variabilidad, evolución y adaptación de los seres vivos

Comprender un fenómeno biológico implica conocer las teorías y los hechos que respaldan las investigaciones realizadas para estudiarlo. La evolución se explica a partir de hechos y teorías; hechos, porque las especies que existen hoy no son las mismas que existieron hace millones de años, y teorías, por los planteamientos que explican estos cambios. En esta unidad aprenderás qué son y cómo se han desarrollado los procesos evolutivos y las pruebas científicas que los explican.

210

Unidad 5: Variabilidad, evolución y adaptación de los seres vivos

Mapa de la unidad

- Relacionar la biodiversidad de las especies y las similitudes entre algunas de ellas, con el - Xxx proceso evolutivo.

Capítulo I Variabilidad y evolución (Págs. 214-235)

- Comprender la teoría de la selección natural propuesta por Darwin como uno de los mecanismos que explica la evolución de los organismos y el porqué de la controversia generada por esta al momento de su difusión. - Reconocer que el registro fósil, la anatomía comparada, los avances en biología molecular y otras pruebas biológicas constituyen evidencias del proceso evolutivo.

Capítulo II

- Reconocer que los diferentes mecanismos de especiación corresponden a un factor que influye en la evolución de las especies.

Adaptaciones e historia evolutiva

- Identificar los principales tipos de adaptación y los acontecimientos relacionados con ella y con la evolución en el tiempo geológico.

(Págs. 238-255)

Actividad inicial

Analizar-relacionar

Observa y analiza las imágenes. A continuación, responde las siguientes preguntas. 1. Escribe tres conceptos que conecten las fotografías de estas páginas. 2. ¿Qué relación adviertes entre las imágenes que observas? Utiliza los conceptos de la pregunta anterior para formular la respuesta. 3. ¿Qué rol cumple el ADN en los cambios que experimentan las especies? 4. ¿Qué recuerdas de la importancia que se le atribuye a Charles Darwin en la biología evolutiva?

Unidad 5: Variabilidad, evolución y adaptación de los seres vivos

211

Evaluación diagnóstica

Unidad 5

I. Recordando conceptos I. Responde las siguientes preguntas, relacionadas con lo que aprendiste en años anteriores. 1. ¿Qué tienen en común los procesos de mitosis y meiosis? A. El número final de células resultantes. B. El contenido genético de las células es idéntico al de la célula inicial. C. El número de veces que se divide cada centrómero. D. La recombinación del material genético en ambos procesos. E. La función de las células que originan cada proceso. 2. ¿Qué factor(es) puede(n) producir mutaciones? A. Rayos X. B. Radiación ultravioleta. C. Componentes del cigarrillo. D. Algunos aditivos de los alimentos. E. Todas las anteriores son correctas. 3. ¿Qué generan, inevitablemente, las mutaciones? A. Cambios en el fenotipo de los individuos. B. Eliminación de los genes modificados. C. Desaparición de los individuos mutados. D. Generaciones de descendientes con enfermedades. E. Cambios en la información genética del individuo afectado. 4. De los eventos listados, ¿cuál favorece más la variabilidad dentro de una especie? A. Cruzar individuos de una misma camada. B. Cruzar los individuos más viejos de una especie. C. Obtener una planta a partir de una porción de otra. D. Aparear al azar organismos de una misma especie. E. Aparear un individuo macho con muchas hembras. 5. ¿Que característica debe presentar un rasgo en una especie actual para evolucionar? A. Ser adquirido. B. Ser muy antiguo. C. Estar codificado en los genes. D. Ser consecuencia de una mutación. E. Todas las anteriores. 6. ¿Qué característica identifica a los organismos de una misma especie biológica? A. La similitud de sus rasgos. B. La temporalidad donde se desarrollan. C. El hábitat donde se desarrollan. D. Las diferencias existentes entre individuos de distinto sexo. E. La capacidad de reproducirse y dejar descendencia fértil. 212 Unidad 5: Variabilidad, evolución y adaptación de los seres vivos

II. Indica, en cada afirmación, si corresponde a un planteamiento propio del fijismo (F) o del evolucionismo (E). 1. F

E Las especies se crearon todas en un mismo momento, sin presentar cambios a lo largo del

2. F

E Las especies cambian de acuerdo a presiones selectivas del medioambiente.

3. F

E Las especies son todas diferentes, por lo que no existe ningún tipo de parentesco entre

4. F

E La naturaleza se origina como una realidad inmodificable y definitiva.

5. F

E Los fósiles son restos de organismos que han desaparecido a lo largo del tiempo y a su vez

6. F

E Dentro de una misma especie existen variedades, lo que supone que aquellos se modifican

tiempo.

ellas.

pueden ser antecesores de organismos actuales. en el transcurso del tiempo.

II. Aplicando procedimientos 1. Observa los siguientes cromosomas, lee la información y luego responde las preguntas. A. Plantas de hojas anchas, cubiertas de una sustancia cerosa genes para la producción de cera

gen hoja ancha

gen hoja ancha

B. Plantas de hojas angostas, sin cubierta cerosa genes para la producción de cera

genes para la producción de cera

gen hoja angosta

genes mutados; no existe producción de cera

gen hoja ancha

Ambas plantas son de la misma especie, pero tienen características que, en conjunto con el ambiente, son definidas por los siguientes genes: Planta A: el gen que le permite fabricar la cera la protege de la evaporación, mientras que el gen que determina que sus hojas sean anchas aumenta la probabilidad de perder agua por evaporación, debido a la gran superficie que exponen al sol. Planta B: producto de una mutación, no se produce cera; sin embargo, sus hojas son angostas, por lo que disminuye la pérdida de agua producto de la evaporación, ya que se expone menos superficie al sol. a. ¿Qué genes debe portar una planta, que le permitan adaptarse a un medio seco con altas temperaturas? b. ¿Cuál es la ventaja de la reproducción sexual para lograr estas características?

Unidad 5: Variabilidad, evolución y adaptación de los seres vivos

213

Capítulo

I

Variabilidad y evolución 1. Diversidad genética en las especies Si te preguntaran si un pastor alemán y un dálmata, son de la misma especie, lo más seguro es que responderías que sí, que ambos son diferentes “razas” de la misma especie, (en este caso, de perros, Canis lupus familiaris). Pero al observar la ilustración de los maíces que está al costado izquierdo de la página ¿sabrías si todos pertenecen a la misma especie?, ¿son los individuos de una misma especie idénticos entre sí?

Pastor alemán

Imagina que viajas en el tiempo, mil años hacia el pasado, y llegas al territorio de tu región. ¿Esperas encontrar diferencias?, ¿crees que los individuos o poblaciones serán iguales a las actuales?, ¿qué crees que pudo haber sucedido en estos mil años? En este capítulo estudiarás los principales fenómenos relacionados con los cambios evolutivos y los procesos que los han hecho posibles.

Dálmata

La alteración o recombinación en el material genético otorga variabilidad genética, que es la tendencia que presenta el material genético de los organismos a cambiar aleatoriamente, generando así variaciones en sus características físicas. Estos fenómenos constituyen la base que ha posibilitado la evolución de los organismos. El concepto de evolución de los seres vivos ha sido un tema considerado por científicos e investigadores de otras áreas del pensamiento de todos los tiempos. Con el objetivo de dar respuesta a esta inquietud, surgen, de parte de varios sectores de la sociedad, ideas que intentan dar respuestas a esta incógnita. Particularmente, desde el punto de vista de la ciencia, surge un área dedicada específicamente a este tema, llamada biología evolutiva, que estudia los procesos involucrados en los cambios intergeneracionales ocurridos en los seres vivos a lo largo del tiempo. Concepto clave especie: conjunto de organismos que son capaces de reproducirse entre sí, dejando descendencia fértil, que están aislados reproductivamente de otros conjuntos de organismos.

214 Unidad 5: Variabilidad, evolución y adaptación de los seres vivos

Unidad 5: Variabilidad, evolución y adaptación de los seres vivos

1.1 Biodiversidad y algunas concepciones del origen de los seres vivos La gran biodiversidad que existe actualmente es el resultado de los procesos evolutivos que han ocurrido en los seres vivos a lo largo del tiempo. Durante este tiempo, han desaparecido especies y grupos enteros de organismos en las llamadas extinciones masivas. Luego de cada extinción, otros organismos vuelven a surgir y el planeta se puebla de nuevas especies. La riqueza biológica de la Tierra es difícil de cuantificar, pero se estima que existen al menos cincuenta millones de especies, de las cuales conocemos solo dos millones. Las explicaciones para el origen de esta gran diversidad han sido motivo de investigación para la ciencia. Algunas de las principales respuestas para explicar el origen de la biodiversidad se basan en posturas religiosas, filosóficas y científicas, como las que se mencionan a continuación: Aristóteles (384-322 a. C) planteó que los organismos formaban parte de una “escalera” de la naturaleza, que fue creada por una divinidad, en la que cada especie es la progresión de otra, hasta alcanzar la perfección. Otras líneas de pensamiento consideraban que las especies fueron creadas por un ser superior en un momento en particular, y que desde ese momento hasta hoy, han permanecido fijas, sin alteración. Esta línea se conoce como fijismo y fue la que prevaleció hasta el siglo XIX. La idea planteada por el transformismo surgió a comienzos del siglo XIX, como contraparte del fijismo, estableciendo que las especies sí podían presentar cambios y dar origen a especies diferentes. Producto de esta línea de pensamiento surgieron las teorías científicas de carácter evolucionista. La primera de ellas fue planteada por Jean Baptiste de Lamarck, en 1809. Biografía

Jean Baptiste de Lamarck (1744-1829)

Zoólogo francés; se destacó por elaborar una de las primeras teorías explicativas de la evolución de los organismos. Estudió medicina y botánica y en 1793 fue nombrado profesor de zoología en el Jardin de Plantes de Paris. Lamarck advirtió una evidente relación entre los fósiles y los organismos modernos. En su teoría planteó que los organismos cambiaban físicamente para adaptarse al medio, además de adquirir características que no poseían sus progenitores.

Aunque la gran diversidad de especies existentes viven en distintos ambientes y presentan diferencias morfológicas entre sí, existen innumerables evidencias que indican que todas ellas provienen de otras especies más antiguas.

Capítulo I: Variabilidad y evolución

215

Capítulo I

Variabilidad y evolución

2. Teoría de la evolución Interactividad Ingresa al siguiente link: www.xtec.es/~lvallmaj/ palau/darwin2.htm. Con la información recopilada, crea un collage que reúna fotografías alusivas al tema, el objetivo es que funcione como apoyo visual para el inicio de este capítulo. Puede ser realizado en papel o en formato digital.

La evolución es el proceso de transformación de los seres vivos a lo largo de las generaciones. Estos cambios incluyen modificaciones genéticas que, en conjunto con el efecto del ambiente, expresan variaciones fenotípicas en los organismos, heredables a su descendencia. La evolución también incluye cambios en las proporciones genotípicas de las poblaciones, generación tras generación. El proceso evolutivo no ocurre durante la vida de un organismo, sino que se observa en las poblaciones o en las especies a lo largo de las generaciones. Los cambios pueden ser mínimas modificaciones imperceptibles a la vista o cambios de gran magnitud con respecto a los antepasados. Es importante considerar que las poblaciones varían en el transcurso del tiempo y que si comparas a los organismos de una población actual con los de su población ancestral, podrías encontrar diferencias, sin que ello signifique que estos correspondan a diferentes especies. Esto quiere decir que puede haber evolución, sin que surjan nuevas especies (proceso de especiación). El siguiente esquema ilustra que en la población de la especie A han surgido organismos con nuevas variantes fenotípicas (representadas por el color verde del segundo conjunto de individuos) y también constatamos que las proporciones genotípicas (suponiendo que cada variante fenotípica o color corresponde a un genotipo diferente) van cambiando con el tiempo.

Población de la especie A

Tiempo

Concepto clave acervo genético: corresponde a todos los alelos presentes en los individuos de una población. También se denomina reservorio o pool génico.

216

Existen diversos mecanismos que dan lugar al proceso evolutivo. A continuación se detallan las mutaciones, la recombinación génica, el flujo y la deriva génica, como mecanismos que operan sobre el acervo genético de las poblaciones, y la selección natural, que actúa sobre los organismos, teniendo efectos fenotípicos y también genéticos en los organismos.

Unidad 5: Variabilidad, evolución y adaptación de los seres vivos

Unidad 5: Variabilidad, evolución y adaptación de los seres vivos

2.1 Mecanismos evolutivos A. Mutaciones

Las mutaciones son alteraciones en el material genético que ocurren al azar. Son la fuente primaria de variación genética, pero solo tendrán consecuencias evolutivas si son transmitidas a las siguientes generaciones, es decir, si son heredables y si modifican el fenotipo de los organismos y/o las proporciones genotípicas en las poblaciones.



Podemos clasificar las mutaciones en dos tipos: génicas y cromosómicas. Las primeras afectan a uno o pocos nucleótidos, mientras que las segundas involucran a fragmentos o conjuntos de cromosomas. En el caso específico de las mutaciones génicas, estas se pueden clasificar en sustituciones, deleciones, inversiones y duplicaciones.



Existen mecanismos que reparan estas mutaciones en el material genético, pero, en ausencia de ellos, estas alteraciones pueden tener diversos efectos dependiendo de la zona donde ocurran, pues el gen ya no será el mismo.



Otra de las características del material genético es que es redundante, lo que significa que, a pesar de ciertas variaciones, el gen puede expresar la misma característica.



Con respecto a las mutaciones cromosómicas, estas se dividen en estructurales y numéricas.



Si el cambio afecta a la forma de un cromosoma corresponde al tipo estructural. Si la modificación altera la cantidad de cromosomas de un individuo, ya sea por fisión o fusión de ellos, es del tipo numérica. Las consecuencias de estas últimas son relevantes, pues pueden ser letales o causar trastornos en el desarrollo del individuo. Un ejemplo de mutación numérica de gran prevalencia es la trisomía 21, causa del Síndrome de Down. Esta alteración afecta al cromosoma 21 humano y se caracteriza por la presencia de tres copias de este cromosoma.



Las mutaciones pueden aparecer espontáneamente de forma natural, o de manera artificial si son inducidas por agentes mutágenos, como radiaciones o sustancias químicas. Si la mutación se manifiesta en las células somáticas no puede heredarse, a diferencia de las mutaciones ocurridas en los gametos que tienen la capacidad de trascender al nuevo organismo. En los humanos, la tasa de mutación natural es de un gen por cada cien mil. Es importante destacar que las mutaciones son la fuente exclusiva de variabilidad genética en los organismos con reproducción asexual.

(A)

(B)

(C)

Deleción (A). Se elimina un segmento del cromosoma y se pierde toda la información contenida en ellos. Duplicación (B). Se copia un segmento, por lo que se duplica en el cromosoma. Inversión (C). Se cambia el sentido del segmento, lo que altera la lectura de los genes.

La comparación entre genomas de diversas especies ha permitido advertir importantes cambios en el número de cromosomas y en el tamaño de estos. Por ejemplo, el cromosoma 2 humano es producto de la fusión de los cromosomas 12 y 13 del chimpancé.

Capítulo I: Variabilidad y evolución

217

Capítulo I

Variabilidad y evolución

Conexión con...

Matemática

Si la meiosis I como la meiosis II originan 8 388 608 de posibles combinaciones de cromosomas, ¿cuántas combinaciones en total se pueden producir entre ambas meiosis? Este ejercicio es similar al de preguntar ¿cuántos resultados son posibles al lanzar dos monedas al aire? En este caso, ambas monedas tienen dos opciones (cara y sello), por lo tanto, existen cuatro posibles resultados. ¿Y al lanzar tres monedas? El resultado es 2 x 2 x 2 = 8 combinaciones posibles.

B. Recombinación génica

La recombinación consiste en la producción de nuevas combinaciones genéticas mediante el intercambio de material genético. Es un proceso que ocurre al azar y contribuye con la variación genética de los organismos de reproducción sexual, o de aquellos de reproducción asexual, pero que tienen mecanismos de intercambio de material genético, como las bacterias. Este mecanismo posibilita la evolución de los organismos toda vez que facilita la combinación de mutaciones favorables o la generación de nuevas variaciones que contribuyan a su adaptación.



En organismos eucariontes con reproducción sexual existen dos eventos que aumentan la variación genética en las poblaciones: uno de intercambio y el otro de reorganización del material genético. Estos ocurren durante la formación de gametos en la meiosis: el crossing over o entrecruzamiento y la asociación independiente. El primero consiste en el intercambio de segmentos entre cromosomas homólogos, involucrando variantes de los mismos genes. Por su parte, la asociación independiente consiste en la distribución al azar de los cromosomas entre las células hijas e involucra a genes de distintos cromosomas.



El resultado final de la meiosis son cuatro gametos genéticamente distintos. Considerando solo la asociación independiente en la meiosis I, se pueden generar 2n combinaciones cromosómicas, siendo n el número haploide de la especie. Por ejemplo, en la especie humana, que presenta un n igual a 23, se pueden formar 8 388 608 células genéticamente diferentes, solo por la distribución al azar de los cromosomas homólogos.

Meiosis I

Meiosis II

En una célula con cuatro cromosomas, producto de la permutación cromosómica, se generan cuatro gametos genéticamente diferentes.

218

Unidad 5: Variabilidad, evolución y adaptación de los seres vivos

Unidad 5: Variabilidad, evolución y adaptación de los seres vivos

El crossing over o entrecruzamiento es una importante fuente de variabilidad genética: gracias a ella es inmensamente improbable que un mismo individuo produzca dos gametos iguales, lo que conlleva a que su descendencia sea genéticamente diversa.

A Durante la profase I del proceso meiótico, los cromosomas homólogos se agrupan en pares para llevar a cabo el entrecruzamiento.

A

B Debido al entrecruzamiento,

B

las cuatro cromátidas contenidas en un par de cromosomas homólogos presentan información genética diferente.

Si en la gametogénesis humana, producto de la meiosis I se pueden originar 223 combinaciones genéticas diferentes en las células resultantes, al separarse las cromátidas hermanas en la meiosis II se duplica el número de combinaciones genéticas posibles en las células resultantes. Esto se debe a que el proceso de crossing over hace que las cromátidas hermanas también puedan ser diferentes entre sí. En organismos procariotas existen otros mecanismos que permiten el intercambio de material genético, ya sea de una célula a otra o incorporando fragmentos de ADN desde el ambiente. Este fenómeno se conoce como transferencia horizontal de genes y puede ocurrir entre bacterias de una misma especie o incluso, de especies diferentes. El más común, es a través de plasmidios o plásmidos, moléculas de ADN extracromosómico que incorporan frecuentemente las bacterias. La transferencia horizontal de genes es una importante fuerza evolutiva en bacterias, ya que aumenta su diversidad genética y contribuye a su adaptación mediante la adquisición de nuevas variantes.

Actividad 1

Analizar

Analiza la información sobre recombinación genética y responde las preguntas. 1. ¿Por qué el proceso denominado crossing over genera variaciones genéticas? 2. ¿Qué diferencias existen entre meiosis y mitosis, en términos de la variabilidad de la descendencia?

Capítulo I: Variabilidad y evolución

219

Capítulo I

Variabilidad y evolución

C. Flujo génico Concepto clave



El intercambio de genes entre organismos pertenecientes a diferentes poblaciones de una misma especie se conoce como flujo génico. Este flujo puede producirse por el movimiento de los propios organismos o de sus gametos, (como es en el caso del polen). En ausencia de otros factores evolutivos, este proceso tiende a homogeneizar las frecuencias génicas (proporción de los alelos en una población determinada) entre las poblaciones, siempre y cuando los inmigrantes se reproduzcan con la nueva población. El flujo entre poblaciones incrementa la diversidad de cada una, por la incorporación de nuevas variantes a su acervo génico, mientras que disminuye la divergencia entre ellas.



La tasa de flujo génico entre poblaciones dependerá de las características de la especie. El flujo será menor en especies de baja movilidad, por lo que se constituirán poblaciones más pequeñas y genéticamente diferenciadas, mientras que será mayor en especies de alta movilidad, como es el caso de las aves migratorias.



Esta tasa también puede ser afectada por la presencia de barreras geográficas o corredores. Por ejemplo, un río puede restringir el flujo génico y, por ende, separar a dos poblaciones, o facilitar el flujo a lo largo de su trayecto. Mientras que el flujo génico actúa en contra de la formación de nuevas especies, o especiación (proceso que conocerás con detalles en el capítulo II), el surgimiento de barreras geográficas como ríos o montañas, puede contribuir a la diferenciación de las poblaciones y posterior especiación.



Además entre especies existen diversas barreras biológicas que impiden el flujo génico entre ellas. Estos mecanismos de barrera pueden actuar en el nivel pre-cigótico, caso en que impiden la formación del embrión posterior al cruce entre organismos de diferentes especies, o post-cigótico, al generar una descendencia infértil, como es el caso del cruce de un caballo con un asno, que genera mulas incapaces de dejar descendencia.



En nuestra especie pueden existir también barreras culturales para el flujo génico, como es el caso de comunidades que impiden la relación con grupos externos (endogámicos) o grupos que restringen sus relaciones a ciertas poblaciones, ya sea por motivos de alianzas, religión o guerras entre ellas.

inmigrante: organismo que se incorpora a un grupo diferente de su población original.

En poblaciones de alta movilidad, como las aves migratorias, el flujo génico es mayor.

Conexión con...

Historia

Durante los siglos XVI y XVII se registra una importante inmigración de españoles a nuestro país, producto del descubrimiento de las tierras americanas por parte de la corona española. Posteriormente, existe un proceso inmigratorio en el siglo XVIII estableciéndose en Chile comerciantes franceses, ingleses e italianos. ¿Conoces a alguien que provenga de alguna familia extranjera? ¿Por qué crees tú qué es importante el respeto hacia las personas que provienen de otras regiones del mundo? ¿Qué puedes aprender de sus culturas?

220

Unidad 5: Variabilidad, evolución y adaptación de los seres vivos

Unidad 5: Variabilidad, evolución y adaptación de los seres vivos

D. Deriva génica Para comprender la deriva génica como uno de los mecanismos que permite la evolución de los organismos, es importante recordar lo que es un alelo. Como aprendiste en segundo medio, los alelos son las variantes existentes para un gen, los que en organismos de reproducción sexual son aportados por el padre y la madre. Las proporciones en que se encuentran los alelos en una población, para una característica particular, corresponden a las frecuencias génicas. Los cambios azarosos en estas frecuencias se conocen como deriva génica. En una población, la frecuencia de un alelo fluctúa al azar, aumentando y disminuyendo de una generación a otra. Así, los alelos pueden llegar a desaparecer o bien a alcanzar frecuencias de 100 % (fijación). Gráfico 1: Fluctuación de frecuencia de alelos en varias poblaciones de 10 individuos

Frecuencia alélica Frecuencia alélica Frecuencia Frecuencia alélica alélica



Actividad 2

Analizar

1.0 1.0

Responde las preguntas a partir de los gráficos.

0.8 0.8

1. ¿Cuántos alelos se fijaron y desaparecieron en cada caso?

0.6 0.6 1.0

0.4 0.4 0.8 0.2 0.2 0.6 0.0 0.0 0.4

5

10 10

15 15

1.0 0.2

20 25 25 30 30 20 Generaciones

35 35

40 40

45 45

Gráfico 2: Fluctuación de frecuencia de alelos en 0.8 0.0 varias poblaciones de 100 individuos 5 10 15 20 25 30 35 40 45 0.6 1.0 1.0

50 50

50

2. ¿En qué población existe una mayor probabilidad de que desaparezca la frecuencia de un alelo? ¿Por qué crees tú que se da este fenómeno? 3. ¿Qué significa que un alelo se fije en una población?

0.4 0.8 0.8 0.2 0.6 0.6 0.0 0.4 0.4

5 10 15 Generaciones 0.2 0.2 0.0 0.0

20

25

30

35

40

45

50

5 10 15 15 20 20 25 25 30 30 10 Generaciones Generaciones

35 35

40 40

45 45

50 50

Simulación del efecto de la deriva génica. La frecuencia de un alelo puede aumentar o disminuir de manera azarosa. La deriva será más fuerte mientras más pequeña sea la población. En el gráfico 1 se simula la fluctuación de la frecuencia de un alelo, en poblaciones de diez individuos durante cincuenta generaciones. En el gráfico 2, las poblaciones contienen cien individuos.

Capítulo I: Variabilidad y evolución

221

Capítulo I

Variabilidad y evolución

Efecto de la deriva génica Actividad 3

Analizar

Lee el texto y luego responde las preguntas.

La ballena franca austral (Eubalaena australis) es uno de los cetáceos que han sufrido caza indiscriminada por parte del ser humano, por lo que se ha reducido su número poblacional de manera drástica en los últimos siglos. 1. En el caso hipotético de que las ballenas que lograron sobrevivir a la caza masiva fueran de mayor tamaño que la media, y vieran reducida su capacidad migratoria, ¿qué consecuencias tendría este hecho para la sobrevivencia de la especie?

El tamaño de la población es un factor importante en el efecto que tendrá la deriva sobre las frecuencias génicas. Por ejemplo, si lanzamos una moneda infinitas veces, en términos de probabilidad, esperamos obtener la mitad de las veces cara, y la otra mitad, sello, mientras que, si lanzamos la moneda diez veces, es probable que, por azar, la frecuencia de sellos y caras se desvíe de lo esperado, siendo este efecto mayor a medida que disminuye el número de lanzamientos. El mismo efecto se observa en una población: mientras menor es el número de individuos, mayor será el efecto de la deriva sobre las frecuencias génicas. El efecto de la deriva génica, en cuanto a la disminución de variabilidad genética en una población que se ve sometida a una reducción relativamente acelerada de su tamaño poblacional, se conoce como cuello de botella. Este fenómeno describe la pérdida de variación genética frente a eventos de disminución numérica. Una población grande es, en general, genéticamente diversa. Si la población sufre una reducción del tamaño, se produce un cuello de botella poblacional, es decir, un efecto de la deriva en donde la variación genética de la población se reduce drásticamente. El cuello de botella simboliza, por tanto, algún factor de reducción de tamaño poblacional que puede ser una epidemia, un desastre climático o geológico, entre otros. La siguente figura representa una población que muestra tres variantes (blanco, verde y amarillo). Luego de una disminución en el número de individuos (cuello de botella), sobrevive un pequeño grupo que presenta dos de las variantes (blanco y verde) y en frecuencias distintas a las iniciales.

2. En este caso, ¿qué efecto genera el cuello de botella? 3. ¿Qué característica será más probable de heredar si el grupo que sobrevive es de mayor tamaño corporal?

222

Un caso particular del proceso cuello de botella es el efecto fundador. Este ocurre cuando un grupo reducido se separa de la población inicial y funda otra, en otro territorio, llevando consigo solo una parte de la diversidad inicial. Por ejemplo, se ha descrito que en la población nativa americana se observa una alta frecuencia del grupo sanguíneo B (sistema sanguíneo AB0), situación que puede explicarse por el cuello de botella producido durante el poblamiento del continente, siendo la población fundadora proveniente de Europa, mayoritariamente de dicho grupo sanguíneo.

Unidad 5: Variabilidad, evolución y adaptación de los seres vivos

Unidad 5: Variabilidad, evolución y adaptación de los seres vivos

E. Selección natural

Un postulado central en biología evolutiva es la teoría de selección natural, planteada por Charles Darwin en el Origen de las especies (1859). Darwin llamó selección natural o supervivencia de los más aptos a la “preservación de las diferencias y variaciones favorables y destrucción de las desfavorables”, análoga a la selección artificial del ser humano sobre animales y plantas (domesticación). Por ejemplo, consideremos un grupo de escarabajos con especímenes de color verde y café. Este rasgo confiere diferencias en la sobrevida y reproducción de los escarabajos, siendo los de color verde mayoritariamente consumidos por aves, ya que son más fáciles de ver en la corteza de los árboles. Con el paso del tiempo, esta situación beneficiará la reproducción de los escarabajos café, quienes predominarán en la población. La selección natural opera sobre los fenotipos de los organimos que resultan ser exitosos para la sobrevivencia de un grupo de organismos, en condiciones ambientales determinadas.

Concepto clave genotipo: carga genética que determina rasgos o características en cada organismo.

Actividad 4

Deducir

En base a lo que has leído en esta página, ¿qué fenotipo predominará tras el efecto de la selección natural, A o B? Fundamenta.

A





B

La selección natural se relaciona con las diferencias de sobrevida y éxito reproductivo en poblaciones biológicas fenotípicamente diferenciadas (verde o café en el ejemplo). Es un mecanismo no azaroso y no tendrá efecto o no habrá evolución por selección natural, a menos que los fenotipos difieran en genotipo, lo que permite su herencia. Los postulados de Darwin generaron controversias en su época, ya que promovieron dos ideas completamente provocadoras. La primera fue situar al ser humano como par de los demás seres vivos, a partir de su origen y capacidad de evolucionar; y la segunda fue generar dudas con respecto a la creación de los seres vivos tal como son actualmente, en un único momento en la historia de la Tierra.

Interactividad Ingresa a la siguiente página web www.actionbioscience. org/esp/evolucion/futuyma. html y lee con atención la entrevista realizada al doctor Douglas Futuyma. Luego, escoge una de las preguntas y respóndela utilizando el formato digital que más te acomode. Al finalizar, envía tu respuesta a tu profesor o profesora.

Capítulo I: Variabilidad y evolución

223

Variabilidad y evolución

Capítulo I

Condiciones para que opere la selección natural Biografía

La teoría de la selección natural plantea que la ventaja reproductiva (o adecuación biológica) se producirá como resultado de las siguientes condiciones: 1. Cambio ambiental que constituye una presión de selección. 2. En la población existe una variedad de caracteres relacionados con la respuesta a la presión de selección. Esta diferencia fenotípica existe en la población antes de la aparición de la presión selectiva.

4. Los caracteres que confieren ventaja o desventaja reproductiva son heredables.

Tipos de selección La selección natural puede favorecer las variantes fenotípicas en las poblaciones, de tres formas distintas, por lo que se reconocen tres tipos de selección: direccional, estabilizadora y disruptiva. La selección direccional favorece a uno de los fenotipos extremos en el rango de distribución; la estabilizadora favorece al fenotipo intermedio; y la disruptiva favorece a los fenotipos de ambos extremos. Selección estabilizadora Selección disruptiva

Selección direccional

Frecuencias de organismos

Tiempo

Naturalista inglés. En 1825 ingresó a la escuela de medicina de la Universidad de Edimburgo. Posteriormente, se incorporó a una carrera eclesiástica en el Christ’s College de Cambridge, donde asistió a las clases del reverendo John Henslow. Este le brindó la oportunidad de embarcarse en el Beagle, cuyo objetivo era completar un estudio topográfico. Fruto de su viaje surgió el libro El origen de las especies por medio de la selección natural, o la preservación de las razas favorecidas en la lucha por la vida, en el que postula que todas las especies de seres vivos han evolucionado en el tiempo.

3. El éxito reproductivo dependerá de los caracteres heredados que presentan los individuos. Así, si un individuo presenta un caracter que le otorga ventajas en términos de la sobrevivencia, logrará reproducirse y transmitirlo a su descendencia, a diferencia de aquellos individuos que no lo presentan, ya que estos se reproducirán menos y, por ende, generarán menos descendencia.

Frecuencias Frecuencias Frecuencias de organismos de organismos de organismos

Charles Darwin (1809-1882)

Rango de variantes del rasgo

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Rango de variantes del rasgo

Unidad 5: Variabilidad, evolución y adaptación de los seres vivos

Rango de variantes del rasgo

Unidad 5: Variabilidad, evolución y adaptación de los seres vivos

F. Selección sexual

La selección sexual fue descrita por Darwin para explicar rasgos que no estaban directamente vinculados con la sobrevivencia del individuo, por lo que se considera como un tipo especial de selección natural, que también opera sobre el fenotipo. Estas características, denominadas rasgos sexuales secundarios, se relacionan con la adquisición de pareja, ya sea por intimidación o por atractivo. Las diferencias entre machos y hembras se conocen como dimorfismo sexual.



La selección sexual se considera un tipo de selección natural que actúa de modo distinto en machos y hembras, determinando diferencias en comportamiento, morfología, desarrollo y estrategias reproductivas entre ambos sexos. Se reconocen dos tipos de selección sexual: intrasexual e intersexual. La primera se refiere a la competencia entre los organismos de un sexo por acceder a los del sexo opuesto, habitualmente competencia entre los machos por las hembras. A menudo, rasgos sexualmente dimórficos, como el tamaño corporal y de los caninos, son buenos indicadores de la competencia entre individuos. Según la estructura social y dispersión de la especie (en grupo o solitaria), el macho implementa diversas estrategias y comportamientos, como establecer el dominio sobre las hembras (apareamiento con la mayor cantidad de ellas para asegurar su reproducción).



Por otro lado, se denomina selección intersexual a la elección que realizan los organismos de un sexo hacia los del sexo opuesto, frecuentemente las hembras sobre el macho con el que se aparearán. Esta elección opera generalmente en función de características que indican la calidad del macho y tienen un beneficio indirecto para la hembra en su descendencia. Algunos rasgos que influyen en la decisión son: colorido, largo de cola, simetría, sonidos, entre otras características que pueden indicar calidad genética en el macho.

Analizar

Analiza la siguiente situación experimental. Luego, responde las preguntas planteadas. A un grupo de hembras de aves “viudas del paraíso” se les dio a escoger entre tres grupos de machos: control con cola de 50 cm (A), cola cortada reducida en 14 cm (B), y cola de 64 cm al agregarle los extremos cortados al grupo B (C). El gráfico 3 muestra los resultados obtenidos. 1. ¿Cuál es el grupo de machos más elegido por las hembras? 2. Observando el gráfico 3, ¿podrías establecer que la presencia de colores en estas aves puede determinar un aumento de ejemplares de colas más largas? Fundamenta.

Gráfico 3: Grado de selección de los machos por las hembras según la longitud de la cola de estos 4 Grado de elección de la hembra

Actividad 5

En las especies polígamas de primates se observa una alta competencia entre machos y un nivel mayor de dimorfismo sexual que en especies monógamas. Arriba, papión sagrado (Papio hamadryas), polígama. Abajo, gibon (Hylobates lar), monógamo.

3 2 1 0

A B C Grupo de machos

Fuente: Archivo editorial.

Capítulo I: Variabilidad y evolución

225

Capítulo I

Variabilidad y evolución

Taller de ciencias

Trabajo en equipo

Efecto fundador de las poblaciones Antecedentes

Estrategias de contrastación y resultados

Como se menciona en las páginas 221 y 222, la deriva génica es un mecanismo evolutivo que se basa en el cambio aleatorio de las frecuencias génicas en las poblaciones. Esto ocurre cuando un pequeño grupo se separa de la población original, por lo que el pool génico de estos individuos no representa al de la población de la que surgieron. Existe un tipo de deriva génica denominado “efecto fundador”, en el que una pequeña parte de una población se separa de la original y se asienta en un nuevo territorio. Cuando esta comienza a crecer, su frecuencia alélica es distinta a la de la población que le dio origen, lo que genera, incluso, la pérdida o aparición de alelos raros.

Para validar el problema y la hipótesis planteada, utilicen el siguiente esquema como estrategia de contrastación. Este corresponde a un ejemplo que representa la información entregada en los antecedentes. DD DD

DD

Dd

Dd Dd DD Dd Dd Dd DD Dd DD dd dd dd dd

Población de origen

dd

Dd

Problema de investigación A partir de los antecedentes expuestos, generen un problema de investigación que relacione las variantes alélicas y el efecto fundador que puede desarrollar un grupo de individuos. Algunas de las preguntas pueden ser: ¿cómo influyen las variaciones de las frecuencias de alelos en el fenotipo que manifiestan los organismos de una población, al separarse de aquella que la originó?, ¿por qué no se replica el pool genético de la población original?, si la población que emigra tuviera la misma frecuencia génica que la población original, ¿variaría el pool genético de la descendencia?

226

dd

DD dd Dd dd

Dd

dd

Dd Dd Dd dd

Dd

Población emigrante

dd

Dd

Dd

Descendencia

Dd

dd

Frecuencias alélicas Población de origen

Planteamiento de hipótesis

D: 19/36 = 0,52

Planteen una hipótesis que relacione las variables antes descritas, es decir, las variaciones en las frecuencias de los alelos que puede manifestar una población al alejarse del grupo original y cómo esta puede ocasionar cambios fenotípicos al reproducirse en el tiempo. Recuerden que las hipótesis que planteen deben ser válidas y sencillas de contrastar.

Población emigrante D: 2/8 = 0,25

d: 17/36 = 0,47 d: 6/8 = 0,75

Descendencia D: 10/28 = 0,35

Unidad 5: Variabilidad, evolución y adaptación de los seres vivos

d: 18/28 = 0,64

Unidad 5: Variabilidad, evolución y adaptación de los seres vivos

Análisis e interpretación de evidencias

Conclusiones y comunicación de resultados

Una vez analizados los datos del esquema, junto con la información que surge del planteamiento del problema y de la hipótesis planteada, respondan las siguientes preguntas:

Contrasten nuevamente su hipótesis con los análisis realizados y establezcan conclusiones de su trabajo. Para informar sobre el trabajo realizado, escojan entre las diferentes formas de comunicación que han trabajado, como póster, resumen o informe científico. Utilicen la información presentada en el anexo de comunicación de resultados de su texto (página 285).

a. ¿Cómo podrían explicar el fenómeno del efecto fundador, basándose en el ejemplo? b. ¿Cuál es el efecto que provoca la variación alélica en el fenotipo de la descendencia? c. ¿Cuál es el fenómeno que incrementa las variaciones alélicas que surgen de este tipo de deriva génica? d. Si se modificara la frecuencia alélica de la población emigrante y esta tuviese solo organismos con carga genética dd, ¿qué habría ocurrido con el genotipo de la descendencia? Fundamenten.

Proyección Como proyección de este análisis, pueden plantear otro diseño de investigación, en el que se trabaje otro mecanismo evolutivo, como el flujo génico entre la población original y la migratoria. Luego, pueden volver a contestar las preguntas planteadas para este taller y compararlas con las respuestas que obtuvieron antes.

e. ¿Cómo influye el cambio de la frecuencia de los alelos en la variabilidad de una población? f. De acuerdo con el análisis realizado, ¿la hipótesis planteada es válida? Fundamenten.

Capítulo I: Variabilidad y evolución

227

Capítulo I

Variabilidad y evolución

3. Evidencias de la evolución La presencia de las distintas especies que han poblado y pueblan la Tierra, ha dejado huellas, que diversas áreas del conocimiento se han especializado en buscar y analizar. Existen las pruebas de orden biológico, que basan sus estudios en el análisis y comparación de la disposición de estructuras de los organismos (como los huesos de las alas de un murciélago, de las aletas de una ballena, y los brazos del ser humano) y la existencia de ciertos órganos vestigiales. Los fósiles son parte de las pruebas palentológicas, y son los paleontólogos los especialistas en la búsqueda y análisis de las estructuras fosilizadas que dan cuenta de su data, características, formas de alimentación y otros datos importantes que apoyan la teoría de la evolución. Fósiles de compresión.

Las pruebas moleculares constituyen el gran avance de los últimos años. Por ejemplo, los genetistas han descifrado treinta mil genes del ratón, de los cuales veintinueve mil setecientos son parte del genoma humano, es decir ambos poseen el 99 % de material genético en común, lo que representa una prueba consistente de la evolución. Ahora revisaremos las pruebas más importantes de la evidencia del proceso evolutivo de nuestra biosfera.

3.1 Registro fósil

Fósiles de impresión.

Fósiles de huellas o trazas.

Los fósiles son restos de organismos o señales de su actividad, conservados por cientos de años en rocas. Este registro permite obtener evidencias directas de la evolución a través de la observación de los cambios en la diversidad biológica a lo largo del tiempo, además de las transformaciones morfológicas de distintos linajes. La gran mayoría de los fósiles se encuentran en rocas sedimentarias, formadas por el depósito y solidificación de material producido por la erosión, aunque también se han encontrado organismos conservados en ámbar (principalmente insectos) o en hielo (mamuts). El proceso de fosilización consiste básicamente en la mineralización del organismo. Una vez que el organismo muere, comienzan los procesos de descomposición de los tejidos blandos, siendo las partes duras, como huesos y conchas, las que permanecen en el registro mediante el reemplazo de sus componentes orgánicos por los minerales del sedimento. Dependiendo de la velocidad de este proceso y de las condiciones ambientales, se pueden conservar estructuras más delicadas y, en ocasiones, la marca de tejidos blandos, como piel y plumas. Básicamente, existen tres tipos de fósiles: • Fósiles de compresión: se trata de restos que poseen material orgánico del organismo fosilizado. • Fósiles de impresión: corresponden al molde del cuerpo o parte de él generado en rocas. • Fósiles de huellas o trazas: son pisadas del organismo antiguo.

228

Unidad 5: Variabilidad, evolución y adaptación de los seres vivos

Unidad 5: Variabilidad, evolución y adaptación de los seres vivos

3.2 Biogeografía La biogeografía estudia la distribución y diversidad de los seres vivos en el espacio y tiempo, considerando las evidencias aportadas por diversas disciplinas, como la paleontología, sistemática, geología y ecología. Existen dos enfoques principales: la biogeografía ecológica y la histórica. La primera estudia la distribución y diversidad de los seres vivos en función de las interacciones entre los organismos y su ambiente físico, mientras que la segunda evalúa los eventos involucrados en su origen, dispersión y extinción. Cuando una especie está restringida a una región en particular, se denomina endémica. Por ejemplo, en Madagascar, la mayor parte de la flora es endémica pues no se encuentra en otras regiones del planeta. Es la cuarta isla más grande del mundo y se separó de África hace 150 a 160 millones de años (ma.) y de la India, hace 88 a 95 ma. Debido a este prolongado aislamiento y a la baja tasa de colonización de la isla, posee un alto índice de flora y fauna endémica, siendo unas de las más diversas del planeta. En oposición a esta distribución, hay especies que se encuentran en muchas regiones y hábitats, como la rata común (Rattus norvegicus), cuya presencia es prácticamente mundial. En ocasiones, una misma especie o especies relacionadas se encuentran en distintas áreas geográficas, distribución que se conoce como disjuntiva. Este tipo de distribución se puede explicar por la dispersión de los organismos (hipótesis de dispersión) o por el surgimiento de barreras geográficas (hipótesis de vicarianza). En el primer caso, ello depende de las capacidades de la especie para aumentar su radio de dispersión, o de corredores (por ejemplo, el congelamiento de los océanos) que hayan permitido su esparcimiento. Por su parte, la hipótesis de vicarianza sugiere el desarrollo de barreras, por cambios geológicos o ambientales, que separan a la especie. Este evento puede conducir al desarrollo de sub-especies o incluso de especies distintas (especiación).

Glossopteris

1

2

África

Inferir

Observa las ilustraciones 1 y 2, lee el texto y responde las preguntas. En la ilustración 1 se observan restos fósiles de cuatro especies de organismos en diferentes continentes. 1. ¿Qué problema de investigación crees tú que enfrentaron los investigadores que recolectaron estas evidencias?

Lystrosaurus

Cynognathus

Actividad 6

2. ¿Qué hipótesis podrías plantear, utilizando la ilustración 2 como antecedente, que diera una explicación para el problema planteado?

India

Mesosaurus Australia

Sudamérica Antártica

Capítulo I: Variabilidad y evolución

229

Variabilidad y evolución

Capítulo I

3.3 Anatomía comparada Concepto clave filogenia: relaciones históricas de ancestría y descendencia en un conjunto de linajes, de modo que entregan información respecto del parentesco evolutivo entre estos.

Húmero

Huesos del Carpo

Radio

Metacarpos

Ulna

Falanges

Ser humano

Ave

La anatomía comparada es el estudio y la comparación de rasgos morfológicos de especies actuales y extintas y ha sido el punto de partida para la categorización y clasificación de fósiles, y la base para inferir su historia evolutiva. Distintas especies pueden presentar rasgos o caracteres similares en estructura o función. Estas similitudes se pueden explicar por herencia desde un ancestro común o por evolución independiente, producto de adaptaciones que han posibilitado una función similar. Los rasgos similares debido a un ancestro común se denominan homologías. Por ejemplo, las extremidades superiores de humano, aves y murciélagos son homólogas (cuentan con las mismas estructuras) aún cuando han variado en su función. Un carácter homólogo es ancestral cuando se encuentra en el ancestro común, mientras que se denomina derivado, cuando ha evolucionado desde el ancestral. Solo estos últimos aportan información para inferir la filogenia de un grupo. Por ejemplo, la presencia de glándulas mamarias permite distinguir a mamíferos de reptiles, aves y peces, pero si buscamos clasificar a los mamíferos, este rasgo no sería de utilidad. El rasgo es ancestral y se encuentra en todas las especies de mamíferos. Por otro lado, los caracteres similares en función, pero que no son producto de una descendencia en común, corresponden a analogías, llamadas actualmente homoplasias, las que carecen de potencial informativo para inferir la filogenia de un grupo. Las alas de una mariposa y de un murciélago son adaptaciones a una función análoga: volar, pero no puede decirse que son producto de un ancestro común a ambas especies. Hemos mencionado que hay diferentes métodos para determinar los ancestros de algunas especies y las relaciones existentes entre ellos. Para comunicar estas relaciones se utilizan los cladogramas, que son diagramas representativos de la filogenia de los organismos, es decir, de las relaciones evolutivas entre las especies representadas.

Murciélago Las homologías explican que algunos órganos tengan la misma organización estructural, lo que permite establecer, como lo hizo Darwin, que los organismos con estructuras homólogas poseen un ancestro común.

E6

c

E5 E4 E3

E2 E1

c

b

a

230

Unidad 5: Variabilidad, evolución y adaptación de los seres vivos

Este cladograma representa la relación entre seis especies (E1 a E6). Se indican tres caracteres compartidos: el a es ancestral y está presente en todas las especies; el b es derivado y compartido solo por las especies 1, 2 y 3; y el c corresponde a una homoplasia, un rasgo que ha evolucionado de forma independiente en las especies 4 y 6.

Unidad 5: Variabilidad, evolución y adaptación de los seres vivos

3.4 Biología molecular Desde el estudio de la evolución de genes y genomas, hasta su uso como herramientas para evaluar la variación genética entre poblaciones y especies, los datos moleculares (secuencias de ADN o proteínas) han demostrado una gran versatilidad y diversidad, siendo a menudo más informativos que los datos morfológicos. Al analizar las semejanzas y diferencias entre el ADN de distintas especies pueden establecerse relaciones evolutivas entre estas. Una manera de analizar la distancia genética entre las poblaciones consiste en comparar la secuencia de ADN de uno o varios genes. Así, mientras mayor sea el número de secuencias nucleotídicas en común, que presenten dos especies para un mismo gen, más emparentadas estarán. Las tecnologías que permiten analizar estos datos han progresado de manera importante en los últimos años, permitiendo incluso recuperar material genético de especies extintas. Recientemente, la secuenciación del genoma completo del Homo neanderthalensis ha permitido evaluar su aporte al Homo sapiens (flujo génico) y las características demográficas propias de la especie. La diversidad genética entre poblaciones o especies también puede ser evaluada a partir de marcadores moleculares, fragmentos de ADN o proteínas que presentan variación entre los organismos y que han sido caracterizados. Estos datos permiten analizar la variabilidad genética interespecie e intraespecie, aproximarse a la historia evolutiva de linajes específicos o conocer las relaciones genéticas entre especies. Una secuencia de ADN que difiere en una o más mutaciones (heredadas en bloque) de una secuencia homóloga se denomina haplotipo. Por ejemplo, en nuestra especie se han caracterizado diversos haplotipos en el ADN mitocondrial, definido cada uno por un conjunto de mutaciones específicas. El estudio de estos haplotipos en poblaciones humanas a lo largo de todo el mundo ha permitido reconstruir las principales migraciones y establecer que se originaron en África.

Europa

Z

H, U, X

T, U, V, W

G

I, J, K

L2

L3, M

Y

B

B

M

América del Norte

X

M N

África

A*, D*

A, C, D

Asia

Se indican las principales migraciones humanas, reconstruidas a partir de los haplotipos mitocondriales (determinados con letras). El ADN mitocondrial es de herencia exclusivamente materna, por lo que constata solo el linaje femenino.

A, C, D

F

B X?

M L1

Australia

B

A, C, D

América del Sur

Capítulo I: Variabilidad y evolución

231

Capítulo I

Variabilidad y evolución

4. Evolución humana Concepto clave Eurasia: zona geográfica que considera desde los Balcanes hasta el mar Amarillo unificando el territorio de los actuales continentes de Asia y Europa.

Interactividad Complementa la información, visitando el siguiente sitio web www.araucaria2000. cl/evolucion/hominidos245. php y confecciona un mapa conceptual para organizar el contenido estudiado.

Los seres humanos siempre hemos tenido la curiosidad de conocer las respuestas a variadas problemáticas que la naturaleza impone. Sin embargo, aún no conocemos nuestros orígenes. La evolución de nuestra especie y de nuestro complejo cerebro es, en rigor, un rompecabezas en construcción, puesto que existen diversas interpretaciones del registro fósil hallado, evidencia que complementa las múltiples incógnitas en cuanto al origen de nuestro linaje. El linaje homínido deriva de primates originados durante el límite OligocenoMioceno, hace aproximadamente 25 millones de años (ma.) en África y Eurasia. Los fósiles más antiguos corresponden a Proconsul, primate encontrado en África y fechado hace 22 ma. Las evidencias genéticas sugieren que los homínidos divergieron hace 5 a 7 ma., de modo que se separaron del linaje chimpancé, la especie actual más cercana a la nuestra.

Ser humano (Género Homo) Gorila (Género Gorila)

5-7 ma. Árbol filogenético de la familia Hominidae.

8 ma.

Orangután (Género Pongo)

232

12-16 ma.

Unidad 5: Variabilidad, evolución y adaptación de los seres vivos

Chimpancé (Género Pan)

Unidad 5: Variabilidad, evolución y adaptación de los seres vivos

Las discusiones sobre estas especies giran en torno a un problema mayor en el estudio de nuestra evolución: ¿qué rasgos definen a los miembros de nuestro linaje? Se han planteado algunas adaptaciones básicas, como la marcha bípeda (dos pies), la reducción de los dientes anteriores, la generación de cultura y un aumento significativo del cerebro (encefalización), aunque estos rasgos no aparecieron al mismo tiempo y algunos han surgido más de una vez.

Los fósiles más tempranos, que se consideran con seguridad parte de nuestro linaje, son los Australopitecinos, un grupo de primates bípedos surgidos hace 4 ma. en África. En general, este grupo de especies pesaba entre 25 y 50 kilos, no superaba 1,50 metros y su capacidad craneana era de 375 a 550 cm3, similar a la de los chimpancés. Sus caninos eran de menor tamaño, mientras que sus premolares y molares eran más grandes que en especies tardías. Principalmente, a base de rasgos craneofaciales, fueron en un inicio divididas en dos grupos: especies robustas y gráciles. Las primeras surgieron hace 2,5 ma. y se extinguieron hace 1 ma.; actualmente se clasifican en un nuevo género (Paranthropus) compuesto por tres especies: P. aethiopicus, P. boisei y P. robustus. Por su parte, las especies gráciles presentan fechas más tempranas, de 4,2 a 2,5 ma. Dentro de este grupo se encuentran los homínidos tempranos mejor representados en el registro fósil, como Australopithecus africanus (primer fósil del género) y A. afarensis. Esta última especie es también una de las más famosas, por el fósil conocido como “Lucy” y las huellas de Laetoli, ambas importantes pruebas de locomoción bípeda en estas especies. El tiempo comprendido entre fines del Plioceno y Pleistoceno se caracteriza por la diversificación y expansión geográfica del género Homo, que involucra importantes cambios, como el aumento de la capacidad craneana, la reducción en dentición y la fabricación de herramientas. Los restos fósiles más tempranos corresponden a dos especies encontradas al este, sureste y sur de África: H. rudolfensis (2,5 a 1,8 ma.) y H. habilis (2,1 a 1,5 ma.).

65

0

Palógeno

Holoceno

Pleistoceno

Plioceno

Mioceno

Oligoceno

Eoceno

CENOZOICO Paleoceno

Quizás el rasgo más temprano y clave sea la bipedestación. Los cambios climáticos a fines del Mioceno condujeron a una disminución de los bosques y aumento de la sabana abierta. Una de las numerosas hipótesis que explican el origen de la marcha bípeda sugiere que este cambio ambiental influyó en la distribución de los alimentos, puesto que era necesario recorrer mayores distancias en su búsqueda. El modo de locomoción más eficiente para cubrir estas distancias era la marcha bípeda, lo que permitía, además, utilizar las extremidades superiores para la carga o manipulación de objetos.

(ma.)

Niógeno Cuaternario

65

0

(ma.)

Era cenozoica, aparece el linaje Homínido.

H. sapiens H. neanderthalensis

H. erectus H. heidelbergensis H. rudolfensis H. ergaster H. habilis

Árbol filogenético del género Homo.

Capítulo I: Variabilidad y evolución

233

Capítulo I

Variabilidad y evolución

A. Origen de Homo sapiens: dos hipótesis que se confrontan

Homínidos. Familia Hominidae (homínidos), incluye a orangután, gorila, chimpancé, bonobo, humano y sus ancestros.

234



El origen de H. sapiens ha generado diversas controversias, en comparación con otras especies, por lo que actualmente se discuten dos hipótesis principales. La hipótesis uniregional (Out-of-Africa) sugiere que el H. sapiens surgió del H. erectus en África hace 150 000 a 200 000 años, que posteriormente habría migrado a Asia y Europa, desplazando a las otras especies. Por otro lado, la hipótesis multiregional plantea que H. sapiens habría surgido de forma gradual, a partir de las distintas poblaciones de H. erectus, en África, Asia y Europa. Las características morfológicas de los primeros fósiles identificados para H. sapiens (usualmente denominados “arcaicos”) y el descubrimiento de especímenes de casi 1 ma., con rasgos más derivados que H. erectus, sugieren la existencia de una especie distinta, el H. heidelbergensis, que podría ser antecesora del H. sapiens y el H. neanderthalensis.



Independientemente del debate sobre su origen, el H. sapiens involucra cambios anatómicos importantes, pero, sin duda, lo más destacable es el desarrollo de tecnología, arte y pensamiento simbólico. Las evidencias más tempranas de humanos modernos se encuentran en África y Medio Oriente, con una antigüedad cercana a 150 000 años, mientras que en Europa datan de 40 000 años y están asociadas a una gran diversificación de herramientas y expresiones artísticas, como pinturas y ornamentos. A su vez, se observa con mayor frecuencia el entierro intencional de los muertos y su asociación con herramientas líticas, huesos de animales y otros objetos, lo que sugiere algún grado de ritualismo y creencias sobre la muerte. Junto con ello, se observa una creciente complejidad social y cultural.



Muchas interrogantes relacionadas con la evolución de nuestro linaje siguen aún sin ser resueltas y cada nueva evidencia puede conducir a una reinterpretación de los datos. Los especialistas en el área discrepan en una gran mayoría de situaciones, pero una de ellas es clara: la cultura ha sido uno de los pilares esenciales en la adaptación de nuestra especie a su ambiente, y junto al lenguaje y al desarrollo de diversas habilidades cognitivas, han marcado el curso de nuestra evolución.

Unidad 5: Variabilidad, evolución y adaptación de los seres vivos

Unidad 5: Variabilidad, evolución y adaptación de los seres vivos

Lectura científica

Formación de familias en el grupo Neandertal L

a demografía, el estudio de la sobrevivencia, la fertilidad y la dinámica poblacional resultan fundamentales para comprender la evolución humana. A comienzos de 2011, se publicó un estudio en el que se dan a conocer aspectos demográficos y sociales de un grupo de individuos de Homo sapiens neanderthalensis. El trabajo se centra en la cueva El Sidrón, ubicada en la región de Asturias, en España. Este lugar fue descubierto en 1994 y constituye el sitio de restos fósiles de neandertales más importante de la península ibérica. Las excavaciones han permitido recuperar más de 1800 restos óseos y cerca de 400 herramientas hechas de piedra, utilizadas por este grupo. En cuanto a los individuos, se identificaron doce en total: seis adultos, tres adolescentes, dos juveniles y un infante. Además, se pudo identificar, mediante estudio de las mandíbulas pertenecientes a los restos óseos, que había tres mujeres y tres hombres adultos, además de dos posibles adolescentes masculinos. Los tres ejemplares femeninos identificados presentan haplogrupos distintos (que son combinaciones de grupos de alelos que se heredan juntos por estar estrechamente relacionados en el ADN) A, B y C; mientras que los hombres adultos difieren solo en el haplogrupo A. Además, se constató que la diversidad genética es baja, menor a una muestra aleatoria de individuos actuales no relacionados. Esto apoya la hipótesis de que los individuos de El Sidrón representan un grupo familiar.

Foto: neandertal reconstruído en el museo Neanderthal-Düsseldorf.

Las diferencias genéticas observadas en hombres y mujeres podrían indicar un comportamiento patrilocal en el grupo Neandertal. Esto significa que los hombres permanecen en el grupo de nacimiento, mientras que las mujeres migran al grupo de su pareja. Además, permiten respaldar ciertos supuestos sobre Neandertals, como la organización en bandas pequeñas de aproximadamente diez individuos, a la vez que aportan nuevos conocimientos, como su baja diversidad genética y comportamiento patrilocal.

Fuente: Lalueza-Fox, C. y colaboradores. (2011). Genetic evidence for patrilocal mating behavior among Neandertals groups. PNAS, 108(1), 250-253.

Trabaja con la información 1. ¿Cuáles fueron las evidencias que permitieron evidenciar la relación familiar en este grupo? 2. ¿Por qué se afirma que estos individuos presentan comportamiento patrilocal? 3. ¿Por qué la diversidad genética permite establecer si existe parentesco en un grupo? Fundamenta. Capítulo I: Variabilidad y evolución

235

Síntesis y evaluación

Capítulo I

Mapa conceptual Completa el siguiente esquema con los términos que correspondan. Recuerda los conceptos tratados en el capítulo.

1. corresponde a

Cambios en las poblaciones en el tiempo

que genera la

Diversidad de especies

que se explican según

Mecanismos evolutivos

2.

que pueden operar en el

que son 6.

Genotipo

4. como

Flujo génico 3.

Anatomía comparada

5.

Biología molecular Biogeografía

Mutaciones Evaluación de proceso I. Analiza el siguiente esquema, que muestra las formas de los caparazones de algunas tortugas de las islas Galápagos. Luego, responde las preguntas. 1. ¿Por qué la evidencia que muestra la imagen permitió a Darwin apoyar su teoría de la evolución? 2. ¿Cómo se aplican los estudios de biogeografía a este caso? 3. ¿Qué relación existe entre el fenómeno de la imagen y el concepto de antepasado común? 4. ¿Qué otras evidencias podrían fundamentar el concepto de un antepasado común? tural corresponde el ejemplo del gráfico? selección

236 Unidad 5: Variabilidad, evolución y adaptaciónde los seres vivos

II. Analiza el gráfico y responde las preguntas. Peso del bebé

3. De acuerdo a la información del gráfico, ¿qué fenotipo se beneficia con el proceso de selección natural? Fundamenta.

Porcentaje de la población

2. ¿Cuál es la variable que origina este tipo de selección?

100

20

Fuente: Sadava, D., y otros. (2008). Vida. La ciencia de la biología. 8a edición. Madrid: Médica Panamericana.

Peso óptimo al nacer

70 50

15

30 20

10

10 7 5

5

3

Porcentaje de mortalidad

1. ¿A qué tipo de selección natural corresponde el ejemplo del gráfico? Fundamenta.

2 0

1

2

3

4

5

6

7

8

9 10 11

Peso medio al nacer

III. Responde las siguientes preguntas. 1. ¿Cuál es la diferencia entre variabilidad genética y biodiversidad? 2. ¿Cómo podrías relacionar la diversidad de especies existentes con las ideas del transformismo? 3. ¿Cómo explicarías que hace millones de años la diversidad de especies existentes era mucho menor a la que se puede observar en la actualidad? 4. ¿Qué relación tiene el potencial de cambio del genotipo de los individuos con la diversidad de especies que ha surgido a lo largo del tiempo?

Me evalúo Completa la siguiente tabla, siguiendo las instrucciones de tu profesor o profesora. Debería Relacionar la biodiversidad de las especies y las similitudes entre algunas de ellas, con el proceso evolutivo. Comprender la teoría de la selección natural propuesta por Darwin como uno de los mecanismos que explica la historia evolutiva de los organismos, y el porqué de la controversia generada cuando fue propuesta. Reconocer el registro fósil, la anatomía comparada, los avances en la biología molecular y otras pruebas biológicas como evidencias del proceso evolutivo.

Puntaje

Ítem/ pregunta

Total

III

8

I, (1) y II

I (2,3,4)

8

Obtenido

¿Qué debo hacer?

Según los puntajes obtenidos, realiza las actividades que te indicará tu profesor o profesora.

6

Unidad 5: Variabilidad, evolución y adaptación de los seres vivos 237

Capítulo

II

Adaptaciones e historia evolutiva 1. ¿Influye el ambiente en el surgimiento de nuevas especies? Darwin desembarcó en Galápagos como parte de su viaje realizado en el Beagle. Este viaje duró cinco años (1831-1836), de los cuales cinco semanas permaneció en las islas. Entre las observaciones de Darwin, se encuentran las del análisis de las especies de pinzones que viven en las islas. Parte del razonamiento para explicar la presencia de catorce especies de pinzones en las Islas Galápagos (Ecuador) e Isla de Cocos (Costa Rica) fue suponer que hace muchos años existió un proceso de migración de una especie de pinzón desde América del Sur hacia las islas. Ya instalada la población, esta comenzó a crecer y con el aumento de individuos se incrementó la competencia por el alimento. Durante su viaje, Darwin estudió el tipo de alimentación de los pinzones, descubriendo que esta variaba según las islas en las que las aves vivían. Se dice que las observaciones a los pinzones de Galápagos inspiraron a Darwin en su teoría del origen de las especies y selección natural.

13

Los organismos están expuestos a las características y presiones del medio en el que habitan. Estas condiciones pueden generar que los individuos se adecúen utilizando sus estructuras para desenvolverse con menor dificultad, en comparación con otros organismos. Por ejemplo, los cactus han transformado sus hojas en espinas, lo que les ayuda a resistir la evaporación excesiva, producto de las altas temperaturas a las que están sometidos en su hábitat.

12

14

1

2 3

D

A 19

11

4

C 5

B

10

6

9 8

7

Diferentes pinzones que Darwin observó en las islas Galápagos, y su tipo de alimentación.

Actividad 7

Analizar

Según lo que has aprendido y al esquema de los pinzones, responde las siguientes preguntas. 1. Si todos los pinzones vienen de un ancestro común, ¿qué tuvo que haber pasado con dicho ancestro para que se originara la variedad de especies de pinzones observados por Darwin? 2. ¿Qué relación hay entre la forma y tamaño del pico de los pinzones y sus hábitos alimenticios?

238 Unidad 5: Variabilidad, evolución y adaptación de los seres vivos

Unidad 5: Variabilidad, evolución y adaptación de los seres vivos

2. Especiación: generación de nuevas especies Como observaste en la Actividad 7, la población inicial de pinzones en las islas se modificó en el transcurso del tiempo. De una especie ancestral, se originaron catorce nuevas especies distribuidas en las islas Galápagos y de Cocos. Este proceso no solo se ha observado en estas islas ni solo en el caso de los pinzones. Si comparamos una población actual de una especie con la población ancestral de la cual proviene, podríamos detectar diferencias; un proceso evolutivo dentro de la misma especie o quizás, un proceso de especiación, donde ya no encontraremos organismos pertenecientes a la misma especie de la población ancestral, sino a dos poblaciones, con tal grado de diferenciación que cada una constituye una especie diferente. La especiación puede considerarse un proceso evolutivo, pero es necesario tener presente que puede haber evolución sin especiación, pero no puede haber especiación sin evolución. La especiación ocurre cuando, a nivel poblacional, ciertos organismos comienzan a divergir genotípica y fenotípicamente de su población original, aislándose de esta en términos reproductivos. Si este aislamiento es tal, que los individuos no se pueden reproducir con organismos de la población original, o si lo hacen, su descendencia no es fértil, se dice que se generó una nueva especie.

2.1 Tipos de especiación Existen dos tipos básicos de especiación: la especiación simpátrica y la especiación alopátrica. Especie original

Especiación simpátrica En este tipo de especiación, la o las nuevas especies se originan mientras conviven con la especie original, de la cual provienen.

Especiación alopátrica En este tipo de especiación, la o las especies nuevas se originan producto de haber quedado aisladas geográficamente de la especie original.

Especie original Nueva especie

Especie original Nueva especie

Capítulo II: Adaptaciones e historia evolutiva

239

Capítulo II

Adaptaciones y historia evolutiva

2.2 Mecanismos que provocan especiación El biólogo evolutivo Ernest Mayr (1904-2005) acuñó el concepto de especie biológica y postuló que las especies surgen como resultado de dos eventos: el aislamiento reproductivo de las poblaciones y la divergencia genética.

A. Aislamiento reproductivo

Se considera como mecanismo de aislamiento reproductivo a toda barrera que evite el flujo de genes entre las poblaciones, impidiendo que organismos de especies diferentes se reproduzcan entre sí para no “mezclarse” genéticamente. Por ejemplo, existe una especie de Gorilla gorilla y, entre ellos, existe apareamiento, pero es imposible que puedan cruzarse con otros simios, por muy similares que sean. De esta manera, se mantiene el flujo génico dentro de las poblaciones de la misma especie, manteniendo las diferencias entre sus organismos (debido a la variabilidad). En general, se reconocen dos tipos de aislamiento reproductivo: precigótico y postcigótico. El aislamiento reproductivo precigótico impide que se forme el cigoto cuando las especies en cuestión intentan reproducirse; entre ellos se pueden mencionar el aislamiento del hábitat, las diferencias conductuales, temporales (épocas fértiles diferentes), entre otras, mientras que en el caso del postcigótico, si bien el cigoto se forma, este muere tiempo después, o el individuo nace pero no puede reproducirse y, por lo tanto, no deja descendencia.

B. Divergencia génica

Si entre organismos de la misma especie las diferencias genéticas son lo suficientemente grandes, no se producirán cruzamientos entre sus miembros, es decir, el flujo génico entre ellos será muy bajo o nulo. Como consecuencia, ambas poblaciones se alejarán genéticamente (divergencia), originando especies diferentes. Caballo

Burra

Mulas infértiles

En el caso de los coleópteros, los ejemplares de las imágenes pertenecen a la misma familia, pero no pueden reproducirse entre sí, por la incompatibilidad de sus órganos reproductores (mecanismo precigótico). El caso de la mula, corresponde a un mecanismo postcigótico, pues a pesar de que haya ocurrido la formación del cigoto, el organismo resultante es un híbrido estéril.

240

Unidad 5: Variabilidad, evolución y adaptación de los seres vivos

Unidad 5: Variabilidad, evolución y adaptación de los seres vivos

2.3 Especiación en Chile Fuentes y Jaksic en 1979 formularon una hipótesis para explicar la gran diversidad de lagartos de cuello liso (género Liolaemus) presentes en Chile. Se han contabilizado setenta y seis especies del género Liolaemus en nuestro país, de la cuales cuarenta y tres son endémicas. Propusieron que el proceso de especiación se produjo debido a las glaciaciones que han existido en el territorio. La presencia de los hielos obligaron a las primeras especies de lagartos a bajar de la montaña y, luego de los deshielos, a retornar a las alturas. Este fenómeno fue reiterativo y los desplazamientos provocaron una fuerte diferenciación de las poblaciones de la alta montaña y los valles.

Liolaemus lemniscatus.

En la zona norte las diferentes especies se habrían generado por los efectos desertificantes de la corriente de Humboldt, lo que provocó que los lagartos buscaran refugios muy protegidos, impidiendo el flujo génico entre las poblaciones, diferenciando a las especies. Otro caso interesante es lo ocurrido en el Archipiélago de Juan Fernández. Este archipiélago está conformado por dos grandes islas: Robinson Crusoe y Alejandro Selkirk, y una tercera, llamada Santa Clara. Característico del archipiélago es el género Dendroseris, tipo de arbusto endémico, con sus once especies, de las cuales ocho son exclusivas de la isla Robinson Crusoe. Diversas investigaciones han revelado que el ancestro del género arribó al archipiélago poco después de la formación de las islas y se produjo un rápido proceso de especiación, que dio origen a las nuevas especies que se diferenciaron debido a la amplia gama de ambientes que ofrecían las islas. Esta radiación adaptativa llevó finalmente al establecimiento de las especies que hoy día habitan el archipiélago.

Liolaemus nitidus.

En Chile se da un alto grado de endemismo, dado por la condición especial de aislamiento geográfico de nuestro país: la presencia del desierto de Atacama, la cordillera de los Andes y el océano Pacífico dificultan los flujos génicos con otras poblaciones. Como has leído, este endemismo se incrementa en las zonas geográficas más alejadas como Juan Fernández y las islas Desventuradas (San Ambrosio y San Félix).

Actividad 8

Inferir

Analiza la hipótesis propuesta por Fuentes y Jaksic y responde las siguientes preguntas. 1. ¿Qué tipo de especiación operó, según su hipótesis? 2. ¿Cuál habrá sido el problema de investigación al cual buscaron dar una respuesta?

Dendroseris litoralis.

Concepto clave radiación adaptativa: o evolución divergente, es la rápida diversificación de especies como resultado de procesos de especiación en linajes que comparten un mismo ancestro común. Las especies originadas presentan adaptaciones particulares a los diferentes ambientes.

Capítulo II: Adaptaciones e historia evolutiva

241

Capítulo II

Adaptaciones y historia evolutiva

2.4 Especiación asociada a la deriva continental Como has aprendido durante esta unidad, las barreras geográficas pueden potenciar la especiación y, sin duda, uno de los procesos que ha influido en el desarrollo de este modelo ha sido la teoría de la partición del Pangea o deriva continental, que postula que hace trescientos millones de años todos los continentes formaron una gran masa de tierra llamada Pangea, la cual se fragmentó y dispersó por el planeta, generando la disgregación de poblaciones ancestrales. Esto habría generado diversas especiaciones en distintos continentes, debido a las variaciones del ambiente original que se generaron en las nuevas latitudes.

Nothofagus obliqua.

En 1915, el meteorólogo Alfred Wegener postuló la teoría de la deriva continental en su publicación El origen de los continentes y océanos, y las evidencias aportadas por él que sustentan el modelo de la deriva continental son: • la coincidencia de los bordes continentales semejante a las piezas de un rompecabezas. • la edad similar de las rocas graníticas de África, América del Sur y la Antártica. • los registros fósiles encontrados en ambos lados del océano Atlántico.

Nothofagus alessandri.

Wegener, al igual que Darwin, vio rechazada su teoría por la comunidad científica de aquella época, ya que la consideraban insostenible, sin la explicación de un mecanismo responsable de su factibilidad. Solo en las décadas de 1940 y 1960 se propusieron mecanismos que lograron explicar el movimiento de los continentes. Se conoce que la Tierra está constituida por una serie de placas, las cuales se encuentran en constante movimiento, unas con respecto a otras, y con respecto al eje de rotación del planeta. Producto de esta interacción entre las placas, (tectónica de placas) se explica la deriva continental, la expansión del fondo oceánico, y la actividad sísmica y volcánica del planeta.

La presencia de géneros símiles, como Nothofagus (fagáceas), Eucryphia (eucrifiáceas), Aristotelia (elaeocarpáceas), Hebe (escrofulariáceas), Luzuriaga (luzuriagáceas) y Berberidopsis (berberidopsidáceas), entre muchas otras, en América del Sur, Australia y Nueva Zelanda constituye una evidencia de la unión de los continentes en algún punto de la historia de la Tierra. Aristotelia chilensis.

242

Unidad 5: Variabilidad, evolución y adaptación de los seres vivos

Unidad 5: Variabilidad, evolución y adaptación de los seres vivos

A. Deriva continental

El movimiento de los continentes se debe a que la litosfera (capa superficial de la Tierra), se encuentra fragmentada en placas que se ubican suspendidas sobre el manto (capa más interna de la Tierra ubicada entre la litosfera y el núcleo). El manto, es su estrato más externo y tiene una viscosidad fluida, lo que permite el movimiento de las placas.

Hace 255 ma.

Pangea

Actividad 9

Construir

Con lo que has aprendido en esta unidad, construye, en grupos de tres integrantes, un modelo de la partición del Pangea, que explique de qué forma se separaron las poblaciones originales, de las cuales se han encontrado restos fósiles en diferentes continentes.

Laurasia

Hace 150 ma.

Gondwana

Hace 65 ma.

América del Norte

Polo Norte Europa

Hoy

Asia Oceanía América Central América del Sur

África Polo Sur

Capítulo II: Adaptaciones e historia evolutiva

243

Adaptaciones y historia evolutiva

Capítulo II

3. Diversidad e historia evolutiva Como has aprendido, las especies que forman y han formado parte de la biodiversidad del planeta han sufrido modificaciones; la posición de los continentes ha variado y las especies ancestrales han dado origen a nuevas especies que hoy habitan la Tierra. Testigo de estos eventos ha sido la corteza del planeta y se han registrado en ella los sucesos del pasado lejano. Por ejemplo, al investigar la composición de la Tierra se puede deducir el tipo de flora y fauna que existía, (evidencia fósil), las características del clima y la composición de la atmósfera. Con los datos que se han obtenido, se ha logrado establecer un orden cronológico de la historia de la Tierra en la escala de tiempo geológico. Esta escala se ha dividido en eras geológicas, que son intervalos de tiempo caracterizados por los organismos que dominaban en aquel momento.

244

590

PRECÁMBRICO

505

438

408

360

286

PALEOZOICO

Unidad 5: Variabilidad, evolución y adaptación de los seres vivos

Triásico

Pérmico

Carbonífero

Era paleozoica: comprende desde 590 ma. hasta 248 ma. aproximadamente. Hace alrededor de 540 ma. surgió una variedad de organismos pluricelulares marinos y, posteriormente, peces vertebrados. Durante esta era, organismos como musgos, helechos y gimnospermas comenzaron a colonizar el ambiente terrestre; algunos peces dieron origen a los anfibios, que compartieron la tierra con insectos y reptiles. Al finalizar esta era ocurrió una de las grandes extinciones, donde se estima que cerca de un 90 % de las especies de invertebrados marinos desaparecieron. Los continentes formaban el Pangea.

Devónico

Silúrico

Ordóvico

Cámbrico

Período 3.800 Era

Millones de años atrás

Era precámbrica: abarca desde los inicios de la Tierra y cubre ocho novenos de la historia del planeta. El evento más importante ocurrió hace 3500 ma. y fue el surgimiento de los primeros organismos anaeróbicos que generaron los primeros eucariontes unicelulares que con el pasar de los años, adquirieron la capacidad de realizar fotosíntesis, liberando oxígeno a la atmósfera. Las células procariontes perdieron la pared celular, dando origen a las primeras eucariontes. La pérdida de pared habría posibilitado la fagocitosis, y fue clave en el éxito ecológico de los primeros eucariontes. Se generaron organelos a partir de las bacterias, que se convirtieron en huéspedes permanentes de las células que las albergaban, de modo que con el tiempo se volvieron mutuamente dependientes. Surgieron así las primeras mitocondrias y plastidios (teoría endosimbiótica). Hace aproximadamente 640 millones años surgieron los primeros organismos pluricelulares.

248

213

Unidad 5: Variabilidad, evolución y adaptación de los seres vivos

Actividad 10

Analizar-interpretar

Investiga y, luego, realiza las siguientes actividades propuestas. 1. Averigua quién es Lynn Margulis y qué aportes ha hecho respecto del origen endosimbionte de las mitocondrias y plastidios. 2. Analiza la información entregada en estas páginas y, mediante un esquema, representa los principales acontecimientos que permitieron la evolución de los organismos pluricelulares a partir de las células procariontes. Rotula tu esquema.

Era mesozoica: se inicia hace 248 ma. atrás hasta los 65 ma. El clima se mantuvo cálido y húmedo, sin zonas cubiertas de nieve o hielo. Los reptiles proliferaron y grandes dinosaurios cubrieron la Tierra. Aparecieron los primeros mamíferos y plantas con flores y los continentes se movilizaron, adquiriendo una forma similar a la actual. Gran parte de las especies de la era se extinguieron producto de un brusco cambio climático generado por el choque de un meteorito sobre la superficie de la Tierra.

Era cenozoica: abarca los últimos 65 ma. En sus inicios surgieron bastantes grupos de mamíferos, aves, insectos y plantas con flores. Hace unos 200 mil años se originó la especie humana, hecho que nos interesa, pues determina nuestro origen. Primeros simios (Oligoceno).

Primeros homínidos (Mioceno).

144

55

38

25

Épocas

Holoceno

Pleistoceno

Plioceno

Mioceno

Oligoceno

Paleógeno o Terciario 65

MESOZOICO

Eoceno

Jurásico

Cretásico

Paleoceno

Primeros humanos modernos (Pleistoceno).

Neógeno o Cuaternario 5

1,8

0,01

0

CENOZOICO

Capítulo II: Adaptaciones e historia evolutiva

245

Adaptaciones y historia evolutiva

Capítulo II

4. Adaptaciones de los seres vivos Concepto clave espiritrompas: son los órganos succionadores de los lepidópteros (mariposas), que despliegan para extraer el néctar de las flores.

Actividad 11

Una adaptación corresponde a cualquier rasgo (o grupo asociado de caracteres) heredable, cuya presencia en un individuo incrementa la posibilidad de sobrevivencia y reproducción o adecuación biológica, bajo determinadas condiciones ambientales. Sin embargo, la adaptación también puede ser entendida como el proceso evolutivo por el cual los organismos en una población llegan a estar más capacitados para enfrentar y sobrevivir a las condiciones de su propio hábitat. Esta fue la idea que Charles Darwin y Alfred Wallace introdujeron al plantear la selección natural, como el mecanismo por el cual ocurre el proceso de adaptación. Si bien la selección natural no es el único mecanismo evolutivo, es altamente aceptado que es el único proceso que causa adaptación.

Observar-interpretar

Observa los organismos de las fotografías y señala los atributos o rasgos adaptativos más característicos que poseen, relacionados con la adaptación. Descríbelos en tu cuaderno.

A

B

C

A partir de la actividad anterior, pudiste deducir que ciertas características, como el pico alargado de los picaflores o las espiritrompas de las mariposas, son adaptaciones que les permiten a estos organismos alcanzar el néctar de las flores tubulares. Por estos atributos adaptativos podemos afirmar que estos organismos están adaptados a un tipo de alimentación en particular. No obstante, no todos los rasgos o características de los individuos son adaptativos. Respecto del efecto del ambiente o de la selección natural, algunos rasgos, como el color, la forma, el tamaño de una estructura u órgano, o el número de ellos, pueden ser adaptativos, es decir, relevantes para la sobrevivencia y reproducción de los organismos que los presentan, o bien ser neutros y, entonces, no tener efecto alguno. Entre esta diversidad de caracteres se ha observado un tipo muy particular, conocido como preadaptación o exaptación. Este tipo de carácter corresponde a una estructura u órgano que durante el proceso evolutivo fue seleccionado, pues cumplía una función adaptativa particular, la que más tarde fue modificada bajo la fuerza de la selección natural. Es decir, son órganos que han cambiado su función original por otra, pero aún conservan su estructura original. A lo largo de la historia evolutiva de los organismos existen varios ejemplos de preadaptaciones. Uno de ellos son las plumas, estructuras que en un inicio servían de aislante térmico, y más tarde fueron esenciales en el vuelo de las primeras aves. 246

Unidad 5: Variabilidad, evolución y adaptación de los seres vivos

Unidad 5: Variabilidad, evolución y adaptación de los seres vivos

4.1 Tipos de adaptaciones A continuación, se describen algunos tipos de adaptaciones estudiadas en diversas especies. Adaptaciones fisiológicas, metabólicas o bioquímicas Permiten mejorar el funcionamiento interno del organismo, particularmente, en ambientes difíciles. La rata canguro, por ejemplo, puede hacer uso del agua derivada de la degradación de los alimentos, para subsistir en ambientes desérticos, sin necesidad de beber agua. En las plantas, este tipo de adaptaciones es más común, pues, debido a su inmovilidad, son incapaces de “escapar” de las condiciones estresantes de su ambiente. Las especies deciduas, por ejemplo, cambian su metabolismo para evadir los efectos de las estaciones con bajas temperaturas, a través de la pérdida de sus hojas. Adaptaciones del comportamiento Se relacionan tanto con variables ambientales como con la alimentación, la reproducción y el cuidado de las crías. Algunas especies que habitan en regiones desérticas, por ejemplo, pasan la mayor parte del día ocultos en sus madrigueras, y buscan alimento solo durante la noche, reduciendo así la pérdida de agua corporal, o los reptiles, que posan quietos en ángulo recto con respecto al sol, para recibir la mayor cantidad de calor. Otras conductas presentan otras especies, como es el caso de algunos roedores que buscan alimento en la noche o en el crepúsculo, cuando el riesgo de ser depredados es menor. Adaptaciones morfológicas Corresponden a estructuras u órganos que hacen a la especie más eficiente en su hábitat. En los animales, estas adaptaciones se relacionan con mecanismos que permiten tolerar las condiciones del medio, las formas de obtener alimento, los modos de locomoción y la reproducción. Las focas y lobos de mar, por ejemplo, poseen una gruesa capa de grasa subcutánea que los protege de las frías aguas. En las plantas, las adaptaciones morfológicas más significativas se observan en las flores. La gran diversidad floral está estrechamente ligada a los mecanismos de reproducción de cada especie, algunos de las cuales se relacionan con agentes polinizadores, como aves o insectos.

Capítulo II: Adaptaciones e historia evolutiva

247

Capítulo II

Adaptaciones y historia evolutiva

4.2 Colonización del ambiente terrestre por las plantas Como has estudiado anteriormente, las primeras plantas surgieron hace unos 400 ma., a partir de pequeñas algas verdes que crecían a orillas de masas de agua. En aquel tiempo, el inexplorado ambiente terrestre ofreció condiciones favorables para la evolución de algunos organismos, especialmente para las plantas, ya que ofrecía luz solar, nutrientes y ausencia, en ese tiempo, de depredadores.

Bosques de helechos.

En las primeras plantas terrestres surgieron adaptaciones, tales como una cubierta cerosa que reducía la pérdida de agua por evaporación, estructuras semejantes a las raíces, un sistema de conductos internos que permitían llevar el agua y los minerales desde las raíces hasta las hojas, y el engrosamiento de la pared de ciertas células que daban al tallo mayor rigidez. Con este tipo de adaptaciones, las primeras plantas terrestres se diversificaron, llegando, en el Carbonífero, a cubrir extensas franjas de tierra, en las riberas de las masas de agua, con bosques de helechos arbustivos y alfombras de diferentes asociaciones de musgos. Al colonizar la tierra, las plantas modificaron su sistema de reproducción. Los primeros grupos de plantas conservaron, de sus ancestros, gametos masculinos flagelados (espermios que debían nadar para fecundar al óvulo), por lo cual estas especies estuvieron restringidas a ambientes húmedos, donde los gametos podían ser liberados en el agua para su fecundación.

Bosques de araucarias.

Las plantas que habitaban ambientes más áridos comenzaron a evolucionar hacia estrategias reproductivas independientes del medio acuático. Las primeras en hacerlo fueron las coníferas, como araucarias, cipreses y pinos, que surgieron hace unos 250 ma. En este grupo, el gameto femenino es retenido en la planta adulta, y los espermios (encapsulados en un grano de polen) son transportados por el viento hasta alcanzar la estructura (cono) en la que se alojan los gametos femeninos. Otra adaptación que surge en este grupo es que, luego de la fecundación, el individuo en desarrollo, antes de ser liberado, es provisto con sustancias de reserva y encapsulado por una cubierta resistente a la desecación (semilla). El último grupo que aparece en esta historia evolutiva son las plantas con flores, que evolucionaron a partir de alguna especie semejante a las coníferas, hace unos 130 ma. Aparentemente, la ventaja fue su mayor eficiencia reproductiva. Las coníferas, debido a que son polinizadas por el viento, producen grandes cantidades de polen, pues solo unos pocos granos alcanzan su objetivo. Sin embargo, la estructura floral ha evolucionado estrechamente ligada a la polinización por insectos o aves, gracias a esta relación, las plantas requieren menor cantidad de polen para lograr una fecundación exitosa.

Plantas con flores. Mutisia lineariloba.

248

Unidad 5: Variabilidad, evolución y adaptación de los seres vivos

Unidad 5: Variabilidad, evolución y adaptación de los seres vivos

4.3 Historia adaptativa de los animales modernos De acuerdo al registro fósil, se ha podido dilucidar que en el Cámbrico surgió una gran variedad de especies animales, muchas de ellas semejantes y claramente ancestrales a las actuales. En los grupos de invertebrados, la organización corporal, en relación al tracto digestivo, fue una de las primeras y más básicas diferencias adaptativas. Los primeros animales, con una organización corporal en forma de saco, poseían un sistema digestivo con solo una abertura, es decir, ingerían su alimento y expulsaban los desechos por la misma cavidad. Este sistema evolucionó hacia la aparición de un sistema digestivo que separaba la abertura por donde ingresaba el alimento de aquella por donde se eliminaban los desechos. Probablemente, el motor de la aparición de nuevas y más especializadas adaptaciones fue la relación predador-presa, que condujo a la diversificación de modos de locomoción. Estos mecanismos debieron ser acompañados por la contracción muscular, que permitía mover diferentes partes del cuerpo. Sin embargo, para su contracción, la musculatura debía estar sujeta a alguna estructura rígida del cuerpo, como un esqueleto. Así evolucionó, entre los invertebrados como los trilobites (los más antiguos), el esqueleto externo o exoesqueleto. En otros animales surgió el esqueleto interno. De este grupo, más tarde, hace alrededor de 400 ma., se originaron los primeros peces. Con estas habilidades de movimiento debió desarrollarse una mayor capacidad sensorial y un sofisticado sistema nervioso. En algunos grupos más avanzados, estos sentidos, altamente desarrollados, se ubicaron en el extremo anterior del animal, mejorando la coordinación y dirección del movimiento. El proceso evolutivo de los animales continuó en los grupos acuáticos. Sin embargo, el ambiente terrestre proveyó la oportunidad para la diversificación de muchos grupos de animales.

Las plantas evolucionaron sobre la Tierra y le siguieron los artrópodos, en los que el exoesqueleto constituyó una preadaptación, que les permitió colonizar y diversificarse en variados ambientes terrestres (trilobites y cangrejos como ejemplos). Los artrópodos respiraban a través de branquias, estructuras que permiten el intercambio gaseoso en el medio acuático.

Los peces, organismos con esqueleto interno.

Capítulo II: Adaptaciones e historia evolutiva

249

Capítulo II

Adaptaciones y historia evolutiva

4.4 Evolución de los vertebrados terrestres

Peces.

Reflexionemos Si bien la extinción de especies es un proceso natural, los seres humanos, a partir del siglo xvii, lo hemos acelerado debido al aumento de la población y a la transformación del ambiente. Cada especie que desaparece es una historia evolutiva completa de millones de años que se borra para siempre. Para enfrentar esta situación, se han creado organizaciones gubernamentales y no gubernamentales para informar y evitar la desaparición de más especies ante el avance de la civilización humana. ¿Qué esfuerzos se realizan en nuestro país para preservar la vida animal y vegetal?; ¿crees que el avance tecnológico y la protección del ambiente son compatibles?

250

Anfibios.

El primer grupo de vertebrados que colonizó el ambiente terrestre fue el de los anfibios, que derivaron de una clase de peces que presentaban dos preadaptaciones para la vida en la tierra: aletas fuertes y robustas, que les permitían arrastrarse en el fondo de pozas poco profundas, y una vejiga o bolsa derivada del tracto digestivo, que podía ser llenada de aire, como pulmones primitivos. Estos atributos les permitieron buscar refugio, durante períodos más secos, moviéndose entre pozas poco profundas y pobres en oxígeno, situación que soportaban llenando de aire sus rudimentarios pulmones. A partir de estos peces, pero con pulmones más funcionales y patas derivadas de las aletas, surgieron los primeros anfibios hace unos 350 ma. No obstante, su delicada piel y la necesidad del medio acuático para la fecundación de sus gametos los restringió a vivir ligados a las riberas de cuerpos de agua.

Unidad 5: Variabilidad, evolución y adaptación de los seres vivos

Unidad 5: Variabilidad, evolución y adaptación de los seres vivos

Aves.

Reptiles.

Los climas más secos posibilitaron la evolución de los reptiles a partir de los anfibios. Los primeros reptiles desarrollaron al menos cuatro adaptaciones: pulmones más eficientes, que les proveían del oxígeno requerido; piel gruesa y escamosa, que prevenía la pérdida de agua; fecundación interna, que eliminaba la necesidad del medio acuático; y huevos protegidos por una cáscara impermeable, que mantenía al embrión en óptimas condiciones durante su desarrollo. Una de las mayores dificultades que los reptiles debieron enfrentar fue mantener una temperatura corporal lo suficientemente alta, ya que la mayoría de las especies están en actividad solo cuando la temperatura ambiental es cálida. Hace unos 150 ma. dos grupos de pequeños reptiles siguieron estrategias evolutivas diferentes para evitar la pérdida de calor, desarrollando estructuras aislantes; en un grupo evolucionaron las plumas y en el otro, los pelos, dando origen, respectivamente, a las aves y los mamíferos.

Mamíferos.

Capítulo II: Adaptaciones e historia evolutiva

251

Capítulo II

Adaptaciones y historia evolutiva

4.5 Adaptaciones de los organismos que les permiten responder a cambios diarios o estacionales Cuando un organismo se enfrenta a cambios repentinos, cuyas duraciones pueden ser de días o meses, se aclimata y no sufre procesos evolutivos ni alteraciones del genotipo. La aclimatación es un proceso rápido y les permite a los individuos sobrevivir a condiciones diferentes a las que se encuentran acostumbrados. Como ya has aprendido en la unidad 4, los organismos utilizan los sistemas homeostáticos de regulación de la temperatura, ventilación, excreción, entre otros, y regresan al estado normal cuando las condiciones ambientales excepcionales desaparecen. Los cambios o modificación que adquiere el organismo no son heredables, pues el material genético no sufre alteraciones.

Los buzos deben aclimatarse al aumento de presión cuando se sumergen en aguas profundas.

Por ejemplo, si vives en un clima templado (de temperaturas de rangos medios) y viajas a un lugar con clima desértico (caluroso y seco) tu cuerpo se aclimatará: variará la frecuencia cardíaca, la concentración de sales de tu sudor y la temperatura corporal, entre otros cambios fisiológicos. Cuando regreses a tu cuidad, los rangos volverán a ser los que mantenías antes del viaje. Lo mismo sucederá si cambias de altura, ya que disminuye la presión atmosférica que necesitas normalmente para el proceso de respiración.

Actividad 12

Seleccionar información-analizar

Investiga sobre los cambios físicos que ocurren en los organismos al aclimatarse fisiológicamente en estas tres situaciones. 1. Un montañista llegando a la cima de una alta montaña. 2. Un buzo en las profundidades. 3. Un pez al cual cambian de acuario.

Conexión con...

Deporte

¿Has escuchado que cuando los equipos de fútbol chilenos juegan en ciudades de mayor altura que las ciudades chilenas, viajan días antes para “aclimatarse”? Esto sucede porque después de las 24 horas de estar en una altura superior a la acostumbrada, el cuerpo comienza a manifestar cambios físicos que afectan las condiciones fisiológicas del organismo, presentando deshidratación y trastornos del sueño. Para que un entrenamiento sea óptimo, debería realizarse durante 4 semanas antes del partido oficial, y en una altura superior a la de la ciudad programada.

252

Unidad 5: Variabilidad, evolución y adaptación de los seres vivos

Unidad 5: Variabilidad, evolución y adaptación de los seres vivos

5. Registro fósil en la línea evolutiva del caballo En ocasiones, cuando el registro fósil de un grupo de organismos de especies cercanas (emparentadas) es bastante completo, los fósiles pueden ser utilizados para deducir la historia evolutiva de las especies actuales o “modernas”, utilizando especies extintas de diferentes edades geológicas. De esta manera, los fósiles pueden aportar pruebas sobre el origen de una especie, a partir de otra preexistente. Al hablar de especies modernas, las científicas y científicos se refieren a aquellas presentes en la actualidad, que descienden de otras conocidas como especies ancestrales. En general, a partir de una especie ancestral (extinta) pudo haberse originado otra, nueva o moderna en comparación con aquella a partir de la cual se originó.

Actividad 13

Inferir-identificar el problema de investigación

En parejas, analicen la siguiente información, que muestra la historia evolutiva del caballo moderno (Equus). Luego, respondan las preguntas planteadas. 1. ¿Qué cambios han experimentado las especies en la línea evolutiva del caballo?, ¿qué sugieren estos cambios? 2. ¿Qué evidencias permiten asegurar que la evolución de la forma de la pata delantera y del tamaño corporal, desde las especies ancestrales del caballo hasta la actual, ha sido gradual? 3. ¿Puede haber otras especies extintas dentro de este grupo de organismos, que no están representadas en las imágenes de fósiles?, ¿por qué?

Fuente: A: Árbol evolutivo (filogenia) del caballo. B: Esqueleto de las patas delanteras. C. Esqueleto fosilizado del caballo actual y de sus ancestros. D. Caballo moderno y forma de los ancestros, inferidas a partir de los fósiles. Fuente: Museo de Historia Natural de Florida, Estados Unidos, www.flmnh.ufl.edu/natsci/vertpaleo/ fhc/fhc.htm).

A

B

C

D

Equus

Merychippus

Miohippus

Hyracotherium

100 cm

Capítulo II: Adaptaciones e historia evolutiva

253

Capítulo II

Adaptaciones y historia evolutiva

Taller de ciencias

Trabajo en equipo

Las mutaciones ocurren en respuesta a las condiciones del ambiente Antecedentes

Estrategias de contrastación y resultados

Los antibióticos son sustancias químicas que destruyen bacterias y se han utilizado masivamente en los últimos años para el tratamiento de enfermedades. Paralelo a esto, las bacterias han desarrollado resistencia a los antibióticos, lo que les ha posibilitado aumentar su sobrevivencia y desarrollarse en medios adversos.

Analicen en equipo, el siguiente diseño experimental realizado por Esther y Joshua Lederberg en 1952.

Acciones como la automedicación con antibióticos, que supone una alta probabilidad de no ser adecuados para eliminar a los agentes que causan enfermedades o no terminar los tratamientos recomendados por los médicos, aumentan las tasas de resistencia a los antibióticos por parte de las bacterias. Problema de investigación A partir de los antecedentes recién descritos surgen problemas como: ¿son las condiciones del ambiente las que generan que las bacterias adquieran el gen de la resistencia? o ¿sólo las bacterias que están expuestas a los agentes antibióticos generan resistencia a ellos? o ¿el ambiente determina las mutaciones que se generan en los organismos? Comenta los problemas de investigación recién planteados y escojan con su equipo de trabajo algunos de ellos o planteen un nuevo problema si es que surge de la discusión. Planteamiento de hipótesis A partir del problema escogido, propongan una hipótesis que de una respuesta tentativa. Para plantearla recuerden los mecanismos evolutivos y las características de los organismos procariontes. Como ya saben, la hipótesis debe ser factible de ponerla a prueba mediante una estrategia de contrastación.

254

1. Se sembró una cepa bacteriana en un cultivo libre de antibiótico (penicilina). Esta placa recibió el nombre de placa original.

Placa original

2. Se dejó que las bacterias se reprodujeran hasta formar colonias diferentes. 3. Al momento en que las colonias de bacterias ya fueron visibles, se realizó una copia de la placa de Petri, identificando cada colonia. Luego, se imprimió el mismo patrón de colonias, en un cultivo de las mismas características pero con penicilina. 4. Solo las colonias X e Y sobreviven en este medio de cultivo. Las demás son afectadas por el medio ambiente. 5. Se tomaron muestras de la placa original (sin penicilina) y se replicaron las cepas que dieron origen a las variantes que resistieron al antibiótico (X e Y, identificadas por el espacio donde crecieron), pero ahora en un cultivo con el antibiótico. Estas cepas originales no habían estado en contacto previo con penicilina y también resistieron al antibiótico.

Unidad 5: Variabilidad, evolución y adaptación de los seres vivos

Colonias diferentes

Placa estampada con penicilina

Placa estampada con penicilina

Placa original con penicilina

Unidad 5: Variabilidad, evolución y adaptación de los seres vivos

Análisis e interpretación de evidencias

Conclusiones y comunicación de resultados

Para el análisis de los resultados obtenidos por el matrimonio Lederberg, responde las siguientes preguntas.

Contrasten nuevamente su hipótesis con los análisis realizados y redacten una conclusión que determine la relación entre las variables que estudiaron en el taller.

a. ¿Cuál es la importancia de copiar el patrón de crecimiento de la placa original?, ¿qué se espera determinar con esta etapa del diseño? b. ¿Por qué se replican solo las cepas originales de las colonias resistentes al antibiótico? c. Para que una cepa mute y exprese en sus características la resistencia a la penicilina, ¿es necesario que crezca en un ambiente con presencia del antibiótico? d. Entonces, ¿es el ambiente el que impulsa a la mutación o esta ocurre al azar en algunas colonias? e. Si actuara la selección natural, ¿qué fenotipo sobreviviría en un ambiente adverso con presencia de antibiótico? ¿Qué colonias podrían reproducirse, A o X?, ¿por qué?

Para la comunicación de resultados, escojan una de las estrategias de comunicación que han aprendido a desarrollar a lo largo del curso (página 285). Realicen una muestra con las mejores ponencias realizadas para comparar los diferentes instrumentos utilizados. Expongan las características positivas de la estrategia y el porqué la escogieron entre el resto de las posibilidades. Proyección Como proyección de esta investigación, desarrollen un diseño alternativo para el mismo problema de investigación. ¿Qué etapa cambiarían del diseño propuesto por los investigadores, ¿qué características tendría su diseño que los llevaría a corroborar su hipótesis planteada?

Capítulo II - Adaptaciones e historia evolutiva

255

Síntesis y evaluación

Capítulo II

Mapa conceptual Completa el siguiente esquema con los términos que correspondan. Recuerda los conceptos tratados en el capítulo.

Especiación

Simpátrica diferentes tipos

mediante diferentes mecanismos

1.

Divergencia génica

2.

como producto se generan

Adaptaciones

que generan

Nuevas especies

que aportan a la

Biodiversidad

a diferentes 3.

Evaluación de proceso I. Clasifica cada adaptación en cada una de las siguientes categorías: fisiológicas (metabólicas, bioquímicas), del comportamiento o morfológicas. 1. El aparato bucal de los mosquitos les permite picar y succionar. 2. Las cactáceas abren sus estomas y capturan dióxido de carbono solo durante la noche. 3. Las lagartijas regulan su temperatura corporal, moviéndose entre su refugio y lugares soleados. 4. Las hojas del tamarugo son de tamaño reducido, con estomas restringidos en número y disposición, lo que le permite a esta planta minimizar la pérdida de agua en ambientes desérticos.

256 Unidad 5: Variabilidad, evolución y adaptación de los seres vivos

Capítulo II - Adaptaciones y historia evolutiva

II. Identifica el mecanismos evolutivo a partir de una situación ficticia. Luego, responde las preguntas.

Una población de roedores solo presentaba una variedad de colores (blanco). Con el paso del tiempo, una parte menor de su población comenzó a presentar otra variante del color (café), cuya frecuencia comenzó a aumentar debido a su mayor habilidad para escapar de sus predadores. Años después, ya no era posible el flujo génico entre ambas variantes. 1. ¿Qué hipótesis podrías plantear en base a lo observado? 2. ¿Qué proceso debió ocurrir para que apareciera otra variante del color en la población? 3. Si ya no existía flujo de genes entre blancos y cafés, ¿qué sucedió con la especie original?

III. Responde las siguientes preguntas. 1. ¿Cuál fue la adaptación de las plantas que les permitió reproducirse lejos de las masas de agua? 2. ¿Qué diferencias existen entre las adaptaciones permantentes en el tiempo y las estacionales? Menciona al menos 2 diferencias y describe un ejemplo para cada tipo. 3. ¿Cuál fue la necesidad de los reptiles que impulsó la aparición de plumas o pelos en aves y mamíferos?

Me evalúo Completa la siguiente tabla, siguiendo las instrucciones de tu profesor o profesora. Debería Reconocer que los diferentes mecanismos de especiación corresponden a un factor que influye en la evolución de las especies. Identificar los principales tipos de adaptación y los acontecimientos relacionados con ella y con la evolución en el tiempo geológico.

Puntaje

Ítem/ pregunta

Total

II

6

I, III

7

Obtenido

¿Qué debo hacer?

Según los puntajes obtenidos, realiza las actividades que te indicará tu profesor o profesora.

Unidad 5: Variabilidad, evolución y adaptación de los seres vivos 257

Síntesis de la unidad

Unidad 5

3800

590

PRECÁMBRICO

PALEOZOICO (edad de la vida primitiva)

Eras

Períodos

Cámbrico

590

Ordóvico 488.3

Silúrico

443.7

Devónico

416

Carbonífero 359.2

Pérmico

299

Millones de años

Mecanismos evolutivos

Selección natural

Selección sexual

Glosario Adaptación Rasgo del comportamiento, estructura anatómica o proceso fisiológico de un organismo que se piensa ha evolucionado por selección natural. Deriva génica Cambios azarosos de las proporciones en las que se encuentran los alelos en una población.

Efecto fundador Cambios en los alelos de una población como resultado del establecimiento de una población inicial de un reducido número de individuos. Especiación Proceso de formación de una nueva especie a partir de una especie inicial o ancestral, con la cual no puede reproducirse posteriormente.

258 Unidad 5: Variabilidad, evolución y adaptación

Especiación alopátrica Tipo de especiación en que se originan nuevas especies lejos de la población original. Especiación simpátrica Tipo de especiación en que se originan nuevas especies en presencia de la especie original y conviven con ella.

248

65

MESOZOICO

Triásico 248

Jurásico 199.6

Mutación

Cretásico

Paleógeno 65

145.5

Recombinación génica

Neógeno 23

Deriva génica

Holoceno

Pleistoceno

Mioceno

Cretásico superior

Plioceno

CENOZOICO (edad de los mamíferos) Paleoceno

Cretásico inferior

CENOZOICO

Oligoceno

MESOZOICO (edad de los reptiles)

Eoceno

PALEOZOICO

0

Cuaternario

1.8

0

Flujo genético

Fijismo

Evolución

Selección natural

Teoría del origen de las especies según la cual todos los organismos habrían aparecido al momento de la creación del mundo.

Proceso de cambios de los organismos que ha generado la biodiversidad presente en todas las épocas de la Tierra, a partir de un antepasado común.

Mecanismo evolutivo que privilegia características de sobrevida y éxito reproductivo en poblaciones biológicas fenotípicamente diferenciadas.

Recombinación génica

Selección sexual

Proceso de formación de nuevas combinaciones genéticas. Estas pueden originarse por crossing over o por transferencia horizontal.

Es un tipo de selección natural que actúa de modo diferencial en machos y hembras, determinando diferencias en comportamiento, morfología, desarrollo y estrategias reproductivas entre ambos sexos.

Mutación Cambio azaroso del material génico causado por agentes mutágenos o causas naturales. Es la fuente primaria de variabilidad genética.

Unidad 5: Variabilidad, evolución y adaptación 259

Evaluación final

Unidad 5

I. Escoge la alternativa correcta para cada pregunta. 1. ¿Qué características se requieren para que ocurra la biodiversidad de las especies? A. Que ocurra proceso evolutivo. B. Que exista variabilidad genética entre los organismos. C. Que exista recombinación genética en la meiosis. D. Que en una misma población existan organismos fenotípicamente diversos. E. Todas las anteriores. 2. ¿Cuál de los siguientes enunciados es parte de la teoría de selección natural planteada por Darwin? A. Los recursos naturales son limitados. B. Las poblaciones tienden a crecer exponencialmente. C. Los individuos de una población presentan variaciones entre ellos. D. La lucha por la sobrevivencia determina qué rasgos son favorables. E. Entre los organismos de una población hay variaciones que se heredan. 3. Si se comparan organismos con una gran capacidad de dispersión (desplazamiento) versus organismos sésiles, ¿cuál de los siguientes procesos debiera ser más intenso? A. Mutación. B. Coadaptación. C. Recombinación genética. D. Deriva génica. E. Flujo genético. E. Selección natural. 4. De las siguiente barreras de flujo génico, ¿cuáles corresponden a mecanismos postcigóticos? I. Diferencias estructurales de los órganos reproductores. II. Generación de organismos infértiles. III. Variaciones de comportamiento en época reproductiva. IV. Muerte del cigoto antes de llegar a término. A. Solo I. B. Solo II. C. Solo III. D. Solo II y III. E. Solo II y IV. 5. ¿Cuál de las siguientes características no corresponde a la selección sexual? A. Es un tipo de selección natural. B. Opera entre organismos de distinto sexo. C. Tiene relación con la obtención de pareja para el apareamiento. D. Se reconocen dos tipos: intrasexual e intersexual. E. No se relaciona directamente con la sobrevivencia de los organismos.

260 Unidad 5: Variabilidad, evolución y adaptación de los seres vivos

6. ¿En qué orden cronológico aparecen las siguientes adaptaciones en plantas? I. Órganos reproductivos en flores. II. Formación de una semilla que protege al embrión. III. Gametos flagelados que requieren de agua para la fecundación. IV. Gametos femeninos fijos en coníferas y gametos masculinos que requieren del viento para trasladar el polen A. I, II, IV, III. B. II, IV, III, I. C. III, II, IV, I. D. III, IV, II, I. E. IV, I, II, II. 7. ¿Qué relación posee una mayor cercanía filogenética? A. Gorila-ser humano. B. Ser humano-orangután. C. Ser humano-chimpancé. D. Gorila-orangután. E. Orangután-chimpancé. 8. En relación a los organismos que habitaron en las diferentes eras geológicas, ¿cuál de las siguientes relaciones es falsa? A. Paleozoica-pluricelulares marinos. B. Mesozoica-ser humano. C. Paleozoica-musgos y helechos. D. Mesozoica-dinosaurios. E. Mesozoica-plantas con flores. 9. ¿Qué características son parte de la evolución humana? I. Disminución de la masa craneana. II. Aparición de manifestaciones culturales. III. Reducción del tamaño de los dientes. IV. Marcha bípeda. A. Solo I y II. B. Solo II y III. C. Solo III y IV. D. Solo I, II y IV. E. Solo II, III y IV. 10. ¿Cuál de las siguientes características es una adaptación estacional? A. Desarrollo de pétalos de intenso color. B. Aumento de la ventilación pulmonar por esfuerzo físico. C. Capacidad de guardar aire en pulmones primitivos. D. Desarrollo de la visión nocturna para cazar de noche. E. Desarrollo de semillas para proteger al embrión.

Unidad 5: Variabilidad, evolución y adaptación de los seres vivos 261

Evaluación final

Unidad 5

II. Responde en tu cuaderno. 1. En el siguiente esquema, cada círculo de color representa una especie. Explica el proceso mostrado a través de la teoría de la selección natural de Darwin.

2. A partir de las siguientes imágenes, responde las preguntas que se plantean.

a. ¿Qué par de órganos son homólogos?, ¿por qué? b. ¿Cuáles son análogos? Fundamenta. c. ¿Cuál de los pares de especies tiene un ancestro común más cercano? Explica. d. ¿Cuál de los dos pares de especies representa una evolución convergente?, ¿cuál una evolución divergente?

262 Unidad 5: Variabilidad, evolución y adaptación de los seres vivos

3. Las flores de Fuchsia magellanica permanecen verdes mientras producen néctar y polen. Luego, cambian a púrpura oscuro o rojo. A. ¿Por qué las flores de esta especie permanecen un tiempo verdes y no poseen inmediatamente el color que les es característico? B. ¿A qué tipo de adaptación corresponde el cambio de color de las flores en Fuchsia magellanica? C. ¿Qué ventaja adaptativa representa esta situación para la planta? D. En qué era geológica y qué condiciones ambientales impulsaron la reproducción a través de las flores, en las plantas?

4. Lee el texto y responde.

En una pradera habita una población de cabras silvestres. Para la característica del tamaño de sus ubres existen dos alelos: ubres pequeñas y ubres grandes (ambos tipos cumplen la función de amamantar a sus crías). Al momento de escapar de los depredadores, las cabras de ubres grandes tienen problemas para movilizarse, al contrario de las cabras con ubres pequeñas. A. ¿Qué característica se transmitirá con mayor probabilidad a las generaciones futuras?, ¿por qué? B. ¿De qué manera actúa la variabilidad genética en este caso? C. ¿Cómo manipularías la descendencia de las cabras, si tu objetivo fuera la producción de leche?; ¿sería un proceso de selección natural?, ¿por qué?

5. Completa la siguiente tabla. Era

Características

Precámbrica Paleozoica Mesozoica Cenozoica

Unidad 5: Variabilidad, evolución y adaptación de los seres vivos 263

Actualidad

Cráneo de mastodonte encontrado en Padre Hurtado E

l 15 de febrero del año 2011 un grupo de trabajadores excavaban en un sector en el que se construye una planta de tratamiento de agua. Su sorpresa fue enorme al encontrar, a seis metros de profundidad, un fósil con forma de cuerno, de casi 1,50 metros de largo. Luego se enterarían de que eran los responsables de uno de los hallazgos más importantes para la paleontología de nuestro país: el cuerno correspondía a un incisivo o “defensa” de un mastodonte que habitó la Tierra entre 2 y 10 mil años atrás, durante el Pleistoceno.

Debido a la importancia del descubrimiento y las características de conservación de los restos, el área de arqueología del Consejo de Monumentos Nacionales determinó que la pieza quede preservada en el Museo Nacional de Historia Natural.

Después del hallazgo, la obra se paralizó y se desplegó un contingente de especialistas, entre los que se encontraba Rafael Labarca, arqueólogo y perito de la sección de Ecología y Medioambiente de la PDI. Ellos posteriormente, dieron con otro dato que sorprendió a todos los presentes: no se trataba solo de un colmillo, sino que el hueso seguía hasta encontrarse con el cráneo del mastodonte, con sus cuatro molares unidos a los dos incisivos. “El cráneo está prácticamente completo. Hasta el momento no se había recuperado ninguno en tan buenas condiciones”, comentó Labarca. El contexto en el que se encontró el fósil corresponde a un sector en el que habría existido un ambiente fluvial, por lo que se puede suponer que el mastodonte fue arrastrado hasta allí por el caudal de un río. Lo que nadie se esperaba era que el material estuviese tan completo, afirma Rodrigo Otero, asesor técnico en el área de Patrimonio Natural en el Consejo de Monumentos Nacionales, institución adscrita a la Dirección de Bibliotecas, Archivos y Museos (Dibam).

264

Antiguo esqueleto de mastodonte. Museo de Historia Natural de Florida.

Unidad 5: Variabilidad, evolución y adaptación de los seres vivos

Descubren al primer dinosaurio endémico de Chile

A

tacamatitan chilensis corresponde al primer ejemplar de dinosario, específicamente del linaje de los titanosaurios, que ha sido catalogado como endémico de nuestro país. Los restos de este animal fueron encontrados el año 2000 en el desierto de Atacama (cerca del pueblo llamado Conchi viejo), el que presenta una extensión de más de 100 000 km2 y con períodos de hasta 300 años sin lluvias. Es un hecho que este desierto se considera como uno de los más áridos del mundo, pero también es un hecho que hace unos 100 millones de años, en el periodo Cretácico, esta zona habría estado cubierta de varias especies vegetales, entre ellas la araucaria. El Atacamatitan podría haberse alimentado de frutos de araucarias, lo que indica que en ese momento, el desierto de Atacama no era un lugar tan árido como lo es ahora. Luego del hallazgo, los investigadores recopilaron datos para compararlos con otros ejemplares

Páginas webs sugeridas

Foto: Desierto de Atacama, lugar del hallazgo del Atacamatitan chilensis.

encontrados hasta ahora y así descartar que alguna especie similar se halle en otro lugar del mundo. Para mayor información puedes dirigirte a la página http://www.periodismocientifico.cl/2011/03/23/225/

Bibliografía adicional

• http://wn.com/Animacion_Seleccion_ natural Debes ingresar al segundo video llamado la Selección natural, donde se explica el proceso de la evolución y el mecanismo de selección natural. • www.darwinfoundation.org/espanol/_ upload/ambientes-marinos.pdf Descarga en este link el libro digital Ambientes marinos y costeros de Galápagos, donde podrás aprender con detención sobre la flora y fauna marina de las islas. Incluye fotografías, ilustraciones e información.

• Curtis, H. y Barnes N,. (2008). Biología. 7ª edición. Buenos Aires: Médica Panamericana. • Manríquez G., Rothhammer F., (1997). Teoría moderna de la evolución. 1a edición. Santiago de Chile: Amphora Editores. • Sadava D. y cols. (2009). Vida. La Ciencia de la Biología. 8a edición. Buenos Aires: Médica Panamericana. • Villee, C. A. (1996). Biología. 8a edición. México: McGraw-Hill.

• www.cienciapopular.com/n/Biologia_y_ Fosiles/Adaptaciones_Evolutivas/ Adaptaciones_Evolutivas.php En esta página encontrarás información sobre las adaptaciones de los seres vivos al ambiente en donde se desarrollan. Puedes hacer clic sobre los conceptos subrayados, para profundizar aún más en los temas de interés.

Unidad 5: Variabilidad, evolución y adaptación de los seres vivos

265

Evaluación de síntesis 3

Biología

Selecciona la alternativa correcta. 1. ¿Cuál de los siguientes mecanismos se desencadena cuando un mamífero es sometido a un descenso de temperatura? A. Aumenta la sudoración. B. Los músculos entran en una fase de relajación.

A. La pérdida de las sensaciones del lado derecho del cuerpo.

C. Los vasos sanguíneos periféricos se contraen.

B. La pérdida de los reflejos medulares básicos.

D. El hipotálamo estimula el consumo de agua.

C. La pérdida de los movimientos involuntarios.

E. Los riñones producen orina hipertónica.

D. La pérdida de la motricidad fina del lado derecho del cuerpo.

2. La leucemia es una enfermedad caracterizada por un incremento en la producción de glóbulos blancos inmaduros en la médula ósea roja. Basándote en la información anterior ¿Cuál(es) es(son) consecuencias directas de la leucemia en una persona? I. El enfermo desarrolla anemia. II. El enfermo genera gran resistencia a las enfermedades. III. El enfermo sangra fácilmente, por problemas en la coagulación sanguínea.

E. La pérdida de la sensibilidad y motricidad de todo su cuerpo. 5. La cafeína es una sustancia psicoactiva, muy consumida en el mundo, que se encuentra en las bebidas cola, café y té. En relación a esta droga ¿cuáles son los efectos que provoca su elevado consumo? I. Genera estados de insomnio. II. Provoca un estado de tolerancia frente a su consumo reiterado.

A. Solo I.

III. Genera trastornos ansiosos como las conocidas crisis de pánico.

B. Solo II.

A. Solo I.

C. Solo III.

B. Solo II.

D. Solo I y II.

C. Solo I y II.

E. Solo I y III.

D. Solo I y IIII.

3. ¿Cuál de las siguientes relaciones es incorrecta, respecto al lugar donde ocurre la digestión de diversos nutrientes? A. Los carbohidratos en el estómago. B. Los lípidos en la boca. C. Los carbohidratos en la boca. D. Las proteínas en el intestino delgado. E. Los lípidos en el intestino delgado.

266

4. Durante un accidente automovilístico una persona sufre el corte transversal de la médula espinal en la zona cervical. ¿Qué consecuencias tendrá el individuo?

3º Medio

E. I, II y III.

Unidades 1 a 5

6. La diferencia entre un agente estresor y el estrés es: A. el primero es la causa o productor del estrés. B. el estrés esta siempre relacionado con la salud psicológica de un individuo. C. el agente estresor siempre es exógeno, en cambio el estrés es endógeno. D. el estrés está relacionado con dolores físicos y sufrimiento. E. el agente estresor afecta directamente la salud física de un individuo. 7. ¿Cuáles son los efectos que produce el cortisol en una situación de estrés? I. Estimula el aumento de la glicemia. II. Moviliza las grasas para que el hígado pueda producir glucosa. III. Reduce la inflamación. A. Solo I. B. Solo II. C. Solo I y II. D. Solo II y III. E. I, II y III. 8. ¿Qué conscuencias tendrá una persona a la cual se le obstruye el conducto que permite la llegada de jugo pancreático y bilis al duodeno?

9. ¿Cuáles de las siguientes relaciones entre estímulo y tipo de receptor son correctas? I. Dolor por picadura de abeja; terminaciones nerviosas libres. II. Presión de la ropa sobre la piel; mecanoreceptores. III. Sabor de las frutillas; quimioreceptores. A. Solo I. B. Solo II. C. Solo III. D. Solo I y III. E. I, II y III. 10. ¿Qué características son parte de la selección natural? I. Es un mecanismo no azaroso. II. Requiere de diferencias solo en el fenotipo. III. Los caracteres deben ser heredables. IV. Es un mecanismo que funciona al azar. A. Solo I. B. Solo II. C. Solo III. D. Solo I y III. E. I, II y III. 11. ¿Cuál de los siguientes mecanismos evolutivos ocurre en organismos unicelulares?

A. El quilo presentará alteraciones en su pH.

A. Recombinación genética.

B. Presentará abundantes grasas en las heces fecales.

B. Crossing over.

C. Se producirá un aumento en los niveles de azúcar en la linfa.

C. Selección sexual. D. Transferencia horizontal. E. Ninguna de las anteriores.

D. Presentará dificultad en la absorción de agua y sales minerales. E. Se estimulará exageradamente la síntesis de enzimas provenientes del páncreas.

Evaluación de síntesis 3 267

Evaluación de síntesis 3

Biología

12. El objetivo de un empresario productor de leche es que sus vacas sean buenas productoras, ¿qué tipo de selección debe utilizar? A. Selección estabilizadora.

B. una de las huellas pertenece a un ser humano prehistórico. C. en la posición 2 el animal se encontró con un humano y lo lastimó. D. las huellas fósiles pertenecen a dos animales diferentes.

B. Selección sexual. C. Selección disociadora.

E. el humano cazó al animal en el cuadrante 3.

D. Selección direccional. E. Selección dependiente de la frecuencia. 13. “La mayoría de los arbustos del matorral de Chile central dejan caer parte de sus hojas durante el verano, para así minimizar la pérdida de agua a través de los estomas, pero no dejan caer sus hojas durante el invierno, cuando el agua abunda y no hace calor”. El texto plantea que: A. las plantas de nuestro país son seleccionadas por el medioambiente. B. los arbustos del matorral de Chile se adaptan al frío y al calor. C. los estomas son muy importantes en la adaptación de las plantas al calor. D. en la zona central de Chile, todas las plantas pierden sus hojas durante la época de verano. E. la presencia de hojas en los arbustos de matorral, es una forma de adaptación de las plantas a su medioambiente. 14. La ilustración representa huellas fósiles, al respecto se puede afirmar que:

15. ¿Cuál de las siguientes relaciones sobre los eventos evolutivos es correcta? A. Los mamíferos de gran tamaño dominaron la Tierra en el período triásico. B. En la era cenozoica aparecieron las primeras bacterias y cianobacterias. C. Los primeros organismos fotosintéticos aparecieron en la era paleozoica. D. El apogeo de los dinosaurios ocurrió en el período neógeno. E. Las plantas con flores aparecieron antes que los helechos y musgos. 16. ¿Cuál de las siguientes alternativas es correcta, en relación al concepto de selección natural? A. La selección natural opera al azar, según el medioambiente en el cual habita una población. B. La selección natural favorece a los organismos más viejos y resistentes de una población. C. La selección natural puede actuar solo sobre las características fenotípicas de los organismos que conforman a una población. D. La selección natural hace que una población se adapte a un ambiente siempre estable.

1

2

3

A. las huellas fueron hechas en ocasiones distintas.

268

3º Medio

E. La selección natural opera directamente sobre los genes de una población.

Unidades 1 a 5

17. En el libro El origen de las especies, Darwin publicó su trabajo completo sobre su teoría para explicar el mecanismo por el cual se produce la evolución de las especies. En el momento de la publicación su teoría fue: A. abandonada por ser muy antigua. B. cuestionada por los propios científicos de la época. C. apoyada por los nuevos conocimientos sobre genética.

C. por efecto de la altura las personas que viven en Bolivia presentan un mayor número de eritrocitos. D. los paraguayos presentan los valores más bajos de hemoglobina en su sangre. E. Argentina y Brasil presentan niveles de hemoglobina muy similares. 19. En el siguiente esquema la letra X representa: X

D. mantenida solo para explicar el origen de los procariontes. E. validada por la comunidad científica como el gran aporte del siglo. 18. La siguiente tabla resume el promedio de hemoglobina que contiene la sangre de hombres y mujeres de diferentes lugares de América.

Variabilidad en una población

Adaptación

A. el proceso de evolución. B. el efecto de la selección natural. C. la presión o cambios del ambiente. D. las recombinaciones genéticas.

Cantidad de hemoglobina promedio (g/mL de sangre) País

Hombres

Mujeres

Argentina

14,8

13

Brasil

14,4

12,7

Bolivia

17,3

15,8

Chile

15,2

13,8

Centroamérica (hasta 750 metros sobre el nivel del mar)

15,4

13,3

E. ninguna de las anteriores. 20. Los primeros reptiles desarrollaron algunas de las siguientes adaptaciones: I. piel más delgada para recibir el calor del sol. II. fecundación interna.Los caracteres deben ser heredables. III. piel más gruesa y escamosa. A. Solo I.

Centroamérica 16,1 (hasta 750-1500 metros sobre el nivel del mar)

14,0

Paraguay

12,8

14,7

B. Solo II. C. Solo III. D. Solo I y III. E. Solo II y III.

Según la información proporcionada por la tabla es correcto inferir que: A. las mujeres de Bolivia poseen una cantidad muy similar de hemoglobina a los hombres de centroamérica. B. los hombres de Brasil son los que poseen el menor promedio de hemoglobina de los países mencionados. Evaluación de síntesis 3 269

Biología

Unidad

Solucionario

1

Fisiología de procesos vitales

Evaluación diagnóstica (págs. 16 y 17)

Ítem III

Ítem I

C. Transporta gases desde y hacia las células; A. Incorpora nutrientes para la obtención de energía en las células; C. Transporta los residuos del metabolismo celular; C. Facilita la llegada de oxígeno a las células para las reacciones metabólicas; B. Elimina el dióxido de carbono producido durante el metabolismo; A. Fragmenta macromoléculas en sustancias asimilables por la célula.

1. A. Estómago: digestión de los alimentos, mediante la acción del jugo gástrico; B. Intestino grueso: formación de las heces fecales con los residuos de la digestión; C. Pulmones: ingreso y salida de O2 y CO2, respectivamente; D. Alvéolos: estructura que permite el intercambio de gases (O2 y CO2); E. Glándulas salivales: secreción de saliva para humectar el alimento. F. Vasos sanguíneos: transportan la sangre desde el corazón hacia el cuerpo y viceversa. 2. a. V; b. V; c. F. Participan en los procesos digestivos; d. F. También participan en reacciones de síntesis de productos nuevos; e. V. 3. a. Sustancia química contenida en los alimentos. Sirve de materia prima para la actividad celular; b. Es la sustancia que la célula utiliza. El alimento es el que contiene a los nutrientes; c. Los sistemas digestivo, circulatorio y respiratorio; d. Tiene relación, pues provee el O2 necesario para las reacciones químicas que se llevan a cabo en las células; e. Se encarga de transportar los gases y los nutrientes hasta las células, además de llevar las sustancias de desecho hasta los lugares que permiten su eliminación.

Ítem II 1. Variación de la densidad ósea durante el transcurso de la vida de un individuo. 2. A mayor edad, menor es la absorción de calcio, lo que produce, a largo plazo, mayor pérdida de hueso. 3. Consumiendo alimentos o suplementos con alto contenido de calcio. 4. Evitar las fracturas que se producen por la disminución de la densidad del hueso.

Evaluación de proceso Capítulo I (págs. 24 y 25) Ítem I A. Tejido o célula; B. Órgano; C. Órgano; D. Sistema; E. Organismo.

Ítem II Fotosíntesis: H2O y O2; CO2 y O2; Respiración celular: O2 y nutrientes presentes en los alimentos; CO2, NH3 y H2O.

270

Biologia 3º

Capítulo II (págs. 34 y 35) Ítem I a. Amilasa salival/almidón; b. Movimientos peristálticos; c. Superficie; d. Intestino delgado; e. Lípidos; f. Egestión/desechos.

Ítem II Boca: glúcidos (amilasa salival); Estómago: grasas (lipasa gástrica), proteínas (pepsina); Intestino delgado: glúcidos (amilasa pancreática), grasas (lipasas); Proteínas (tripsina, quimiotripsina y peptidasas); Ácidos nucleicos (nucleasas).

Ítem III 1. La digestión mecánica se encarga de fragmentar el alimento, en cambio la digestión química produce la degradación final de los nutrientes, mediante la participación de las enzimas, en sustancias sencillas y absorbibles por las células. 2. El objetivo de la acción de las enzimas en la digestión química es fragmentar los nutrientes en macromoléculas que las células captarán en el proceso de absorción de los nutrientes. Si esto no sucediera, la sola fragmentación llevada a cabo por la digestión mecánica, no sería favorable para la absorción de nutrientes. 3. Si las células intestinales perdieran sus microvellosidades, disminuiría considerablemente la superficie de absorción para los nutrientes. 4. Las glándulas anexas secretan enzimas y jugos que contribuyen con la digestión química de los alimentos. 5. En el intestino delgado finaliza la digestión química, además de realizarse el proceso de absorción de los nutrientes, en cambio, en el intestino grueso se fabrican las heces y se reabsorbe agua. 6. En la boca ocurre digestión mecánica, que implica la fragmentación del alimento, y digestión química del almidón, por parte de la amilasa salival. En el estómago ocurre la mezcla del bolo alimenticio con los jugos gástricos para facilitar la digestión química de proteínas y algunos lípidos.

Biología 3º

Capítulo III (págs. 54 y 55)

Ítem III

Ítem I

1. La influencia del azúcar y de la sal en la eliminación de gases de la levadura. 2. Debería inflarse más el globo del matraz con azúcar. 3. En el matraz A y C no habrá reacción química, porque no se encuentra el sustrato adecuado (glucosa). Esto implica que no se inflarán los globos que poseen en sus boquillas. 4. El globo del matraz B.

1. Mal funcionamiento de las válvulas venosas/ impedimento del retorno de la sangre desoxigenada al corazón; 2. Falla de la capa muscular de las arterias/ dificultad para la dilatación de los vasos sanguíneos al aumentar la presión; 3. Disminución en la cantidad de eritrocitos de la sangre/disminución del transporte de O2 hacia las células; 4. Reflujo sanguíneo entre aurículas y ventrículos del corazón/daño en las válvulas que separan las cavidades cardíacas.

Ítem II 1. El epitelio alveolar, al estar formado por una sola capa de células, facilita el intercambio de gases respiratorios desde y hacia la circulación sanguínea. 2. El O2 es captado por animales y vegetales, pues todos los organismos vivos son capaces de realizar metabolismo celular, el cual (en el caso que se trate de respiración celular aeróbica) necesitan de este gas para oxidar la glucosa y obtener energía en forma de ATP. 3. La respiración aeróbica es más eficiente que la respiración anaeróbica, ya que en la primera, por cada molécula de glucosa que se oxida, se produce mayor cantidad de moléculas de ATP.

Ítem III 1. En los individuos poco entrenados, la necesidad de O2 es mayor, por lo que la presión alveolar de O2 se hace cada vez menor en los alvéolos, en cambio, en los deportistas, la presión de O2 tiende a mantenerse, observándose menos preponderancia a la hipoxia. 2. Mientras menos oxígeno exista en los alvéolos, aumenta rápidamente la ventilación pulmonar por la utilización del O2 en los tejidos, lo que desencadena la hipoxia.

Evaluación final (págs. 58, 59, 60 y 61) Ítem I 1. D; 2. B; 3. C; 4. D; 5.A; 6. B; 7. E; 8. C; 9. B; 10. B; 11.C.

Ítem II 1. Vena cava superior; 2. Aorta; 3. Vena pulmonar; 4. Aurícula izquierda; 5. Ventrículo izquierdo; 6. Ventrículo derecho; 7. Vena cava inferior; 8. Aurícula derecha.

Ítem IV 1. El O2 se transporta en los eritrocitos unido a la hemoglobina que ellos poseen. En el caso del CO2, existen varios procesos de transporte: disuelto en el plasma, como ión HCO3- y unido a la hemoglobina, al igual que el O2. 2. Significa que todos los grupos hemo de los dominios de la hemoglobina están ocupados por moléculas de O2. 3. El plasma transporta principalmente proteínas como albúmina; nutrientes, productos de desecho, sales minerales, hormonas y gases. 4. La sangre, como todos los tejidos del cuerpo, está formada por células, las cuales poseen funciones específicas. La diferencia con otros tejidos radica en que las células sanguíneas están contenidas en una sustancia viscosa, que es el plasma.

Ítem V Ingestión: proceso por el cual ingresan los alimentos al sistema digestivo (boca); digestión estomacal: el alimento llega al estómago, donde reacciona con enzimas que comienzan a digerir los alimentos (estómago); digestión intestinal: el quimo llega al intestino (duodeno), donde es mezclado con la secreción que libera el páncreas y el hígado (intestino delgado); egestión: eliminación de desechos producto de la digestión (ano).

Ítem VI 1. La ventilación pulmonar en los individuos entrenados es más eficiente, ya que ellos ingresan más litros de aire por minuto que los individuos no entrenados. 2. Mientras más intenso es el ejercicio, la utilización de O2 aumenta en los tejidos, es por eso que el volumen de O2 que ingresa al organismo tiende a ser cada vez mayor a medida que aumenta la ventilación pulmonar. 3. Los individuos no entrenados no adecúan eficientemente la ventilación pulmonar al ritmo de ejercicio, por lo tanto la forma en la que utilizan el O2 que ingresa a sus cuerpos es deficiente.

Solucionario 271

Biología

Solucionario

Unidad

2

Sistema nervioso, estructura y función

Evaluación diagnóstica (págs. 66 y 67) Ítem I 1. A. Citoplasma: fase viscosa que contiene a los distintos organelos, además de otros elementos fundamentales. Brinda el medio adecuado para las reacciones metabólicas que ocurren al interior de las células; B. Mitocondrias: organelos encargados de la producción de energía; C. Aparato de Golgi: organelo que procesa proteínas provenientes del retículo endoplasmático rugoso y transporta sustancias mediante vesículas; D. Membrana plasmática: límite celular que permite el intercambio de sustancias, además de separar el medio interno y externo de la célula; E. Núcleo celular: estructura que alberga y protege al material genético. Relacionado con la formación de ribosomas. 2. a. Endocrino. b. Hormonas/Blanco; c. Tiroides; d. Ciclo reproductivo. 3. A. Transporte activo. B. Difusión facilitada. C. Difusión simple. a. Corresponde a transporte activo y funciona en contra del gradiente de concentración. b. Porque de esta forma se asegura el funcionamiento de la célula (reacciones metabólicas), es decir, las condiciones fisiológicas deben ser óptimos para que las enzimas y otras estructuras puedan llevar a cabo sus funciones.

Ítem II 1. Hipótesis: las lombrices detectan la variación en la humedad del ambiente, por lo que se trasladan hacia el medio más favorable para ellas, es decir, el que tiene un mayor porcentaje de humedad; 2. Los experimentos deben ser replicados cuantas veces sea necesario, puesto que las repeticiones otorgan mayor confiabilidad a los resultados y, por ende, mayor validación para aceptar o rechazar la hipótesis; 3. Que el experimento se haya realizado repetidas veces y que en todas las experiencias el resultado haya sido el mismo, indica que las lombrices podrían reconocer las características del entorno. De no haber sido así, quizás habrían migrado aleatoriamente a los diferentes ambientes o se habrían mantenido en el mismo espacio, sin discriminar ninguna de las variables ambientales.

Evaluación de proceso Capítulo I (págs. 84 y 85) Ítem I 1. F. Varios impulsos simultáneamente; 2. F. Se debe a la multiplicidad de conexiones y estructuras que

272

Biologia 3º

lo componen. 3. V; 4. F. Sus células poseen una estructura y función (diferenciación) de acuerdo al rol que deben cumplir, requiriendo los mismos organelos que otros tipos celulares; 5. V. 6. F. Las vías sensitivas aferentes son parte del sistema nervioso periférico.

Ítem II 1. Astrocitos. 2. Oligodendrocitos. 3. Microglias. 4. Neurona multipolar. 5. Astrocitos. 6. Neurona unipolar. 7. Neurona de asociación. 8. Células de Schwann.

Ítem III 1. Las neuronas sensitivas presentan algún daño que impide su normal funcionamiento; 2. Las neuronas motoras han disminuido su capacidad de enviar el impulso nervioso; 3. Las neuronas de asociación presentan alteraciones en su función.

Capítulo II (págs. 102 y 103) Ítem I 1. A; 2. R; 3. A; 4. R; 5. A; 6. R; 7. A; 8. A.

Ítem II 1. A. Espacio sináptico. B. Neurotransmisor; C. Terminal sináptico. D. Receptor; 2. Se ilustra una sinapsis química, la cual se logra identificar gracias a las estructuras participantes (neurotransmisor, receptor) y por la presencia de un espacio sináptico; 3. No, porque aparece en vesículas sinápticas; 4. El científico que demostró la transmisión del impulso nervioso fue el fisiólogo alemán Otto Loewi. Utilizó corazones de rana.

Ítem III Acetilcolina: molécula pequeña, contracción muscular; Encefalina: peptídica, disminución del dolor; Óxido nítrico: gas transmisor, control de los músculos del intestino; Dopamina: molécula pequeña, control de la actividad motora; Adrenalina: molécula pequeña, estado de alerta en situación de estrés.

Capítulo III (págs. 112 y 113) Ítem I Alcohol: lícita, depresora, altera la memoria y la coordinación motora; Cocaína: ilícita, estimulante, incrementa la lucidez y aumenta la capacidad de concentración; Cafeína: lícita, estimulante, origina pérdida de sueño y ansiedad; Tabaco: lícita, estimulante, aumenta el estado de alerta y concentración; Marihuana: ilícita, depresora, disminuye la cognición y la memoria.

Biología 3º

Ítem II 1. El mecanismo de acción de las anfetaminas se asemeja al de la cocaína; 2. Las estructuras que se ven alteradas por la droga son los canales de recaptación de dopamina de la neurona presináptica y los receptores para dopamina, presentes en la neurona postsináptica; 3. Aumento en el estado de lucidez, mayor energía, aumento en la capacidad de concentración e inhibición del apetito.

Ítem III 1. Los adultos influyen de manera directa y significativa, ya que resultan ser modelos a seguir por niños y adolescentes que están en formación. 2. La conducta de los adultos, en términos del hábito de fumar, influye en el consumo de tabaco por parte de los adolescentes, ya que acerca el hábito de fumar a aquellos individuos más vulnerables (en este caso los adolescentes) y genera en ellos situaciones de riesgo. 3. La relación es directa, es decir, mientras mayor preocupación existe por parte de los padres, menor es la probabilidad del riesgo para el consumo de drogas. Lo anterior se puede constatar en los resultados obtenidos por Conace el año 2009, donde se sugiere que la comunicación entre padres e hijos es, junto con las muestras de afecto y confianza de todo el grupo familiar, la medida clave para prevenir el consumo de drogas.

Evaluación final (págs. 116, 117, 118 y 119) Ítem I 1. D; 2. A; 3. B; 4. D; 5. A; 6. B; 7. E; 8. A; 9. E; 10. D.

Ítem II A. Cerebro: desarrollar las funciones superiores como la memoria y el pensamiento; en este órgano se coordinan las áreas motoras y somatosensoriales; B. Cerebelo: Coordina la motricidad fina, el equilibrio, el tono muscular y la postura; C. Tronco encefálico: Estructura dividida en tres regiones (bulbo raquídeo, protuberancia y mesencéfalo). Controla funciones vitales como la frecuencia respiratoria, frecuencia cardíaca, procesos de inspiración y espiración, entre otros; D. Médula espinal: Comunica los receptores sensoriales con los centros elaboradores superiores y a estas con los efectores.

Ítem III 1. El esquema relacionado con la acción de la marihuana establece que actúa sobre los receptores para dopamina,

en la neurona presináptica. 2. En el caso de la cocaína, según el esquema, la acción se ejerce sobre los canales recaptadores de dopamina, evitando su recuperación por parte de la neurona presináptica, lo que la mantiene por más tiempo en el espacio sináptico.

Ítem IV Acetilcolina: comunica a las neuronas con los efectores (músculo), controlando la contracción muscular; además, regula el estado de vigilia; Adrenalina: controla el estado de alerta frente a situaciones de estrés; Dopamina: controla la actividad motora, la comunicación neuroendocrina y las emociones. 1. Sigue existiendo comunicación neuromuscular, pero en la fibra muscular no se desarrollaría ningún potencial, por lo tanto no existiría contracción muscular. 2. La adrenalina controla la actividad del sistema nervioso autónomo. Coordina acciones como el aumento del latido cardíaco, la liberación de glucosa a la sangre, el aumento de la presión sanguínea, entre otras. 3. Algunas de las sustancias químicas que alteran la función de la dopamina son la marihuana y la cocaína.

Ítem V 1. La conducta varía frente al mismo consumo de alcohol, debido a la variación genética de las enzimas metabólicas de cada individuo, pudiendo esta droga estar más o menos tiempo presente en la sangre. Esto podría potenciar o disminuir su efecto sobre el sistema nervioso central. 2. Los aspectos que pueden hacer variar la dependencia del alcohol, de acuerdo con lo descrito por el texto, es la predisposición genética y los factores de riesgo asociados. 3. El alcohol es considerado una droga porque al actuar sobre el sistema nervioso central modifica la conducta de los individuos que lo consumen.

Ítem VI 1. El conocimiento del entorno y de las amistades de los adolescentes. 2. El involucramiento de los padres en la conducta de los hijos favorece la confianza y la comunicación entre ellos. 3. Los adolescentes están en una etapa del desarrollo en la que la dificultad para acatar órdenes y la influencia del entorno se convierte en un peligro, por lo que el exceso de libertad puede ser una estrategia que fomente el acercamiento de los adolescentes a las drogas.

Solucionario 273

Biología

Unidad

Solucionario

3

Receptores, sentidos y respuestas

Evaluación diagnóstica (págs. 126 y 127)

Ítem I 1. Relajación de la pared muscular de la vejiga, control simpático; Contracción de la pupila, control parasimpático; Disminución del movimiento y trabajo del sistema digestivo, control simpático; Disminución de la frecuencia cardíaca, control parasimpático; Liberación de glucosa, mayor utilización de energía, control simpático; Dilatación de la pupila, control simpático; Inhibición de la liberación de glucosa, control parasimpático. 2. a. F. Las neuronas del sistema nervioso simpático liberan noradrenalina, específicamente las neuronas post ganglionares simpáticas; b. V; c. V; d. F. Es el sistema nervioso simpático que estimula la broncodilatación; e. V; f. V. 3. a. Sistema nervioso central y sistema nervioso periférico; b. Sistema nervioso simpático y parasimpático; c. Voluntarios; d. Involuntarios. 4. Tacto, presión; Visión, luz; Audición, sonidos; Olfato, sustancias químicas; Gusto, sustancias químicas.

Ítem II 1. La capacidad visual y el tiempo; a medida que avanza la edad, la visión cercana disminuye, ya que aumenta la distancia en la que se observa el mundo nítidamente; 2. Los individuos entre 0 y 40 años no presentan mayores variaciones entre la capacidad visual y la distancia de los objetos; en cambio en los individuos que superan los 40 años existe una disminución marcada de la capacidad visual, representada por el aumento en la distancia para la visión nítida; 3. La opción correcta es la hipótesis c, ya que a medida que avanza el tiempo, la curva aumenta para la distancia en la que se observan de forma nítida los objetos.

Evaluación de proceso Capítulo I (págs. 140 y 141) Ítem I 1. La capacidad de captar estímulos del medio permite que los organismos obtengan información del entorno; así se generan respuestas frente a las condiciones que podrían alterar la sobrevivencia. Algunos ejemplos de estas conductas son: rechazar un alimento en mal estado por el sabor o el olor que este tenga, mover las extremidades al acercarse demasiado al fuego o evitar

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Biologia 3º

superficies muy agudas como la superficie de un cactus. 2. La sensibilidad exteroceptiva proporciona información que proviene del medio externo, la sensibilidad propioceptiva proporciona información relacionada con la postura y los movimientos de músculos y huesos. La sensibilidad interoceptiva, en cambio, entrega información sobre cómo se encuentran aquellos órganos que no podemos controlar. Los ejemplos son variados; una sensación exteroceptiva podría ser la percepción del cambio de temperatura del ambiente, una sensación propioceptiva podría ser el cambio que percibimos cuando colocamos la cabeza entre las piernas (sabemos que no es la posición erguida) y las sensaciones interoceptivas se ejemplifican, entre otras, cuando el alimento se mezcla en el estómago; en ese caso existe movimiento muscular que no somos capaces de percibir de forma consciente. 3. Sensación se refiere a la captación de los estímulos por parte de los receptores sensoriales, en cambio, la percepción es la interpretación de las señales sensitivas en los centros elaboradores superiores (corteza cerebral), las cuales se hacen conscientes y permite que se perciban las condiciones que originaron la sensación; 4. Esta respuesta es variable, ya que dependerá del tipo de estímulo y de la respuesta que se ejecute.

Ítem II 1. Piel; 2. Corpúsculos de Ruffini; 3. Cóclea; 4. Oído medio; 5. Olfato; 6. Visión; 7. Dolor.

Ítem III 1. F. Ambas corresponden a una modalidad quimiosensorial. 2. V.; 3. V.; 4. F. La vibración del tímpano transmite las ondas hacia la cadena de huesecillos, conduciendo la señal hasta el oído interno. Es por esto que un daño en el tímpano disminuye la capacidad auditiva; 5. F. Los nociceptores no se adaptan pues informan acerca de los cambios en las condiciones que alteran la sobrevivencia de los organismos; 6. F. Los exteroceptores se ubican en la superficie del cuerpo, específicamente en la piel; 7. V; 8. V.; 9. V.

Biología 3º

Capítulo II (págs. 156 y 157)

Ítem III

Ítem I

1. V.; 2. F. Se activan todos los exteroceptores, incluyendo los de presión; 3. V.; 4. V.; 5. F. Corresponde a un tipo de modalidad sensorial interoceptiva; 6. F. Es una acción refleja, pero no es estereotipado pues no se ejecuta siempre de la misma forma; 7. V.; 8. V.; 9. F. Detectan aumento de la pCO2.

1. E; 2. L; 3. E; 4. C; 5. L; 6. E; 7. C.

Ítem II El potencial de acción estimula a la fibra muscular mediante la sinapsis química transmitida por la neurona motora; El potencial de acción genera la liberación de iones Ca2+ lo que aumenta la concentración a nivel intracelular; El Ca2+ se une a la troponina C, lo que promueve la unión de la actina con la miosina; Se genera la tensión y el acortamiento de las fibras; El calcio reingresa al retículo sarcoplásmico, lo que determina que ocurra la relajación muscular.

Ítem III 1. El SN somático controla los movimientos voluntarios (músculo esquelético), en cambio el SN autónomo controla los movimientos involuntarios (músculo liso y cardíaco). 2. Son mecanorreceptores que envían señales al SNC acerca de las variaciones de la longitud del músculo. 3. Respiración (inspiración y espiración), deglución y los latidos cardíacos. 4. La corteza cerebral.

Ítem IV 1. Como los receptores sensoriales informan acerca de los cambios que ocurren en el medio interno y externo, son fundamentales para detectar condiciones que puedan alterar el equilibrio interno, el que está directamente relacionado con la sobrevivencia. 2. Las células sensitivas son los receptores propiamente tal. Sin embargo, los órganos sensoriales contribuyen a mejorar la función de las células sensoriales.

Ítem V 1.

Banda I

Ítem IV 1. Detectan cambios de pH en el líquido cefalorraquídeo, lo que desencadena variaciones en la ventilación pulmonar;.2. Inhibe la inspiración para controlar la duración de esta; 3. Cuando disminuye el pH, los quimiorreceptores se activan e inhiben a las neuronas inspiratorias, lo que origina hipoventilación.

Evaluación final (págs. 160, 161, 162 y 163) Ítem I 1. B; 2. D; 3. D; 4. C; 5. D; 6. C; 7. E; 8. C; 9. E; 10. A; 11. C; 12. D.

Ítem II 1. Audición; 2. Músculo cardíaco; 3. Fotorrecepción; 4. Centro elaborador; 5. Espiración; 6. Receptor; 7. Aire hacia la tráquea; 8. Intercambio gaseoso; 9. Presión parcial de O2; 10. Quimiorreceptor central; 11. Hiperventilación; 12. SN somático.

Banda A

Banda H

Línea Z

Banda I

2. Sarcómero. Actina y miosina; 3. Se encuentra relajado, pues las bandas I están separadas. Cuando ellas se juntan y se superponen completamente, el sarcómero está contraído.

Ítem VI 1. La inspiración y la espiración son procesos coordinados que actúan de forma antagonista para asegurar la entrada y salida del aire. No pueden ocurrir simultáneamente porque existen centros nerviosos superiores que al estimular la inspiración, inhiben la espiración y viceversa; 2. El centro apnéustico (inspiración) y el centroneumotáxico (espiración). Se ubican en la protuberancia anular; 3. Puede existir, pero de forma parcial, ya que los centros nerviosos detectan concentración de O2 y CO2, lo que gatilla el automatismo respiratorio. El bulbo raquídeo y la protuberancia anular.

Solucionario 275

Biología

Unidad

Solucionario

4

Homeostasis y funciones corporales

Evaluación diagnóstica (págs. 168 y 169)

Ítem I 1. Las glándulas u órganos indicados son: A. Hipófisis; B. Glándula suprarrenal; C. Páncreas; D. Testículos; E. Ovarios. 2. a. Hipófisis: hormona del crecimiento o somatotropina, prolactina, hormona estimulante de la tiroides (TSH), corticotropina (ACTH), hormona estimulante de la corteza suprarrenal, hormona luteinizante (LH), hormona folículo estimulante (FSH); Glándula suprarrenal: (corteza) cortisol, testosterona, aldosterona, (médula), adrenalina y noradrenalina; Riñones: eritropoyetina, renina y vitamina D; Páncreas: insulina, glucagón, somatostatina. b. Enfermedades relacionadas con la hipófisis: acromegalia, gigantismo, deficiencia de la hormona del crecimiento o enanismo, diabetes insípida, entre otras; Con las glándulas suprarrenales: síndrome de Cushing, enfermedad de Addison, insuficiencia adrenal; Con el páncreas: hiperglicemia, hipoglicemia, diabetes mellitus, entre otras. c. La hipófisis es una de las glándulas más importante, ya que regula la mayoría de las funciones de las demás glándulas de la imagen, a través de hormonas que secreta o almacena. d. El sistema de control nervioso se realiza por medio de neurotransmisores y regula funciones que deben ejecutarse rápidamente; sin embargo, el sistema endocrino ejerce su control por medio de hormonas, las que actúan lentamente y en pequeñas concentraciones. 3. Glándula: Órgano especializado en la fabricación de hormonas. Sistema: Conjunto de órganos que llevan a cabo funciones distintas, las cuales logran complementar originando una estructura fisiológica mayor. Órgano blanco o diana: Órgano sobre el que actúa una hormona. Hormona: Molécula sintetizada y secretada por estructuras especializadas. Producen efectos específicos sobre células, tejidos u órganos. 4. A. Retroalimentación negativa: sistema en el que una variable, que está siendo regulada, desencadena respuestas tendientes a modificar otra variable en forma opuesta al cambio original, es decir, retornando al estado inicial o basal. B. Acción hormonal: efecto causado por la captación de una hormona específica por el órgano blanco u órgano diana.

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Biologia 3º

C. Glicemia: corresponde a la concentración de glucosa en el plasma sanguíneo. D. Estrés: comportamiento fisiológico innato, que consiste en una respuesta defensiva o adaptativa que tiene por finalidad controlar la conducta de la persona frente a una amenaza o situación llamada agente estresor. E. Osmosis: es el paso de un disolvente, y no de soluto, entre dos disoluciones de distinta concentración; separadas por una membrana semipermeable. F. Presión sanguínea: es la fuerza que ejerce la sangre sobre las paredes de los vasos sanguíneos. G. Plasma sanguíneo: es la fase acuosa de la sangre. Posee elementos figurados, nutrientes y agua, entre otros componentes.

Ítem II 1. Esos términos se consideran arcaicos debido a las evidencias y las investigaciones que se han realizado en termofisiología, que es la ciencia que estudia las condiciones térmicas de los organismos. Es por esto que, se ha establecido que la mantención de la temperatura interna de los seres vivos es tan compleja, que no se puede establecer en dos categorías. 2. De acuerdo a la terminología que se desprende de los estudios realizados, es un error denominarlos dentro de esa categoría. 3. Gracias a las constantes investigaciones y la divulgación del conocimiento que surge de ellas, se puede establecer que la ciencia es dinámica, contribuyendo con el desarrollo del conocimiento científico en diversas áreas.

Evaluación de proceso Capítulo I (págs. 186 y 187) Ítem I 1. V.; 2. V.; 3. F. En deshidratación, actúa la ADH, provocando una mayor absorción de agua. Esto origina que la orina se vuelva más concentrada; 4. V.; 5. V.

Ítem II 1. Son sistemas que actúan se forma coordinada para captar nutrientes y eliminar desechos; procesos que le permiten a los seres vivos mantener el equilibrio entre el medio interno y externo; 2. Mediante el proceso de excreción, se adecuan los niveles osmóticos en la sangre; 3. Una de las ventajas de la regulación de la temperatura interna, es la capacidad para colonizar diversos ambientes, y así adaptarse a cambios que puedan ocurrir en la temperatura ambiental;

Biología 3º

4. Cuando existe hiperglicemia, existe un aumento en la secreción de insulina, lo que favorece la formación de glucógeno hepático, por ende, la secreción de glucagón disminuye. En el caso de una hipoglicemia ocurre lo contrario, aumenta la secreción de glucagón, lo que provoca la degradación de las reservas de glucógeno.

Ítem III 1. Nefrón; 2. Corteza renal; 3. Pelvis renal; 4. Médula renal; 5. Cápsula. a. La disminución en la presión osmótica de los líquidos corporales; b. La secreción de sustancias de desecho se realiza mayoritariamente en el túbulo contorneado distal.

Capítulo II (págs. 198 y 199) Ítem I 1. Estrés: alteración del equilibrio interno capaz de poner en peligro la integridad física y psicológica de un individuo; 2. Hipotálamo: glándula en la que se procesan de manera inconsciente los estímulos generados por los agentes estresores; 3. Estresor: factor físico o psicosocial al que está expuesto un individuo durante su vida; 4. Glándula suprarrenal: secreta hormonas que regulan algunas de las respuestas frente a los episodios de estrés; 5. Aumento del metabolismo: entrega la energía necesaria para mantener al organismo en estado de alerta, lucha o huida.

Ítem II 1. F. El flujo de sangre aumenta en el músculo voluntario, pero se mantiene en el cerebro por la importancia que tiene como centro elaborador superior; 2. V.; 3. V.; 4. F. la retroalimentación negativa inhibe a la hipófisis para que detenga la liberación de ACTH; 5. F. Un exceso de inflamación podría provocar una respuesta autoinmune fulminante. De ahí la importancia de la disminución de esta respuesta durante el estrés.

Ítem II A. Filtración glomerular, glomérulo, se produce el filtrado de la sangre; B. reabsorción, túbulo contorneado proximal y túbulo colector, se reabsorben sales, glucosa, agua y metabolitos hacia el torrente sanguíneo; C. Secreción, túbulo contorneado distal, se secretan sustancias nocivas que se encuentran en el plasma.

Ítem III 1. Para evitar que la respuesta inflamatoria disminuya la movilidad del organismo. 2. Podría llevar a una disminución de la respuesta inmune, e incluso a situaciones de autoinmunidad contra ciertos tejidos. 3. Corresponde a la exposición dosificada a un agente estresor, lo que a la larga disminuye la intensidad de la respuesta de estrés ante ese agente. 4. En términos generales, la estimulación materna, ya sea en el contacto directo como en la manipulación y transporte del infante, lo somete a situaciones de estrés tales que le permitirían crear una inmunidad ante ciertos estímulos, como el contacto con extraños u otros.

Ítem IV 1. Presión sanguínea; 2. Sistema endocrino; 3. Sistema nervioso; 4. Receptores.

Ítem V 1. Paciente B, ya que la concentración se mide por cantidad de soluto en volumen de agua en la orina. 2. Se produciría orina más diluída, lo que implicaría sangre con alta concentración de solutos; 3. Esto se debe a que durante la reabsorción, en el paciente A, se reabsorbieron 9 mL más, lo que generó la diferencia en la concentración final de orina entre los pacientes.

Ítem III 1. Fisiológico; 2. Fisiológico (físico); 3. Fisiológico (debido disminución de la presión atmosférica); 4. Psicológico; 5. Psicológico; 6. Psicológico; 7. Psicológico; 8. Fisiológico.

Evaluación final (págs. 202, 203, 204 y 205) Ítem I 1. A; 2. D; 3. C; 4. A; 5. A; 6. C; 7. E; 8. B; 9. E; 10. C;

Solucionario 277

Biología

Unidad

Solucionario

5

Variabilidad, evolución y adaptación de los seres vivos

Evaluación diagnóstica (págs. 212 y 213)

Ítem III

Ítem I

1. La variabilidad genética corresponde a la potencialidad del material genético, mientras que la biodiverdadid corresponde a la diversidad de formas vivas ; 2. De acuerdo al transformismo, todas las especies existentes provienen de una especie ancestral que ha sufrido modificaciones a lo largo de su historia; 3. Esto es debido a que continuamente se están generando nuevos linajes que a su vez dan origen a otros linajes en un continuo; 4. En el material genético está codificada toda la información de los organismos vivos y cualquier modificación en este puede llevar a la generación de nuevas especies

I. 1. C; 2. E; 3. E; 4. D; 5. C; 6. E. II. 1. F.; 2. E.; 3. F.; 4. F.; 5. E; 6. E.

Ítem II 1. a Para que una planta se adapte a un medio seco con altas temperaturas, requiere la generación de mecanismos que impidan el exceso de pérdida de agua; entonces, deberá presentar el gen que determina la producción de la sustancia cerosa y el gen que genera las hojas delgadas, de manera de disminuir la superficie expuesta al sol. b. La reproducción sexual permite el intercambio de material genético entre ambos progenitores, favoreciendo la recombinación de diversos caracteres y la aparición de nuevos fenotipos.

Ítem I

Evaluación de proceso

1. Morfológica; 2. Fisiológicas; 3. Conductual o del comportamiento; 4. Morfológica.

Capítulo I (págs. 236 y 237)

Ítem II

Ítem I

1. En base a los antecedentes, se puede asumir que ocurrió un proceso de especiación donde la divergencia génica impidió el flujo génico entre la variante blanca de la variante café; 2. Divergencia génica; 3. Fue aislada reproductivamente.

1. Porque al observar que la gran variedad de caparazones de tortugas del archipiélago y siendo que estas no diferían notoriamente en su morfología, pudo inferir que todas provenían de un antepasado en común; 2. Cada tipo de tortuga evolucionó de acuerdo a las características bióticas y geográficas del ambiente donde se desarrollaban, evidenciando a su vez la existencia de un antepasado común, el cual habitó las islas desde sus inicios; 3. Basados en las evidencias proporcionadas, se infiere la presencia de un antepasado común en las islas, el cual a través de los diversos mecanismos que operan en la evolución, divergió en diferentes formas, las que se asociaron a ambientes particulares en el archipiélago. 4. Existen otras evidencias que sugieren la existencia de antepasados comunes a las especies. Algunos ejemplos son el registro fósil y los estudios de biología molecular.

Ítem II 1. Corresponde a evolución estabilizante. Esto porque los fenotipos cercanos al de peso optimo son los que tienen menos probabilidad de morir; 2. La variable que causa este tipo de selección es el peso al nacer. 3. Los fenotipos que están cercanos a la media de la población.

278

Capítulo II (págs. 256 y 257)

Biologia 3º

Ítem III 1. El reemplazo de gametos móviles en agua por gametos transportados por otros medios, tales como el viento o animales; 2. Las adaptaciones permanentes son heredadas, dado que modifican el material, mientras que las estacionales no. Asimismo, las adaptaciones estacionales, al no ser heredadas, no evolucionan en el tiempo. Ejemplos son el cambio en altura y la aclimatación a la que se someten diversos sistemas para mantener el metabolismo, y el desarrollo de sistema eficientes de intercambio gaseoso en los primeros organismos que colonizaron el ambiente terrestre; 3. La mantención de una temperatura corporal elevada.

Evaluación final Ítem I 1. E.; 2. D.; 3. E.; 4. E.; 5. E.; 6. D.; 7. C.; 8. E.; 9. E.; 10. B.

Biología 3º

Ítem II 1. Inicialmente hubo especiación, pero luego, la especie representada por los círculos de color rojo, fue seleccionada. En términos de frecuencia génica, su genotipo se ha fijado; 2. a. A, B y C. Esto porque poseen la misma organización estructural y derivan de un ancestro común; b. C y D. Esto porque las alas de aves y de insectos sirven para volar, pero no poseen un origen común; c. A y B. Esto porque estructuralmente son más semejantes, en comparación con el ala de un ave; d. C y D poseen una evolución convergente dado que ambos han desarrollado estructuras a lo largo de su historia evolutiva que les permitan volar. 3. a. Porque durante este período pueden prepararse para atraer en el momento apropiado a aves o insectos; b. Les permite acumular una sustancia que atraerá a los insectos y aves, las que son vectores del polen y facilitarán la polinización; c. Adaptación morfológica; d. En el cretácico. Este grupo derivó de las gimnospermas que, polinizadas por el viento, necesitaban producir una gran cantidad de polen, en cambio las plantas con flores (o angiospermas) poseen menos polen pero son polinizadas por insectos o aves, lo que los hacen más eficientes. 4. a. Se transmitirá con mayor probabilidad el alelo de las ubres pequeñas, ya que las cabras con grandes ubres tendrán problemas para escapar de los depredadores; b. Hay una disminución de la variabilidad genética, ya que se reduce el número de cabras de ubres grandes y con la consecuente reducción en la presencia del alelo en la población; c. Se favorecería el cruzamiento de cabras de ubres grandes, para generar un mayor número de individuos con esta característica. No es un proceso de selección natural, sino artificial, dado que no habría una presión selectiva actuando sobre el alelo. 5. Precámbrica: abarca los orígenes del planeta. Surgen en este periodo los organismos anaeróbicos; Paleozoica: tierras secas formaban el supercontinente llamado Pangea. Surgen los organismos pluricelulares marinos y posteriormente los peces, que darán paso a la colonización de la tierra. Primeros grupos de plantas colonizan la tierra; Mesozoica: el clima terrestre es cálido y tropical. Reptiles dominan la tierra y surgen los primeros grupos de mamíferos. Primeras angiospermas (plantas con flores) comienzan a poblar la superficie terrestre; Cenozoica: se originan la mayoría de los grupos modernos de organismos. En este periodo se origino la especie humana.

Solucionario 279

Biología

Solucionario

Evaluaciones de síntesis Evaluación de síntesis 1 (páginas 122 y 123)

1. C.

1. E.

2. A.

2. C.

3. B.

3. D.

4. E.

4. C.

5. C.

5. A.

6. A.

6. C.

7. E.

7. B.

8. B.

8. C.

9. E.

9. B.

10. D.

10. D.

11. D.

Evaluación de síntesis 2 (páginas 208 y 209)

12. D.

1. B.

13. E.

2. E.

14. D.

3. A.

15. C.

4. E.

16. C.

5. B.

17. B.

6. D.

18. C.

7. D.

19. C.

8. A.

20. E.

9. D. 10. D. 11. A. 12. C.

280

Evaluación de síntesis 3 (páginas 266 a 269)

Biologia 3º

Índice temático

A Acervo genético, 216, 220 Ácido - láctico, 48 - nucleico, 29 Aclimatización, 252 Actina, 143 Adaptación, 246 ADH, 182 Adrenalina, 99, 193 Amilasa - salival, 29 - pancreática, 29 Arteria, 37 Aurícula, 38 Alvéolo 44, ATP, 20 Autótrofo, 20 Axón, 80

B Boca, 28 Biodiversidad, 215 Biogeografía, 229 Biología molecular, 231 Botón sináptico, 97 Bronquios, 44 Bulbo raquídeo, 76

C Cardiovascular, 36 Capilar, 37 Cerebelo, 76 Célula, 18 Cenozoico, 245 Cerebro, 76 Circulación - menor, 41 - mayor, 41 Conducción - continua, 95 - saltatoria, 95

Biología 3º

Contracción - muscular, 144 - cardíaca, 38 Corazón, 38 Corteza cerebral, 76 Cortisol, 193, 194 Cristalino, 136 Cuello de botella, 222

D Dendritas, 80 Deriva - continental, 242 - génica, 221 Débito cardíaco, 56 Desechos metabólicos, 20 Diástole, 39 Diencéfalo, 74, 76 Diferenciación celular, 22 Digestión, 28 Dióxido de carbono, 20 Drogas, 104

E Efecto fundador, 222 Encéfalo, 76 Epicardio, 38 Epitelio olfatorio, 133 Especiación - alopátrica, 239 - simpátrica, 239 Estímulo, 69, 76 Esófago, 20 Estómago, 26 Espiración, 45 Estrés, - agudo, 189 - crónico, 190 Estomas, 49 Evolución, 214 Excreción, 176

Índice temático 281

Biología

Índice temático

F

L

Fermentación, 48 Filogenia, 230 Formación de la orina, - filtración, 178 - reabsorción, 179 - secreción, 180 Flujo sanguíneo, 50 Fósil, 228 Fotorreceptores, 131

Laringe, 44 Ley del todo o nada, 90 Linfático, 43 Lipasas, 29 Lípidos, 29

Ganglio nervioso, 77 Glándulas endocrinas, 193 Glia, - microglia, 83 - astrocito, 83 - oligodendrocito, 83 Glicemia, 172 Glóbulos - rojos, 40 - blancos, 40 Glucagón, 172

Medio interno, 170 Médula - espinal, 74, 75 - ósea, 22 Metabolismo, 20 Mesencéfalo, 76 Mesozoico, 245 Miosina, 143 Microvellosidades, 32 Miocardio, 38 Músculo, - esquelético, 142 - cardíaco, 142 - liso 142 Mutaciones, 217

H

N

Hemisferios cerebrales, 76 Hemoglobina, 42 Hígado, 26 Hipotálamo, 76 Historia evolutiva, 244 Homeostasis, 170 Hormonas, 172

Nefrón, 177 Nervios, 77 Neurona, 80 - unipolar, 82 - bipolar, 82 - multipolar, 82 Neurotransmisores, 97, 99 Nodo, - auriculoventricular, 39 - de Ranvier, 80 - sinoauricular, 39 Nucleasas, 29 Nutrientes, 20 Nutrición, 23

G

I Insulina, 172 Intestino, - delgado, 27 - grueso, 27

282

M

Biología 3º

Biología 3º

O Ojo, 136 Oído, 134 Organismo, 19 Órgano blanco, 17 Órganos, 19 - análogos, 230 - homólogos, 230 - vestigiales, 230 Orina, 176 Osmosis, 178 Oxígeno, 48

P Páncreas, 27 Papilas gustativas, 135 Pangea, 243 Peptidasas, 29 Pepsina, 28 Percepción, 128 Peristálticos, 26 Piel, 132 Potencial - de acción, 88 - de membrana, 87 - de reposo, 87 Plaquetas, 40 Pluricelulares, 18 Presión sanguínea, 173 Precámbrico, 244 Protuberancia anular, 76 Pulmones, 44 Puente cruzado, 144

R Reacciones - anabólicas, 20 - catabólicas, 20 Receptores, 131 Recombinación génica, 218 Recto, 27 Reflejo, 147

Respiración - celular, 20 - externa, 44 - interna, 44 Retina, 136 Retroalimentación, 182 Riñón, 177

S Sangre, 40 Sarcómero, 143 Selección, - natural, 233 - direccional, 224 - estabilizadora, 224 - disruptiva, 224 Sentidos, 129 Sinapsis, - eléctrica, 96 - química, 97 Sistema, - cardiovascular, 36 - digestivo, 26 - linfático, 43 - respiratorio, 44 - renal, 176 nervioso, - central, 74 - periférico, 77 - autónomo, 78 - simpático, 78 - parasimpático, 78 Sístole, - auricular, 39 - ventricular, 39 Soma, 80 Sustancia blanca, 75 Sustancia gris, 75

Índice temático 283

Biología

Índice temático

T Tálamo, 76 Tejido, 19 Temperatura corporal, 171 Tráquea, 44 Tripsina, 29 Tronco encefálico, 76

V Vaina de mielina, 80, 94 Variabilidad, 214 Vasos - sanguíneos, 37 - linfáticos, 43 Vasodilatación, 57 Vellosidades, 32 Venas, 37 Ventilación pulmonar, 45 - regulación nerviosa, 125, 153 Ventrículo, 38 Vías aferentes, 128 Volumen - corriente, 45 - de reserva espiratorio, 45 - de reserva inspiratorio, 45 - residual, 45

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Anexos

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Comunicación de resultados científicos En ciencias, existen varias formas de comunicar resultados; las principales son: informe científico, resumen o abstract y panel o póster científico. A continuación, se entrega una descripción general de cada uno de ellos. Anexo 1: Informe científico Tiene como propósito comunicar el método, los resultados obtenidos y la discusión que se derivan de una investigación. En un informe científico se pueden reconocer las siguientes partes o secciones: · Título del informe. Presenta la temática central de investigación. · Nombre del autor o autores. Da a conocer la identidad de quienes desarrollaron la investigación. · Resumen del trabajo o abstract. Expone la idea general del trabajo en unas 100 o 150 palabras. Se refiere a la introducción, método, resultados y conclusiones. · Introducción. Presenta los antecedentes teóricos de la investigación (marco teórico), detalla las variables de estudio y plantea la hipótesis o las predicciones sobre los resultados esperados. · Sección de materiales e instrumentos. Describe los materiales utilizados en el desarrollo del experimento y los instrumentos, con sus unidades de medida y margen de error asociado a ellos. · Procedimiento. Describe la secuencia de los pasos desarrollados en el experimento. · Sección de resultados. Comunica en forma clara y concisa los resultados obtenidos. Este apartado solo expone los resultados y no su interpretación. · Sección de discusión. Interpreta los resultados obtenidos en el estudio. Cumple con verificar la relación entre los resultados y la o las hipótesis planteadas en el inicio, y revisar si se han cumplido las predicciones señaladas. · Referencias bibliográficas. Ordena alfabéticamente las fuentes utilizadas en la investigación.

Anexos 285

Biología

Anexos

Anexo 2: Resumen científico Es una síntesis de la investigación. Presenta las ideas más relevantes de cada una de las etapas del trabajo realizado en una reseña que incluye los siguientes componentes: · Objetivo de la investigación. · Diseño o diseños experimentales. · Resultados obtenidos. · Interpretación de los resultados. Al desarrollar el último elemento, el resumen debe contemplar información acerca de los antecedentes de la investigación, el método realizado, los resultados obtenidos, su respectivo análisis y las conclusiones que se desprenden de la interpretación de los resultados. El siguiente cuadro muestra un ejemplo de construcción de un resumen científico Título principal (14 de Times New Roman o Arial-negrita) Nombre(s) Autor(es) (cursiva) Institución a la que pertenecen. Dirección. E-mail Año de realización. Debe explicar el problema a investigar, materiales y métodos, resultados, discusión y conclusiones, en 200 a 250 palabras como máximo en formatos de letra Arial o Times New Roman en tamaño 12. Mantener espaciado sencillo y texto justificado. Palabras clave: se buscan palabras relacionadas con el tema de la investigación que puedan servir para una posible búsqueda o clasificación.

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Anexo 3: Panel o póster científico Es una forma práctica y eficiente de comunicar resultados, pues entrega informaciones y datos en pocos minutos y facilidad de leer. Tiene un formato de afiche, lo que hace de esta modalidad gráfica un excelente medio visual para captar la atención de los lectores. Para construir un póster científico hay que tener en cuenta los siguientes aspectos: Debe imponerse visualmente para lograr la atención potenciales lectores. Su diseño debe privilegiar las imágenes por sobre el texto (ilustraciones, gráficos, figuras, entre otros). Además hay que cuidar los espacios en blanco para evitar el peso visual. Sus textos, a pesar de ser escuetos y precisos, no deben omitir información. Debe seguir una secuencia que facilite su lectura, es decir, que exprese un orden lógico para indicar los pasos seguidos en la investigación. Debe combinar los atributos de las exhibiciones y de la presentación oral.

Estructura sugerida para la elaboración de un póster científico 1,0 metro

1,0 metro

Título

Fotos

Autores

Introducción

Institución Método

1,5 metros

Conclusiones

Introducción

Resultados Conclusiones

Fotos

Autores

Institución 1,5 metros

Título

Resultados Fotos

Método

Fotos

Anexos 287

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Agradecimientos

Nuestros agradecimientos a: · Israel Becerra B. por las fotografías: Liolaemus tenuis (pág. 170) y Bosque de araucarias (pág. 248). · Reinaldo Vargas C. por las fotografías: Copiapoa cinerascens (pág. 238), Dendroseris litoralis (pág. 241), Mutisia lineariloba (pág. 248) y Fuchsia magellanica (pág. 263). · Francisco Santander Z. por las fotografías: Liolaemus lemniscatus y Liolaemus nitidus (pág. 241).

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