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Biología y geología Libro del profesor

Autores del Libro del Profesor: Rafael Gómez Montero Lourdes Luengo Pato Carlos Muñoz Menéndez Marcos Redondas López Dolores Templado Meseguer

Autores del Libro del alumno: Alejandra García Frank Mª Gema González Alonso Ana Luz Maroto García Mª Isabel Martínez Magro Mª Concepción Pilar Izquierdo

BARCELONA • MADRID • BUENOS AIRES • CARACAS • GUATEMALA • LISBOA • MÉXICO NUEVA YORK • PANAMÁ • SAN JUAN • SANTAFÉ DE BOGOTÁ • SANTIAGO • SÃO PAULO AUCKLAND • HAMBURGO • LONDRES • MILÁN • MONTREAL • NUEVA DELHI • PARÍS SAN FRANCISCO • SIDNEY • SINGAPUR • ST. LOUIS • TOKIO • TORONTO

Biología y Geología 1º LIBRO DEl PROFESOR No está permitida la reproducción total o parcial de este libro, ni su tratamiento informático, ni la transmisión de ninguna forma o por cualquier medio, ya sea electrónico, mecánico, por fotocopia, por registro u otros métodos, sin el permiso previo y por escrito de los titulares del Copyright. Derechos reservados

© 2007, respecto a la tercera edición en español, por:

McGraw-Hill/Interamericana de España, S.A.U. Edificio Valrealty, 1.a planta Basauri, 17 28023 Aravaca (Madrid)

ISBN: 978-84-481-5465-3 Depósito legal: Editora de proyecto: Carmen Álvarez Editor: Pilar Martínez Técnico editorial: Susana Gonzalo Diseño de cubierta: QUIN TEAM Diseño interior: _nueva cocina comunicación Fotografías: GettyImages, Cover, Álbum, Age, José María Barrés, Prisma. Ilustraciones: Pencil, Lourdes Luengo. Maquetación: Estudio GRAFIMARQUE, S.L. Impreso en: XXX IMPRESO EN



Biología y Geología 1 Presentación

Presentación La guía que tienes en tus manos está hecha por y para los profesores. Tras haber recogido numerosas sugerencias por parte de nuestros colegas, y pensando en elaborar un material que realmente fuera práctico, en el aula y fuera de ella, nos hemos puesto manos a la obra, sin dejar de pensar en la realidad de nuestras clases y en las características de los alumnos que hay en ellas. La asignatura de Biología-Geología se presta a la realización de actividades de todo tipo, además, disponemos en la red de un portal de bachillerato con la CEO para Biología y Geología con numerosos recursos de gran utilidad, tanto para apoyar nuestras explicaciones, como para incentivar el trabajo de investigación, la curiosidad y la autoevaluación de nuestros alumnos. Ciertamente, habrá centros que no dispongan todavía de los medios necesarios para utilizar todos los recursos en el aula, sin embargo cada vez tenemos más a nuestra disposición, y muchos de nuestros alumnos disponen de éstos en sus casas. Si conseguimos que parte del tiempo que dedican al ordenador lo inviertan en su formación y repercuta en la preparación de las diferentes asignaturas seguro que conseguimos orientar algunos hábitos hacia actividades que les serán de gran utilidad. En cuanto al contenido: •  Las unidades de la guía comienzan con una programación de aula. • En el desarrollo de los temas se presentan numerosas lecturas de introducción de los mismos y de los diferentes apartados, así como lecturas de profundización de algunos aspectos de mayor relevancia, como salud, medio ambiente, diversidad biológica…, buscando un acercamiento especial a cuestiones que serán básicas en las asignaturas correspondientes de 2º de Bachillerato. • Se presentan también numerosas recomendaciones didácticas y escenarios de error, que pretenden recordar algunos que frecuentemente cometen nuestros alumnos y la forma de evitarlos. •  Así como algunas estrategias que pueden ser útiles para entender mejor determinados conceptos. • Las actividades están clasificadas por nivel de dificultad, y algunas de ellas han formado parte de ejercicios de selectividad, pudiendo ser ya, en muchos casos, acometidas por alumnos de 1º de bachillerato. • Las direcciones Web que recomendamos son páginas contrastadas que contienen, sobre todo, imágenes que pueden resultar de gran utilidad durante la explicación del profesor y para el trabajo personal de los alumnos. En muchas direcciones se pueden encontrar animaciones de procesos, ejercicios interactivos, vídeos e infografías. • Queremos destacar los materiales elaborados para el CD y la CEO, tanto del profesor como del alumno; el glosario; numerosas imágenes, cuya sencillez y claridad facilitarán la labor de los profesores y de los alumnos; así como las animaciones que reproducen procesos o que constituyen auténticos ejercicios interactivos de mapas conceptuales o figuras que permiten a los alumnos identificar partes de las mismas y autoevaluarse al mismo tiempo. • En último lugar, indicar que los numerosos ejercicios de respuesta múltiple, verdadero o falso, rellenar huecos, crucigramas, etcétera, constituyen un auténtico arsenal de actividades que nos permitirán a los profesores, adaptarnos a la diversidad de alumnos y, seguro, constituirán una forma mucho más atractiva de trabajo para todos. Esperamos, con esta guía, contribuir a la mejora de la calidad de nuestra enseñanza y facilitar el trabajo de todos los que formamos la comunidad educativa. Deseamos que la puesta en práctica de estos materiales sirva para, con vuestras sugerencias y críticas, mejorarlos en ediciones futuras. Los autores



Biología y Geología 1 Sumario

1.  La investigación científica de nuestro planeta… …… 6 Programación de aula… ………………………………… 7

  6. Procesos petrogenéticos del ambiente metamórfico: metamorfismo y rocas metamórficas… ………… 125

Actividades… ………………………………………… 21

Programación de aula………………………………… 126

Investigación científica 1… …………………………… 23

Actividades…………………………………………… 142

Investigación científica 2… …………………………… 24

Investigación científica 1… ………………………… 144

Trabajo de laboratorio 1… …………………………… 25

Investigación científica 2… ………………………… 145

Trabajo de laboratorio… ……………………………… 26

Trabajo de laboratorio 1……………………………… 146 Trabajo de laboratorio 2……………………………… 147

2.  El planeta Tierra: formación y métodos de estudio 28 Programación de aula… ……………………………… 29 Actividades… ………………………………………… 43 Investigación científica 1… …………………………… 44 Investigación científica 2… …………………………… 45 Trabajo de laboratorio 1… …………………………… 46 Trabajo de laboratorio 2… …………………………… 48 3. El planeta Tierra: estructura, composición y dinámica… ………………………………………… 50

  7. El ambiente petrogenético sedimentario. Formación de rocas sedimentarias… …………… 149 Programación de aula………………………………… 150 Actividades…………………………………………… 172 Investigación científica 1… ………………………… 174 Investigación científica 2… ………………………… 175 Trabajo de laboratorio 1……………………………… 176 Trabajo de laboratorio 2……………………………… 177

Programación de aula… ……………………………… 51

  8. Los niveles de organización de los seres vivos…… 179

Actividades… ………………………………………… 63

Programación de aula………………………………… 180

Investigación científica 1… …………………………… 64

Actividades…………………………………………… 208

Investigación científica 2… …………………………… 65

Investigación científica 1… ………………………… 210

Trabajo de laboratorio 1… …………………………… 66

Investigación científica 2… ………………………… 211

Trabajo de laboratorio 2… …………………………… 68

Trabajo de laboratorio 1……………………………… 212 Trabajo de laboratorio 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213

4. La materia mineral: cristalización y ambientes petrogenéticos………………………… 70 Programación de aula… ……………………………… 71 Actividades… ………………………………………… 87 Investigación científica 1… …………………………… 89 Investigación científica 2… …………………………… 90 Trabajo de laboratorio 1… …………………………… 91 Trabajo de laboratorio 2… …………………………… 92



  9.  Tejidos y órganos… ………………………………… 215 Programación de aula………………………………… 216 Actividades…………………………………………… 238 Investigación científica 1… ………………………… 240 Investigación científica 2… ………………………… 241 Trabajo de laboratorio 1……………………………… 242 Trabajo de laboratorio 2……………………………… 243

5. Procesos petrogenéticos del ambiente magmático: magmatismo y rocas magmáticas… ……………… 94

10.  La clasificación de los seres vivos… ……………… 245

Programación de aula… ……………………………… 95

Programación de aula………………………………… 246

Actividades… ………………………………………… 118

Actividades…………………………………………… 264

Investigación científica 1… …………………………… 120

Investigación científica 1… ………………………… 266

Investigación científica 2… …………………………… 121

Investigación científica 2… ………………………… 267

Trabajo de laboratorio 1… …………………………… 122

Trabajo de laboratorio 1……………………………… 268

Trabajo de laboratorio 2… …………………………… 124

Trabajo de laboratorio 2……………………………… 269

Biología y Geología 1 Proyecto McGraw-Hill

11.  El proceso de nutrición en las plantas… ………… 271

14. El proceso de nutrición en los animales… ……… 340

Programación de aula………………………………… 272

Programación de aula………………………………… 341

Actividades…………………………………………… 287

Actividades…………………………………………… 361

Investigación científica 1… ………………………… 289

Investigación científica 1… ………………………… 363

Investigación científica 2… ………………………… 290

Investigación científica 2… ………………………… 364

Trabajo de laboratorio 1……………………………… 291

Trabajo de laboratorio 1……………………………… 365

Trabajo de laboratorio 2……………………………… 292

Trabajo de laboratorio 2……………………………… 366

12.  El proceso de relación en las plantas……………… 294

15.  El proceso de relación en los animales… ………… 368

Programación de aula………………………………… 295

Programación de aula………………………………… 369

Actividades…………………………………………… 311

Actividades…………………………………………… 389

Investigación científica 1… ………………………… 313

Investigación científica 1… ………………………… 391

Investigación científica 2… ………………………… 314

Investigación científica 2… ………………………… 392

Trabajo de laboratorio 1……………………………… 315

Trabajo de laboratorio 1……………………………… 393

Trabajo de laboratorio 2……………………………… 316

Trabajo de laboratorio 2……………………………… 394

13. El proceso de reproducción en las plantas… …… 318

16. El proceso de reproducción en los animales……… 396

Programación de aula………………………………… 319

Programación de aula………………………………… 397

Actividades…………………………………………… 333

Actividades…………………………………………… 413

Investigación científica 1… ………………………… 335

Investigación científica 1… ………………………… 415

Investigación científica 2… ………………………… 336

Investigación científica 2… ………………………… 416

Trabajo de laboratorio 1……………………………… 337

Trabajo de laboratorio 1……………………………… 417

Trabajo de laboratorio 2……………………………… 338

Trabajo de laboratorio 2……………………………… 418

Anexo……………………………………………………… 420



01

Biología y Geología 1 La investigación científica de nuestro planeta

01 La investigación científica de nuestro planeta

1. Introducción a la geología

El caos es un orden por descifrar. José Saramago

2. La investigación científica en geología

Biología y Geología 1 La investigación científica de nuestro planeta

c

Identificación de la Unidad

El contenido de la Unidad trata de explicar al alumno el concepto de geología y de tiempo geológico y de cómo se lleva a cabo la investigación científica, por métodos tradicionales o por métodos más actuales. También se intenta acercarlo al mundo de las nuevas tecnologías aplicadas en el campo de la geología (GPS, teledetección, SIG), así como enseñarle a valorar la utilidad de la geología en nuestro planeta Tierra.

c Objetivos didácticos 1. Conocer técnicas aplicadas al estudio de la geología. 2. Conocer, así mismo, los últimos avances tecnológicos utilizados en el estudio de la Tierra (GPS, teledetección y SIG). 3. Realizar cálculos sencillos en la resolución de problemas planteados. 4. Interpretar mapas, gráficas y tablas explicativas de los conocimientos aprendidos en la Unidad. 5. Reconocer de visu ejemplares característicos de las colecciones de minerales y rocas del laboratorio. 6. Aprender a manejar la brújula para las salidas de campo, si se programan. 7. Experimentar en el laboratorio prácticas sencillas propuestas en el texto.

c Contenidos cc Conceptuales

1. Introducción a la geología. • ¿Qué es la geología? • Algunas reseñas históricas de la geología actual. • El tiempo en geología. • Escala del tiempo geológico. 2. La investigación científica. • Métodos tradicionales de trabajo. • Las nuevas tecnologías en la investigación. • La geología como disciplina científica. • La utilidad de la geología. • La magnitud del tiempo en geología.

cc Actitudinales 1. Ser consciente de la dificultad que plantea el estudio del planeta Tierra. 2. Sensibilizarse por los avances científicos que se aplican en la actualidad, en diferentes aspectos de la geología (hídricos, mineralógicos, energéticos, agrícolas, etcétera). 3. Valorar la importancia del trabajo científico llevado a cabo por hombres y mujeres, que mejora nuestra calidad de vida. 4. Apreciar la importancia económica que supone la utilización de diferentes minerales y rocas para el ser humano.

01

cc Procedimentales 1. Resolver las diferentes actividades propuestas en el texto. 2. Manejar las diferentes escalas que se utilizan en geología. 3. Utilizar el vocabulario científico que sea necesario, a la hora de expresar los contenidos de la Unidad. 4. Interpretar como ejemplo de trabajo científico: estudio del mapa geológico I: reconocimiento e interpretación de un mapa geológico. 5. Manejar estrategias propias del trabajo científico aplicadas a la resolución de problemas planteados y relacionados con el contenido de la Unidad: cambios de escalas, interpretación de mapas, gráficas, fotografías aéreas, etcétera. 6. Comentar noticias actuales de prensa oral o escrita, que tengan relación con el contenido de la Unidad.

c Metodología 1. Materiales y recursos: • Libro de texto y libros de consulta. • Gráficas y tablas que permitan resolver problemas relacionados con algunos de los métodos aplicados. • Transparencias, diapositivas, preparaciones microscópicas y vídeos explicativos del contenido de la Unidad. • Mapas topográficos, geológicos, de relieve terrestre y de relieve oceánico. • Fotografías aéreas. • Muestras de minerales y rocas. • Colección de redes cristalinas. • Microscopio petrográfico. • Brújula. • Colección de minerales y rocas para clasificar de visu en el laboratorio. • Actividades recomendadas relacionadas con la Web. 2. Organización de espacio y tiempo: • Indicar si son actividades de aula, de laboratorio, de campo, etcétera. • El tiempo necesario para el desarrollo de la Unidad es tarea del departamento o del profesor, ya que hay que tener en cuenta el calendario escolar y las actividades programadas por el centro.

c Criterios de evaluación 1. Analizar los diferentes avances científicos utilizados en el conocimiento de la estructura y composición de la Tierra. 2. Describir técnicas y métodos de trabajo específicos aplicados actualmente en el campo de la geología. 3. Conocer y aplicar algunas de las técnicas de trabajo utilizadas en la investigación de diversos aspectos (geología, botánica, ecología, etc.) de nuestro planeta. 4. Aplicar las estrategias propias del trabajo científico a la resolución de problemas relativos a la estructura y composición de la Tierra (análisis de sismogramas, análisis de mapas de flujo geotérmico, utilización de datos de los meteoritos). 5. Contrastar diferentes fuentes de información y elaborar informes relacionados con problemas biológicos y geológicos relevantes en la sociedad.

7

01

Biología y Geología 1 La investigación científica de nuestro planeta

c

1. La investigación científica de nuestro planeta

Objetivos de la geología

1.1 Introducción a la geología

Como el resto de ciencias naturales, la geología pretende dar una explicación racional a todos aquellos aspectos observables del mundo que nos rodea, desde las rocas y minerales a fósiles, montañas, volcanes, etcétera.

1.1 Introducción a la geología ¿Qué es la geología?

Debemos considerar la geología como una ciencia moderna, nacida de la necesidad de avanzar en el conocimiento de gentes inconformistas con ideas y creencias mitológicas y religiosas que, durante siglos, se habían considerado verdades inamovibles.

Geología: del griego geo, ‘tierra’, y logia, ‘tratado, estudio, ciencia’. El término Tierra proviene de la raíz latina terra que significa ‘tierra’.

La geología estudia cuestiones interesantes, variadas y prácticas: ¿cómo se ha formado una montaña? ¿Dónde podemos encontrar agua en el subsuelo? ¿Qué sucederá si colocamos un vertedero en una vieja cantera? Éstas y muchas más cuestiones las estudia y explica la geología. La Tierra es un planeta activo y habitado. La actividad del planeta o actividad geológica es tanto interna como externa, y sus manifestaciones son múltiples: sismicidad, volcanismo, deslizamientos de tierras, erosión, etcétera.

Además, el avance tecnológico experimentado durante el siglo XX ha permitido observar, directa o indirectamente, muchos de los materiales y estructuras, así como los procesos que dieron lugar a ellos, y cuyo conocimiento había sido imposible hasta ese momento.

8

La geología es la ciencia que estudia la estructura, composición, origen y evolución de la Tierra. Este estudio se ha ampliado, en la actualidad, a otros cuerpos del sistema solar.

CEO

En general, podemos decir que la geología es la ciencia dedicada al estudio de la Tierra. Aunque con ello su campo no queda del todo definido (la física y la química también estudian la materia inanimada y los fenómenos que la afectan), esto no debe preocupar al geólogo, pues lo que debe perseguirse es la interconexión y solapamiento con el resto de las ciencias, lo que nos ayuda a tener una visión más global y completa de lo que ocurre en nuestro planeta.

La vida se ha desarrollado en nuestro planeta, y ha evolucionado estrechamente ligada a sus condiciones físicoquímicas. La Figura 1.1 muestra las principales características del planeta Tierra.

En el CD y en la CEO (centro de enseñanza on-line) creados para este proyecto podrás encontrar el siguiente material adicional:

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Enlaces, bibliografía, actividades interactivas (el tiempo en geología, nuevas tecnologías, identidad de la Tierra) y animaciones.

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Recordemos que la geología nace de la observación, que es importante la descripción minuciosa de procesos y materiales para facilitar su interpretación y conocimiento, y que, conocer lo que sucedió en el pasado y cómo actúa en el presente puede ayudarnos a predecir qué sucederá en el futuro y cómo nos afectará.



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Fig. 1.1. Características del planeta Tierra.

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Notas

c Páginas web En este enlace encontrarás todo lo relacionado con la geología en cualquiera de sus disciplinas de un modo ameno y didáctico. http://www.geovirtual.cl/geologiageneral/geogenap.html

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Biología y Geología 1 La investigación científica de nuestro planeta

c Actividades

1. La investigación científica de nuestro planeta 1.1 Introducción a la geología

1. Investiga y explica qué eran y cómo se formaban los geosinclinales.

Algunas reseñas históricas: del catastrofismo al nacimiento de la geología actual

c Lectura

La naturaleza de nuestro planeta ha sido objeto de estudio durante siglos. Los primeros escritos sobre fósiles, terremotos o volcanes se remontan a tiempos de los griegos, hace más de 2 300 años.

cc La Tierra no fue siempre como la conocemos…

A mediados del siglo XVII, James Ussher, arzobispo anglicano, determinó que la Tierra había sido creada en el 4004 a.C. Durante los siglos XVII y XVIII y principios del XIX dominaba el pensamiento geológico llamado catastrofismo. El catastrofismo postulaba que el relieve de la Tierra había sido formado por grandes catástrofes. Por ejemplo, las montañas se consideraban el resultado de fenómenos geológicos casi instantáneos, desastres súbitos, y a menudo a escala planetaria, de los cuales el diluvio bíblico era el mejor ejemplo.

Hace unos 2 500 millones de años se establece el límite entre Arcaico y Proterozoico. Es en ese momento cuando, sobre los procesos geológicos, comienzan a regir los principios básicos válidos en la actualidad (uniformismo, actualismo...).

Fig. 1.3. Personajes memorables de la geología: J. Hutton y C. Lyell.

El naturalista James Hutton (1726-1797) es considerado el padre de la geología moderna (véase Figura 1.3). Hutton publicó en 1788 su Theory of the Earth, donde estableció su teoría del uniformismo, según la cual los procesos que han ocurrido en la historia de la Tierra han sido uniformes y semejantes a los actuales. Realizó las primeras estimaciones de la velocidad de los procesos geológicos. Al observar que la mayoría de los procesos geológicos son muy lentos, dedujo que la edad de la Tierra era mucho más antigua de lo que se pensaba en su época. Las ideas de Hutton fueron difundidas, después de su muerte, por Charles Lyell (17971875), autor de la obra Principles of Geology.

Desde la formación de la Tierra hace unos 4 600 millones de años hasta hace 2 500 millones de años, las condiciones que aparecían sobre la superficie terrestre eran muy diferentes a las que hoy conocemos. No existía oxígeno en la atmósfera, que poseía carácter reductor.

Charles Lyell (véase Figura 1.3) formuló el uniformismo de manera precisa con las siguientes premisas: uniformidad de leyes físicas, de procesos geológicos, del ritmo de desarrollo de los procesos geológicos y de la existencia de pocos cambios en las condiciones de la Tierra. La uniformidad de los procesos geológicos quiere decir que «siempre que sea posible, debemos interpretar los procesos antiguos como resultado de causas que aún operan en la Tierra»; esto da lugar a la teoría que se denomina actualismo. El actualismo se concreta en la cita «el presente es la clave del pasado».

Los regímenes termales eran muy superiores a los actuales. La corteza estaba mucho más caliente y a una roca le bastaba con estar a 5 km de profundidad para alcanzar los 300 oC, teniendo que superar los 10 km en la actualidad. Todos los metamorfismos existentes eran de alta temperatura (T) y baja presión (P). Durante el Arcaico una corteza granítica fue cristalizando sobre una superficie que hasta entonces permanecía fundida. A partir de los 2 500 millones de años, comienza ya a incrementarse la cantidad de zonas continentales.

La uniformidad de ritmo de los procesos geológicos quiere decir que «las causas de los procesos geológicos siempre han actuado con el mismo grado de energía que vemos hoy»; esto da lugar a la teoría del gradualismo. La teoría del gradualismo y el actualismo constituyen los principios fundamentales en la interpretación de muchos procesos geológicos actuales. La aceptación del uniformismo significó la aceptación de que la mayoría de los sucesos geológicos se hacen a escala del orden de centenares y millares o incluso muchos millones de años, lo que supone una historia muy larga para la Tierra. El estudio en profundidad de muchos procesos geológicos ha permitido hallar casos frecuentes de catástrofes geológicas. Esto ha dado lugar al neocatastrofismo (1962). Esta teoría intenta aunar el gradualismo con el catastrofismo. Admite que el gradualismo es válido para muchos procesos geológicos, pero otros hay que explicarlos como eventos catastróficos puntuales y discontinuos. Una de las grandes controversias geológicas ha sido la del fijismo-movilismo. Esta controversia surgió en el intento de explicar el origen de las cordilleras y, por extensión, el origen de otros procesos geológicos.

01

Fig. 1.4. Útiles de trabajo en geología: rotuladores, bolsas, lupa y frasco con HCl.

9

c Curiosidades A los 19 años, Charles Lyell ingresó en la Universidad de Oxford. La afición a la geología le fue estimulada por la lectura de Buckland, bien conocido por sus interpretaciones fundamentalistas de la Biblia y su aceptación literal del Diluvio. Lyell no era geólogo, era un aficionado. Falleció en 1875, mientras estaba revisando los Principles of Geology para la 12.ª edición. Fue enterrado en la Abadía de Westminster. James Hutton, el padre de la geología moderna, escribió en 1795 que él había estudiado los hechos de la geología durante cincuenta años, y había sido llevado a una conclusión sorprendente: «El resultado de esta investigación física», escribió, «es que no encontramos vestigio de un inicio, ni perspectiva de un final».

9

También a partir de ese límite, al descender la temperatura, el vapor que se encontraba en la atmósfera se transforma en agua líquida. La cantidad de radiación que aparecía en la superficie del planeta era altísima, debido a la cantidad de isótopos radiactivos de elementos que en ese momento se descomponían. En comparación, la concentración necesaria de 235 U para que en un reactor nuclear se produzca fisión es del 4 %, y en la Tierra se alcanzaban naturalmente concentraciones entre el 5 % y el 6 %, por lo que en la Tierra se formaban reactores naturales. No debemos olvidar que el Arcaico comprende la mitad de la historia geológica de la Tierra, y en él se formaron alrededor de los 2/3 de la corteza siálica del planeta. Podemos observar esta corteza granítica en cratones donde no sufrieron grandes deformaciones desde su formación. Elaboración propia.

9

01

Biología y Geología 1 La investigación científica de nuestro planeta

c

1. La investigación científica de nuestro planeta

Actividades

1.1 Introducción a la geología

2. Hoy sabemos que la corteza oceánica no es, en toda la Tierra, más antigua que los 180 millones de años (Jurásico). ¿Con qué hipótesis fundamental en geología relacionarías esta afirmación?

Las primeras hipótesis sobre el origen de las cordilleras provinieron de la escuela fijista. Para los partidarios de esta escuela, los continentes siempre habrían ocupado su posición actual, y nunca se movieron. Esta teoría fue definida por Eduard Suess en 1883. El fijismo propone que la contracción causada por el enfriamiento de la Tierra daría lugar a la formación de montañas. Éstas serían las arrugas en la superficie de una esfera que se contrae. Las cordilleras se habrían formado en zonas concretas, con mucha sedimentación, que llamaron geosinclinales. Estas ideas fijistas no se pudieron verificar por ningún tipo de observación ni experimento. No había evidencias de la disminución del radio de la Tierra.

c La sedimentología

Casi simultáneamente aparecieron las primeras ideas movilistas sobre el origen de las cordilleras. Alfred Wegener, en su libro El origen de los continentes y océanos, publicado en 1915, dice que las montañas aparecen como consecuencia de grandes movimientos en la horizontal de los continentes.

cc Otros principios fundamentales

Las ideas movilistas se revitalizaron a mediados del siglo XX con nuevas observaciones e hipótesis. Primero, se descubrió la morfología del suelo marino; después surgió la hipótesis sobre la expansión de los fondos oceánicos, de Hess y Dietz, en 1962. Esta hipótesis promulgaba que en la zona central de las dorsales tiene lugar el ascenso de material magmático procedentes del manto. Este magma se incorpora al suelo oceánico y produce su expansión. Como consecuencia de este proceso, el fondo oceánico se desplaza en ambas direcciones a partir del eje de las dorsales.

Principio de la horizontalidad original (Steno). Los materiales sedimentarios se disponen horizontalmente al depositarse.

Principio de la continuidad lateral (Steno).

Estudios posteriores dieron como resultado la promulgación de la teoría de la tectónica de placas por John Tuzo Wilson en 1967. La teoría de la tectónica de placas representa la síntesis más completa de la geología actual, porque no solamente explica el origen de las cordilleras, por choque de placas litosféricas, sino que, además, los geólogos disponen con esta teoría de un esquema global en el que pueden integrar y explicar diferentes hechos geológicos establecidos previamente de forma aislada.

Los estratos se continúan lateralmente y se adelgazan hacia los bordes en todas las direcciones (luego será la erosión quien determine la forma posterior de las capas). Steno dedujo, además, que la edad de una capa es la misma en toda su extensión.

El tiempo en geología

Principio de la relación de corte (Hutton).

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Cualquier unidad rocosa cortada por otra unidad o estructura (falla, intrusión…) es más antigua que esta unidad o estructura.



Ley de correlación de facies (Walter). Sólo



aquellas facies que aparecen asociadas en la horizontal podremos asociarlas también en la vertical.

La geocronología es la parte de la geología que trata de determinar la edad de los procesos geológicos registrados en la historia de la Tierra.

Un evento geológico o no geológico se puede datar de forma relativa o absoluta.



Principio de la simplicidad o parsimonia (Ocham). Principio aplicable a todas las ciencias.

La datación relativa

Expone que la idea o hipótesis más simple es la que probablemente sea la más correcta para dar explicación a un hecho.

c Bibliografía recomendada HUTTON, J: Theory of the Earth, Transactions of the Royal Society of Edinburgh, Edimburgo, 1788. LYELL, C: Principles of geology, v. 3, J Murray, Londres, 1833. ROGERS, J W & ADAMS, A S: Fundamentos de la geología, Omega, Barcelona, 1969. RUDWICK, M J S: El significado de los fósiles. Episodios de la historia de la paleontología, Hermann Blume, Madrid, 1986. VIRGILI, C: El fin de los mitos geológicos. Lyell, Colección Científicos para la Historia, Nivela, 2003.

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La medida del tiempo es uno de los principales objetivos de la geología. ¿Qué edad tiene la Tierra? ¿Cuándo se formó esta roca? ¿Cada cuánto tiempo se producen erupciones en un determinado volcán?

La datación relativa sitúa un evento dentro de una secuencia de sucesos según el orden en que han ocurrido: este suceso es anterior a…, es posterior a… En geología la datación relativa se basa en dos principios básicos: el principio de la superposición y el principio de la sucesión faunística.

    Fig. 1.5. Principio de superposición y principio de sucesión faunística.

• Principio de la superposición: en una sucesión de rocas sedimentarias no deformadas, una capa es más antigua que la que tiene encima, y más reciente que la tiene debajo. En la Figura 1.5, la capa A es más antigua que la B; ésta, que la C; y la más reciente es la D.

10

c Recurso metodológico

cc El comportamiento de la primitiva corteza Durante el precámbrico, sobre el manto terrestre formado por un líquido incandescente, se situaba una corteza endurecida que de ninguna manera podía considerarse estable. El comportamiento de dicha corteza se asemejaba al que pueda tener una toalla húmeda que se desplaza sobre una especie de fango o líquido viscoso. Ciertas partes de la toalla, al encontrarse en desequilibrio, se hundirían dentro de ese líquido o fango y originarían lo que en geología se conoce como geosinclinales. Este hundimiento implicaría que otras zonas de la toalla se elevasen por compensación y se arrugasen, favorecidas por el movimiento del líquido fangoso. Esto llevaría a la formación de los primeros relieves de la Tierra. Sobre las zonas elevadas comenzaría a actuar la erosión y sobre las zonas deprimidas se produciría una intensa sedimentación.

Biología y Geología 1 La investigación científica de nuestro planeta

01

c Actividades

1. La investigación científica de nuestro planeta 1.1 Introducción a la geología

3. Consulta un calendario de la historia de la Tierra y nombra: dos eones, tres eras, cuatro periodos y cinco épocas. 4. Investiga las causas que apoyan el impacto de un meteorito como causa de la extinción que marca el límite KT.

• Principio de la sucesión faunística (o sucesión biótica): los organismos fósiles se sucedieron unos a otros en un orden definido y determinable, y, por tanto, cualquier periodo geológico puede reconocerse por su contenido en fósiles. Una vez establecido, este principio permitió a los geólogos identificar rocas de la misma edad en lugares alejados, y construir escalas de tiempo geológico (véase Figura 1.5).

La datación absoluta

c Lectura

La datación absoluta de un determinado objeto o suceso es la edad expresada en años, referido al marco de una escala temporal. Existe siempre un margen de error, que dependerá del método de datación que se utilice. Ese margen de error puede ser de millones de años. ¿Cómo se sabe la edad de un evento geológico? Hay distintos métodos de datación absoluta, pero el más utilizado es el método radiométrico. Este método utiliza la radiactividad natural de algunos isótopos radiactivos de elementos químicos. Por este método sabemos que los minerales más antiguos de nuestro planeta tienen 4 030 millones de años aproximadamente y que la edad de la Tierra es de unos 4 560 millones de años.

cc Las rocas más antiguas de la Tierra Las rocas más antiguas datadas sobre la Tierra son los gneises de Acasta, situados en Canadá, y cuya edad ronda los 4 025 millones de años.

Fig. 1.6. Útiles de campo en geología: martillo, brújula, cuaderno de campo, cámara de fotos, metro, cantimplora, lápices y bolsas de muestras.

Durante aproximadamente los 1 000 millones de años iniciales de la Tierra, tuvo lugar la formación de una corteza granítica, de la que formaban parte dichos gneises de Acasta, así como otros gneises como los de Amitsoq, en Groenlandia, cuya edad se estima en torno a los 3 800 millones de años. No se sabe con certeza cómo ni por qué se formó esa antigua corteza.

Escala de tiempo geológico Los geólogos han dividido el total del tiempo de la historia geológica en unidades de magnitud variables. Estas unidades forman la escala internacional del tiempo geológico, que es el «calendario» de la historia de la Tierra. La escala del tiempo geológico (véase Figura 1.7) subdivide los 4 560 millones de años y proporciona una estructura temporal significativa dentro de la cual se disponen los acontecimientos del pasado geológico. En la Figura 1.8 se puede ver cómo eran las unidades del Cenozoico hace pocos años, ya que aún aparecen en textos y mapas. En la escala de tiempo geológico, los eones representan las mayores extensiones de tiempo. Los eones se subdividen en eras. Cada era está subdividida en unidades temporales conocidas como periodos (o sistemas).

En cuanto a las rocas sedimentarias y volcánicas más antiguas, identificables y poco alteradas, se encuentran en unas asociaciones de rocas denominadas greenstone belts (cinturones de rocas verdes), la mayoría formadas entre los 3 200 y los 2 700 millones de años. Se encuentran poco metamorfizados y poco deformados. Conocemos ejemplos de estos cinturones en Australia, África centro y sur, sur de la India, Siberia y Canadá.

Cada uno de esos periodos se divide en unidades aún más pequeñas, denominadas épocas. El eón más reciente es el fanerozoico, término griego que significa ‘vida visible’, empezó hace unos 542 millones de años. Las tres eras que comprenden el eón fanerozoico son la era paleozoica (‘vida antigua’), la era mesozoica (‘vida intermedia’) y la era cenozoica (‘vida reciente’). Las eras están limitadas por profundos cambios en las formas de vida. De especial interés es el límite entre el mesozoico y el cenozoico, conocido como «límite KT», hace aproximadamente 66 millones de años. Este límite marca la extinción de los dinosaurios y de casi un 80 % de las especies que existían en la Tierra. A partir de aquí, se marca el final de la «era de los reptiles», y empieza la era en la cual los mamíferos comenzaron a ser predominantes. Se llama límite KT porque ocurre entre el cretácico, abreviado como «K», y el terciario, que era el nombre para el primer periodo del cenozoico, abreviado por «T».

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c Paginas web Geología general: principios generales, ramas de las que se ocupa. http://www.portalciencia.net/geolo.html

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Con los greenstone belts, coexisten durante el Arcaico otras provincias formadas por complejos migmatíticos y metamórficos de alto grado, a los que se conoce como asociaciones de gneises y granulitas (estos materiales no están formados de distinto modo, sino que representan diferentes niveles de metamorfismo). Parece existir ya en esta época una corteza antigua y reciclada. Greenstone belts y gneises y granulitas pueden representar distintas profundidades a las que observamos estructuras en la corteza arcaica, aunque no se conoce bien cómo se relacionan los distintos tipos de provincias.

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Biología y Geología 1 La investigación científica de nuestro planeta

c Actividades

1. La investigación científica de nuestro planeta 1.1 Introducción a la geología

5. En zonas de los acantilados de la costa oriental de Asturias aparecen, en estratos de arenisca, huellas de relieve positivo impresas por dinosaurios tridáctilos similares a la que se trata de representar en el esquema siguiente:

   



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Sistema Periodo

Era

Serie Holoceno

Paleógeno

Nota: esta actividad puede hacerse debatiéndola en grupo y en voz alta.



Terciario

Cenozoico

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Plioceno Mioceno Oligoceno Eoceno Paleoceno

Fig. 1.8. Antiguas unidades del cenozoico. Hasta hace pocos años, esta escala ha sido la utilizada para dividir el cenozoico. En la última revisión de la Comisión Internacional de Estratigrafía (IUGS, 2004), ha desaparecido la denominación de cuaternario, pero se incluye esta parte de la tabla por aparecer aún en muchos textos.

Basándote en el principio de superposición de estratos, ¿se te ocurre de qué manera pudo quedar impresa esa huella de relieve positivo?

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c Páginas web Actividades de geología:

http://www.fossils-facts-and-finds.com/ geology_activities.html

 





Fig, 1.9. Las 24 horas de la historia de la Tierra.

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La roca datada en cabo Ortegal se conoce comúnmente como granito negro y se formó bajo la superficie terrestre, a partir de magma ácido, hace 1 160 millones de años. Las rocas ahora analizadas permanecieron a gran profundidad hasta que afloraron cuando los continentes, que estaban agrupados en uno solo, Pangea, se dividieron, lo que produjo un acantilado de 700 metros de altura en lo que hoy día es cabo Ortegal. Para la datación de una roca tan antigua como la de cabo Ortegal, los investigadores han tenido que estudiar la concentración de isótopos radiactivos que presenta.



Según un estudio realizado en cabo Ortegal (A Coruña) por investigadores de la Universidad Complutense de Madrid y del Natural History Museum de Londres, la península Ibérica tiene el doble de edad de lo que se creía. La nueva datación del complejo geológico gallego es de 1 160 millones de años, lo que duplica la edad de las rocas más antiguas conocidas hasta ahora en el territorio peninsular. Este reciente hallazgo permitirá establecer conexiones pasadas entre los actuales continentes y también profundizar en sus movimientos a lo largo de la evolución de la vida.



cc La península Ibérica es el doble de antigua de lo que se pensaba

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Curiosidades

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Cuaternario

Fig. 1.3. Icnofósil en arenisca jurásica.

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01

   



Biología y Geología 1 La investigación científica de nuestro planeta

de datación c Métodos radiométrica

1. La investigación científica de nuestro planeta 1.1 Introducción a la geología

La magnitud del tiempo en geología

Multitud de elementos químicos pueden presentar en la naturaleza diferentes isótopos, algunos estables y otros que se irán descomponiendo en otros isótopos por medio de un proceso denominado desintegración radiactiva. Los isótopos radiactivos al desintegrarse producirán tres tipos de partículas posibles: partículas α (núcleos de He), partículas β (electrones) y radiación γ (energía).

En el estudio de la geología es importante la apreciación de la magnitud del tiempo geológico, porque estamos acostumbrados a utilizar unidades de tiempo pequeñas. Sin embargo, los geólogos trabajan con unidades de tiempo del orden de los millones de años ya que muchos procesos graduales geológicos lo necesitan. Un evento geológico que ocurrió hace 100 millones de años puede ser calificado de «reciente», una muestra de 10 millones de años puede denominarse «joven», o un suceso de hace 200 000 años, «actual». Un modo de comprender la magnitud del tiempo en geología, y darse cuenta de cuándo sucedieron los acontecimientos más importantes, es comprimir los 4 560 millones de años de la historia de la Tierra en un solo día. En la Figura 1.9 aparecen las 24 horas de un día y, como segmentos coloreados, la proporción que los diferentes eones y eras ocuparían a lo largo de ese día. En esa figura también aparecen algunos sucesos importantes en nuestro planeta: los minerales más antiguos que hay en la Tierra aparecerían a las tres y cinco de la madrugada; las primeras evidencias de seres vivos a las cinco y media. Hay que esperar a las nueve y veinte de la noche para encontrar la gran expansión de los invertebrados marinos, y a las diez menos diez para que aparezcan los primeros vertebrados y plantas. Los dinosaurios dominaron los continentes entre las once menos diez y las doce menos veinte de la noche. Finalmente, el hombre aparecería en el último segundo del día.

La velocidad de desintegración de un isótopo radiactivo será directamente proporcional al número de átomos presentes (Rutherford). Así, se emplearán varios métodos de datación radiométrica, entre los que destacamos: Espectrometría de masas. Separa iones y moléculas de distinta masa y determina su abundancia isotópica en la muestra.

Fig. 1.10. Estromatolitos.

Método Potasio-Argón. El 40K es un isótopo radiactivo y se desintegra en dos formas diferentes. De ellas, sólo la que genera 40Ar nos sirve para la datación radiométrica.

Actividad resuelta Datación absoluta y datación relativa. Observa en la siguiente foto los rastros de huellas de reptiles que aparecen. Las huellas amarillas son de un pequeño dinosaurio carnívoro, las huellas verdes son de un dinosaurio más grande y herbívoro, las rojas son de un gran dinosaurio carnívoro, y los rastros negros son las huellas que ha producido la cola de un gran dinosaurio cuyas pisadas no se han fosilizado. Ordena de más antiguo a más moderno estos rastros. ¿Cómo se denomina esta datación de los hechos? ¿En qué te has basado para realizar este orden?

01

Para hacer esta datación nos basamos en el orden de superposición de las huellas, cuál pisa a cuál: la que tape a una anterior será lógicamente más reciente.

Método Rubidio-Estroncio. Se basa en la desintegración del isótopo de 87Rb en 87Sr. Al producirse la desintegración la proporción de 87Sr aumenta con respecto a los demás frente a sus isótopos estables.

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Método Samario-Neodimio. El 147Sm se desintegra en 143Nd, cuya proporción aumenta frente a los isótopos estables 144Nd y 146Nd.

Del primer dinosaurio que pasó, solamente fosilizó el rastro de la cola. Después vienen las huellas amarillas del pequeño dinosaurio carnívoro. Más tarde apareció en escena el dinosaurio herbívoro y dejó las huellas verdes; y por último, cruzó el dinosaurio carnívoro grande, simbolizado con el color rojo. Esta forma de ordenar los eventos se llama datación relativa.

Método Uranio-Torio-Plomo. Uranio y torio suelen aparecer juntos en un mismo mineral y sus isótopos (238UU, 235U y 232Th) se desintegran para dar isótopos de vida media corta y, al final, plomo (206Pb, 207Pb y 208Pb). 13

Notas

Método del radiocarbono. El isótopo 14C es radiactivo y con vida media de 5 730 años (vida corta), por lo que se emplea para edades inferiores a 100 000 años (desde hace poco). Determina la relación de 14 C de una muestra fósil y el contenido de 14C de un ser vivo similar.

c Actividades

cc Datación absoluta y relativa 6. Para familiarizarte con los conceptos de datación absoluta y relativa, tendrás que calcular tu edad absoluta exacta (desde tu nacimiento hasta este momento) y, después, tienes que obtener tu edad relativa con respecto a tres de tus compañeros (ser mayor que..., ser menor que...) y la diferencia de edad entre vosotros.

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01

Biología y Geología 1 La investigación científica de nuestro planeta

c

1. La investigación científica de nuestro planeta

La toma de muestras

1.2 La investigación científica en geología

La toma de muestras es una parte fundamental del trabajo del geólogo, y siempre deben tenerse en cuenta una serie de factores que pueden determinar el éxito o el fracaso del trabajo que posteriormente vayamos a realizar. Así pues, el geólogo deberá antes de ir al campo establecer un plan de trabajo, calcular qué tipo de muestra necesitará y qué volumen de la misma será el adecuado; quedarse corto implicaría tener que volver a muestrear a zonas cuyo acceso puede no resultar fácil o cercano, y pasarse implicaría cargar con varios kilos de más, lo cual se agravaría si realizamos un muestreo múltiple.

1.2 La investigación científica en geología La geología es una ciencia interdisciplinar, debe unir en sus estudios metodologías de ciencias experimentales como son la física, la química y la biología, y metodologías de ciencias históricas. La forma de trabajar en geología es muy diversa. Por una parte utiliza métodos tradicionales, y en la actualidad está incorporando de forma decisiva la ayuda de las nuevas tecnologías. Es muy importante el estudio y observación de los fenómenos y materiales geológicos a distintas escalas (véase Figura 1.11). Esto implica conocer estos fenómenos tanto en el campo como bajo el microscopio.

Métodos tradicionales de trabajo en geología En cuanto al tipo de muestra a recoger, si por ejemplo nos encontramos muestreando suelos y queremos calcular la humedad del mismo, deberemos mantener esa propiedad inalterada, por lo que utilizaremos recipientes herméticos para evitar la pérdida o ganancia de agua que falsee el resultado del ensayo. En el caso de rocas, es importante recoger muestra que no se encuentre en superficie, pues es donde mas fácil resulta que se encuentre alterada (oxidada, disuelta...). Por ello nos ayudaremos del martillo para obtener la muestra donde ésta esté fresca.

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Los estudios geológicos están basados en asociar los resultados del trabajo de campo con los experimentos y la utilización de técnicas apropiadas para cada una de las investigaciones a realizar. Un estudio geológico implica una serie de actuaciones ordenadas, que son:

Fig. 1.11. Estudio de la Tierra a distintas escalas: paisaje, afloramiento y detalle.

a) Documentación previa y planificación del trabajo. Incluye búsquedas bibliográficas sobre la zona a estudiar, como libros, mapas geológicos, mapas topográficos y fotos aéreas (véanse Figuras 1.2 y 1.15). También debe hacerse una búsqueda sobre las técnicas y materiales que se van a emplear. Es importante saber lo que se quiere hacer y buscar, cuáles son los objetivos, y seguir un orden de actuación. b) El trabajo de campo. La geología es ante todo una «ciencia del terreno». En primer lugar debemos situar el lugar de estudio en el mapa, y después buscar los materiales y ver la distribución espacial de las rocas. Una vez situados, debemos realizar in situ, es decir, sobre el terreno, la adquisición de datos y la toma de muestras. Este primer estudio es una forma de observación geológica de media a gran escala. La adquisición de datos incluye recoger toda la información necesaria que no se pueda transportar al centro de trabajo. Los datos dependen del objetivo del estudio. Algunos datos importantes incluyen fotografías del entorno, colores de los materiales y todas las mediciones necesarias.

En resumen, que una buena planificación y tener una clara idea de lo que queremos obtener puede no sólo ahorrarnos mucho trabajo, sino decantar el resultado de nuestro trabajo hacia el éxito.

La toma de datos físicos a gran escala se realiza con aparatos específicos para cada prospección (véase Figura 1.13). La toma de muestras consiste en recoger materiales para analizar en el laboratorio. ¿Cómo tomar muestras de forma correcta? Para coger las muestras se utiliza, en general, el martillo de geólogo. Es muy importante coger bien las muestras. Cada muestra debe estar bien etiquetada: hay que señalar en el mapa dónde se ha cogido y la posición en la que estaba en el afloramiento. Y todos estos datos deben registrarse en un cuaderno de campo (véanse Figuras 1.4 y 1.6).

c Trabajo de campo cc Toma de muestras

Recoge dos muestras en el campo, especificando: Fig. 1.12. Lupa binocular y microscopio.

• • • •

Localización y situación. Descripción de las muestras. Fotografías de afloramiento y muestras. Orientación de la muestra con una flecha hacia arriba antes de tomarla (si está en capas). • Observación de las alteraciones que presentan.

Un tipo especial de toma de muestras se realiza mediante sondeos. Los sondeos son perforaciones en el terreno para conocer la naturaleza de los materiales a cierta profundidad. De estas perforaciones se obtienen distintas muestras, que pueden ser testigos continuos (véase Figura 1.14), si los materiales están consolidados, o fragmentos de materiales, si el terreno es blando o no está unido.

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c PAU ccc

Comunidad de Andalucía, junio 1998.

Las crisis bióticas en la historia de la Tierra.

Notas

Solución Hace referencia a las grandes extinciones que se han producido en la historia de la Tierra. Destacamos una primera, a finales del Paleozoico, en la que desaparecen los trilobites, los placodermos, e inician su decadencia los braquiópodos y los crinoideos. Esta extinción coincide con la formación de la segunda Pangea, que provoca la desaparición del océano pre-uraliense. Se produce un gran desarrollo de los reptiles a lo largo del Mesozoico, entre los que destacan los placodontos (marinos) y los dinosaurios (terrestres). También tienen un gran éxito adaptativo los Ammonites. La mayoría de los reptiles, del Mesozoico junto con los ammonites, se extinguen al final de este período. En este caso, se barajan varias hipótesis: agotamiento genético; demasiado especializados; pequeño cerebro y sangre fría eran desventajas evolutivas; gigantismo debido a desajustes glandulares; envenenados por los alcaloides de las angiospermas; tranquilidad orogénica del Cretácico que pudo causar la homogeneización de ambientes geográficos y con ella una mayor competencia entre especies.

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Biología y Geología 1 La investigación científica de nuestro planeta

de c Actividades ampliación

1. La investigación científica de nuestro planeta 1.2 La investigación científica en geología

c) Trabajo de laboratorio. Este trabajo implica un acercamiento geológico a pequeña escala y a escala microscópica. Las diferentes técnicas de laboratorio permiten utilizar una misma roca para distintos estudios.

7. Sobre una caliza con fósiles de pequeño tamaño, mostrar a los alumnos con lupa binocular algún ejemplo del contenido paleobiológico de la muestra. Recordar que para emplear la lupa de campo, ésta debe situarse cerca del ojo y es la muestra la que se debe ir acercando o alejando hasta que se vea con nitidez. Con ello el alumno se habituará al empleo de la lupa.

Las observaciones ópticas se realizan con lupa binocular y microscopios petrográficos. Una roca se puede observar en lámina delgada (véase Figura 1.12) con microscopio petrográfico, o en fragmentos pequeños en tres dimensiones (levigados) con la lupa binocular. Las observaciones con microscopio y lupa nos permiten ver qué minerales y fósiles contiene la muestra. El microscopio petrográfico tiene algunas características distintivas con respecto al microscopio biológico. La diferencia principal es la de utilizar luz polarizada. La luz polarizada se caracteriza por vibrar en un único plano, mientras que la luz no polarizada vibra en todos los planos. Otros tipos de análisis de laboratorio son los análisis químicos, paleontológicos, ensayos físicos de materiales o las técnicas de dataciones radiométricas para saber la edad de la muestra.

01

Fig. 1.13. La prospección de agua permite la instalación de pozos. Pozo tradicional eslovaco.

c Lectura

cc La escala en geología

Por último se debe realizar una síntesis con todos los datos que se han estudiado.

El concepto de escala cobra gran importancia en geología, dado que resulta imposible estudiar con detalle y de forma global el conjunto de la litosfera. De mayor a menor rango, existen varias escalas de trabajo, que serán:

d) Avances científicos. Divulgación y aplicaciones sociales y económicas. Una vez concluida la investigación, es el momento de divulgarla. La divulgación puede ser únicamente teórica, por ejemplo en libros y artículos, o bien ser una aplicación práctica, como mapas de recursos minerales.

Las nuevas tecnologías en la investigación de la geología

Escala megascópica Abarca grandes unidades de la litosfera, así como la totalidad de ésta.

Una de las herramientas principales en geología es el mapa geológico. Durante muchos años los mapas geológicos se han realizado de forma manual y artesanal, sin ayuda de aparatos como ordenadores, sistemas de localización por satélite, teledetección y Sistemas de Información Geográfica. La geología de una zona se proyecta en los mapas geológicos. La base de los mapas geológicos son los mapas topográficos.

Escala macroscópica Estructuras cuyo tamaño requerirá el establecimiento previo de una cartografía geológica.

Fig. 1.14. Geólogo examinando unos testigos de sondeos y detalle de uno de ellos.

En todos los mapas geológicos los puntos representados deben estar georreferenciados, es decir, situados en la Tierra mediante un sistema de coordenadas.

Escala mesoscópica La escala de afloramiento, la cual permite la observación directa.

La cartografía de cada país tiene sus mapas con las coordenadas locales. Un tipo de coordenadas son las coordenadas geográficas latitud y longitud, junto con una tercera coordenada que es la altitud. La altitud se da con respecto a un punto de referencia o datum altimétrico propio de cada nación. En España, el datum altimétrico es el nivel del mar Mediterráneo en Alicante. Hace unos años, cuando no se disponía de nuevas tecnologías, el cálculo de las coordenadas de los puntos del mapa era un proceso lento. Al pasar de un país a otro, el dato de la altura no tenía referencias comunes en los distintos países. Por otra parte, en algunas ocasiones, como por ejemplo en los desiertos, era difícil orientarse y situarse en el campo, incluso con la ayuda de los mapas topográficos. Esto se soluciona, en la actualidad, con las nuevas tecnologías.

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Escala microscópica Su análisis se realizará mediante microscopía óptica.

Fig. 1.15. Fotografía aérea y estereoscopio.

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Escala ultramicroscópica Se analizarán aspectos visibles únicamente con microscopio electrónico, llegando a observarse rangos atómicos o moleculares.

http://www.uam.es/personal_pdi/ciencias/casado/Clases/tema1_2004_05.pdf

El geólogo deberá siempre saber elegir la escala que mejor se adapta al trabajo que vaya a realizar, siendo consciente de que un aspecto analizado a cierta escala estará compuesto por elementos de escala inferior articulados y relacionados entre sí, y que un mejor conocimiento e interpretación de rasgos a escalas pequeñas nos ayudará a entender e interpretar rasgos de mayor escala.

La geología: origen y evolución de los conocimientos geológicos.

Elaboración propia

c Páginas web Geología general: disciplinas de las que se encarga, principios fundamentales y metodología de trabajo.

mural.uv.es/saniema/Tema%201.doc

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01

Biología y Geología 1 La investigación científica de nuestro planeta

c

1. La investigación científica de nuestro planeta

Lectura

1.2 La investigación científica en geología

cc Un proceso lento y laborioso Hasta hace no mucho tiempo, el trabajo del geólogo que acudía al campo no contaba con la ayuda que hoy le ofrecen las nuevas tecnologías para poder ubicarse en el terreno, con lo que además de convertirse en una tarea mucho más larga y laboriosa, debía ponerse atención para no perder precisión a la hora de plasmar en el mapa los datos obtenidos. Así, lo primero que debía hacer siempre sobre el terreno era situarse, para lo cual siempre debía llevar un mapa topográfico en el que fuesen referenciadas latitud, longitud y altura de cada punto, esta última mediante curvas de nivel. Estos mapas deben llevar también referenciada la posición del Norte geográfico, el cual nos ayudará, junto con la brújula, a orientar el mapa desde cualquier punto, haciendo coincidir el Norte del mapa con la dirección del Norte geográfico que nos marque la brújula. Una vez realizado esto buscaríamos sobre el mapa puntos de referencia de aquello que estemos observando (picos, valles, carreteras...), obteniendo así nuestra posición.

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Sistema de localización por satélite El sistema de localización por satélite es una técnica que calcula de forma absoluta y global la latitud, longitud y altura de cualquier punto de la Tierra. Esta localización se lleva a cabo por un sistema de satélites que funcionan de forma combinada. Estas coordenadas globales se pueden pasar a las coordenadas locales de cada país. Los primeros satélites de localización se utilizaron con fines militares. Actualmente se utilizan también para uso civil. Los sistemas de satélites actuales son: el GLONASS, administrado por las Fuerzas Espaciales Rusas, y el GPS, desarrollado en los Estados Unidos. El sistema GPS es el más utilizado.

Fig.1.16. Fotografía de satélite de la Península Ibérica.

¿Cómo funciona el sistema GPS? GPS es la abreviatura de Global Positioning System, que en español significa ‘sistema de posicionamiento global’. Los componentes del sistema GPS son: el segmento espacial, el segmento de control y el segmento del usuario. El segmento espacial consta de 24 satélites que giran en seis órbitas ubicadas aproximadamente a 20 000 km de la Tierra, con cuatro satélites por órbita (véase Figura 1.17). En cada satélite van embarcados relojes muy precisos, aparatos de radio y ordenadores para captar y emitir las señales transmitidas por el satélite. El segmento espacial está diseñado de tal forma que se pueda contar con un mínimo de cuatro satélites detectables desde cualquier punto de la superficie terrestre durante las 24 horas del día.

      

Será la habilidad del geólogo la que determine la precisión de los datos obtenidos. Cuantos más puntos de referencia tengamos delante más fácil será lograr situarnos correctamente. Con este método se elaboraron durante años multitud de mapas geológicos de gran exactitud. Hoy en día, aparatos como los GPS nos dan nuestra posición de un modo inmediato y con una precisión absoluta, agilizando así el trabajo del geólogo.

En 2008 estará en funcionamiento el sistema de satélites GALILEO, desarrollado por la Unión Europea, en concreto, por la Agencia Espacial Europea (ESA). Será un sistema civil independiente, pero con intención de ser complementario e interoperable con el GPS y el GLONASS.

El segmento de control tiene como misión el seguimiento continuo de todos los satélites. Consta de seis estaciones distribuidas en longitud por la superficie de la Tierra (véase Figura 1.18).

     

   

   Fig. 1.17. El segmento espacial del GPS.

  

           

c Recurso metodológico

Fig. 1.18. Segmento de control del GPS.

El segmento de usuario está constituido por cualquier receptor en tierra o en el espacio. El aparato receptor es el GPS, que se llama igual que el sistema (véase Figura 1.19).

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cc Estudio de un mapa geológico Sobre un mapa de escala 1:50 000 o 1:25 000 se mostrarán al alumno los distintos materiales y estructuras. Se les planteará averiguar qué materiales de los que aparecen en el mapa son más antiguos y si unos son más antiguos que otros (edad absoluta y relativa, para lo cual dispondrán de una columna estratigráfica). Se intentará que vean la disposición de las capas y cómo las estructuras afectan a las mismas, debiendo determinar la edad relativa de dichas estructuras. Debe tenerse en cuenta que un mapa sólo es la representación en superficie de una estructura que hay en profundidad y también recordar que, según la ley de Walter, sólo los materiales que aparecen juntos en la vertical podrán hacerlo en la horizontal.

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c Páginas web Sistema de posicionamiento global (GPS): descripción, análisis de errores, aplicaciones y futuro. http://www.iai.csic.es/gpa/postscript/ Pozo-Ruz00a.pdf

Biología y Geología 1 La investigación científica de nuestro planeta

c Actividades

1. La investigación científica de nuestro planeta 1.2 La investigación científica en geología

8. ¿Crees que métodos como el sistema de localización por satélite, el GPS, la teledetección o el GIS son métodos directos o indirectos para trabajar en geología?

Utilidad del GPS en geología El uso del GPS en geología se ha vuelto indispensable. Entre los principales usos destacan:



La teledetección La teledetección es el conjunto de técnicas que permiten la adquisición de información sobre la Tierra y otros cuerpos celestes, sin entrar en contacto directo con ellos. La teledetección permite obtener imágenes a partir de las longitudes de onda del espectro electromagnético (véase Figura 1.20), que emite la superficie a estudiar.

La percepción remota (remote sensing) o teledetección puede definirse como la ciencia y arte de obtener información de un objeto analizando los datos adquiridos mediante algún dispositivo que no está en contacto físico con dicho objeto.



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Cuando el sensor capta las ondas electromagnéticas en un espectro no visible, para observar esas imágenes, se retocan usando colores de la luz visible, para que el ojo humano lo pueda detectar. Esto da una imagen en colores falsos, pero que permiten resaltar características importantes. Por ejemplo, el infrarrojo nos permite observar cambios de temperatura en un medio, y eso no se ve a simple vista. La fotografía aérea es la teledetección tradicional (véase Figura 1.15). Se realiza a partir de aviones con sensores en el espectro visible, y la imagen que toma es una fotografía en el visible. La incorporación de sensores a los satélites artificiales ha permitido la obtención sistemática de imágenes a una escala espacial variable (véase Figura 1.16).

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Los sensores pasivos registran las radiaciones reflejadas y emitidas por la superficie, en unas longitudes de onda determinadas. Hay sensores del espectro visible, del espectro infrarrojo y del espectro de microondas.



          Fig. 1.20. Espectro electromagnético.

Los sensores activos emiten radiaciones de distintas longitudes de ondas del espectro electromagnético dirigidas hacia la superficie a observar, y captan las radiaciones que refleja dicha superficie. Un tipo de sensor activo es el radar (radio detection and ranging). El uso de la teledetección está muy extendido en geología (véanse Figuras 1.16 y 1.21). Entre sus principales aplicaciones destacan: realización de cartografía geológica, uso en edafología, localización de yacimientos minerales y paleontológicos, evaluación de recursos hídricos. Muchos de estos datos se utilizan como las distintas capas de las complejas bases de datos que son los SIG.

Sistemas de Información Geográfica (SIG) Un SIG es un Sistema de Información Geográfica (GIS, Geographic Information System). Es un sistema informático diseñado para el manejo y análisis de información cartográfica y su integración con otros datos. Algunos datos del GIS son los mapas topográficos, geológicos, de vegetación, etc., que se pueden superponer para dar una información más completa. La utilidad principal de un SIG radica en la gran cantidad de información que se puede interrelacionar y superponer. Esto permite hacer modelos o representaciones del mundo real a partir de las bases de datos informáticas. Estos modelos se utilizan para hacer simulaciones de procesos naturales o generados por el hombre, y posteriormente evaluar las consecuencias de las decisiones y planificación sobre los recursos existentes en el área de interés.

cc ¿Qué es la percepción remota?

Fig. 1.19. Segmento de usuario del GPS.

 

Las imágenes se adquieren por sensores incorporados a satélites, aviones o aparatos de tierra. Estos sensores son instrumentos que miden las variaciones en la intensidad de radiación electromagnética emitidas desde la superficie terrestre. Los sensores pueden ser pasivos o activos.

c Recurso metodológico

  

 

— La actualización de la cartografía y la adquisición de datos para el registro de Sistemas de Información Geográfica. — La definición de las velocidades de las placas litosféricas y el estudio de las variaciones del nivel medio del mar. — La vigilancia y seguimiento (monitorización) de la evolución de los volcanes. — La vigilancia y seguimiento de los glaciares, en estudios de cambios climáticos. — El estudio de los movimientos de las fallas para la prevención de los terremotos.

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Fig. 1.21. Imagen del delta de Mississippi (EE.UU) tomada por satélite.

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c ¿Sabías que…?

Un mapa en dos dimensiones no tiene ningún truco especial. Uno reconstruido en tres dimensiones es algo más complejo, y puede apoyarse en tecnologías de proyección de volúmenes o en fotografía tomada a baja altura.

A pequeña escala, al leer estas líneas, estás ejecutando un acto de percepción remota. Tu sistema sensorial asignado a la visión está en primera instancia identificando letras, luego agrupándolas en palabras y más tarde en oraciones para, finalmente, sumando estas oraciones, obtener un párrafo. Hasta aquí has realizado una interpretación física de lo que hay escrito. Pero, ¿cuál es el significado de lo que hay escrito? Analizando el texto ya interpretado, eres capaz de obtener un contexto: has transferido a tu cerebro la información intrínseca de ese texto. En un segundo análisis de carácter más reflexivo, tu cerebro procesa la información recién ingresada, cotejándola con la ya existente en su memoria, lo que te permite sacar tus propias conclusiones acerca de lo que has leído.

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En resumen, de lo que en un principio era un conjunto de caracteres agrupados en forma aparentemente caótica, surge una idea. Obviamente, este proceso, además de ser sensiblemente más complejo, se lleva a cabo a tal velocidad que, afortunadamente, nos es imposible concienciarnos de cada uno de estos pasos, pero básicamente esto es lo que sucede cuando leemos (basta con preguntarle a un niño de unos siete años). Información obtenida de: http://www.teledet.com.uy/gps.htm

La compañía Google ha decidido dar un paso más, y comienza a comercializar mapas en los que tienen en cuenta la cuarta dimensión, es decir, incorporando el tiempo. La aplicación ofrece ahora la posibilidad de ver mapas históricos, como el Londres de 1843, el de París de 1716 o un mapamundi de 1790, entre otros, superpuestos a los actuales en forma de layers o capas. Quién sabe, quizás algún día podamos llegar a ver mapas del futuro… Obtenida de: http://es.theinquirer.net/VNU%20-%201790.jpg

17

01

Biología y Geología 1 La investigación científica de nuestro planeta

c

1. La investigación científica de nuestro planeta

Actividades

1.2 La investigación científica en geología

9. Define los siguientes términos: georeferenciar, sondeo, prospección, GPS, teledetección, sensor activo y GIS.

La geología como disciplina científica Entender la Tierra no es tarea fácil, ya que nuestro planeta no es una masa de roca inmutable, sino un cuerpo dinámico con una historia larga y compleja. La Figura 1.22 es un mapa conceptual donde se engarzan los conocimientos que debe abordar la geología.

c Lectura

GEOLOGÍA DE LA TIERRA

cc Obtención de imágenes en 3D por medio de foto aérea

Estudia

Naturaleza físico-química de la materia mineral

El cerebro humano interpreta imágenes en 3D recibiendo dos imágenes en 2D de un modo simultáneo del mismo objeto desde ángulos diferentes, que serán las que le enviemos desde cada uno de nuestros dos ojos. Uniendo y mezclando esas dos imágenes (del objeto y su sombra), seremos capaces, de un modo casi inconsciente, de dar profundidad a una imagen única que es la combinación de las dos anteriores, obteniendo así esa tercera dimensión.

E V O L U C I Ó N

T R A V É S

18

Pese a que las nuevas tecnologías (GPS, GLONASS, GIS…) han dejado esta técnica obsoleta, la foto aérea supone aún hoy un instrumento básico para ayudar al geólogo a tener una perspectiva diferente de formaciones rocosas, geomorfológicas, y estructuras, y a realizar así su cartografía.

c Paginas web Introducción a la teledetección, métodos y fundamentos. http://webpages.ull.es/users/marbelo/rs1.pdf

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Situación de la Tierra en el Sistema Solar

Estructura y composición de la Tierra

Tectónica de placas

Procesos internos

Procesos externos

Realizados por los parámetros físicos presión (P) y temperatura (T)

Realizados por los agentes externos gravedad y fluidos en movimiento

Deformaciones Formación de Orógenos

A

Como en otros muchos casos, esto que realizamos de modo natural fuimos capaces de reproducirlo artificialmente para obtener imágenes 3D de la superficie de nuestro planeta. Así, y como muchos de los avances realizados en el campo de la geología durante el siglo XX, fueron motivos bélicos los que impulsaron que aviones volando a una altura fija y a velocidad constante, sacasen fotografías cada intervalo de tiempo también constante, de modo que cada foto solaparía su tercio inicial con el tercio final de la foto anterior (con lo que solaparía su tercio final con el inicial de la siguiente). Así, con imágenes de los mismos objetos desde distintos ángulos podremos obtener una imagen 3D de montes, valles, cañones, etcétera.

ORIGEN DE LA TIERRA COMO PLANETA

LA TIERRA

Ambiente ÍGNEO

Magmatismo Formación de rocas magmáticas

Ambiente METAMÓRFICO

Ambiente SEDIMENTARIO Cuencas sedimentarias

Metamorfismo Formación de rocas metamórficas

Meteorización Erosión

Formación de suelos

Transporte Sedimentación Diagénesis

Subdivididas

Rocas sedimentarias

Medios sedimentarios D E L

M. Continentales

M. Transición

M. Marinos

Geomorfología TIEMPO Geología histórica

Fig. 1.22. Mapa conceptual del conocimiento geológico.

La utilidad de la geología Aparte de la geología como ciencia académica, hay que destacar la gran importancia que tiene como ciencia aplicada (véanse Figuras 1.23 y 1.24). La geología aporta y ofrece multitud de soluciones prácticas a diversos problemas socioeconómicos actuales. Muchos de los hechos que estudia la geología tienen una aplicación directa en la vida, en el desarrollo y en la planificación de la sociedad humana. La geología es un punto de partida en la prevención y la resolución de diversos problemas que nuestra sociedad tiene planteados, entre los que destacan la búsqueda de recursos hídricos, minerales o energéticos, la prevención de riesgos geológicos, la planificación del territorio, la realización de estudios de impacto ambiental, el mantenimiento y reforma de monumentos y edificios históricos y la comprensión del funcionamiento del sistema Tierra.

18

Biología y Geología 1 La investigación científica de nuestro planeta

c Actividades

1. La investigación científica de nuestro planeta 1.2 La investigación científica en geología

10. Enumera cinco de las actuaciones más importantes que permiten a un geólogo prevenir y resolver problemas que nuestra sociedad plantea.

Entre los recursos de primera necesidad están el agua y los suelos. Los estudios relacionados con el agua incluyen la búsqueda de acuíferos, conocimientos del estado de los acuíferos y de las cuencas hidrográficas para así, hacer un uso racional del agua. Los estudios de los suelos permiten una mejor planificación de la agricultura.

c Landsat

Entre los recursos no renovables están los recursos minerales, energéticos y recursos industriales como materiales de construcción. Actualmente la demanda de energía se incrementa día a día en nuestra sociedad, parte de la geología se dedica a la búsqueda de nuevos yacimientos de gas, carbón y petróleo.

Landsat es un sistema de satélite. Antes de 1974 se llamaba ERTS (Earth Resources Technology Satellite), hasta 1985 fue operado por la NASA y actualmente está dirigido por la empresa particular EOSAT. Landsat puede producir imágenes de todas las partes de la superficie terrestre sin pedir permiso de los gobiernos y ofrece las imágenes a todos los que quieren aplicar imágenes de satélite y a precios uniformes.

La realización de cartografía de riesgos geológicos permite su uso para diseñar modelos sostenibles de planificación del territorio, y para la regulación del patrimonio natural e histórico. Cualquier obra de ingeniería, presas, autovías, minas, obras urbanas, planificación agrícola, necesita un estudio geológico de tipo ambiental que permita prevenir impactos desastrosos e irreversibles en el medio y en las personas. Por otra parte, los estudios de paleoclimatología permiten entender la evolución del clima. Los estudios paleontológicos son esenciales en la búsqueda y explicación del origen y evolución de la vida en el planeta, así como descubrir la relación de los ecosistemas del pasado con los actuales.

01

Fig. 1.23. Plataforma petrolífera, rodeada de hielo en Alaska.

Landsat suministró la primera base de datos de la Tierra completa con resoluciones espaciales y espectrales adecuadas para varias aplicaciones. Los datos de Landsat están disponibles en forma digital. Los satélites de Landsat fueron colocados en sus órbitas por medio de cohetes del tipo Delta, que fueron lanzados de la base del ejército del aire Vandenberg en California. Los satélites de Landsat de la primera generación (Landsat 1, 2 y 3) fueron lanzados en los años 1972, 1975 y 1978. Estos satélites fueron equipados con un escáner multiespectral (MSS), y con un vidicón (return beam vidicon system).

Fig. 1.24. Riesgo sísmico. Daños producidos por un terremoto.

Actividad resuelta Diseña una campaña para recoger arena para la cama de tu gato. Utiliza las nociones que se han explicado en esta unidad, en el apartado de métodos tradicionales de trabajo en geología. En primer lugar debes informarte de dónde hay arenas en las cercanías de tu casa, y si no las hay, encontrar el lugar más próximo donde obtenerlas. Consulta un mapa de la zona para saber acceder al lugar.

Después debes considerar qué necesitas para recoger las arenas: bolsas, pala y mochila.

La segunda generación de Landsat está formada por dos satélites, lanzados en 1982 y en 1984. Landsat 4 ya no funciona, Landsat 5 funcionó hasta marzo de 1996, Landsat 7 fue lanzado en septiembre de 1993, pero no llegó a su órbita.

Esto sería la documentación previa y la planificación del trabajo. A continuación debes hacer el trabajo de campo, es decir, encontrar el lugar en el que están las arenas, y tomar las muestras. Visita y explora el yacimiento de arena y selecciona las arenas más apropiadas para tu gato.

19

c

PAU

ccc

Comunidad de Andalucía, junio 1998.

19

c Bibliografía recomendada OROZCO, M; AZAÑÓN, J; AZOR, A & ALONSO-CHAVES, F: Geología física, 2.ª edición, Thomson, Madrid, 2004.

¿Se podrían aplicar a la datación de una misma roca los métodos del respuesta.

LAHEE, F: Geología práctica, Omega, 1961. 14

C y del

235

U? Razona la

Solución 14

No, porque el método del C no puede utilizarse para datar materiales de más de 35 000 años, en tanto que el 235 U puede datar fechas de hasta 735 millones de años.

SABINS, F F: Remote sensing, Freeman and Company, Nueva York, 1996. ERICKSON, J: La exploración de la Tierra desde el espacio, McGraw Hill, 1991. LEET-JUDSON: Fundamentos de geología física, Limusa, México, 1980.

19

01

Biología y Geología 1 Actividades

1. La investigación científica de nuestro planeta Actividades

Actividades finales 1>

¿Qué es la geología? ¿Qué significa la expresión: «La geología es una ciencia interdisciplinar»?

2>

¿Cómo pensaban los catastrofistas que se producían los procesos geológicos? ¿Qué edad se pensaba que tenía la Tierra?

3>

¿Qué dice el principio del gradualismo? Busca un proceso geológico que desmienta este principio.

4>

¿Qué se entiende cuando se dice: «La geología interpreta los hechos con una metodología actualista»?

5>

En una de tus excursiones al campo paseas por una zona donde encuentras fósiles de erizos de mar. ¿Cómo puedes explicar este hecho? ¿Qué principio geológico has utilizado para esta interpretación?

6>

¿Qué edad se calcula actualmente a la Tierra? Cuando das la edad en millones de años, ¿qué datación estás haciendo: absoluta o relativa?

7>

La primera escala de tiempo geológico se estableció sin la ayuda de los métodos radiométricos. ¿Qué principios se utilizaron para desarrollar esta primera escala temporal?

8>

Observa la tabla de la escala de tiempo geológico y la Figura 1.8. Compara los millones de años que tiene cada eón. ¿Por qué crees que los geólogos han hecho esta división tan heterogénea del tiempo?

9>

¿Cuándo han sucedido las mayores extinciones de seres vivos en la Tierra? ¿Qué eras limitan estas extinciones? ¿Con qué argumentos explicarías estos eventos, con una mentalidad catastrofista o actualista?

10>

¿Qué diferencia hay entre la edad relativa y la edad absoluta de un fenómeno? Data de forma absoluta y relativa los siguientes eventos: a) b) c) d)

Formación de la Tierra. Rocas de la Tierra datadas como más antiguas. Primeros indicios de actividad vital. Primeros fósiles de cianobacterias, identificados por las estructuras algales denominadas estromatolitos. e) Primeros fósiles de seres vivos pluricelulares.

11>

¿Qué pasos debes realizar para desarrollar una investigación en geología?

12>

¿Qué datos debes tomar para tener bien identificada y localizada una muestra recogida en el campo?

13>

¿Por qué decimos que la geología estudia la Tierra a diferentes escalas? Pon dos ejemplos del trabajo de un geólogo a gran escala, otros dos a mediana y otros dos a escala microscópica.

14>

¿Qué es el sistema GPS? ¿Cuáles son los componentes del sistema GPS?

15>

Señala las utilidades del GPS en geología. ¿Por qué es tan importante en cartografía el sistema GPS?

16>

¿Qué es la teledetección? ¿Cómo se adquieren las imágenes de teledetección?

17>

¿Qué diferencia hay entre un sensor activo y otro pasivo?

18>

¿Qué son los Sistemas de Información Geográfica (SIG)? Explica su utilidad en geología.

PAU El espejo de la figura está roto por tres conjuntos de fracturas. Ordena las fracturas de más antiguas a más modernas. ¿Qué tipo de dotación has realizado? Razona tu contestación.

A C

20

20

B

Biología y Geología 1 Investigación científica 1

01

1. La investigación científica de nuestro planeta Investigación científica

Investigación científica El oráculo de Delfos El oráculo de Delfos estaba situado en un gran recinto sagrado llamado adyton dedicado principalmente al dios Apolo, en el cual únicamente podía entrar la Pitia. La Pitia era una sacerdotisa que, en nombre de Apolo, interpretaba las respuestas que daba el oráculo. Las preguntas eran llevadas al oráculo escritas en tablillas. Cuando la Pitia revelaba las respuestas, entraba en trance, hablando con voz alterada en nombre de Apolo. Las respuestas eran escritas y selladas por las sacerdotisas y entregadas al encuestador. De acuerdo a los relatos de autores antiguos como los historiadores Plinio el Viejo y Diodoro, el filósofo Platón, el geógrafo Estrabón o el escritor Plutarco, entre otros, la Pitia atendía en una cámara ubicada en el corazón del templo. Se sentaba en un trípode, entraba en un estado de trance y respondía las preguntas. Era creencia común que el trance lo provocaban los vapores que brotaban de unas grietas en el suelo de la cámara. Plutarco formuló las primeras hipótesis acerca del origen geológico de los vapores que, según su descripción, despedían un aroma dulce. En épocas más recientes se ha estudiado la posible relación de estos estados de trance y fenómenos geológicos. La historia de las grietas y los vapores fue descartada durante la primera mitad del siglo XX, principalmente porque no se encontraron evidencias de estos vapores. Sin embargo, a fines del siglo XX, los estadounidenses John Hale (arqueólogo), Jelle de Boer (geólogo), Jeff Chanton (químico) y Rick Spiller (toxicólogo), demostraron que, después de todo, los antiguos cronistas no estaban tan equivocados. Se descubrió que la cámara del oráculo estaba erigida exactamente sobre el punto de intersección de dos fracturas de la corteza terrestre (las fallas de Delfos y de Kerna). Debajo del templo se encontraron grietas en la roca, producidas por la tensión entre las fracturas, y un importante depósito de hidrocarburos de origen orgánico, que bien podía ser la fuente de los vapores mencionados por los autores clásicos. Estudios detallados permitieron detectar la presencia de metano, etano y etileno. El etileno se trata de un gas de olor dulce, que produce un estado de trance sin

pérdida del conocimiento. Quienes lo aspiran sienten euforia y la sensación de abandonar el cuerpo, pero pueden permanecer sentados y responder preguntas (como lo hacían las Pitias). La investigación permitió corroborar todos los detalles mencionados en los textos antiguos. En un artículo publicado en Scientific American*, se pone de manifiesto la importancia de la ciencia moderna para dilucidar misterios del pasado, así como la mejora que se obtiene al abordar los problemas con la mentalidad abierta y la actitud interdisciplinaria mostradas ya por los antiguos griegos.

* HALE, J.R., DE BOER, J.Z., CHANTON J.P., y SPILLE, H.A.: «Questioning the Delphic Oracle», en Scientific American, vol. 298, núm. 2 (agosto, 2003).

a) ¿Qué impresión te ha producido la lectura de un texto basado en estudios multidisciplinares? b) Algunas leyendas o mitos antiguos tienen hoy explicación gracias a la ciencia. Busca en el texto una premisa mitológica y su explicación científica. c) ¿Crees que los mitos que se han conseguido explicar de forma científica deben ser divulgados en la sociedad? Razona tu respuesta.

21

21

01

Biología y Geología 1 Investigación científica 2

Investigación científica 2 GPS: crónica de una aventura veloz Por Alberto López Santoyo En el medio geológico-minero es común referirse a un geólogo que realizó su levantamiento de campo en muy poco tiempo, como «parece que hiciste geología desde el Pick-up», sin darnos cuenta que poco falta para que esta situación sea una realidad ¿Por qué lo anterior? Por que jamás nos hubiéramos imaginado que aquel engorroso trabajo a base de cinta, teodolito o plancheta que se hacía de forma sumamente cuidadosa y detallista, hoy se puede realizar desde un vehículo rodante y a una centésima del tiempo que tradicionalmente se empleaba para un levantamiento topográfico. Me refiero a la utilización de un equipo de posicionamiento global, tecnología que a decir verdad se adelantó al siglo XXI. Todo empieza con la colocación simple y sencilla del aparato a la unidad móvil, en este caso se llevó un receptor GPS TRIMBLE Serie 4 700 de doble frecuencia, colocándose en el exterior del vehículo sus antenas respectivas, una para recibir la señal de los satélites y la otra del radio módem, para entrelazar la base con el móvil. ¿Físicamente cómo es la colectora de datos o computador? Un pequeño aparato más práctico que un laptop de operación sencilla, donde solo falta pedirle el pronóstico del tiempo. Así, al oprimir el arranque, toma lecturas en tiempo real (que ya no necesita postproceso, o sea, correcciones posteriores a los datos) cada segundo, leyó usted bien, cada segundo, de tal forma que si vamos sobre ruedas a una velocidad de 20 km/h nuestra lectura es de aproximadamente cada cuatro metros, de tal forma que de forma automática y sumamente cómoda, el aparatito de marca TRIMBLE, va tomando los datos de ubicación en coordenadas UTM y elevación sobre el nivel del mar, grabándolas y acumulándolas en un disquete de forma sistemática.

22

Hasta ahora he tenido la oportunidad de operar este aparato y de vivir de cerca el milagro GPS. Mi instructor es Pepe Ramos, capacitador certificado de la marca TRIMBLE y experto en estos menesteres. ¿Se imagina usted todo lo que puede hacer esta tecnología? Tiene un mundo de aplicaciones, sobre todo en minería e ingeniería civil. En pocas palabras, en todas las actividades donde la precisión de la ubicación de un punto (en tres dimensiones) sea un dato básico de los estudios que se realicen. Ya para terminar y como si fuera un juguetito. Don Pepe Ramos ahora sí se ganó el Don, con esto que aprendí: entierra una moneda de 5 pesos, la registra como dato grabando su ubicación en UTM y caminamos más de 50 metros colocando ahora una moneda de 10 pesos, señalándose en el GPS como «base 10 pesos». Luego el juego es más sencillo que un Nintendo en su primer nivel de dificultad. Se le pide la ubicación de la estación 5 pesos y con una flecha en pantalla nos indica el rumbo y nos va señalando en distancia su posición. De tal forma que excuso decirles fui a dar con la baliza al punto exacto donde estaba la moneda de 5 pesos, haciendo las funciones de un rastreador o detector de metales, sólo que con la ayuda de esto que ha revolucionado el mundo de la telemetría, las coordenadas UTM. Posicionamiento, satélites, coordenadas UTM, la revolución tecnológica que le ganó al siglo XXI. Por esto repito, al rato hasta levantamientos geológicos desde el carro, como cierto geólogo que conozco. Mundo Minero Febrero de 1999

¿Dónde quedó el cansancio, la fatiga del hombre topógrafo que tenía la necesidad de abrir brecha a punta de machetazos para ampliar su campo visual del cual dependían sus aparatos? Quedó arriba en el cielo. Sí, porque desde arriba viene la ayuda celestial en base a una red satelital que antaño se utilizó con fines bélicos y hoy manda sus señales en función del tiempo, para ser recibidas con la precisión que la calidad del aparato terrestre traiga consigo.¿Y que sucede donde el Pick-up, Jeep, Silverado o lo que sea, no puede entrar? Más práctico aún, se baja un asistente o el mismo ingeniero, con una baliza donde está todo integrado, baliza ligera fabricada a base de fibra de carbono (modelo 4 800 TRIMBLE), y el procedimiento es el mismo. «A caminar y que el aparatito trabaje.»

Preguntas

¿Resultados? «Increíble.» Lo que llevaría una semana de trabajo de campo en un área de 50 hectáreas, con estos aparatos lo hicimos en tres horas considerando una hora de recorrido a pie. Y en trabajo de gabinete, lo que llevaría de dos a tres días. En este caso se saca el disquete del aparato, lo coloca en su computadora donde se cuenta con un software diseñado para esto y espera el show visual. ¿Qué quieres?, ¿las estaciones?, ¿o quieres las curvas de nivel?, ¿a qué separación de altura las necesitas, a 10 cm, a 20 cm? Y después a un AUTOCAD u otro procesador y adelante los planos y los cortes seccionales que desees a la escala que requieras, todo esto en un par de horas. ¿No es maravilloso?

Véase también el artículo de Francisco Anguita Geología, ciencias de la tierra, ciencias de la naturaleza: paisaje de un aprendizaje global.

1. ¿Cuáles crees que son las principales ventajas que tecnologías como el GPS pueden proporcionar al trabajo del geólogo? 2. ¿Cuál crees que será la labor que deberá realizar el geólogo que trabaje con este sistema de localización?

Respuestas 1. El GPS proporciona datos muy precisos en un tiempo muy rápido. 2. El geólogo deberá trasladar al mapa los datos que le ofrezca el GPS y hacer un correcto análisis de los mismos.

http://ec3.ugr.es/in-recs/articulos/99365.htm Fecha de publicación: 14/10/2004 Fecha de la última modificación: 23/2/2006 Optimizada para MS-Explorer con resolución 1024 x 768 píxeles © Grupo de investigación: Evaluación de la ciencia y de la comunicación científica

Biología y Geología 1 Trabajo de laboratorio 1

01

1. La investigación científica de nuestro planeta Trabajo de laboratorio

Trabajo de laboratorio Estudio del mapa geológico I: reconocimiento e interpretación de los elementos representados en un mapa geológico Objetivos

Materiales

Saber qué es un mapa geológico Conocer y entender la leyenda de un mapa geológico

Material de dibujo y reglas.

 7

A

3

2

6

Procedimiento º 01´26”

4 01´

28 28

1

2

4

3

28

28

Introducción teórica

5 

B 34´

º 00´04”

33´

32´

º 34´10”

º 31´00”

1000 m

500

0

1

2 km





Un mapa geológico es la representación en dos dimensiones y a escala de las características geológicas de una región. En él se representan las rocas que se encuentran en esa zona y que afloran en la superficie, junto con las estructuras geológicas que aparecen, como fallas, pliegues y discordancias. Observa la Figura 1. Es un mapa geológico simplificado de una zona imaginaria, sus coordenadas están diseñadas para no coincidir con ningún punto real de la Tierra. En él se ha omitido la topografía. Este mapa representa la geología que muestra el bloque diagrama de la Figura 2.

Fig. 1.



Para saber interpretar un mapa geológico y poder hacer el salto de la Figura 1 a la 2, en primer lugar debes saber leerlo, y comprender toda la información que contienen su leyenda y sus signos convencionales; y, en segundo lugar, debes saber hacer cortes geológicos.







 

   Fig. 2.

22

23

01

Biología y Geología 1 Trabajo de laboratorio 1

1. La investigación científica de nuestro planeta Trabajo de laboratorio

Desarrollo y cuestiones

B. Representación de la escala

A. Situación geográfica de la zona representada en el mapa

Todos los mapas son representaciones a escala reducida, que se expresa de forma gráfica y numérica.

Como un mapa geológico está representado sobre un mapa topográfico, todos los puntos de esa zona están georreferenciados, es decir, podemos saber su latitud y su longitud. En un mapa geológico el norte está en la parte superior, salvo que se señale expresamente en otra dirección. En los bordes de este mapa se pueden leer las coordenadas geográficas en las que está situada la zona. Verticalmente puedes leer la latitud, y horizontalmente, la longitud. Además de estas coordenadas geográficas, hay unas cuadrículas en el mapa, representadas de color azul, que también sitúan los puntos del mapa. Son cuadrículas de proyección. 1. Mira el mapa geológico de la Figura 1, localiza los puntos A y B. Determina sus coordenadas geográficas.

2. En el mapa puedes ver la escala gráfica, ¿a qué escala numérica corresponde? 3. ¿Qué distancia hay entre los puntos A y B en la realidad?

C. La leyenda En la leyenda (véase Figura 3) están representadas las rocas que hay en la zona. Cada unidad rocosa lleva un número distintivo, o bien un conjunto de letras de referencia, que están también situadas en el mapa. Las rocas sedimentarias y metamórficas están ordenadas por edades de forma relativa, de más antiguas a más modernas. También están asociadas a una tabla de los tiempos geológicos, por lo que podemos saber de qué edad son. Cada periodo tiene un color o colores que le representan por convenio, así, el neógeneo es amarillo, el paleógeno, naranja, el cretácico, verde, etcétera. Las rocas magmáticas se suelen representar en la parte inferior de la leyenda, y se les ordena por su edad absoluta, si se sabe, o relativa, en caso contrario. Cada tipo de roca tiene un símbolo que la identifica, como puedes ver a continuación.

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Fig. 3.

23

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Biología y Geología 1 Trabajo de laboratorio 1

01

1. La investigación científica de nuestro planeta Trabajo de laboratorio

4. ¿Qué rocas están representadas en la unidad 2? ¿A qué periodo pertenecen? ¿En qué color están representadas? Mira la Figura 1.7 del tema y contesta a las siguientes preguntas: ¿A qué era pertenecen estas rocas? ¿Qué edad absoluta pueden tener? Exprésalo en intervalos de millones de años. 5. Observa el mapa y el bloque diagrama. Sin mirar la leyenda, da una datación relativa de las unidades representadas en ellos. Razona tu respuesta. Después, observa la leyenda y data de forma absoluta cada unidad. D. Signos convencionales Los signos convencionales (véase Figura 4) son claves para poder interpretar tridimensionalmente la geología de la zona. Entre ellos encontramos los siguientes:

Los contactos son discordantes cuando representan límites de unidades con distinta inclinación entre sí, o cuando la diferencia de edad es muy grande. Un contacto intrusivo representa el límite entre una unidad formada por rocas magmáticas con otra formada por rocas sedimentarias o metamórficas. Contacto mecánico o por fallas es un contacto entre unidades debido a las fallas. Las fallas son fracturas en el terreno con desplazamiento de los bloques fracturados. 6. En el mapa, ¿qué contactos son concordantes, discordantes o intrusivos y cuáles son mecánicos o por fallas? Razona tu respuesta.

E. Estratificación. Las rocas sedimentarias se presentan en capas o estratos. Estas capas pueden estar horizontales, inclinadas o verticales.

F. Otros elementos Los mapas reales tienen otros elementos que nos ayudan a entender todo el conjunto: esquemas estructurales de la zona, columnas estratigráficas, cortes geológicos en distintas direcciones. Fig. 4.

Contactos. Indican los límites entre las distintas unidades. Estas unidades tienen siempre distinta edad y, por lo general, distinta litología. Cuando el contacto es concordante indica que ambas unidades tienen la misma inclinación: horizontales, inclinadas o verticales, hay continuidad en el tiempo.

La leyenda que te presentamos es la manera más generalizada de simbolizar los distintos elementos del mapa geológico. Pero cuando veas un mapa real, tienes que fijarte en qué tipo de leyenda ha utilizado el autor.

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01

Biología y Geología 1 Trabajo de laboratorio 2

Trabajo de laboratorio 2 DESCRIPCIÓN DE MATERIALES GEOLÓGICOS Introducción Se realizará una descripción detallada de las siguientes rocas o materiales geológicos: • • • •

Arena. Roca sedimentaria (arenisca). Granito. Pizarra, esquisto.

1. Color: color dominante (claro, oscuro…) y de sus minerales. 2. Tamaño de grano: visibles a simple vista, con lupa, tamaño grande… 3. Composición: de la arena (mineral o fosilífera) y de los minerales de la roca. 4. Dureza y compacidad. 5. Forma de los componentes minerales. 6. Estructuras: en pizarras o esquistos, observar su foliación. 7. Porosidad: desde alta en las arenas a casi nula en las pizarras (se observa poniendo unas gotas de agua en superficies y viendo si la roca la absorbe). 8. Cualquier otro aspecto que pueda ayudar a caracterizar la roca. Deberá hacerse un trabajo similar en los afloramientos del campo, donde además, habrá que situar, orientar y cartografiar los materiales. Para conocer el detalle con que deben hacerse descripciones en geología, se propone la lectura (en voz alta) del primer capítulo de la obra El evangelio según Jesucristo, de José Saramago, en el que el autor describe una pintura con la precisión con la que un geólogo debería describir sus materiales y estructuras. Para ello se requerirá la transparencia de la pintura que aparece en el libro.

Objetivos Aprender a caracterizar los materiales geológicos, lo cual facilitará luego el poder realizar una clasificación de los mismos. Realizar descripciones detalladas es una parte fundamental del trabajo del geólogo.

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Materiales • • • • • • • •

Rocas sedimentarias (arenisca). Arena (material no consolidado). Granito. Pizarra (roca metamórfica). Lupa. Tabla de colores. Agua y gotero. Papel y lápiz.

Resultados Para obtener un buen rendimiento de la práctica, se realizará una comparación entre las propiedades de los distintos materiales geológicos.

Conclusión …......................................................................................... ............................................................................................. ............................................................................................. ............................................................................................. ............................................................................................. ............................................................................................. ............................................................................................. ............................................................................................. ............................................................................................. ............................................................................................. ............................................................................................. ............................................................................................. ............................................................................................. ............................................................................................. ............................................................................................. ............................................................................................. ............................................................................................. ............................................................................................. ............................................................................................. ............................................................................................. ............................................................................................. ............................................................................................. .............................................................................................

Biología y Geología 1 Examen

01

Examen 1. ¿Puede una roca tener una edad relativa de 3 500 años?, ¿y estar situada debajo de una roca más antigua?

Actualismo: siempre que sea posible, debemos interpretar los procesos antiguos como resultado de causas que aún operan en la Tierra.

2. Enuncia los principios de uniformismo de Button y del actualismo de Lyell. ¿Crees que estos principios han actuado durante toda la historia de la Tierra?

Estos principios comienzan a ser válidos tras el final del Arcaico (2 500 millones de años). Durante esta época las condiciones habían sido demasiado diferentes a las actuales como para regirse por los mismos principios.

3. Describe brevemente dos principios que permitan realizar la datación relativa de una roca o estructura.

3. Principio de la superposición de estratos (Steno): establece que en una sucesión de rocas sedimentarias no deformadas, una capa es más antigua que la que tiene encima, y más reciente que la tiene debajo.

4. Explica las bases de la obtención de imágenes en teledetección. ¿Qué tipos de sensores conoces?

5. Trata de ordenar la historia geológica de la zona cuyo corte geológico se muestra en el esquema. Argumenta los pasos que vayas dando.

Principio de la relación de corte (Hutton): cualquier unidad rocosa cortada por otra unidad o estructura (falla, intrusión…), es más antigua que esta unidad o estructura. También sería válido el principio de la sucesión faunística.

4. Las imágenes se obtienen por sensores incorporados a satélites, aviones o aparatos de tierra. Los sensores miden las variaciones en la intensidad de radiación electromagnética emitidas desde la superficie terrestre. Existen dos tipos de sensores: Pasivos: registran radiaciones reflejadas y emitidas por una superficie. Activos: emiten radiaciones y captan la radiación reflejada.

5. Siguiendo el principio de superposición de estratos.

Respuestas: 1. a) No, porque una edad relativa tiene que expresarse con respecto a algo. Sí se puede obtener una edad absoluta de 3 500 años. b) Sí, pero para ello la secuencia sedimentaria debe estar deformada o invertida.

• • • • • • • • •

2. Uniformismo: los procesos que han ocurrido en la historia de la Tierra han sido uniformes y semejantes a los actuales.

•

Depósito de A Depósito de B Siguiendo el principio de superposición Depósito de C de estratos. Depósito de D Cabalgamiento H – afecta a las unidades anteriores, principio de relación de corte. Intrusión G – principio de relación de corte. Erosión – el granito G, más resistente, queda con un relieve positivo con relación a la capa D. Depósito de E – siguiendo el principio de superposición de estratos. Depósito de F – siguiendo el principio de superposición de estratos. Erosión.

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02

Biología y Geología 1 El planeta Tierra: formación y métodos de estudio

02 El planeta Tierra: formación y métodos de estudio

En la naturaleza no hay recompensas o castigos: hay consecuencias. Horace A. Vachell

1. El planeta Tierra 2. Métodos de estudio del interior de la Tierra

Biología y Geología 1 El planeta Tierra: formación y métodos de estudio

c Identificación de la Unidad En esta Unidad se intenta que el alumno tenga una idea general de cuál se cree que ha sido el origen del sistema solar, a través de la hipótesis de la nebulosa primitiva; cómo ha sido la evolución de la Tierra como cuerpo planetario; y cuáles son los métodos, directos o indirectos, que se utilizan para conocer su estructura y su composición.

c Objetivos didácticos 1. Señalar el origen del sistema solar y cuál ha sido la evolución que ha sufrido la Tierra en sus diferentes etapas. 2. Analizar los diferentes métodos que se utilizan para el estudio del interior de la Tierra, tanto directos (sondeos y minas, afloramientos rocosos, etc.) como indirectos (los meteoritos, las ondas sísmicas, etcétera). 3. Confeccionar gráficas con datos relativos a la velocidad de las ondas sísmicas e interpretarlas. 4. Interpretar la importancia de las discontinuidades terrestres, que han permitido estructurar a la Tierra por su composición en sus diferentes partes (corteza, manto y núcleo), lo que permite facilitar su estudio. 5. Reconocer la importancia del estudio del magnetismo terrestre para afianzar, por ejemplo, la hipótesis de la expansión de los fondos oceánicos. 6. Distinguir que el flujo térmico (calor que desprende la Tierra por unidad de superficie) está relacionado con el calor reactivo y el gradiente geotérmico.

c Contenidos cc Conceptuales

1. El planeta Tierra. • El origen del sistema solar. • La formación de la Tierra. • Etapas de la evolución de la Tierra. • El sistema Tierra. 2. Métodos de estudio del interior de la Tierra. • Métodos directos. — Los meteoritos. • Métodos indirectos. — El método sísmico. — El método magnético. — El método gravimétrico. — El método térmico.

cc Actitudinales 1. Ser consciente de la dificultad que entraña el poder conocer cuál es la estructura y composición de la Tierra.

02

2. Apreciar los avances científicos que se aplican en los diferentes métodos utilizados, tanto directos como indirectos, para conocer cuál es la estructura y composición terrestre. 3. Valorar la importancia de los datos que se obtienen, al aplicar los diferentes métodos de estudio para conocer cómo es el interior terrestre.

cc Procedimentales 1. Resolver las diferentes actividades propuestas en el texto. 2. Utilizar el vocabulario científico que sea necesario a la hora de expresar los contenidos de la Unidad. 3. Interpretar como ejemplo de trabajo científico: el estudio del mapa geológico II. Reconocimiento de los elementos de un mapa geológico: dirección y buzamiento de las capas. 4. Manejar estrategias propias del trabajo científico aplicadas a la resolución de problemas relativos a la estructura terrestre, tales como análisis de sismogramas, análisis de mapas de flujo geotérmico, utilización de datos de los meteoritos, etcétera. 5. Comentar alguna noticia de actualidad, de prensa oral o escrita, que tenga relación con el contenido de la Unidad.

c Metodología 1. Materiales y recursos: • Libro de texto y libros de consulta. • Gráficas y tablas que permitan resolver problemas relacionados con algunos de los métodos aplicados. • Transparencias o diapositivas explicativas del contenido de la Unidad. • Mapas topográficos. • Actividades recomendadas relacionadas con la Web. 2. Organización de espacio y tiempo: • Indicar si son actividades de aula, de laboratorio, de campo, etcétera. • El tiempo necesario para el desarrollo de la Unidad es tarea del departamento o del profesor, ya que hay que tener en cuenta el calendario escolar y las actividades programadas por el centro.

c Criterios de evaluación 1. Analizar los diferentes métodos que se utilizan en la actualidad para el conocimiento del origen y composición de la Tierra. 2. Conocer y aplicar algunas de las técnicas de trabajo utilizadas en la investigación de diversos aspectos (geología, botánica, ecología, etc.) de nuestro planeta. 3. Aplicar las estrategias propias del trabajo científico a la resolución de problemas relativos a la estructura y composición de la Tierra (análisis de sismogramas, análisis de mapas de flujo geotérmico, utilización de datos de los meteoritos, etcétera). 4. Contrastar diferentes fuentes de información y elaborar informes relacionados con problemas biológicos y geológicos relevantes en la sociedad.

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02

Biología y Geología 1 El planeta Tierra: formación y métodos de estudio

c

2. El planeta Tierra: formación y métodos de estudio

Actividades

2.1 El planeta Tierra

1. Relaciona los conceptos sobre la hipótesis de formación de los cuerpos planetarios de la columna de la izquierda con las características de la columna de la derecha. Diferenciación

Condensados, se unen para formar planetesimales.

Acreción

Redistribución química desde la superficie al interior.

c

En el CD y en la CEO (centro de enseñanza on-line) creados para este proyecto podrás encontrar el siguiente material adicional:

Nube de gas y polvo desestabilizada gravitatoriamente por una explosión.

Condensación

Enlaces, bibliografía, actividades interactivas (métodos gravimétricos y térmicos y estructura de la tierra y sus métodos de estudio) y animaciones.

La Tierra es uno de los ocho planetas del Sistema Solar. La naturaleza ordenada de nuestro Sistema Solar lleva a la mayoría de los astrónomos a deducir que todos sus componentes se formaron esencialmente al mismo tiempo, y de la misma materia primordial que el Sol. Por tanto, la formación de la Tierra hay que relacionarla con el origen del Sistema Solar.

El origen del Sistema Solar La hipótesis de la nebulosa primitiva explica la formación del Sistema Solar. Esta hipótesis sugiere que los cuerpos de nuestro Sistema Solar se formaron hace aproximadamente 4 570 millones de años, a partir de una enorme nebulosa (nebulosa primitiva) compuesta fundamentalmente por los gases hidrógeno y helio, junto con un pequeño contenido de elementos químicos más pesados. La formación de los cuerpos planetarios se desarrolla en tres fases: condensación, acreción y diferenciación.

Lectura

cc Lluvia de meteoritos

26

2.1 El planeta Tierra

CEO

En ciencias planetarias, el término condensación significa el paso de gas a sólido, y no a líquido, como en termodinámica.

Hace más o menos unos 4 000 millones de años, se precipitaron sobre la Tierra, con una velocidad de unos 15 km/s, meteoritos de hasta 100 km de diámetro. La frecuencia de impacto alcanza en esa época un máximo. Cada millón de años esta lluvia de meteoritos provoca hasta un millón de cráteres de más de 1 km de diámetro y cerca de mil de más de 10 km de diámetro. Se producen incluso algunos impactos cuyos cráteres superan en diámetro los 1 000 km.

En la primera fase, o fase de condensación, la nube de gas de y de polvo que originó el Sistema Solar se desestabilizó gravitatoriamente por la explosión de una supernova cercana. Las fuerzas de atracción dominaron a las de repulsión de la materia, y la nube comenzó a concentrarse sobre sí misma (véase Figura 2.1a). Esto dio lugar a la condensación de la materia. En la parte central de la nebulosa, la concentración era mayor, y dio lugar al protosol. En la fase de acreción, los condensados se fueron uniendo por choque, generaron progresivamente fragmentos materiales mayores, que se llaman planetesimales. Las sucesivas uniones de estos planetesimales dieron lugar a los planetas y satélites. Esta acreción cesó cuando en el Sol comenzaron las reacciones nucleares de fusión, que caracterizan a las estrellas. La energía liberada por el Sol dio lugar al viento solar, que barrió el polvo y el gas no acrecionado (véase Figura 2.1b). En la última fase, o fase de diferenciación, se produjo una distinción química en los cuerpos planetarios de mayor tamaño desde la superficie hasta su interior (véase Figura 2.1c). Los materiales más pequeños no se diferenciaron, y conservaron la composición primitiva del Sistema Solar. Algunas veces caen a la Tierra, y se les denomina meteoritos de tipo condrita. Después de estas tres grandes fases, los planetas recibieron materia que era atraída por la gravedad y chocaba contra ellos, dando origen a un periodo de bombardeo de meteoritos, llamado bombardeo final de la acreción. Como consecuencia, el espacio entre las órbitas de los grandes planetas se limpió de materia (véase Figura 2.1d) y originó la configuración actual.

La energía de choque de las mayores masas cósmicas, los llamados planetesimales, es cerca de un billón de veces superior a la de una bomba atómica. La energía total de todos los impactos vuelve a fundir la superficie de la Tierra que ya se había solidificado, al menos a nivel local. Las misiones Apolo en los años sesenta han permitido determinar la frecuencia de los meteoritos en las primeras épocas de existencia de nuestro planeta.

c Páginas web

cc El sistema solar: generalidades http://www.xtec.es/~rmolins1/solar/es/sistema.htm

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Fig. 2.1. Origen del Sistema Solar.

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Astronomía. Sistema solar, Tierra y universo. http://www.astromia.com/index.htm

Biología y Geología 1 El planeta Tierra: formación y métodos de estudio

c Lectura

2. El planeta Tierra: formación y métodos de estudio 2.1 El planeta Tierra

cc En las primeras épocas geológicas, ¿hacía más frío o más calor que hoy?

La formación de la Tierra La Tierra se formó por acreción o unión por choque de condensados sólidos o planetesimales y posterior diferenciación en capas de distinta densidad.

Para las condiciones térmicas en la atmósfera es decisiva, entre otras, la intensidad de la radiación solar. Actualmente su promedio es de 1,36 kw/m2 en el límite superior de la atmósfera.

Los condensados tenían una composición similar a las condritas carbonáceas.

La solidificación y diferenciación química de la Tierra La energía liberada por la colisiones entre los planetesimales, junto con la energía emitida por la desintegración de los elementos radiactivos, hizo que la temperatura de la Tierra primitiva superara los 2 000 ºC. Esta temperatura fundió los constituyentes esenciales de los planetisimales y generó mayoritariamente peridotitas (véase Figura 2.2) y hierro. Las peridotitas en profundidad comenzaron en seguida a solidificar, aunque el hierro permaneció fundido. El hierro, líquido y más denso, descendió hacia el centro de la Tierra a través de las peridotitas sólidas, y causó un gran desprendimiento de energía, que ha sido el mayor «acontecimiento térmico» de la historia de la Tierra. Como consecuencia de este acontecimiento térmico se produjo una desgasificación masiva en el planeta.

Existen varias hipótesis sobre la variabilidad de este valor. Pascual Jordan (1966) y otros, basándose en la disminución de la constante gravitatoria (g) en el tiempo, preestablecida por Paul A. M. Dirac, presuponen un lento enfriamiento del Sol. Otros geofísicos como Alfred E. Ringwood (1961) y E. J. Opio (1965, 1969) admiten, en cambio, la hipótesis de un aumento paulatino de la radiación solar.

Fig. 2.2. Peridotita. Las peridotitas son unas rocas plutónicas formadas mayoritariamente por olivino.

Esta solidificación por etapas genera la diferenciación geoquímica de la Tierra, y el planeta se estructura en capas de densidad creciente hacia el interior. El hierro, aún fundido, formó el núcleo. Las peridotitas iniciales dieron lugar al manto y a la corteza. Los gases desprendidos generaron la atmósfera y la hidrosfera primitivas. El hierro líquido del núcleo se enfrió y solidificó lentamente, de tal manera que el núcleo externo de la Tierra aún permanece fundido.

Por tanto, en el primer caso cabría suponer para el precámbrico un clima más calido que el actual y en el segundo un clima más frío, con grandes glaciaciones.

Origen y evolución de las capas fluidas del planeta La atmósfera actual no es el resto de la nebulosa primitiva, sino que proviene de la desgasificación de la Tierra en sus inicios como planeta. Es muy difícil conocer la composición de la atmósfera primitiva. Se asume que su composición es semejante a la de los gases que salen actualmente de los volcanes, porque se considera que representan las últimas etapas de desgasificación del planeta. Por tanto, estaría constituida esencialmente por CO2, vapor de agua, un poco de N2 y de CO, y cantidades traza de CH4, NH3, H2S y gases nobles. Carecía de oxígeno y de la capa de ozono, ya que el ozono se forma a partir del oxígeno. Debido a la ausencia de la capa de ozono, las radiaciones ultravioletas llegaban hasta la superficie.

Jakob Steiner (1967) combinó la hipótesis de Jordan y Dirac con la rotación de la vía láctea y presupuso para cada aproximadamente 280 millones de años a una constante gravitatoria especialmente baja y, por consiguiente, una intensidad reducida de la radiación solar. A estas distancias en el tiempo, corresponden aproximadamente las épocas glaciares (Proterozoico superior, Pérmico-carbonífero, Cuaternario).

La composición actual del aire en la troposfera es de 78,03 % de N2, 20,99 % de O2, 0,94 % de Ar, y un resto de otros gases como CO2, Ne, He, Kr y Xe. Se observa un paso de una atmósfera primitiva sin oxígeno a una atmósfera actual con un alto porcentaje de este elemento. Casi todo el oxígeno libre de la atmósfera proviene de los seres fotosintéticos, que aparecieron en la Tierra hace aproximadamente 3 500 millones de años. Más tarde apareció el ozono. A partir del devónico superior hay fósiles de animales y plantas terrestres, por lo que ya debía estar formada la capa de ozono, que les protegería de las radiaciones ultravioletas.

02

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c Bibliografía recomendada Fig. 2.3. Roca antigua de Gunflint Chert (Canadá), de aproximadamente 2 000 millones de años. Detalle al microscopio de resto fósil en la roca.

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BULLEN, K: “El interior de la Tierra”, El redescubrimiento de la Tierra, CONACYT, México, 1982 (pp. 59-70). CAILLEUX, A: Anatomía de la Tierra, McGraw-Hill, Italia, 1968.

Notas

GUTENBERG, B: Internal constitution of the Earth, Dover, Estados Unidos, 1951.

didácticos c Materiales en el CD y en la CEO Ejercicios: crucigrama: metodos de estudio del interior de la Tierra. Descubre en el siguiente crucigrama 12 palabras relacionadas con el interior de la Tierra y los métodos empleados para su estudio.

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Biología y Geología 1 El planeta Tierra: formación y métodos de estudio

c Actividades

2. El planeta Tierra: formación y métodos de estudio 2.1 El planeta Tierra

2. Di si son verdaderas o falsas las siguientes afirmaciones: La hidrosfera (aguas continentales y marinas) se originó a partir de la condensación del vapor de agua emitido en la desgasificación del planeta en sus primeras etapas.

a. La composición de la atmósfera primitiva se supone semejante a la composición de los gases que salen de los volcanes, porque se considera que representan la desgasificación tardía del planeta. b. Las rocas más antiguas de la Tierra se formaron durante el eón Hádico, cuando la tectónica de placas comenzó a actuar, siempre en condiciones de atmósfera reductora. c. La división composicional de la Tierra diferencia a ésta, según su comportamiento ante las fuerzas, en corteza, manto y núcleo.

Cuando la superficie de nuestro planeta estuvo lo bastante fría, el componente atmosférico menos volátil que es el vapor de agua, terminó condensándose, originando intensas lluvias y el «primer océano». A partir de ese momento comenzaría a funcionar el ciclo del agua, que dio lugar a los primeros ciclos erosivos. Estos ciclos empezaron a modelar la superficie de la Tierra, y dieron lugar a los primeros sedimentos, y con ellos, las primeras rocas sedimentarias (véase Figura 2.3). El volumen de agua ha variado muy poco desde estas etapas hasta la actualidad. Este océano primitivo disolvió una gran parte del CO2 atmosférico. Los primeros seres vivos hicieron precipitar de forma bioquímica el CO2 disuelto en el océano y formaron minerales carbonatados, como calcita (CaCO3).

Etapas de la evolución de la Tierra Una vez formada la Tierra, hace 4 560 millones de años, comienza su evolución como cuerpo planetario. En la historia evolutiva de la Tierra hay que distinguir dos etapas: la etapa pregeológica y la etapa geológica.

c Lectura

La etapa pregeológica es el periodo que comprende desde su origen cósmico hasta aproximadamente unos 4 030 millones de años, lo que se llama eón hádico. En esta etapa se formaron la atmósfera primitiva, la hidrosfera y los minerales más antiguos, que datan de hace 4 030 millones de años. En esta etapa, no existirían las placas litosféricas como las conocemos actualmente, sino que habría pequeñas placas efímeras, solidificadas en un mar de magma.

cc Formación de los primeros continentes

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Al principio del Precámbrico el manto terrestre, formado por un fluido incandescente, está rodeado por una corteza endurecida. Dicha corteza no es estable en modo alguno. Podríamos imaginarla como una toalla que se desplaza sobre un líquido viscoso. Algunas partes de la toalla se hunden formando pliegues, dando lugar a estructuras llamadas geosinclinales. Otras zonas de la toalla se pliegan, a causa de las fuerzas transversales provocadas por los movimientos en el líquido viscoso, elevándose. La fuerza terrestre forma plegamientos, originando el proceso que se denominará orogénesis (del griego oro, que significa montaña, y genese, que significa aparición o desarrollo). Geosinclinales y plegamientos se distienden en las partes planas de la corteza terrestre quebrándola. Entonces, el material líquido del manto terrestre emerge solidificando nueva corteza en estas zonas de fractura.

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La etapa geológica es el periodo que comprende desde hace aproximadamente 4 030 millones de años hasta la actualidad. En esta etapa aparece la vida en el planeta. Las primeras evidencias de seres vivos son de hace 3 800 millones de años. El estudio de los fenómenos que tienen lugar en esta etapa es el objeto fundamental de la geología. La evolución y modificación de la Tierra en la etapa geológica está controlada por la tectónica de placas, que se considera un estado térmico de nuestro planeta. En esta etapa comienzan a actuar los procesos geológicos. Los procesos geológicos externos están controlados por la energía externa que proviene del Sol y por la gravedad. Los procesos geológicos internos están controlados por la energía interna del planeta.

El sistema Tierra La Tierra, como consecuencia de su origen y su evolución, está estructurada en capas más o menos esféricas, dispuestas de tal manera que las capas internas son más densas, y las capas externas son más ligeras y de naturaleza fluida (véase Figura 2.4). Las capas externas son la atmósfera y la hidrosfera. A estas capas hay que añadir la biosfera, la capa en la que se desarrollan todas las formas de vida que hay en el planeta.

Fig. 2.4. Las capas externas de la Tierra: atmósfera e hidrosfera.

Al conjunto de capas internas se le llama geosfera, aunque en general, se suele nombrar como Tierra. Sin embargo, hay que recordar que las capas fluidas también pertenecen al planeta.

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Durante este proceso de transformación de la corteza terrestre se originan, en las regiones montañosas, tierras relativamente estables que forman los núcleos de los futuros continentes. Sobre ellas se asientan partes nuevas endurecidas, producto de otros procesos de formación de montañas. Este tipo de tierras continentales o «placas» son los denominados cratones.

c Páginas web

http://www.astrosafor.net/Huygens/2000/H27/ 27AngelFerrer.htm

http://www.geocities.com/geocienciasmx/

cc Sistema Tierra: composición, procesos, evolución y sistema solar

Biología y Geología 1 El planeta Tierra: formación y métodos de estudio

c Actividades

2. El planeta Tierra: formación y métodos de estudio 2.1 El planeta Tierra

3. Di cuál es la característica principal de los siguientes métodos directos de estudio en geología.

En la Tierra hay una interrelación constante y compleja entre la geosfera, la atmósfera, la hidrosfera y la biosfera, que forman el sistema Tierra.

a. b. c. d.

Un sistema es un grupo de elementos interrelacionados que forman un conjunto complejo. La división composicional divide la Tierra en capas de distinta composición química. Estas capas, desde el exterior al interior, son: corteza, manto y núcleo.

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Estromatolito significa «cama de piedra». Esta palabra viene del griego strõma, que significa cama o alfombra, y litho, que significa piedra.

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cc Colonias de bacterias que forman calizas nodulosas

   

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Los estromatolitos o alfombras de piedra son células que se agrupaban en colonias formando rocas sedimentarias. Las células fosilizadas más numerosas se encontraron en tales rocas formadas al borde de mares cálidos. Al examinarlos en corte, al microscopio, se distinguen muchas capas superpuestas, como finas láminas apiladas unas sobre otras.

 

  



 

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Sondeos. Estudio de afloramientos rocosos. Estudio de meteoritos. Estudio de laboratorio.

c Lectura

La división mecánica o dinámica divide a la Tierra en capas según su comportamiento ante las fuerzas. Estas capas, desde el exterior al interior, son: litosfera, astenosfera, mesosfera y endosfera (véase Figura 2.5).

     

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Estas rocas se formaron muy lentamente, capa sobre capa, y son el resultado de la unión de minúsculos seres unicelulares, unas bacterias que vivían en mares cálidos y en aguas poco profundas.

  

Fig. 2.5. Estructura interna de la Tierra. No todas las capas están representadas a la misma escala.

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Actividad resuelta Explica el papel de los seres vivos en la evolución de la atmósfera. Los seres fotosintéticos originaron la mayor parte del oxígeno libre, y cambiaron así la composición de la atmósfera. Este cambio permitió la formación de una capa de ozono que protege al planeta de las radiaciones ultravioletas y que generó

condiciones habitables para los seres vivos fuera del agua. Los primeros seres vivos hicieron precipitar de forma bioquímica el CO2 disuelto en el océano en forma de carbonato cálcico, lo que dio lugar a rocas carbonatadas tipo caliza y contribuyó a la reducción del CO2 de la atmósfera primitiva. Actualmente el equilibrio entre el 02 y el CO2 lo controlan los seres vivos.

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Hace unos 3 500 millones de años, cuando en los océanos ya emergían millones de células vivas, aparecieron los estromatolitos. Ya hace 2 500 y 1 000 millones de años atrás, los arrecifes de estromatolitos estaban ampliamente expandidos y comenzaron a segregar un gas que fue causante de la primera extinción masiva del planeta. Este gas era el oxígeno y provocó un cambio drástico en la Tierra, notable hasta nuestros días. Actualmente, sólo se forman en algunos raros lugares preservados del planeta, como por ejemplo en la costa oeste de Australia (no lejos de los sitios donde se encontraron los estromatolitos fósiles), en las Bahamas, en el Mar Rojo y en Cuatrociénegas, ubicado en Coahuila de Zaragoza, México. Texto extraído de: http://es.wikipedia.org/wiki/Estromatolito

Fig. 2.4. Estromatolitos precámbricos en el Parque Nacional Glacier.

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02

Biología y Geología 1 El planeta Tierra: formación y métodos de estudio

c

2. El planeta Tierra: formación y métodos de estudio

Actividades

2.2 Métodos de estudio del interior de la Tierra

4. Di si son verdaderas o falsas las siguientes afirmaciones.

2.2 Métodos de estudio del interior de la Tierra

a. El estudio de las condritas, por tener la misma composición química que la Tierra en su conjunto, nos ayuda a conocer la composición del manto y del núcleo de la Tierra. b. El método sísmico permite conocer el interior de la Tierra hasta el núcleo, ya que los terremotos ocurridos en esta zona liberan ondas sísmicas que pueden ser captadas por los receptores sísmicos. c. Los métodos indirectos son mucho más eficientes que los directos para conocer la estructura y composición de las capas del interior terrestre, por la limitación que presentan éstos para alcanzar grandes profundidades.

Para estudiar la naturaleza del interior de la Tierra se utilizan métodos directos o indirectos.

Métodos directos Los métodos directos se basan en la observación directa de la naturaleza y del comportamiento de los materiales terrestres. De estos estudios se obtienen hipótesis sobre la composición y estructura de las zonas más superficiales de la Tierra, dada la limitación para alcanzar grandes profundidades. Los métodos directos incluyen la realización de sondeos y minas, donde se perfora la parte más superficial de la Tierra; estudio de afloramientos rocosos, que informan de las características de materiales formados a diferentes profundidades que han llegado a la superficie; y estudios de laboratorio, donde se analizan las propiedades características de los materiales.

Métodos indirectos Los métodos indirectos son los que, a partir de la observación y el estudio de las manifestaciones de la energía de la Tierra, permiten hacer hipótesis sobre las características del planeta. Estos métodos son los llamados métodos de prospección geofísica. Entre ellos destacan el método sísmico, el método magnético, el método gravimétrico y el método térmico. Además del estudio de los meteoritos, que influyen en la composición del planeta.

sísmico: c Método ventajas y

Los meteoritos Los meteoritos son fragmentos de materia extraterrestre que alcanzan la superficie de la Tierra sin que se hayan vaporizado al atravesar la atmósfera. El estudio de los meteoritos revela datos interesantes sobre ña composición de nuestro planeta.

desventajas Ventajas:

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Hay tres grandes tipos de meteoritos: los meteoritos rocosos, los meteoritos metálicos y los meteoritos metalo-rocosos (véase Figura 2.6). Los meteoritos rocosos son el grupo dominante que cae a la Tierra; se subdivide en condritas y acondritas.

• Detectan cambios laterales y en profundidad de parámetros físicos. • Proporcionan imágenes estructurales del subsuelo. • Estructuras estratigráficas y procesos sedimentológicos. • Permiten detectar hidrocarburos.

Las condritas son meteoritos rocosos no diferenciados. Su composición es la composición química media de la Tierra (corteza + manto + núcleo mezclados). Están formadas por silicatos mezclados con hierro y níquel. Las condritas presentan unas estructuras esféricas que se denominan cóndrulos, de ahí su nombre. Las acondritas son meteoritos rocosos diferenciados porque provienen de cuerpos planetarios que han tenido esta fase en su formación. Están formados por silicatos. No presentan cóndrulos. Estos meteoritos contienen la evidencia de los cambios que sufrieron los cuerpos de los que ellos fueron arrancados, presumiblemente por impactos. La mayoría proviene del cinturón de asteroides, aunque algunos vienen de la Luna y de Marte. Se supone que la composición de algunas acondritas es similar a la del manto de la Tierra.

Desventajas: • • • •

Se necesita un amplio rango de datos. La logística necesaria es difícil de adquirir. Difícil procesado de datos. Equipos caros y sofisticados.

c Lectura

cc ¿Por qué los líquidos no permiten el paso de las ondas con la efectividad de los sólidos? La capacidad de un material para permitir el paso de una onda depende de las fuerzas de unión entre partículas. Así, en los sólidos, las partículas ocupan posiciones fijas en la estructura, transmitiendo la vibración de forma ordenada y presentando una alta capacidad de recuperación elástica. Sin embargo, en los líquidos, las partículas no se encuentran fijas y presentan una limitación en la recuperación elástica y, con ella, en la efectividad de transmisión de ondas. Elaboración propia.

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Fig. 2.6. Muestra de dos tipos de meteoritos. a) meteorito metalo-rocoso formado por dos fases bien diferenciadas, por un lado el metal (hierro y níquel) y por el otro los silicatos (olivino); b) meteorito metálico formado por hierro y níquel.

El método sísmico El método sísmico es un procedimiento indirecto de estudio del interior de la Tierra. Se basa en el estudio de la velocidad de propagación de las ondas sísmicas que se generan en los sismos o terremotos. A partir de estos estudios se realizan hipótesis sobre la estructura y composición del interior del planeta.

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c Bibliografía recomendada BULLEN, K: An introduction to the theory of seismology, 3.ª edición, Cambridge University Press, Cambridge, 1963.

c Materiales didácticos en el CD y en la CEO Ejercicios: respuesta múltiple: métodos indirectos de estudio del interior terrestre.

Biología y Geología 1 El planeta Tierra: formación y métodos de estudio

c Actividades

2. El planeta Tierra: formación y métodos de estudio 2.2 Métodos de estudio del interior de la Tierra

  

 

Un sismo o terremoto es la vibración de la Tierra producida por la liberación brusca de energía.

 

  

 

c Escala de Richter



Fig. 2.7. Representación de un sismo.

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Se llama foco o hipocentro del sismo al lugar preciso donde se produce el movimiento inicial, es decir, el centro de la zona donde se libera la energía. Y epicentro, al punto situado en la superficie, en la vertical del hipocentro. Las zonas de mayor riesgo sísmico se corresponden con los bordes de las placas litosféricas actuales. Existe también riesgo sísmico en zonas de fallas dentro de las placas. En España, las zonas de mayor riesgo sísmico son las zonas de cordilleras recientes, como son la zona de los Pirineos y las Béticas (véase Figura 2.8).



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Fig. 2.8. Sismicidad de la Península Ibérica y áreas próximas. Fuente: Centro Nacional de Información geográfica, instituto geográfico Nacional (2004).

Los sismos se evalúan por su intensidad o por su magnitud; según estos dos criterios se utilizan principalmente dos tipos de escalas las escalas tipo Mercalli y la escala de Richter: • Las escalas tipo Mercalli evalúan los sismos por su intensidad. La intensidad de un sismo se determina por los efectos destructivos que produce. Los grados de intensidad se miden por estos efectos en personas, edificios y materiales de la Tierra. La escala de Mercalli fue la primera escala que evaluó los terremotos por la intensidad. Fue sustituida por la escala MSK (Medvedev-Sponheuer-Karnik) y, desde 1992, por la EMS (European Macroseismic Scale). Estas escalas presentan doce grados de intensidad (véase Figura 2.9). • La escala de Richter evalúa los sismos por su magnitud. Se denomina magnitud a la energía liberada en un terremoto. Esta escala no tiene un número fijo de grados como las de tipo Mercalli. No es una escala lineal, sino logarítmica. El logaritmo incorporado a la escala hace que los valores asignados a cada nivel aumenten de forma exponencial. El sismo del 26 de diciembre de 2004 registrado en Indonesia tuvo una magnitud de 9,3 y es uno de los mayores conocidos hasta el momento.

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Los sismos pueden ser naturales o estar provocados artificialmente por percusiones o explosiones. La mayor parte de los sismos naturales se producen por la ruptura y el desplazamiento de los materiales en los límites de las placas litosféricas y en otras zonas con fallas. Las fallas son fracturas con desplazamiento de los bloques fracturados. El movimiento de los bloques no es constante, ya que las irregularidades frenan el movimiento. Las rocas se van deformando y acumulan energía, que cuando se hace superior a la del rozamiento, provoca que los bloques se desplacen; la energía acumulada se libera bruscamente, y se propaga en forma de ondas o vibraciones sísmicas (véase Figura 2.7).

5. Explica la diferencia entre intensidad y magnitud de un terremoto. ¿Qué escala mide cada parámetro? ¿Cuál es el valor máximo de cada una de ellas?

 ,       

¿Qué es un sismo?

Magnitud

Efectos del terremoto

Menos de 3,5

Generalmente no se siente, pero es registrado.

3,5-5,4

A menudo se siente, pero sólo causa daños menores.

5,5-6,0

Ocasiona daños a edificios.

6,1-6,9

Puede ocasionar daños graves en áreas muy pobladas.

7,0-7,9

Terremoto mayor. Causa graves daños.

8o mayor

Gran terremoto. Destrucción total a comunidades cercanas.

ligeros

31

    (            

    (      %           %       (     %      -  +       

Fig. 2.9. Escala de intensidad sísmica MSK-EMS.

31

Grado

02

de Mercalli c Escala modificada

Características del sismo

1

Registrado solamente en los instrumentos.

2

Sentido solamente por individuos que descansan.

3

Sentido por algunos solamente. Parcialmente percibido.

4

Ampliamente percibidos, platos y otros objetos tintinean.

5

Los objetos colgantes oscilan, muchos se despiertan.

6

Ligeros daños en edificios y ligeras grietas en los revestimientos.

7

Grietas en los revestimientos, se rajan paredes y chimeneas.

8

Amplias grietas en obras de albañilería, parte de rimotes, piráculos y cornisas se caen.

9

Pánico generalizado, en algunos edificios se derrumban techos y paredes, corrimiento de tierra.

10

Destrucción generalizada de edificios, grietas en el terreno de hasta 1 m de ancho.

11

Catástrofe, daños graves, deformación del suelo, corrimientos y caídas de rocas.

12

Cambios en el paisaje, se destruye todo.

35

02

Biología y Geología 1 El planeta Tierra: formación y métodos de estudio

c

2. El planeta Tierra: formación y métodos de estudio

Actividades

2.2 Métodos de estudio del interior de la Tierra

6. Enumera los tipos principales de ondas sísmicas y di cuál es el patrón principal de comportamiento de cada una de ellas.

  

   

 

c Lectura

 



 

cc ¿Qué significa cuando un terremoto ocurre a una profundidad de 0 km?

32

Un terremoto no puede ocurrir a una profundidad de 0 km. Para que un terremoto ocurra, dos bloques de roca en la corteza terrestre deben deslizarse uno relativo al otro. Físicamente, esto no puede ocurrir en la superficie de la tierra. ¿Por qué, entonces, en ocasiones se reporta que un terremoto ocurrió a una profundidad de 0 Km? Hay dos posibles respuestas a esa pregunta. Una es que se trate de un evento bien llano, y su localización tenga una pobre resolución de profundidad. La otra, que es la más común, es que no se trate de un terremoto, sino de una detonación en una cantera. Estas explosiones son registradas por la instrumentación de la red sísmica, y localizadas automáticamente por el programa de localización. Cuando el analista sísmico revisa el evento, se le identifica en el catálogo de terremotos como una detonación.

        

      

Las ondas sísmicas internas son de dos tipos: ondas P y ondas S.

 

• Las ondas P o primarias son las primeras en llegar a los sismógrafos, de ahí, su nombre. Son las ondas que viajan a mayor velocidad. Son ondas longitudinales porque las partículas de los sólidos afectados por estas perturbaciones se mueven en la misma dirección en la que se desplazan estas ondas sísmicas. Un volumen de roca afectado por esta vibración es alternativamente estirado y comprimido. Las ondas P se desplazan en sólidos y en fluidos. • Las ondas S o secundarias son las segundas que llegan a los sismógrafos, de ahí su nombre. Son ondas transversales porque las partículas de los sólidos sometidos a estas vibraciones se mueven o vibran perpendicularmente (transversalmente) a la dirección de propagación de la onda sísmica. Las ondas S no se propagan en medios fluidos.

    

 

 

    Fig. 2.10. Tipos de ondas sísmicas. Las flechas rojas indican la dirección de propagación.

    

 

Las velocidades de las ondas P y S son inversamente proporcionales a la densidad del medio que atraviesan y aumentan con la rigidez. Las ondas sísmicas superficiales son vibraciones que se propagan por la superficie de la Tierra. Se generan a partir de las ondas sísmicas internas, cuando llegan a la superficie. Se diferencian dos clases: ondas L (Love) y ondas R (Rayleigh). Son las causantes de los destrozos y catástrofes de los movimientos sísmicos. Los mayores peligros proceden de la interacción de estas ondas superficiales, que hacen vibrar el terreno en todas las direcciones, con las estructuras hechas por el hombre.

   

    

— Se propagan en todas las direcciones como trenes de ondas concéntricas a partir del foco o hipocentro del sismo. — Cambian de velocidad al pasar de un medio a otro de características diferentes. Su velocidad es mayor en los materiales rígidos. Por lo general, la velocidad aumenta con la profundidad, porque se incrementa la presión y los materiales están más comprimidos. Las ondas sísmicas se agrupan en ondas sísmicas internas o de cuerpo, que se desplazan en el interior de la Tierra, y ondas sísmicas superficiales, que se desplazan por la superficie.

  

 

Las ondas sísmicas La energía liberada en los sismos se transmite en forma de ondas sísmicas. Algunas características de las ondas sísmicas son:

    

 Fig. 2.11. Sismógrafo vertical.

Texto obtenido de:

Registro de los terremotos Los sismógrafos son aparatos con los que se pueden registrar las vibraciones horizontales y verticales producidas por un sismo (véanse Figuras 2.11 y 2.12). El fundamento de estos aparatos es la resistencia al movimiento o inercia que presenta una masa suspendida. Si a dicha masa la dotamos de un instrumento gráfico, éste podrá dibujar las vibraciones causadas por las ondas sísmicas sobre un papel situado en un tambor giratorio, que se mueve solidario con el terreno, obteniéndose así un sismograma (véase Figura 2.13).

    

http://neic.usgs.gov/neis/faq/meas_esp.html

   

c

Lectura

cc ¿Qué es Magnitud de Momento?

 

  

 

         

    



 

  

Fig. 2.12. Sismógrafo horizontal. Fig. 2.13. Sismograma de un terremoto.

32

El Momento es una cantidad física proporcional al desplazamiento en la falla multiplicado por el área de superficie de falla que se desplaza; y está relacionada con la energía total liberada por un terremoto. El Momento se puede estimar de un sismograma y de medidas geodésicas, y es después convertido a un número similar al de las magnitudes de otros terremotos por medio de una fórmula estandarizada. Este resultado es la Magnitud de Momento, cuya ventaja sobre otras escalas es que es un estimado del tamaño de un terremoto que es válido para todos los rangos de magnitudes. Texto obtenido de: http://neic.usgs.gov/neis/faq/meas_esp.html

36

c Materiales didácticos en el CD y en la CEO cc Estructura de la tierra y métodos de estudio Ejercicios: sopa de letras: localizar ocho términos relacionados con la estructura interna de la Tierra y sus métodos de estudio.

Biología y Geología 1 El planeta Tierra: formación y métodos de estudio

02

c Actividades

2. El planeta Tierra: formación y métodos de estudio 2.2 Métodos de estudio del interior de la Tierra

7. Completa las siguientes frases.      

Aportaciones del método sísmico



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1 ($$ /2 0





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a. La división dinámica de la Tierra, que divide a ésta en litosfera, astenosfera, mesosfera y endosfera, ha sido posible realizarla gracias al ___________. b. Gracias a la sísmica se ha podido deducir la presencia, dentro del manto y a 670 km de profundidad, de ____________. c. La zona situada entre 100 y 250 km de profundidad, y donde la velocidad de las ondas sísmicas sufre un vertiginoso descenso, se denomina ____________.

 

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c Lectura

 

 

cc Terremotos y subducción         

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En esta discontinuidad, la velocidad de las ondas P desciende bruscamente y las ondas S desaparecen. Esto se interpreta como que la parte externa del núcleo es fluida. La discontinuidad más interna aparece a 5 100 km, se llama discontinuidad de Lehmann y separa el núcleo externo del núcleo interno. A partir de esta discontinuidad las ondas P aumentan de nuevo su velocidad, esto indica que el núcleo interno es sólido.



Estas zonas de discontinuidades han permitido hacer la división composicional de la Tierra, que divide su interior en corteza, manto superior, zona de transición, manto inferior, núcleo externo y núcleo interno. Las discontinuidades marcan los límites de estas capas. La Figura 2.14 muestra desde la superficie de la Tierra hacia su interior, las siguientes discontinuidades: a una profundidad de entre 7 km en la corteza oceánica y 40 km en la continental se encuentra la discontinuidad de Mohorovicic, que separa corteza y manto; a 670 km dentro del manto, se localiza la discontinuidad de Repetti; a 2 900 km se encuentra la discontinuidad de Gutenberg, que establece el límite entre el manto y el núcleo.

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Se denominan discontinuidades sísmicas a zonas del interior de la Tierra donde las ondas sísmicas sufren un cambio brusco en su velocidad y en su dirección debido a fenómenos de reflexión y refracción. Las discontinuidades sísmicas implican un cambio en la densidad de los materiales y/o en la rigidez de los mismos; por lo tanto, indican un cambio en el tipo de rocas y/o en el estado físico de las mismas.

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A partir del estudio de la velocidad y la dirección de las ondas sísmicas se ha deducido la existencia de discontinuidades sísmicas en el interior de la Tierra.

Aunque parezca extraño que se puedan producir terremotos hasta profundidades de 700 km en zonas de subducción, dada la elevada temperatura existente, superior a 1 800 ºC (lo que en teoría debería hacer que las rocas se volviesen demasiado plásticas como para almacenar esfuerzos capaces de generar terremotos), esta situación se da debido a que las placas litosféricas subducen con una velocidad tal, que mantienen propiedades frágiles (sin pasar a dúctiles) hasta por lo menos la base de la astenosfera. Como la convección relacionada con la subducción ocurre hasta el límite manto-núcleo, se puede deducir que la ausencia de terremotos a más de 700 km no se debe a que el aumento de viscosidad de la astenosfera hacia abajo sea capaz de detener las capas, sino probablemente a que a esta profundidad su estado cambie de elástico a plástico.

Fig. 2.14. Variación de la velocidad de las ondas sísmicas en el interior de la Tierra.

El estudio en detalle de la velocidad de propagación de las ondas sísmicas en el manto estableció una nueva división del interior, denominada división dinámica de la Tierra, que dividió tradicionalmente su interior en litosfera, astenosfera, mesosfera y endosfera. La velocidad de las ondas sísmicas disminuye entre las profundidades de 100 y 250 km; a esta zona se la denomina zona de baja velocidad de las ondas sísmicas (LVZ), y forma parte de la astenosfera. La capa que está por encima de la astenosfera es la litosfera.

Tomografía de las ondas sísmicas Los últimos estudios de las ondas sísmicas son mucho más detallados y completos que hace unos años. En la actualidad más de 500 estaciones sísmicas equipadas con modernos instrumentos, detectan más de cinco millones de trayectos de ondas sísmicas. Estos trayectos son tratados por ordenadores mediante la técnica denominada tomografía sísmica computarizada, que genera imágenes en tres dimensiones del interior de la Tierra equivalentes a las realizadas por un escáner en medicina. Las imágenes tomográficas muestran un manto mucho más complejo que los primeros modelos sísmicos (véase Figura 2.15). Se observan zonas donde las ondas viajan velozmente y otras donde viajan más lentamente. Las zonas rápidas indican materiales relativamente fríos y las zonas más lentas corresponden a materiales más calientes.

Fig. 2.15. Imagen tomográfica del interior de la Tierra.

33

33

c Páginas web

cc Placas tectónicas, terremotos y sistemas de medición: animaciones y gráficos http://recursos.cnice.mec.es/biosfera/alumno/ 1bachillerato/estrucinternatierra/Placas_tectonicas_ terremotos.swf

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02

Biología y Geología 1 El planeta Tierra: formación y métodos de estudio

c

2. El planeta Tierra: formación y métodos de estudio

Lectura

2.2 Métodos de estudio del interior de la Tierra

cc Sobre el campo magnético terrestre

El método magnético

Se define el Polo Norte Magnético como el punto de la superficie terrestre en el que el vector del campo magnético está dirigido hacia el centro de la Tierra y posee un inclinación de 90º, mientras que el Polo Sur Magnético está dirigido hacia el exterior y su inclinación será de –90º.

Por convenio, el polo norte magnético está cerca del norte geográfico, por eso se dice que la brújula apunta al norte, pero la notación científica de la Figura 2.16 está escrita en función del polo magnético negativo.

         

El campo magnético es un vector cuantitativo, con magnitud y dirección, definido por su Intensidad (F), por el ángulo que forma con la horizontal, llamado Inclinación Magnética (I), hacia el centro de la Tierra en el hemisferio Norte y hacia arriba en el hemisferio Sur, considerada de carácter positivo en el hemisferio Norte, y por la Declinación Magnética, que es la dirección de la componente horizontal que apunta hacia el Norte Magnético (NM) y forma un cierto ángulo con el Norte Geográfico (NG). Este ángulo se mide siempre hacia el Este (0-360º).

  

   

Fig. 2.16. Campo magnético dipolar de la Tierra. Abreviaturas: PSm = polo sur magnético, PNm = polo norte magnético, PSg = polo sur geográfico y PNg = polo norte geográfico.

Origen del campo magnético El origen del campo magnético terrestre está en el núcleo de la Tierra. La interacción de un núcleo externo fluido donde se generan cargas eléctricas en movimiento, y un núcleo interno sólido, formado por una aleación de hierro y níquel que actúa como un imán, produce un campo magnético por un proceso similar al de una dinamo. La magnetosfera es la zona atmosférica donde se detecta el campo magnético de la Tierra.

Páginas web

cc Magnetismo terrestre: planeta Tierra y los polos magnéticos

El magnetismo en las rocas

 

#  

c

http://www.portalplanetasedna.com.ar/magnetismo.htm

                   

   

    ! "  

 

       

     

Fig. 2.17. Magnetismo termorremanente.

34

Notas

c Bibliografía recomendada UDÍAS, A: Física de la Tierra, Alhambra, España, 1981. SULLIVAN, W: Continents in motion, McGraw-Hill, Estados Unidos, 1974.

38

         

El Momento Magnético (m) está dirigido hacia el Polo Magnético Sur, cerca de la Antártida en la actualidad.

34

Es un método indirecto que basa sus estudios en las variaciones del campo magnético terrestre. La Tierra tiene un campo magnético dipolar, con un polo norte magnético (negativo) y un polo sur magnético (positivo). Las líneas de fuerza magnética salen del polo positivo, rodean la Tierra, entran por el polo negativo y atraviesan el planeta (véase Figura 2.16). Según la notación magnética, el polo positivo es el polo norte magnético, pero en la Tierra, por estar cerca del polo sur geográfico, se le denomina polo sur magnético. Sucede lo mismo con el polo negativo.

Algunos minerales que contienen átomos de ciertos elementos, como el Fe, son minerales magnéticos. Estos átomos se comportan como pequeños imanes con sus polos magnéticos. Los minerales magnéticos registran y retienen el campo magnético de la Tierra existente en el momento de su formación. El magnetismo remanente de una roca es el que tiene debido al magnetismo de los minerales que contiene. Los elementos magnéticos pierden su magnetización por encima de una temperatura determinada, que se llama punto de Curie (véase Figura 2.17). En las rocas esta temperatura está alrededor de 500 °C. El magnetismo termorremanente es un tipo especial de magnetismo remanente que adquiere una roca cuando se enfría y solidifica por debajo del punto de Curie. Cuando una roca fundida se va enfriando, como por ejemplo la lava que sale de una dorsal, comienza la cristalización de sus minerales. Al pasar por el punto de Curie, los átomos de hierro de la lava actúan como imanes, y se orientan en la dirección del campo magnético existente en la Tierra en ese momento.

Biología y Geología 1 El planeta Tierra: formación y métodos de estudio

02

c Actividades

2. El planeta Tierra: formación y métodos de estudio 2.2 Métodos de estudio del interior de la Tierra

8. Di si son verdaderas o falsas las siguientes afirmaciones. Se denomina paleomagnetismo al magnetismo existente en otras épocas geológicas, y que ha quedado impreso como magnetismo remanente en algunas rocas que se estaban formando en aquel momento. Este magnetismo se puede mantener a lo largo del tiempo si no se sobrepasa el punto de Curie.

a. La fuerza de Coriolis, que produce corrientes de sentido inverso en los hemisferios Norte y Sur del núcleo externo, es la responsable de la generación del campo magnético terrestre. b. El magnetismo remanente de una roca, debido a la orientación de los minerales de ella, da información de la posición de los polos magnéticos terrestres en el momento de formación de la misma. c. La lava que solidifica al salir de una dorsal queda magnetizada según el campo magnético existente en la Tierra en ese momento, y mantendrá esta estructuración hasta que dicho campo sufra una inversión.

Los magnetómetros son aparatos que miden el magnetismo de las rocas.

Inversiones del campo magnético terrestre El campo magnético de la Tierra ha sufrido cambios a lo largo de la historia del planeta. Actualmente el polo norte magnético (polo negativo) se encuentra cerca del polo norte geográfico, y el polo sur magnético (polo positivo) cerca del polo sur geográfico. El flujo magnético ha cambiado de sentido repetidamente a lo largo del tiempo geológico. Es decir, el polo norte magnético estaba en la posición opuesta a la actual. Estas variaciones de polaridad se denominan inversiones del campo magnético. Se dice que el campo magnético es normal cuando muestra una disposición de los polos igual a la actual, y que es inverso cuando muestra una disposición de los polos con una posición inversa a la actual. Una brújula, en un momento del pasado con campo magnético inverso, indicaría el polo norte donde hoy está el sur.

Aportaciones del método magnético

c Lectura

El estudio del magnetismo de la Tierra y del magnetismo remanente de las rocas ha permitido hacer interpretaciones importantes en geología, como por ejemplo la confirmación de la hipótesis de la expansión de los fondos oceánicos. Esta hipótesis postula que en las dorsales se forma litosfera oceánica a partir del magma procedente del manto. Este magma se incorpora a ambos lados de la dorsal, formándose nuevo suelo oceánico, que empuja a los materiales más antiguos, produciéndose así la expansión de fondos oceánicos.

A lo largo de la historia del planeta ha habido inversiones del campo magnético, que han tenido que quedar registradas en las lavas que en el pasado salían por la dorsal. Por tanto, deberían observarse bandas con magnetismo normal e inverso, alternas y simétricas a ambos lados de la dorsal. Estas bandas deberían tener la misma edad (véase Figura 2.18). Estudios del magnetismo de las rocas del fondo oceánico, junto con medidas de su edad, han permitido confirmar esta hipótesis, uno de los pilares en los que se fundamenta la teoría de la tectónica de placas.

               

    

























  



 

El estudio de los cambios de la polaridad magnética, es decir, el estudio de las inversiones del campo magnético de la Tierra, permitió confirmar esta hipótesis según el siguiente razonamiento: La lava que solidifica al salir de la dorsal queda magnetizada según el campo magnético existente en la Tierra en ese momento.

cc Más sobre las inversiones del campo terrestre

 

 

Fig. 2.18. Bandas simétricas teóricas de magnetismo normal e inverso a ambos lados de la dorsal.

35

Notas

La existencia de isocronas (del griego iso, que significa igual y cronos, que significa tiempo o edad) se debe principalmente a la actuación del proceso denominado Inversión Magnética, que varía de polaridad normal a inversa, y que fue descubierta a principios de los años 60, cuando comenzaron a utilizarse los métodos de datación K/Ar y se tomaron cientos de muestras recogidas en diversos puntos del mundo para su datación y medida del campo magnético en los dos únicos laboratorios que entonces existían, uno en EEUU y otro en Australia, quedando patente que las rocas de igual edad poseían también igual dirección de magnetización.

35

Recientes estudios en sedimentos marinos depositados rápidamente y en intrusiones ígneas de enfriamiento lento, muestran que una inversión magnética sucede en 2 000–3 000 años y va acompañada de una reducción de la intensidad del campo magnético hasta un 10 % de su valor normal, que comienza antes de la inversión y continua posteriormente, con lo que la duración total de la inversión es de unos 10 000 años. Las inversiones son atribuidas a la existencia de grandes corrientes de convección en el núcleo externo, que se mueven en espirales similares a ciclones atmosféricos debido a la fuerza de coriolis, y giran en sentidos opuestos en los hemisferios Norte y Sur. La periodicidad de las inversiones magnéticas es muy variable. El número de inversiones por cada millón de años, promediada en etapas de 10 millones de años, no permanece constante a través de los tiempos.

39

02

Biología y Geología 1 El planeta Tierra: formación y métodos de estudio

c

2. El planeta Tierra: formación y métodos de estudio

Lectura

2.2 Métodos de estudio del interior de la Tierra

cc La forma teórica y la forma geométrica de la Tierra

El método gravimétrico El método gravimétrico estudia las variaciones de la gravedad en distintos puntos de la superficie de la Tierra. A partir de estos datos, elabora hipótesis para explicar estas variaciones.

La forma teórica de la Tierra se describe por medio de la superficie equipotencial normal de la Tierra coincidente con la superficie del mar y denominada geoide. El geoide involucra las variaciones del potencial, que originan entre otro en la distribución irregular de las masas y encima de la corteza terrestre.

Para conocer la causa de las variaciones de la gravedad de la Tierra debemos recordar la ley de la gravitación universal de Newton, según la cual un objeto situado en la superficie de la Tierra, o cerca de ella, es atraído por una fuerza, la fuerza de la gravedad, dirigida hacia el centro del planeta, según la fórmula de la Figura 2.19:

El geoide se puede describir sólo aproximadamente. La aproximación más sencilla es el esferoide definido por la función esférica, puesto que los resultados ya se vuelven satisfactorios para su aplicación en la gravimetría. La figura geométrica de la Tierra se aproxima gruesamente por una esfera y con suficiente exactitud por un elipsoide de rotación. Las reducciones gravimétricas de los datos gravimétricos observados se basan en un elipsoide de referencia definido por valores numéricos que especifican el radio ecuatorial de la Tierra, el coeficiente de aplanamiento, la masa total de la Tierra y por el requisito de que la superficie del elipsoide sea una superficie equipotencial.

36

Fig. 2.19. Fórmula de la fuerza de gravedad.

El valor de la gravedad se mide por la aceleración g (g = GM/d2), cuyo valor medio es 9,81 m/s2. La unidad de medida de la gravedad en el Sistema Internacional es el gal. El gal equivale a 1 cm/s2. Para detectar variaciones muy pequeñas de la gravedad se utiliza el miligal: 1 gal = 980 000 miligales (mgal). El valor de la gravedad en un punto se mide con los aparatos denominados gravímetros (véase Figura 2.20). Si la Tierra fuese homogénea y de radio constante, el valor de la gravedad sería igual en todos los puntos de la Tierra. Sin embargo, dicho valor varía debido a la latitud, la altitud, los distintos relieves y la distribución de las masas en el interior de la Tierra. Se denomina anomalía de la gravedad de un punto a la diferencia entre el valor real de la gravedad gr, medida con un gravímetro, y el valor teórico de la gravedad en ese punto gt (véase Figura 2.21). Anomalía de la gravedad = greal – gteórica Fig. 2.21. Anomalía de la gravedad. Fig. 2.20. Gravímetro.

Las variaciones entre el geoide (forma teórica) y el elipsoide de rotación se llaman ondulaciones del geoide y son una medida para la distribución irregular de las masas con respecto al elipsoide de rotación. Una ondulación de geoide positivo indica un exceso de masa, y una ondulación de geoide negativo implica un déficit de masa.

c

Se denomina anomalía residual de la gravedad a la producida por las distintas densidades de los materiales. Se sabe que cuanto mayor es la densidad de los materiales en un punto, mayor es el valor de la gravedad en ese punto. Esta anomalía se calcula con la fórmula de la Figura 2.22. La greal corregida es la gravedad real a la que se le han eliminando los valores de la anomalía causados por la latitud, la altitud y el relieve.

Anomalía residual de la gravedad = greal corregida – gteórica Fig. 2.22. Anomalía residual de la gravedad.

A nivel global de la Tierra, se observa que en las montañas, la anomalía residual de la gravedad es marcadamente negativa, es decir que el valor real de la gravedad es inferior al teórico; esto implica que hay materiales de menor densidad (véase Figura 2.23). En los océanos, la anomalía es positiva, es decir, el valor real es superior al valor teórico esperado. La corteza oceánica es más densa que la continental. La densidad de la corteza continental es de 2,7 g/cm3, mientras que la densidad de la corteza oceánica es de 2,9 g/cm3. La densidad del manto es de 3,3 g/cm3. Cuando dos placas litosféricas chocan, la que tenga litosfera oceánica siempre se hundirá con respecto a la que contenga corteza continental, ya que se hunde la más densa.

Páginas web

cc Crucigrama sobre la estructura de la Tierra 36

www.upv.es/jugaryaprender/cienciasnaturales/ crucigramas/estructura_tierra/Estructura_interna.doc

Notas

40

G = constante de gravitación universal M = masa de la Tierra m = masa del objeto d = distancia entre el objeto y el centro de la Tierra

Mm F = G —— d2

Biología y Geología 1 El planeta Tierra: formación y métodos de estudio

02

c Actividades

2. El planeta Tierra: formación y métodos de estudio 2.2 Métodos de estudio del interior de la Tierra

 #$ 

9. Completa las siguientes frases:  "

  



        Anomalía muy negativa          Anomalía negativa CORDILLERA

2,7





     Anomalía positiva



“RAÍZ” DE LA CORDILLERA

2,9

a. Latitud, altitud, relieve y distribución de masas en el interior terrestre son factores que hacen variar ____________. b. Un valor real de la gravedad superior al valor teórico esperado genera _________. c. El nivel de compensación isostático supone que sobre el mismo se soporta ___________ en cualquier punto.

 "

1,03 2,9



3,3



2,9 D. Mohorovicic



3,3 3,3 %&

! Densidades en g/cm

!

c Lectura

3

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Fig. 2.23. Distribución de las densidades en el interior de la Tierra.

cc Gravimetría: la isostasia

Aportaciones del método gravimétrico El método gravimétrico ha dado explicación a los ascensos y descensos (subsidencia o hundimiento) que se producen en distintos puntos de la Tierra. Todos estos movimientos no se pueden explicar más que como movimientos isostáticos.

La isostasia (del griego isos, que significa igual, y stasis, que significa estabilidad) es la condición de equilibro que presenta la superficie terrestre debido a la diferencia de densidad de sus diferentes partes. Se resuelve en movimientos verticales (epirogénicos) y está fundamentada en el principio de Arquímedes.  

La corteza flota sobre el manto como un iceberg en el océano. El principio básico es que para que un cuerpo flote sobre otro, éste debe ser más denso, con lo que se sitúa debajo. El material que flota, se hunde en un porcentaje variable, pero siempre tiene parte de él emergido. Así, la condición de flotabilidad no depende del tamaño y cuando la parte emergida pierde volumen y peso, la parte sumergida asciende para compensarlo. Cada bloque individual, ya sea éste una placa o un bloque delimitado por fallas, tiende a alcanzar este equilibrio. El equilibrio isostático puede romperse por un movimiento tectónico o el deshielo de un inlandsis.



En la Figura 2.24 se muestra un modelo que simula el equilibrio isostático donde unas piezas de madera (de 0,65 g/cm3 de densidad aproximadamente) están soportadas por el agua (de 1 g/cm3 de densidad). Los bloques mayores se sumergen a mayor profundidad porque pesan más. En la base tendrían su nivel de compensación isostático. Si se coloca otro bloque pequeño de madera encima de uno de los anteriores, el nuevo bloque combinado se hundirá hasta alcanzar un nuevo equilibrio isostático. Si lo volvemos a quitar, el bloque vuelve a su posición original. Esto es una simplificación de lo que ocurre en los primeros kilómetros de profundidad de la Tierra, para conseguir el equilibrio isostático, es decir, ascensos o descensos de los materiales según el peso que tengan. Los relieves positivos, como las grandes cordilleras, deben tener un reflejo en el interior, unas «raíces», que alcanzan zonas más profundas en el material que lo soporta por debajo, como muestra la Figura 2.23.



La isostasia propugna que las anomalías o desequilibrios gravitatorios que hay en la Tierra (véase Figura 2.23) no pueden existir a partir de una determinada profundidad. Por ello propone la existencia de un nivel de compensación isostático en el interior de la Tierra, que soporta el mismo peso por unidad de área, es decir, la misma presión en cualquier punto de este nivel. Los materiales por encima de este nivel sufrirán movimientos isostáticos de ascenso o descenso, para llegar al equilibrio gravitatorio.

 Fig. 2.24. Representación del equilibrio isostático mediante piezas de madera introducidas en agua.

Por ejemplo la península escandinava se está levantando debido a que se ha fundido el casquete de hielo que la cubría en los últimos periodos glaciares. También por isostasia se explica que las cordilleras recientes, al ir perdiendo materia por erosión, sufran progresivos levantamientos. Éste es el motivo por el cual las raíces de antiguas cordilleras pueden ahora estar en la superficie de la Tierra, aunque originalmente se encontraban a muchos kilómetros de profundidad.

El método térmico La Tierra almacena en su interior gran cantidad de energía calorífica, tal como se manifiesta por ejemplo, en las erupciones volcánicas. El método térmico utiliza las variaciones del flujo térmico de la Tierra para formular hipótesis sobre la estructura y composición de su interior.

37

Fig. 2.10 y 2.11. Compensación isostática.

37

La isostasia es fundamental para el relieve de la Tierra. Los continentes son menos densos que el manto, y también que la corteza oceánica. Cuando la corteza continental se pliega, acumula una gran cantidad de materiales en una región concreta. Terminado el ascenso comienza la erosión. Los materiales se depositan, a la larga, fuera de la cadena montañosa, con lo que ésta pierde peso y volumen. Las raíces ascienden para compensar esta pérdida dejando en superficie los materiales que han estado sometidos a un mayor proceso metamórfico, y que se han convertido en granito. Este granito ascendido forma escudos o macizos antiguos rígidos y no se pliega ante una nueva orogenia, sino que se rompe formando un relieve fallado. Los reajustes de unos bloques con respecto a los otros generan pequeños terremotos.

41

02

Biología y Geología 1 El planeta Tierra: formación y métodos de estudio

c

2. El planeta Tierra: formación y métodos de estudio

Lectura

2.2 Métodos de estudio del interior de la Tierra

cc Propiedades de la corteza terrestre

¿Qué es el flujo térmico?

La corteza terrestre que, en un principio, permanecía fundida, se fue enfriando poco a poco hasta solidificarse. Sin embargo, las capas interiores no se enfriaron tan rápidamente, en gran parte debido a que la corteza es muy mala conductora del calor y actúa como un aislante para las capas interiores, las cuáles de esta forma pueden mantener temperaturas altas.

Se denomina flujo térmico (Q) al calor que desprende la Tierra por unidad de superficie y que procede del interior de ésta. HFU = Heat Flow Units = Unidades de flujo térmico. 1 HFU = 10 6 cal/cm2 · s En el S.I.: 61 m · W · m 2

Hay anomalías térmicas positivas cuando el flujo térmico es superior al flujo térmico medio. Algunas zonas con anomalías positivas se localizan en las dorsales, en las cordilleras recientes y en los llamados puntos calientes de la Tierra. Hay anomalías térmicas negativas cuando el flujo térmico es inferior al flujo térmico medio. Las zonas con anomalías negativas se encuentran en las zonas continentales más antiguas y en las fosas oceánicas.

Además de evitar que el calor del interior de la Tierra escape, la corteza es en parte generadora de calor adicional debido a la presencia de una gran cantidad de elementos radiactivos en ella.

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0

cc Gradiente de temperatura en el interior terrestre Hasta una profundidad de 100 km el comportamiento del material se asemeja al de un sólido. Entre 100 km y 300 km, un decremento en las velocidades sísmicas indica la presencia de zonas de fusión parcial, lo cual requiere que las temperaturas sean de 1 000 a 1 200 °C. A los 400 km y 700 km de profundidad se observan dos incrementos en las velocidades sísmicas que, de acuerdo con experimentos de laboratorio, corresponden a cambios de fase que tienen lugar a 1 500 y 1 900 °C respectivamente. A los 2 900 km se ha observado que no se propagan las ondas S, las mismas que no se transmiten en líquidos, de donde se infiere la fusión de lo que se denomina núcleo exterior y la existencia a esta profundidad de temperaturas del orden de 3 700 °C.

42

Origen del flujo térmico y modelos de transferencia del calor en el interior de la Tierra

L litosfera (0 80 km) A astenosfera (80 670 km)

1000

2000 3000 4000 Temperatura (ºC)

5000

6371

5100

Núcleo interno 6000

0 2000 4000 Profundidad (km)

6000

Fig. 2.25. Variaciones de la temperatura en el interior de la Tierra.

El calor interno de la Tierra tiene dos orígenes diferentes. Por un lado está el calor primigenio, o calor que se conserva en el núcleo de la Tierra de las etapas iniciales de su formación. Por otro, está el calor radiactivo, que es el calor generado en la desintegración de elementos como 235U, 238U, 232Th, 40K, en distintos puntos del interior de la Tierra. El calor primigenio y el calor radiactivo son los combustibles de la gran máquina de la Tierra. El calor se transfiere de tres formas en el interior de la Tierra: por convección, por conducción y por radiación. La transferencia de calor por convección es el proceso más eficaz en el manto y en el núcleo, y transmite el calor primigenio hasta la superficie. En este proceso, la energía térmica se transforma en mecánica, y es la responsable del movimiento de las placas litosféricas. La conducción es el proceso más importante en la corteza y la litosfera. La radiación es el proceso de transferencia de calor que ocurre en puntos del interior de la Tierra con elementos radiactivos.

Gradiente geotérmico El gradiente geotérmico es la variación de la temperatura con la profundidad. En las capas externas del planeta, el gradiente geotérmico es de 25 ºC/km. Este valor no es constante. La Figura 2.25 ilustra cómo varía según la profundidad y cuál es la temperatura del interior.

Aportaciones del método térmico La principal aplicación del estudio del flujo térmico y de las variaciones de la temperatura del interior de Tierra ha sido explicar el origen del movimiento de las placas litosféricas.

La producción de calor de la corteza y el manto sería de 4,7 x 1 020 cal/año. Para tener una idea de lo que esto significa, es necesario hacer una equivalencia: 4,7 x 1 020 calorías es el equivalente a la energía liberada por la explosión de casi medio millón de bombas nucleares de 1 megatón (la bomba atómica que destruyó Hiroshima fue de 20 kilotones).

c Lectura

Manto Núcleo inferior externo 2000 D” 4000

Temperatura (ºC) 2000 3000 4000

5000

L A

2900

670

Profundidad (km)

1000

Podría parecer paradójico que los elementos radiactivos hayan permanecido en las capas más superficiales de la Tierra a pesar de ser elementos pesados, sin embargo es posible encontrar una explicación a esto al observar que los elementos radiactivos generalmente se combinan con otros elementos para formar compuestos ligeros, siendo así como fueron transportados a las capas superiores. En la actualidad se encuentran principalmente en la corteza terrestre y, en menor concentración, en el manto superior.

El flujo térmico medio de la Tierra es de 1,4 HFU (Heat Flow Units en sus siglas inglesas). El flujo térmico varía a lo largo de la superficie de la Tierra con respecto a este valor promedio, es decir, el flujo térmico presenta anomalías.

Actividad resuelta Observa la Figura 2.25 y describe cómo varía la temperatura desde la superficie hacia el interior de la Tierra. En la litosfera hay un aumento constante desde 0 ºC hasta 500 ºC. En la astenosfera hay dos tendencias: en los primeros kilómetros hay un incremento de temperatura semejante al de la litosfera, hasta alcanzar unos 1 200 ºC; después la temperatura sigue aumentando, pero no tan bruscamente, y alcanza unos 1 500 ºC en el límite con el manto inferior.

En el manto inferior hay un incremento constante de la temperatura, semejante a la segunda parte de la astenosfera, y pasa de 1 500 ºC a 2 500 ºC. En el límite de la capa D” con el núcleo externo hay un aumento muy brusco de temperatura, de los 2 500 ºC hasta unos 3 400 ºC. En el núcleo externo el cambio es de nuevo más gradual, y se pasa de los 3 400 ºC hasta los 4 600 ºC. Por último, en el núcleo interno hay muy poca variación, y la temperatura oscila entre los 4 600 ºC y los 4 800º C.

38

La reaparición de este tipo de ondas a los 5 100 km indican temperaturas a esa profundidad por debajo del punto de fusión (4 300 °C) del material que forma el núcleo interior, y del cuál se supone que está constituido principalmente por hierro. Suponiendo una variación continua de la temperatura con la profundidad, es posible establecer una curva hipotética de temperatura en el interior de la Tierra, de donde se deduce que la temperatura en el núcleo interior de la Tierra sería de alrededor de 4 000 °C.

c Bibliografía recomendada COX, A, DALRYMPLE G & DOELL R: Reversals of the Earth’s magnetic field, vol. 216, Scientific American, Estados Unidos, 1967. RICHTER, C: Elementary Seismology, W H Freeman and Co., Estados Unidos, 1958. MINSTER, J & JORDAN T: Present day plate motions, vol. 83, Journal of Geography, 1978.

Biología y Geología 1 Actividades

02

2. El planeta Tierra: formación y métodos de estudio Actividades

Actividades finales 1>

¿Cómo se originó el Sistema Solar? Describe brevemente los acontecimientos que llevaron a la formación del Sistema Solar. Dibuja los esquemas explicativos que sean necesarios para que la descripción sea clara.

8>

¿Qué causas hacen variar las velocidades de las ondas sísmicas? Observa la Figura 2.14 y describe las variaciones de velocidad de las ondas P y S en el interior de la Tierra. Explica y razona estas variaciones.

2>

¿Cómo se formó la Tierra? ¿Qué ocurrió en la etapa de diferenciación de la Tierra?

9>

3>

¿En qué difiere esencialmente la composición de la atmósfera actual de la primitiva? Justifica la respuesta.

4>

Relaciona la génesis de la atmósfera y la hidrosfera. ¿Influyeron los seres vivos en la evolución de ambas? Justifica tu respuesta.

¿Qué son la intensidad y la magnitud de un sismo? Para un mismo terremoto, la intensidad puede variar desde su epicentro hasta las zonas de la Tierra donde ya no se registra, mientras que su magnitud siempre es constante. ¿Por qué? ¿Qué diferencia hay entre estos dos parámetros de evaluación de los terremotos?

10>

Averigua de qué materiales está compuesto el adobe, el mortero y el hormigón armado. Observa la escala MSKEMS de la Figura 2.9 y razona el distinto comportamiento de estos materiales frente a los terremotos. ¿Qué intensidad máxima soporta cada uno de estos materiales?

11>

¿Dónde se genera el magnetismo terrestre? ¿Por qué se magnetizan las rocas? ¿Qué es el paleomagnetismo y dónde ha quedado registrado?

12>

¿Qué se entiende por anomalías gravimétricas? ¿En qué zonas de la Tierra se detectan anomalías positivas? ¿En cuál negativas?

¿Cómo se estructura el interior de la Tierra de acuerdo con la división composicional? ¿Y de acuerdo con la división mecánica? En la siguiente figura, pon los nombres que representa cada uno de los números.

              

             



5>

  







  



  

6>

¿Qué son los meteoritos y cuáles conoces? Explica la importancia de los meteoritos llamados condritas. ¿A qué tipo de métodos pertenece el estudio de los meteoritos?

13>

¿Qué es la isostasia? Si un iceberg se va derritiendo parcialmente, ¿qué cabría esperar, por isostasia, que sucediera con su parte superior emergida y su raíz sumergida? Haz dos dibujos que muestren esta evolución.

7>

¿Por qué la superficie de la Luna está cubierta de cráteres producidos por impactos de meteoritos y la superficie de la Tierra no?

14>

¿Qué se entiende por anomalías térmicas? ¿En qué zonas de la Tierra se detectan anomalías positivas? ¿En cuál negativas?

PAU ¿Qué es un sismograma? En el sismograma siguiente sólo están reflejadas las ondas P y las ondas S que llegan a un sismógrafo. Señala cuáles son las ondas P y cuáles son las ondas S. ¿Qué retardo llevan las ondas S con respecto a las P? ¿Cuál es la amplitud máxima de las ondas P? ¿Y de las S? Si la velocidad de las ondas S es de 4,8 km/s y la de las ondas P es 8,5 km/s, ¿a qué distancia de la estación sísmica está el epicentro? Centra la pregunta Se plantean cuestiones relacionadas con el método sísmico. Debes recordar Los tipos de ondas sísmicas y sus propiedades.

Resuelve la pregunta Dado que las ondas S y P son diferentes, señala cada una en el sismograma, mide el retardo entre ellas y las amplitudes de las ondas S y P y calcula la distancia al epicentro.

  

 





39

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02

Biología y Geología 1 Investigación científica 1

2. El planeta Tierra: formación y métodos de estudio Investigación científica

Investigación científica Los tsunamis en españa Los tsunamis o maremotos son olas oceánicas capaces de producir graves daños en las regiones costeras y están originadas por violentas perturbaciones en el mar. La principal causa son los terremotos de epicentro marino, que producen desplazamientos verticales del suelo oceánico. La magnitud de estos sismos tiene que ser, en general, superior a 7 en la escala de Richter para transmitir al agua la energía necesaria para formar grandes olas. También se pueden originar por erupciones volcánicas, grandes deslizamientos oceánicos o alteraciones generadas por el hombre, como pruebas nucleares. El nombre de maremoto viene del latín maris motus (‘movimiento del mar’). La palabra tsunami es de origen japonés, y significa ’ola de puerto‘. Se denominan zonas tsunamigénicas a las regiones donde se producen sismos que pueden generar tsunamis. En la Península Ibérica existen dos zonas tsunamigénicas: una situada en la vertiente atlántica y otra en la vertiente mediterránea.

Prevención Estas zonas tsunamigénicas continúan sísmicamente activas. Las regiones que podrían ser afectadas están muy pobladas, y un tsunami implicaría grandes daños. El tiempo de llegada para los tsunamis generados en la zona atlántica es de unos 60 minutos, para los de la costa norteafricana, unos 45 minutos, y para los que se generan en el mar de Alborán sería menor. En cualquier caso, este tiempo podría ser suficiente para, al menos, tomar alguna medida preventiva en playas y puertos. De ello se deduce el posible interés y utilidad de tener una alerta de tsunami en estas zonas.

Adaptado de CARREÑO HERRERO, E.: «La peligrosidad de tsunamis en las costas españolas. Simulaciones», en Enseñanza de las ciencias de la Tierra, Madrid, 13, 1 (2005).

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La zona tsunamigénica correspondiente a la vertiente atlántica (véase recuadro 1 en la figura) está relacionada con la fractura Azores-Gibraltar, vinculada con la dorsal centro atlántica. En esta zona se originan sismos que afectan a la costa oeste de la Península Ibérica y algunas veces producen tsunamis. A este grupo pertenece el generado por el terremoto del 1 de noviembre de 1775, con olas de seis a diez metros que produjeron la mayor catástrofe natural que ha sufrido la Península. Afectó a las costas de Huelva y Cádiz, y causó grandes daños en Lisboa, por lo que se le llama el «terremoto de Lisboa». El sismo se originó en el banco de Gorringe y tuvo una magnitud de 8,5. El banco de Gorringe es un macizo montañoso sumergido del océano Atlántico formado por la convergencia de la placa euroasiática con la africana.

La zona tsunamigénica correspondiente a la vertiente mediterránea (véanse recuadros 2.1 y 2.2 en la figura) está relacionada con el contacto de las placas africana y euroasiática. Presenta dos áreas sísmicas con características diferentes: una de moderada sismicidad, en el mar de Alborán, y otra de elevada actividad sísmica, en la costa norte de África. Los tsunamis genera afectan al litoral mediterráneo español y son más frecuentes pero menos desastrosos que los del Atlántico. El último tsunami se produjo el 21 de mayo de 2003, de magnitud 6,7. El epicentro estuvo localizado en el mar, muy próximo al litoral, cerca de Boumerdès (Argelia). Este pequeño tsunami alcanzó la costa balear 45 minutos después del origen del terremoto. Produjo cuantiosos daños materiales.



  

 

    

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Zonas tsunamigénicas de la Península Ibérica.

a) ¿Cuáles son las posibles causas de los maremotos? ¿Cuál es la causa principal de estos fenómenos en la Península Ibérica? b) ¿Cuáles son las principales zonas de la Península Ibérica que pueden sufrir un tsunami? c) ¿Por qué es tan importante tener un sistema de vigilancia y alerta de tsunamis?

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Biología y Geología 1 Investigación científica 2

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Investigación científica 2 ¿CUÁL SERÁ EL FIN DE LA TIERRA? El primero en intentar hacer un estudio detallado de la historia pasada y previsiblemente futura de la Tierra sin recurrir a la intervención divina fue el geólogo escocés James Hutton. En 1785 publicó el primer libro de geología moderna, en el cual admitía que del estudio de la Tierra no veía signo alguno de un comienzo ni perspectivas de fin ninguno. Desde entonces hemos avanzado algo. Hoy día estamos bastante seguros de que la Tierra adquirió su forma actual hace unos 4 600 millones de años. Fue por entonces cuando, a partir del polvo y gas de la nebulosa originaria que formó el sistema solar, nació nuestro mundo tal como lo conocemos hoy. Una vez formada, y dejada en paz como colección de metales y rocas cubierta por una delgada película de agua y aire, la Tierra podría existir para siempre, al menos por lo que sabemos hoy. Pero ¿la dejarán en paz? ¿Como y cuando será el fin del mundo? El objeto más cercano, de tamaño suficiente y energía bastante para afectar seriamente a la Tierra es el Sol. Mientras el Sol mantenga su actual nivel de actividad (como lleva haciendo durante miles de millones de años), la Tierra seguirá esencialmente inmutable. Ahora bien, ¿puede el Sol mantener para siempre ese nivel? Y, caso de que no, ¿qué cambio se producirá y cómo afectará esto a la Tierra? Hasta los años treinta parecía evidente que el Sol, como cualquier otro cuerpo caliente, tenía que acabar enfriándose. Vertía y vertía energía al espacio, por lo cual este inmenso torrente tendría que disminuir y reducirse poco a poco a un simple chorrito. El Sol se haría naranja, luego rojo, iría apagándose cada vez más y finalmente se apagaría. En estas condiciones, también la Tierra se iría enfriando lentamente. El agua se congelaría y las regiones polares serían cada vez más extensas. En último término, ni siquiera las regiones ecuatoriales tendrían suficiente calor para mantener la vida. El océano entero se congelaría en un bloque macizo de hielo e incluso el aire se licuaría primero y luego se congelaría. Durante billones de años, esta Tierra gélida seguiría girando alrededor del difunto Sol. Pero aun en esas condiciones, la Tierra, como planeta, seguiría existiendo. Sin embargo, durante la década de los treinta, los científicos nucleares empezaron por primera vez a calcular las reacciones nucleares que tienen lugar en el interior del Sol y otras estrellas. Y hallaron que aunque el Sol tiene que acabar por enfriarse, habrá periodos de fuerte calentamiento antes de ese fin. Una vez consumida la mayor parte del combustible básico, que es el hidrógeno, empezarán a desarrollarse otras reacciones nucleares, que calentarán el Sol y harán que se expanda enormemente. Aunque emitirá una cantidad mayor de calor, cada porción de su ahora vastísima superficie tocará a una fracción mucho más pequeña de ese calor y será, por tanto, más fría. El Sol se convertirá en una gigante roja. En tales condiciones es probable que la Tierra se convierta en un ascua y luego se vaporice. En ese momento, la Tierra, como cuerpo planetario sólido, acabará sus días. Pero no os preocupéis demasiado. Echadle todavía unos ocho mil millones de años.

Lunamoto Terremotos lunares, también conocidos como lunamotos, los cuales se generan a una profundidad de entre 600 y 1 000 kilómetros, y su número ronda los 3 000 al año. Se han clasificado tres clases distintas de lunamotos: por impactos de bólidos, naturales e inducidos artificialmente. De los primeros podemos destacar el ocurrido en julio de 1972, y producido por un objeto de aproximadamente 1 000 kilogramos de peso. Los sismómetros lunares, dejados por las misiones Apollo, han registrado señales que muestran impactos meteóricos del orden de 70 a 150 al año, con unas masas variables entre los 100 gramos hasta la tonelada de peso. Los lunamotos artificiales o inducidos, han sido causados por el hombre en su estudio del origen y génesis lunar. Se generan mediante la explosión de cargas en la superficie de nuestro satélite, o mediante el impacto de objetos en la Luna como el lanzamiento controlado de sondas o fases inútiles de vehículos espaciales contra el suelo. Los naturales son aquéllos producidos por la propia geología lunar, causados por el reacomodamiento interno de la Luna debido a que la órbita de ésta no es un círculo perfecto, ya que presenta una excentricidad, distinguiéndose los profundos, generados por las mareas, y los superficiales cuyo origen es la expansión y contracción de las rocas superficiales producidas por el calentamiento del Sol. Los lunamotos naturales tienen su origen en el interior del globo lunar, habiéndose detectado del orden de cuatro por semana aunque ninguno de ellos ha sobrepasado los 2 grados en la escala de Richter, prácticamente imperceptible por el hombre. Los focos de una tercera parte de estos seísmos, se localizan en una decena de puntos del globo lunar, teniendo la mitad de ellos un foco común situado a 800 metros de profundidad, bajo un pequeño macizo montañoso que separa los mares Nubium y Humorum. Los epicentros hasta ahora localizados se sitúan a lo largo de dos líneas de unos 2 000 kilómetros de largo, una de las cuales está situada aproximadamente a la altura del meridiano 30º O, y la otra orientada en dirección SO-NE. Otra particularidad curiosa de los lunamotos, es la de producirse sobre todo durante la semana que corresponde al paso de la Luna por su perigeo, evidenciando así que estos movimientos son favorecidos por la marea que provoca la atracción terrestre, y que en esa fase de acercamiento máximo se traduce en una onda de aproximadamente 50 cm de amplitud que se propaga por la corteza lunar. Los lunamotos tienen una magnitud máxima de 5 grados en la escala Richter y de esta clase solamente ocurren una vez al año aproximadamente. Glosario Selenográfico, José Carlos Violat Bordonau. España, 2006. De Wikipedia, la enciclopedia libre

http://www.astromia.com/astronomia/fintierra.htm

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Biología y Geología 1 Trabajo de laboratorio 1

2. El planeta Tierra: formación y métodos de estudio Trabajo de laboratorio

Trabajo de laboratorio 

Estudio del mapa geológico II reconocimiento y estudio de la dirección y buzamiento de un estrato Objetivos

 

  

 





Entender los conceptos de dirección y buzamiento. Familiarizarse con el manejo de la brújula de geólogo.

Materiales • Brújula de geólogo. • Compás, regla y transportador de ángulos.





Fig. 2. Representación de la dirección N60ºE en un esquema que simboliza una brújula.

Introducción teórica Un plano se sitúa en el espacio mediante dos parámetros, que son dirección y buzamiento del plano. La dirección y el buzamiento fijan la posición de un plano en el espacio. Estos parámetros se miden con la brújula de geólogo. Las Figuras 1 y 4 muestran estos parámetros. La dirección de un plano es una línea O-O’ contenida en el plano y perpendicular a la máxima pendiente de dicho plano (véase figura 1). Para orientar esta línea en el espacio utilizamos la brújula, colocándola paralela y horizontal a esta línea, y midiendo el ángulo que forma con el Norte. La dirección se puede dar de cuatro maneras, la más utilizada es la que lo hace mediante el ángulo menor que forma dicha línea con respecto al Norte, y la medida se realiza hacia el Este. Por ejemplo, la notación más común para la dirección representada en la figura 1 es N60ºE. Esta misma dirección se podría nombrar como N240ºE, y, midiendo hacia el Oeste, como N120ºO y N300ºO.

Desarrollo y actividades a) En la siguiente Figura 2, que representa una brújula, está dibujada la dirección N60ºE del plano representado en la Figura 1. Ahora, dibuja tú en una figura semejante las siguientes direcciones: N40ºE, N120ºE y N320ºE. b) ¿Cómo podrías indicar de otras maneras esas mismas direcciones? Todos los planos que pivoten alrededor de esta línea tendrán la misma dirección; por tanto, hemos situado infinitos planos en el espacio. Necesitamos otro elemento de situación para concretar la posición de nuestro plano. Este elemento es el buzamiento.

Buzamiento o inclinación



El buzamiento o inclinación de un plano queda determinada por el ángulo y el sentido de buzamiento.







   

  





  

    

   

Fig. 1. Dirección y buzamiento.

  

Ángulo de buzamiento es el ángulo que forma la línea de máxima pendiente de un plano con la horizontal. Se mide con el clinómetro. Normalmente el clinómetro está incorporado a las brújulas de geólogos, pero también hay clinómetros aislados. Para medir este ángulo, colocamos el clinómetro siguiendo la máxima pendiente, como se ve en la Figura 4. El ángulo de buzamiento de nuestro ejemplo es de 30º. De los infinitos planos que pivotaban alrededor de la dirección N60ºE, con el ángulo de buzamiento los hemos reducido a dos, uno que se inclina 30º hacia el SE y otro que se inclina hacia 30º el NO, como muestra la Figura 3.

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Biología y Geología 1 Trabajo de laboratorio 1

02

2. El planeta Tierra: formación y métodos de estudio Trabajo de laboratorio

to. Una de las maneras es: dirección del plano/buzamiento (ángulo+sentido). En el caso del ejemplo, sería N60ºE/30ºSE.

 

La orientación de las capas o estratos se representan de forma

  

gráfica en los mapas geológicos mediante el signo: En este dibujo el trazo largo representa la dirección de capa, orientada correctamente con respecto al norte geográfico, el trazo corto indica el sentido de la inclinación y el número el ángulo de buzamiento.

 

 

Un estrato horizontal se simboliza:



Un estrato vertical se simboliza:



Fig. 3. Posibles sentidos de buzamiento de un plano inclinado, no vertical, de dirección N60ºE.

El sentido de buzamiento indica el sentido de la inclinación del plano. El sentido del buzamiento nos permite seleccionar un único plano de entre los dos anteriores. Esta observación se obtiene con la brújula: para determinar este sentido de buzamiento, debes de colocar la brújula horizontalmente, siguiendo la dirección del plano, y observar hacia qué cuadrante o dirección se inclina nuestro plano, como muestra la Figura 4. Esto se suele hacer para calcular la dirección, ya que el sentido del buzamiento será más 90º o menos 90º de esa dirección.    



    



    

 



 

      

  



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Fig. 4. Medición del buzamiento.

La orientación de una capa o de un plano se indica utilizando conjuntamente los dos parámetros dirección y buzamien-

c) Si una capa tiene de dirección N120ºE, ¿hacia dónde puede buzar dicha capa? d) Mira el mapa geológico de la práctica de la unidad anterior, ¿qué dirección y buzamiento tienen las unidades 3 y 7? e) En el siguiente dibujo aparecen los siguientes puntos A, B, C, D y E. Con la ayuda de un transportador de ángulos, realiza las siguientes cuestiones: 1. Escribe la dirección y el buzamiento del punto A. 2. Dibuja en B el símbolo de dirección y buzamiento correspondiente a los datos: dirección N90ºE, buzamiento 30º hacia el Sur. 3. Dibuja en C el símbolo de dirección y buzamiento correspondiente a los datos: dirección N90ºE, buzamiento 30º hacia el Norte. 4. Dibuja en D el símbolo de dirección y buzamiento de una capa horizontal. 5. Dibuja en E el símbolo de dirección y buzamiento correspondiente a los datos: dirección N250ºE, buzamiento 85ºNO. ¿De qué otras formas podrías dar la dirección?

  









Fig. 5. Actividad 5.

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02

Biología y Geología 1 Trabajo de laboratorio 2

Trabajo de laboratorio 2 Introducción

Resultados

Utilizando la bibliografía necesaria, Internet y los apuntes de clase, trata de llegar a una conclusión razonada en cuanto a si las siguientes afirmaciones son verdaderas o falsas.

Se valorará que el alumno sea capaz de llegar a una respuesta satisfactoria, completa y aclaratoria sobre los temas propuestos. Se añadirá a cada respuesta el camino seguido por cada uno para llegar a dicha conclusión (de dónde se obtuvo la información).

1. Los planetas del sistema solar, por haberse formado al mismo tiempo, son de composición y estructura muy similares. 2. Los estromatolitos fueron los primeros organismos generadores de oxígeno sobre la Tierra hace unos 3 500 millones de años. Estas cianobacterias aun pueden verse crecer en algunas zonas del planeta como Australia o las Bahamas. 3. La intensidad de una anomalía gravimétrica depende, además de las diferencia de densidades, de la profundidad a la que se encuentre el material, haciéndose menor cuanto más profundo esté el cuerpo que la genera. 4. Sería correcto utilizar el método sísmico para hacer un estudio del terreno antes de construir un edificio, pues no permitirá ver si existen fallas o discontinuidades que afecten al terreno. 5. El máximo valor de la escala Richter lo marca el 9,3 de magnitud obtenido en el terremoto ocurrido en Indonesia en el año 2004.

Objetivos Hacer que el alumno se vaya habituando a una de las partes fundamentales del trabajo en geología, como es el manejo de bancos de datos (como Internet, bibliografía…), para resolver dudas que se planteen en cada momento. Se proponen para ello varias cuestiones relacionadas con la formación, historia y estudio de la Tierra.

Material Bibliografía, Internet, apuntes, y cualquier otra fuente que permita al alumno conseguir información fiable acerca de las cuestiones que se le plantean.

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Respuestas 1. Falso. 2. Verdadero. 3. Verdadero. 4. Falso. 5. Falso.

Conclusion …......................................................................................... ............................................................................................. ............................................................................................. ............................................................................................. ............................................................................................. ............................................................................................. ............................................................................................. ............................................................................................. ............................................................................................. ............................................................................................. ............................................................................................. ............................................................................................. ............................................................................................. ............................................................................................. ............................................................................................. ............................................................................................. ............................................................................................. ............................................................................................. ............................................................................................. .............................................................................................

Biología y Geología 1 Examen

02

Examen EL PLANETA TIERRA: FORMACIÓN Y MÉTODOS DE ESTUDIO 1. ¿A qué denominamos etapa pregeológica?, ¿y etapa geológica? ¿En qué etapa se formarían las primeras rocas de la Tierra?

2. ¿Qué diferencia la escala Mercalli de la escala Richter para evaluar un terremoto?

3. Indica los tipos de ondas sísmicas.

4. ¿Qué hipótesis importante en geología ha ayudado a establecer el método magnético? ¿Qué afirma esta hipótesis?

5. ¿Qué es el flujo térmico? Indica al menos una zona en la que se dé una anomalía térmica positiva y otra en la que observemos una anomalía térmica negativa.

6. ¿Cómo se formó el núcleo de Fe-Ni terrestre? ¿Qué diferencia existe entre el núcleo externo y el interno? ¿En cuál de ellos se origina el campo magnético terrestre? ¿Es constante este campo?

7. ¿Por qué, si los elementos ligeros permanecen «flotando» en las capas superficiales de la Tierra por diferencia de densidad, en la litosfera existe una importante concentración de elementos radiactivos pesados que, por lógica, deberían estar en el núcleo?

Respuestas: 1. La etapa pregeológica es el tiempo que va desde su origen cósmico, hasta aproximadam ente unos 4 030 millones de años. La etapa geológica es el periodo que va desde aproximadamente 4 030 millones de años hasta la actualidad. Las rocas más antiguas datadas poseen una edad próxima a los 4 030 millones de años. Su formación se produjo durante la época pregeológica.

2. Las escalas tipo Mercalli evalúan los sismos por su intensidad. La intensidad de un sismo viene dada por los efectos destructivos que produce.

La escala de Richter evalúa los sismos por su magnitud. Se denomina magnitud a la energía liberada en un terremoto.

3. Ondas internas: • Ondas Primarias (P). • Ondas Secundarias (S). Ondas superficiales: • Ondas Love (L). • Ondas Rayleigh (R).

4. Ayudó a enunciar la hipótesis de expansión de los fondos oceánicos, según la cual en las dorsales se forma litosfera oceánica a partir del magma procedente del manto. Este magma se incorpora a ambos lados de la dorsal, formándose nuevo suelo oceánico que empuja a los materiales más antiguos, produciéndose así la expansión de fondos oceánicos. El estudio de los cambios de la polaridad magnética, es decir, el estudio de las inversiones del campo magnético de la Tierra, permitió confirmar esta hipótesis.

5. Flujo térmico (Q): calor que desprende la Tierra por unidad de superficie y que procede del interior de ésta. Zonas con anomalía térmica positiva: dorsales, cordilleras jóvenes, puntos calientes. Zonas con anomalía térmica negativa: fosas oceánicas, zonas continentales antiguas.

6. Se forma por precipitación de los materiales metálicos densos fundidos en las etapas iniciales de formación de la Tierra, a temperaturas muy elevadas. El núcleo interno se encuentra en estado sólido y el externo en estado líquido, como muestran los análisis realizados empleando ondas sísmicas. El campo magnético se forma en el núcleo externo al crearse corrientes inversas en los hemisferios Norte y Sur, según la ley de Coriolis y por efecto de la rotación terrestre. No, el campo magnético sufre inversiones cíclicas.

7. Porque los elementos pesados radiactivos tienen tendencia a reaccionar con elementos típicamente corticales y forman compuestos ligeros que permanecen en la corteza.

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03

Biología y Geología 1 El planeta Tierra: estructura, composición y dinámica

03

El planeta Tierra: estructura, composición y dinámica

A medida que descendíamos, la sucesión de las capas que formaban el terreno primitivo se mostraban con mayor claridad. La ciencia geológica considera este terreno primitivo como la base de la corteza mineral, y ha descubierto que se compone de tres capas diferentes: los esquistos, los gneis y los micaesquistos, que reposan sobre esa inquebrantable roca que llamamos granito. Julio Verne

1. División composicional de la Tierra 2. División dinámica de la Tierra

Biología y Geología 1 El planeta Tierra: estructura, composición y dinámica

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c Identificación de la Unidad El contenido de esta Unidad está relacionado tanto con la división composicional de la Tierra, definida por las discontinuidades establecidas en corteza (oceánica y continental), manto (superior e inferior) y núcleo (externo e interno), como con su división dinámica (litosfera, astenosfera, mesosfera y endosfera). Ambos tipos de divisiones nos conducen al conocimiento del interior terrestre en su conjunto.

c Objetivos didácticos 1. Distinguir que la Tierra está estructurada en diferentes capas: corteza, manto y núcleo, y que para establecer esta división se ha utilizado la composición química de los materiales que componen dichas zonas. 2. Analizar, así mismo, que por el comportamiento o reología (estudio y deformación de los materiales sólidos) relacionados con la propagación de las ondas sísmicas, la Tierra se ha dividido en litosfera, astenosfera, mesosfera y endosfera. 3. Señalar que la litosfera no es una capa rígida, sino que está fragmentada en placas y que además éstas no son estáticas, sino que pueden separarse, acercarse o deslizarse entre ellas.

c Contenidos cc Conceptuales

1. División composicional de la Tierra. • La corteza. • El manto. • El núcleo. 2. División dinámica de la Tierra. • La litosfera. • La astenosfera. • La mesosfera. • La endosfera. • El motor de las placas.

cc Actitudinales 1. Ser consciente de la importancia que tiene conocer la estructura y composición terrestre. 2. Apreciar los avances científicos que se relacionan con el estudio del interior terrestre. 3. Valorar la importancia de los sondeos y de la propagación de las ondas sísmicas para el conocimiento de la estructura terrestre interna.

cc Procedimentales 1. Resolver las diferentes actividades propuestas en el texto. 2. Utilizar el vocabulario científico que sea necesario a la hora de expresar los contenidos de la Unidad.

3. Experimentar en el trabajo de laboratorio: mapa geológico III. Estudio del mapa geológico. 4. Interpretar cortes geológicos sencillos. 5. Recoger material, seleccionarlo y realizar algún informe sencillo que esté relacionado con la estructura, composición y dinámica terrestre, y los métodos utilizados para su conocimiento. 6. Comentar alguna noticia de actualidad, de prensa oral o escrita, que tenga relación con el contenido de la Unidad.

c Metodología 1. Materiales y recursos: • Libro de texto y libros de consulta. • Gráficas y tablas para la resolución de problemas planteados, relacionados con el contenido de la Unidad. • Mapas topográficos. • Mapas de distribución de las diferentes placas litosféricas. • Transparencias, diapositivas o vídeos explicativos del contenido de la Unidad. • Actividades recomendadas relacionadas con la Web. 2. Organización de espacio y tiempo: • Indicar si son actividades de aula, de laboratorio, de campo, etcétera. • El tiempo necesario para el desarrollo de la Unidad es tarea del departamento o del profesor, ya que hay que tener en cuenta el calendario escolar y las actividades programadas por el centro.

c Criterios de evaluación 1. Distinguir y explicar las divisiones de la Tierra en el estudio de su interior, tanto desde un punto de vista de composición química como desde el punto de vista de su dinámica. 2. Conocer y aplicar algunas de las técnicas de trabajo utilizadas en la investigación de diversos aspectos (geología, botánica, ecología, etc.) de nuestro planeta. 3. Aplicar las estrategias propias del trabajo científico en la resolución de problemas relativos a la estructura y composición de la Tierra (análisis de sismogramas, análisis de mapas de flujo geotérmico, utilización de datos de los meteoritos). 4. Establecer las características de las diferentes capas que constituyen la estructura terrestre. 5. Relacionar los procesos petrogénicos con la teoría de la tectónica de placas. 6. Explicar los procesos de formación de las rocas magmáticas, metamórficas y sedimentarias. 7. Conocer los principales yacimientos minerales asociados, así como la importancia económica de éstos. 8. Contrastar diferentes fuentes de información y elaborar informes relacionados con problemas biológicos y geológicos relevantes en la sociedad.

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03

Biología y Geología 1 El planeta Tierra: estructura, composición y dinámica

c

3. El planeta Tierra: estructura, composición y dinámica

Lectura

3.1 División composicional de la Tierra

cc Composición de la corteza terrestre

3.1 División composicional de la Tierra

CEO

En la corteza terrestre aparecen de modo natural un total de 92 elementos del sistema periódico y sólo ocho de ellos abundan en la capa externa de la Tierra. Si sumamos la proporción de estos ocho elementos veremos que representan un 98,5 % de la masa de la misma.

En el CD y en la CEO (centro de enseñanza on-line) creados para este proyecto podrás encontrar el siguiente material adicional: Enlaces, bibliografía, actividades interactivas (origen y formación de la listosfera, elementos de las capas del sistema tierra y límites convergentes de subducción) y animaciones (tipos y asociaciones de fallas, placas litosféricas, etc.)

Los ocho elementos más abundantes de la Tierra son (% en masa):

El interior de la Tierra permite diferenciar tres capas de distinta composición: la corteza, el manto y el núcleo. La corteza está formada por silicatos de baja densidad; el manto, por silicatos más densos; y el núcleo, por metales, sobre todo hierro y níquel.

La corteza La corteza es la capa más superficial de la Tierra. El límite inferior es la discontinuidad de Mohorovicic, que representa el final de la corteza y el comienzo del manto. La corteza no es homogénea; a lo largo de su extensión se distinguen dos tipos de corteza: la corteza continental y la corteza oceánica (véase Figura 3.1).

    

     

  

 

Oxígeno (O) → 46,6 % Sílice (Si) → 27,7 % Aluminio (Al) → 8,1 % Hierro (Fe) → 5,0 % Calcio (Ca) → 3,6 % Sodio (Na) → 2,8 % Potasio (K) → 2,6 % Magnesio (Mg) → 2,1 %

  

 

 

    

        

    

Fig. 3.1. Tipos de corteza.

El relieve de la corteza La superficie de la Tierra tiene dos tipos de relieves principales, los relieves de la corteza continental y los de la corteza oceánica. Las formas del relieve de la superficie de la Tierra están relacionadas con el origen y la formación de cada uno de los tipos de corteza y con su dinámica interna. Fosa

El relieve de la corteza continental Zona de fractura

44

Cordillera en medio del océano Placa continental

Placa oceánica Volcán escudo

Corteza Litosfera Manto superior

Punto caliente

Su

Se denominan continentes a las zonas de la Tierra constituidas por corteza continental. Las zonas continentales se subdividen en zonas continentales emergidas y zonas continentales sumergidas o márgenes continentales.

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Astenosfera (manto)

Fig. 3.1. Formación y destrucción de la corteza oceánica.

didácticos c Materiales en el CD y en la CEO Ejercicios: verdadero o falso, sobre los límites convergentes de subducción.

Notas

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Fig. 3.2. Margen continental pasiva.

No existe un modelo común de relieve para todos los continentes. El relieve de las zonas continentales emergidas incluye un conjunto de formas topográficas que son llanuras, mesetas, colinas y montañas. En los continentes se encuentran los orógenos o cordilleras, que son cinturones montañosos. También en los continentes se encuentran los cratones, que son zonas llanas y estables formadas por rocas antiguas. Las zonas más antiguas de los cratones reciben el nombre de escudos. En la Península Ibérica, la parte noroeste, con las mesetas incluidas, es una zona de cratón. El relieve de las zonas continentales sumergidas es diferente según el tipo de margen continental. Las márgenes continentales contienen el límite entre la corteza continental y la oceánica. Se distinguen dos grandes categorías: las márgenes continentales pasivas (véase Figura 3.2)oestablesy las márgenes continentales activas (véase Figura 3.3).

44

c Páginas web

cc Estructura de la Tierra

cc La corteza terrestre

http://omega.ilce.edu.mx:3000/sites/ciencia/ volumen1/ciencia2/34/html/sec_9.htm

http://www.astromia.com/tierraluna/ corteza.htm

Biología y Geología 1 El planeta Tierra: estructura, composición y dinámica

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c Lectura

3. El planeta Tierra: estructura, composición y dinámica 3.1 División composicional de la Tierra

cc La dorsal centro-atlántica Las márgenes continentales pasivas son zonas tranquilas desde el punto de vista geológico, es decir, no tienen manifestaciones volcánicas ni sísmicas. Un ejemplo de margen continental pasiva es la del Atlántico. En estas márgenes vemos las siguientes formas morfológicas: • Plataforma continental: es una superficie sumergida, suavemente inclinada, que se extiende desde la línea de costa hasta el talud continental, a una profundidad de unos 200 metros. Su anchura varía según los continentes. • Talud continental: se trata de una zona fuertemente inclinada situada a continuación de la plataforma, que se extiende en este tipo de márgenes, hasta aproximadamente los 3 000 metros de profundidad. El talud marca el límite entre la corteza continental y la oceánica. Las márgenes continentales activas son márgenes caracterizadas por una gran actividad sísmica y volcánica. Aparecen bordeadas por fosas profundas y, a menudo, por un conjunto de islas que forma un arco, llamado arco isla. Un ejemplo son las márgenes del Pacífico. En estas márgenes se distinguen las siguientes zonas:

     

Una de las características del fondo marino del Atlántico, conocida desde mediados de los 70, es una cordillera submarina conocida como la dorsal atlántica. La cordillera emerge de una amplia llanura a ambos lados y presenta picos que alcanzan los 10 000 pies (3 000 metros) de altura desde el fondo del océano. Sin embargo, los investigadores de Lamont descubrieron nueva información extraordinaria sobre ella. La dorsal atlántica no sólo tenía una gran altitud, sino también longitud. Se extendía a lo largo de alrededor de 9 000 millas (15 000 kilómetros), casi toda la extensión del océano desde Groenlandia hasta el sur de África, superando la longitud de las Montañas Rocosas y los Andes juntos. Los investigadores de Lamont también descubrieron que la cresta del sistema dorsal está prácticamente libre de sedimentos, en comparación con la gruesa capa de sedimentos existente en las planicies situadas junto a los márgenes continentales, que pueden alcanzar un grosor de varios kilómetros. Quizá la característica más sorprendente de la dorsal atlántica fuese el profundo valle que se extendía por ella. Esta fisura, como se denomina, desciende una media de 6 000 pies (1 800 metros) desde la cresta de la dorsal y su anchura varía entre 8 y 30 millas (13 y 50 kilómetros), dimensiones en las que se podría introducir sin problemas el Gran Cañón del río Colorado, que tiene una anchura de 18 millas (30 kilómetros) aproximadamente. Las muestras recogidas en el fondo de la fisura revelaron que el fondo del océano estaba compuesto por roca volcánica oscura y sumamente joven.

    

     

       

     

      

   

Fig. 3.3. Margen continental activa.

• Plataforma continental: es de menor anchura que en las márgenes continentales pasivas, y llega a ser nula en algunas zonas del océano Pacífico. • Talud continental: en estas márgenes el talud conecta con las fosas oceánicas. • Fosas oceánicas: son cuencas alargadas con longitudes de hasta varios cientos de kilómetros y profundidades superiores a la media oceánica, que alcanzan hasta los 11 000 metros en la fosa de Mindanao, en el este de Filipinas.

El relieve de la corteza oceánica Se denominan océanos, en sentido geológico, a las zonas de la Tierra constituidas por corteza oceánica. El relieve de las zonas oceánicas, al contrario que el de las continentales, presenta un modelo más o menos común que incluye las siguientes formas topográficas: • Cuencas oceánicas: componen los fondos oceánicos desde las dorsales hasta las márgenes continentales. Su elemento topográfico fundamental son las llanuras abisales, zonas muy llanas sobre las que se producen elevaciones de origen volcánico. Tienen una profundidad media de entre 4 500 y 5 500 metros. • Dorsales oceánicas: constituyen una zona elevada de las cuencas oceánicas. Las dorsales se interconectan por todos los océanos del globo y forman un conjunto de más de 70 000 kilómetros de longitud y varios miles de kilómetros de anchura (véanse Figura 3.14 y foto de presentación de la unidad). Las dorsales presentan en su zona central una hendidura o valle central, que se denomina rift-valley oceánico, en inglés (véase Figura 3.4).

La discontinuidad sísmica de Conrad se encuentra a una profundidad de 20 km. No se detecta en todos los lugares estudiados, y por tanto, existen dudas de su existencia a nivel global. Divide la corteza continental en corteza continental superior e inferior.

Corteza continental La corteza continental está presente bajo los continentes y sus márgenes. Su estructura y composición varían en la vertical y en la horizontal. La corteza continental ocupa el 40 % de la superficie de la Tierra. Su densidad media es de 2,8 g/cm3, inferior a la oceánica La edad de la corteza continental puede llegar hasta los 4 000 millones de años. Las rocas más antiguas se sitúan en los cratones, mientras que en general la periferia es más moderna.

Información obtenida de:

Estructura vertical La estructura vertical de la corteza continental es muy variable. Refleja una compleja historia geológica. Hasta los años setenta del siglo XX, se consideraba que en la vertical, la corteza continental estaba formada por tres capas: capa I o sedimentaria, capa II o granítica y capa III o basáltica.

http://www7.nationalacademies.org/ spanishbeyonddiscovery/ear_007521-03.html

Fig. 3.4. Detalle de una dorsal oceánica.

45

Notas

45

c Bibliografía recomendada CAILLEUX, A: Anatomía de la Tierra, McGraw-Hill, Italia, 1968. GUTENBERG, B: Internal constitution of the Earth, Dover, Nueva York, 1951. UDÍAS, A: Física de la Tierra, Alhambra, Madrid, 1981. BULLEN, K: “El interior de la Tierra”, El redescubrimiento de la Tierra, CONACYT, México, 1982. SULLIVAN, W: Continents in motion, McGraw-Hill, Nueva York, 1974.

53

Biología y Geología 1 El planeta Tierra: estructura, composición y dinámica

3.1 División composicional de la Tierra

1. Define los términos fosa oceánica y dorsal oceánica.

En los últimos años se ha confirmado que la corteza continental es muy heterogénea. Su zonación vertical se debe fundamentalmente al aumento del metamorfismo y a la disminución conforme aumenta la profundidad de SiO2. (véase Figura 3.5).

c Lectura

        

cc Corteza oceánica y corteza continental

46

Corteza continental: 0,374 % de la masa de la Tierra; profundidad de 0-50 kilómetros. La corteza continental contiene el 0,554 % de la masa conjunta de manto y corteza. Ésta es la parte más externa de la Tierra y está compuesta básicamente por rocas cristalinas, que son materiales flotantes de baja densidad dominados principalmente por el cuarzo (SiO2) y los feldespatos (silicatos pobres en metal). La corteza (tanto oceánica como continental) es la superficie de la Tierra y, como tal, es la parte más fría de nuestro planeta. Debido a que las rocas frías se deforman lentamente, nos referimos a esta rígida cáscara externa, junto al manto superior, como litosfera (capa rocosa o fuerte).

didácticos c Materiales en el CD y en la CEO cc Origen y formación de la Tierra Ejercicios: rellenar huecos.

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Fig. 3.5. Estructura vertical de la corteza continental: a) modelo antiguo y b) modelo actual.

Estructura horizontal La corteza continental tiene un espesor variable que oscila entre 25 y 70 kilómetros, es máxima en las cordilleras recientes y se adelgaza en las zonas de cratones, en los rifts continentales, como el Rift-Valley de África oriental, y en las márgenes continentales.

Corteza oceánica La corteza oceánica está presente bajo los océanos. Tiene un espesor medio de 6 kilómetros. Su estructura y composición es mucho más homogénea que la corteza continental y es más densa que ésta, pues alcanza los 2,9 g/cm3. La corteza oceánica ocupa el 60 % de la superficie terrestre. La edad de las rocas que forman la corteza oceánica es como máximo de 180 millones de años. Las rocas más antiguas se encuentran en las fosas oceánicas o bien al pie del talud continental. Las rocas más modernas aparecen en la zona de las dorsales oceánicas.

Estructura vertical En la corteza oceánica se distinguen tres niveles o capas en la vertical (véase Figura 3.6):

   

   

    

Corteza oceánica: 0,099 % de la masa de la Tierra; profundidad de 0-10 kilómetros. La corteza oceánica contiene el 0,147 % de la masa conjunta del manto y la corteza. La mayor parte de la corteza terrestre se produjo a partir de la actividad volcánica. El sistema de dorsales oceánicas, una red de volcanes de 40 000 kilómetros (25 000 millas) de longitud, genera nueva corteza oceánica a razón de 17 km3 por año, cubriendo el fondo del océano con basalto. Hawaii e Islandia son dos ejemplos de la acumulación de pilas de basalto.

   

   

 

c

3. El planeta Tierra: estructura, composición y dinámica

Actividades

   

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• Capa 1: formada por sedimentos recientes. Esta capa es prácticamente inexistente cerca del eje de las dorsales oceánicas, y su potencia o espesor aumenta progresivamente al alejarnos de ellas. • Capa 2: formada por un nivel superior de rocas volcánicas de tipo basalto, con estructuras de lavas almohadilladas o pillow lavas y un nivel inferior de diques basálticos. • Capa 3: formada por rocas ígneas básicas y ultrabásicas de tipo plutónico, como gabros y piroxenitas.

Fig. 3.6. Estructura vertical de la corteza oceánica.

Estructura horizontal En la horizontal se puede distinguir entre la corteza oceánica de las dorsales, sin sedimentos, y la corteza oceánica de las cuencas oceánicas, con una pequeña capa sedimentaria que aumenta progresivamente hacia la margen continental.

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Notas

Biología y Geología 1 El planeta Tierra: estructura, composición y dinámica

03

c Lectura

3. El planeta Tierra: estructura, composición y dinámica 3.1 División composicional de la Tierra

cc Exploración del manto El manto El conocimiento que se tiene del manto se basa esencialmente en estudios geofísicos indirectos, en especial en el estudio de la propagación de las ondas sísmicas, y en el estudio de muestras de rocas de gran profundidad que son traídas hacia la superficie por la orogenia o por el vulcanismo (ofiolitas, kimberlitas y xenolitas). De ahí el interés por obtener muestras directas del manto, lo que se intentó, en vano, con el proyecto de perforación oceánica denominado Proyecto Mohole.

El manto se extiende desde la discontinuidad de Mohorovicic hasta la discontinuidad de Gutenberg (véase Figura 3.7). Se subdivide en las siguientes partes: el manto superior se extiende entre 30 y 670 kilómetros de profundidad, y el manto inferior se extiende entre los 670 y los 2 900 kilómetros de profundidad.

Composición del manto El manto está formado por peridotitas. El manto inferior tiene la misma composición que el superior, pero con una estructura física de los minerales diferente (véase Figura 3.17). Conforme aumenta la presión, los átomos están más apretados y forman estructuras más densas; así, los materiales del manto superior tienen una densidad media de 3,3 g/cm3, que se incrementa hasta los 5,5 g/cm3 en el manto inferior.

El núcleo 4 545 )  4 )  ) 4

El núcleo se extiende desde los 2 900 kilómetros de profundidad hasta el centro de la Tierra. El límite manto-núcleo está marcado por la discontinuidad de Gutenberg (véase Figura 3.7).

    

Océano

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Estructura del núcleo Atendiendo al estudio de propagación de las ondas sísmicas P y S, el núcleo terrestre se divide en núcleo externo y núcleo interno. En el núcleo externo, que se extiende de los 2 900 hasta los 5 150 kilómetros de profundidad, las ondas S no se propagan, lo que implica que esta parte del núcleo tiene un comportamiento líquido, con densidades que oscilan entre 10 y 12 g/cm3. El núcleo interno es sólido y se extiende desde los 5 150 kilómetros de profundidad hasta el centro de la Tierra. Su densidad es de 13 g/cm3.

    

Tras el abandono del Proyecto Mohole, que en los años 1970-1980 pretendió hacer una perforación que alcanzara la discontinuidad de Mohorovicic, se prevé una nueva tentativa para 2007. Esta vez se usará el navío japonés Chikyu para perforar 7 000 m en la corteza oceánica, cerca del triple de la profundidad máxima alcanzada en los fondos oceánicos, con el objetivo de obtener materiales de la discontinuidad y de las capas del manto superior situadas inmediatamente debajo.

)

5000 km

c Páginas web

Composición del núcleo Para explicar el campo magnético de la Tierra, el núcleo debe de ser conductor eléctrico y, por su alta densidad, metálico. Por analogía con los meteoritos, se sugiere que puede ser una aleación de Fe y Ni (7-10 % de Ni).

 

cc Expansión oceánica y zonas de subducción

Fig. 3.7. Estructura interna de la Tierra según los modelos clásico y dinámico.

Sin embargo, a esas presiones y temperaturas, el Fe ha de tener una densidad más alta de la que tiene en realidad el núcleo, por lo que deben de existir elementos ligeros que rebajen la densidad. Se cree que existe entre un 8 y un 10 % de elementos ligeros, como S, O y Si.

http://www.astromia.com/tierraluna/expansion. htm

Actividad resuelta ¿Qué diferencia de edad y localización hay entre la corteza continental y la oceánica? La corteza continental se localiza bajo los continentes y sus márgenes, mientras que la corteza oceánica se encuentra bajo las cuencas oceánicas. La edad de la corteza continental es

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mucho más antigua que la oceánica. La corteza continental puede llegar hasta los 4 000 millones de años, mientras que la corteza oceánica puede tener como máximo 180 millones de años. En los continentes, las rocas más antiguas se localizan en los cratones, mientras que en los océanos se encuentran en las fosas oceánicas, o bien al pie del talud continental.

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cc Estructura interna de la Tierra http://recursos.cnice.mec.es/biosfera/ alumno/1bachillerato/estrucinternatierra/ contenido1.htm

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Biología y Geología 1 El planeta Tierra: estructura, composición y dinámica

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3. El planeta Tierra: estructura, composición y dinámica

Lectura

3.2 División dinámica de la Tierra

cc Cómo y porqué del núcleo 3.2 División dinámica de la Tierra

La densidad media de la Tierra es de 5 515 kg·m-3, la mayor del Sistema Solar. Dado que la densidad media de los materiales de la superficie es sólo de aproximadamente 3 000 kg·m-3, deben existir materiales más densos en el núcleo de nuestro planeta. Durante la formación del cuerpo celeste, hace unos 4,5 miles de millones de años, un proceso de fusión hizo que las sustancias más densas se hundieran en el centro, mientras que los materiales ligeros flotaron hacia la superficie. Este proceso se denomina diferenciación planetaria. A causa de esto, el núcleo terrestre está compuesto en su mayor parte de hierro (80 %), junto con níquel y uno o más elementos ligeros; otros elementos químicos densos, como el plomo o el uranio, son o bien demasiado raros en la Tierra o propensos a combinación química con elementos más ligeros y, por tanto, permanecen en la superficie. También es interesante la hipótesis que defiende la presencia de potasio en el núcleo, responsabilizando al calor producido al descomponerse sus isótopos radiactivos de la fusión de los materiales de núcleo externo.

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La tectónica de placas evidenció que los continentes y los fondos oceánicos se movían. Los estudios realizados para dar una explicación a esta dinámica terrestre hicieron necesario realizar una nueva división del interior de la Tierra. Esta división se denomina división dinámica o reológica, y divide la Tierra en litosfera, astenosfera, mesosfera y endosfera.

La litosfera La litosfera es la capa más externa de la Tierra y está formada por la corteza y la parte más externa del manto superior. Tiene un comportamiento rígido y elástico.

La reología es la ciencia que estudia la deformación y el flujo de materiales sólidos.

Cuando la litosfera tiene corteza continental, se denomina litosfera continental; cuando tiene corteza oceánica, se habla de litosfera oceánica. La litosfera continental tiene espesores de 100-300 kilómetros, y la litosfera oceánica tiene espesores de 70-100 kilómetros (véase Figura 3.7). La litosfera no es una capa continua, sino que se halla fragmentada en placas, que reciben el nombre de placas litosféricas. Estas placas están delimitadas por franjas inestables, sus bordes, de gran actividad sísmica y magmática. Las placas pueden ser de litosfera continental, oceánica o mixta. En este último caso, están formadas por ambas litosferas.

Las placas litosféricas y sus límites Las principales placas litosféricas son: la placa africana, la placa eurasiática, la placa norteamericana, la placa sudamericana, la placa antártica, la placa pacífica, la placa indoaustraliana y la placa de Nazca. Hay otras placas de menor dimensión, como son la placa de Cocos, del Caribe, arábiga, filipina y de Scotia (véase Figura 3.12).

Se considera que la convección en la capa externa, junto con la agitación causada por la rotación de la Tierra provoca la aparición del campo magnético terrestre. El centro del núcleo, sólido, está a demasiada temperatura para albergar un campo magnético permanente, pero probablemente sirve como estabilizador del campo generado por la capa externa.

Las placas litosféricas no son estáticas, sino que se mueven unas con respecto a otras. Estos movimientos pueden ser de separación, de acercamiento o de deslizamiento entre placas. Según estos movimientos relativos, se distinguen los límites divergentes, convergentes y de falla transformante.

Límites divergentes En los límites divergentes se produce la separación de dos placas por estar sometidos a fuerzas distensivas. Los límites divergentes son los rift valley continentales y las dorsales oceánicas.

         

Modificado de: 

http://es.wikipedia.org/wiki/N%C3%BAcleo_de_ la_Tierra

   

  

       

      Fig. 3.8. Límite divergente.

  



En las dorsales oceánicas se separan dos placas de litosfera oceánica. La divergencia de las placas produce la fusión de los materiales del manto por descompresión. El ascenso del magma produce un abombamiento térmico del fondo oceánico, que da lugar a esta zona elevada del océano (véase Figura 3.8). Por el eje de la dorsal asciende y sale el magma, que al solidificar forma litosfera oceánica. Por tanto, son los lugares donde se construye litosfera con corteza oceánica, y por eso se les denomina bordes constructivos de placas. La litosfera oceánica aumenta la superficie de suelo oceánico y se produce la expansión de los fondos oceánicos.

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Notas

c Materiales didácticos en el CD y en la CEO cc Elementos de las distintas capas del Sistema Tierra Ejercicios: sopa de letras. Localizar en la sopa de letras ocho palabras relacionadas con la estructura de nuestro planeta Tierra, tanto de capas internas, externas o discontinuidades.

c Bibliografía recomendada BEATTY, J K & CHAIKIN, A: The new Solar System, 3.ª edición, Sky Publishing, Massachusetts, 1990. PRESS, F & SIEVER, R: Earth, W H Freeman and Co., Nueva York, 1986.

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Biología y Geología 1 El planeta Tierra: estructura, composición y dinámica

c Actividades

3. El planeta Tierra: estructura, composición y dinámica 3.2 División dinámica de la Tierra

2. La Tierra se divide en corteza, manto y núcleo y, por otro lado, en litosfera, astenosfera, mesosfera y endosfera. ¿En qué se diferencian y en qué se basan estas clasificaciones?

Límites convergentes En los límites convergentes se produce el choque o colisión de dos placas litosféricas por estar sometidos a fuerzas compresivas. Según la naturaleza de las placas que chocan, aparecen los límites de subducción y de obducción. A. Límites convergentes de subducción. En los límites de subducción, dos placas litosféricas chocan: la más densa se hunde o subduce con respecto a la menos densa, y da lugar a las zonas de subducción. La subducción genera las fosas oceánicas. En estos bordes se destruye la litosfera oceánica formada en las dorsales. Este tipo de límites coincide con las márgenes continentales activas. Hay dos tipos de límites convergentes de subducción: los que se forman por el choque de una placa de litosfera continental con una de litosfera oceánica y los que se forman por el choque entre dos placas de litosfera oceánica. • Choque de una placa de litosfera oceánica con una de litosfera continental. En este tipo de colisión la placa oceánica subduce o se hunde debajo de la continental hacia el manto. La placa continental es menos densa y más gruesa que la oceánica, y su baja densidad no le permite introducirse en el manto. El desplazamiento de una placa con respecto a la otra no es continuo, sino que se produce a saltos como consecuencia de los cuales se generan terremotos. Cuando la placa que se hunde alcanza profundidades de 100 a 150 kilómetros, comienza su fusión parcial, junto con parte del manto suprayacente, y se genera magmatismo que da lugar a volcanismo en superficie. En estos límites se forman los orógenos de borde continental o tipo Andes. Estos orógenos se extienden de forma lineal a lo largo de miles de kilómetros. Esta situación geológica está representada en la zona de los Andes, donde la placa de Nazca subduce con respecto a la placa sudamericana (véase Figura 3.9). • Choque de una placa de litosfera oceánica con otra de litosfera oceánica. Cuando convergen dos placas oceánicas, la más densa subduce bajo la otra. Al igual que sucede en el caso anterior, la placa que subduce comienza su fusión parcial a profundidades de entre 100 y 150 kilómetros, y se genera actividad magmática. Este magmatismo forma volcanes, que emergen como cadenas de islas en forma de arco y que se denominan arco de islas volcánicas. El archipiélago de Filipinas es un ejemplo de arco de islas volcánica. Este tipo de límite está representado en el borde oeste de la placa pacífica (véase Figura 3.10). B. Límites convergentes de obducción. Se producen cuando colisionan dos placas de litosfera continental. Al tener ambas la misma densidad, y una densidad inferior a la del manto, en el choque no subduce ninguna de ellas, y se produce la obducción. La obducción o colisión continental implica la elevación y engrosamiento de la zona de choque por el apilamiento de los materiales de ambas placas. Se forman aquí las cordilleras de colisión continental u orógenos tipo Himalaya. Esta situación geológica está representada en los Himalayas (véase Figura 3.11). Su formación comenzó hace 50 millones de años, cuando la India chocó con la placa eurasiática. Esta colisión aún prosigue. En España tanto las cordilleras Béticas como los Pirineos (véase Figura 3.15) son orógenos de colisión. Como resultado de la obducción ha habido momentos en la historia geológica en los que todos los continentes han estado unidos, formando un macro-continente que se denomina Pangea (toda la Tierra).

 

       

   

   

 

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Fig. 3.9. Límite convergente de subducción: choque de litosfera oceánica con continental.

      



  



   



  

 



Fig. 3.10. Límite convergente de subducción: choque de litosfera oceánica con oceánica.

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Límites de falla transformante





       

        

   

 







          

    

           



c Curiosidades

cc El movimiento de las placas litosféricas Las placas litosféricas poseen un movimiento absoluto (independiente de las otras placas) y un movimiento relativo (con respecto a las otras placas).

   

      

 

En estos bordes, dos placas litosféricas se deslizan una respecto a la otra, sin producir ni destruir litosfera, por lo que también se los conoce como límites pasivos. Se caracterizan por fallas que desplazan horizontalmente las placas. Estas fallas se llaman fallas transformantes (véase Figura 3.13). Este tipo de límite corta y conecta otros bordes de placas, y gracias a ellos es posible el movimiento relativo de las diferentes placas. Las fallas transformantes más abundantes son las que cortan a las dorsales. Un ejemplo de este tipo de límite está representado en la falla transformante de San Andrés, en California.

03



 

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Fig. 3.11. Límite convergente de obducción: choque de litosfera continental con litosfera continental.

49

c Lectura

cc El flujo calorífico terrestre

El movimiento absoluto debe calcularse considerando su posición con respecto a un punto fijo, como puede ser el centro de la Tierra o el polo de rotación. Su dirección y magnitud son difíciles de establecer, ya que no existen puntos absolutamente fijos en el exterior terrestre. Sin embargo, de modo aproximado, los puntos calientes se consideran fijos, por lo que el movimiento absoluto puede calcularse con respecto a ellos. La dirección se calcula siguiendo la alineación de cadenas de islas volcánicas (o complejos anulares en los continentes) que originan, y su velocidad datando dichas rocas volcánicas de ciertas épocas determinadas. También se efectúan estos cálculos por medidas directas desde satélites.

49

Para el movimiento relativo de dos placas, que puede darse con o sin aumento o disminución de área de las mismas, la dirección de las placas se puede conocer por la orientación de las fallas transformantes que afectan a sus márgenes, teniendo en cuenta que giran respecto a un polo de rotación fijo (Polo de Euler). Su sentido nos lo darán los vectores de deslizamiento de las soluciones de mecanismo focal de los terremotos que ocurren en sus márgenes y su magnitud se calcula dividiendo la separación o acercamiento de dichas placas por el tiempo transcurrido.

Notas

La mayor parte del calor emitido por la Tierra se origina por la desintegración de isótopos de elementos radiactivos (uranio, thorio y potasio), cuya vida media es del orden de la edad de la Tierra, siendo su abundancia mayor en la parte superior de la corteza continental y habiéndose calculado que contribuyen con cerca del 70 % del flujo calorífico de los continentes, el cual se generaría en los 10-20 km superiores de la corteza. Por otra parte, la corteza oceánica está casi totalmente desprovista de isótopos radiactivos, pudiéndoseles atribuir solamente un 4 % del flujo calorífico oceánico, por lo que el 96 % restante se debe originar por debajo de la corteza. Esto indica que el calor se genera de diferente manera bajo océanos y continentes. Todo esto apoya la teoría de que la transferencia de calor debe efectuarse por convección en el manto sublitosférico y por conducción a través de la corteza oceánica, que es más delgada, mientras que la continental, más gruesa, sólo conduce un 30 % del calor procedente del manto.

57

03

Biología y Geología 1 El planeta Tierra: estructura, composición y dinámica

c

3. El planeta Tierra: estructura, composición y dinámica

Lectura

3.2 División dinámica de la Tierra

cc Comportamiento de las ondas sísmicas

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Los datos sísmicos nos muestran el comportamiento de los diferentes tipos de ondas en el interior de la corteza terrestre. Las que más nos interesan son las ondas S y P.

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Fig. 3.12. Mapa de las placas litosféricas y sus límites

50

cc Sobre la estructura de la Tierra

58

  

    

 

2

cc Geología de la península Ibérica

http://www.portalplanetasedna.com.ar/tierra.htm

     

      



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Páginas web

http://www.geoiberia.com



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Ondas S (secundarias). Las ondas S siguen más o menos la misma pauta que las ondas P hasta el límite inferior de la mesosfera, en donde desaparecen, indicando que penetramos en una zona fluida. Vuelven a aparecer en el núcleo interno, aunque con valores menores.

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Ondas P (primarias). Éstas mantienen su velocidad en una capa que alcanza el límite inferior de la litosfera (150 km), para luego disminuir bruscamente hasta unos 250 km (capa de baja velocidad) y continuar ascendiendo de modo irregular hasta el límite inferior de la astenosfera (700 km). Luego, la velocidad descenderá uniformemente hasta los 2 900 km, a partir de donde sufre un brusco descenso (velocidades de niveles litosféricos), marcando el límite mesosfera-núcleo externo. De nuevo incrementará su valor suavemente, con una pequeña discontinuidad a los 4 600 km y otra marcada a los 5 200 km, que indican el límite núcleo externo-núcleo interno, conservándose en este último constante la velocidad hasta los 6 300 km.

50

  

Notas

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8 

  

   $

Biología y Geología 1 El planeta Tierra: estructura, composición y dinámica

03

c Lectura

3. El planeta Tierra: estructura, composición y dinámica 3.2 División dinámica de la Tierra

cc Relación entre edad y profundidad de la litosfera

Origen y formación de la litosfera La litosfera continental tiene un origen diferente y más complejo que el de la litosfera oceánica.

Bajo las dorsales oceánicas, la astenosfera se encuentra a poca profundidad (5-10 km). Al alejarse de ella, el gradiente de temperatura desciende y la litosfera aumenta de espesor en esa dirección, existiendo una correlación con la profundidad del agua al subsidir como resultado de un aumento de densidad al contraerse por enfriamiento. Estudios en la dispersión de ondas en el Pacífico muestran que el espesor de la litosfera aumenta hasta 35 km a los 15 m. a. y a 70 km a los 50 m. a. Esto implica una mayor amplitud de la dorsal del Pacífico Oriental, de expansión rápida, que la del Atlántico, de expansión lenta, ya que la profundidad de la corteza no depende de la distancia a la dorsal, sino de la edad.

La litosfera continental primitiva se formó por solidificación en las primeras etapas de la génesis de la Tierra. Este litosfera evoluciona y crece por parcheo de materiales en la vertical y en la horizontal en las zonas de subducción (véase Figura 3.14). Este parcheo consiste en adición de nuevos materiales a los núcleos antiguos de litosfera continental. Fig. 3.13. Límite de falla transformante, deslizamiento entre placas.

Pearsons y Sclater (1977) calcularon la relación entre edad y profundidad de la litosfera oceánica según la fórmula: p = 2 500 + 350√t expresándose la profundidad (p) en metros y el tiempo (t) en m. a. Se ha observado que esta fórmula sólo es válida para litosfera oceánica de menos de 80 m. a., existiendo un aumento de profundidad más gradual con la edad de la litosfera más vieja.

Fig. 3.14. Parcheo de materiales a la litosfera continental.

c Bibliografía recomendada

El parcheo vertical es debido a la incorporación de material magmático generado en esta zona de subducción. El parcheo horizontal se origina por el choque y adhesión de material que arrastra la placa que subduce. La litosfera oceánica, con la excepción de la capa sedimentaria de la corteza oceánica, se forma en las dorsales oceánicas, por solidificación del magma que sale de las dorsales. La velocidad de producción de litosfera oceánica oscila entre 2 y 20 centímetros por año.

51

RICHTER, C: Elementary seismology, W H Freeman & Co., Nueva York, 1958.

La litosfera oceánica se destruye en las zonas de subducción, donde una parte se incorpora nuevamente al manto y otra parte se incorpora a los continentes, engrosando éstos en la vertical. Debido a este proceso de destrucción, la edad de los fondos oceánicos más antiguos, que aún no han subducido, no supera los 180 millones de años.

UDÍAS, A: Introducción a la sismología y estructura interna de la Tierra, Taller del I. G. y C., Madrid, 1971.

Fig. 3.15. Fotografía de satélite de varias cordilleras montañosas europeas: Pirineos, Alpes y macizo Central francés.

51

c Páginas web

cc Placas litosféricas http://www.tecnun.es/Asignaturas/ecologiaHipertexto/02Tierra130PlacLit.htm

didácticos c Materiales en el CD y en la CEO cc División composicional de la Tierra Ejercicios: respuesta múltiple. El interior de la Tierra permite diferenciar tres capas de distinta composición: la corteza, el manto y el núcleo. La corteza formada por silicatos de baja densidad, el manto por silicatos más densos y el núcleo por metales, sobre todo hierro y níquel. Aquí encontrarás otra serie de cuestiones relacionadas con esta división composicional, pero no todas son correctas, así que debes marcar aquéllas que consideres ciertas.

59

03

Biología y Geología 1 El planeta Tierra: estructura, composición y dinámica

c

3. El planeta Tierra: estructura, composición y dinámica

Actividades

3.2 División dinámica de la Tierra

3. Explica, de manera clara y razonando la respuesta, por qué a lo largo de toda la Tierra no encontramos corteza oceánica cuya edad sea más antigua de 180 m. a. (jurásica).

La astenosfera La astenosfera es una capa situada bajo la litosfera, menos rígida y más densa que ésta. Se sitúa en el manto superior entre los 100 y los 670 km.

c Curiosidades

Los primeros 150 kilómetros de la astenosfera tienen unas condiciones de temperatura y presión que permiten la existencia de fusión parcial de las rocas que la componen. Esto hace disminuir su rigidez y que se comporte de manera plástica. En estos primeros 150 kilómetros, la velocidad de las ondas sísmicas decrece (véanse Figuras 3.16 y 2.14), por lo que se la llama zona de baja velocidad de las ondas sísmicas.

cc Sobre la litosfera

    





El límite inferior de la litosfera no es tan neto como el límite superior, ya que no es debido a un cambio en la composición química, sino a una transición controlada por la presión y sobre todo por la temperatura, admitiéndose que este límite lo constituye la isoterma de 1 100-1 300 ºC. Se considera que existe una capa inferior a la litosfera, de límites indefinidos, cuyo comportamiento reológico es rígido-plástico y en la que puede existir convección, mientras que la capa superior, más gruesa en general, tiene un comportamiento frágil.

 

 

     

           

 

   

Fig. 3.16. Detalle de la propagación de las ondas sísmicas en el manto superior.

Pasados estos primeros kilómetros, las ondas sísmicas vuelven a incrementan su velocidad en profundidad. Este incremento está causado por los cambios mineralógicos que ocurren en el manto. Con la presión, los minerales se transforman (véase Figura 3.17). Así, el olivino, el mineral más abundante en el manto, a unos 400 kilómetros de profundidad se transforma en espinela, un mineral más denso de composición muy parecida. Este mineral se transforma a partir de lo 670 kilómetros en perovskita. Aquí comienza la mesosfera, que corresponde al manto inferior. Este cambio de mineralogía hace que los materiales tengan más dificultad para llegar a la fusión parcial y tengan un comportamiento más rígido. Un poco de historia sobre la astenosfera

plataforma

Desde 1990 diversos científicos han puesto en duda la necesidad de hablar de la astenosfera. Hasta mediados del siglo XX se suponía que el manto de la Tierra tenía una gran rigidez. Cuando se comprobó que continentes y océanos se movían, este modelo de manto rígido no podia permitir ni explicar estos movimientos.

dorsal oceánica

escudo continental cordillera

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plataforma fosa oceánica

cordillera

Fig. 3.9. Estructura de la Tierra.











manto inferior

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 transición



manto fluido



litosfera

zona de colisión de dos placas continentales



océano

corrientes de convección en el manto

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zona de subducción de una placa oceánica bajo una placa continental

   

52

Hacia 1970, se observó que en algunas zonas del manto superior las ondas sísmicas se retardaban (véase Figura 3.16): se supuso que bajo la litosfera había una capa plástica sobre la cual se deslizarían las placas litosféricas. A esta capa se la llamó astenosfera, «esfera débil». La astenosfera, capa viscosa y de comportamiento plástico, permitiría estos movimientos de las placas, y las separaría del manto profundo, más rígido.

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zona de formación de placas oceánicas

  













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Arrastra cada rótulo de la izquierda al rótulo de la columna derecha correspondiente.

  

— La zona de baja velocidad (LVZ), el nivel plástico de la astenosfera, no es universal, por lo que no servía como capa deslizante. — En algunos cratones, la litosfera es muy gruesa (más de 300 km), por lo que los continentes tendrían demasiada profundidad para circular sobre la astenosfera. — La subducción de las placas litosféricas llega hasta la base del manto, lo que demuestra que todo él es plástico.



En la columna de la izquierda verás unas imágenes que corresponden a distintos tipos de límites que se dan entre placas litosféricas. En la columna de la derecha los rótulos nos indican los nombres con los que se conocen los distintos límites.

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Ejercicios: relación.

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cc Límites entre placas litosféricas

 

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didácticos c Materiales en el CD y en la CEO

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Pero en la década siguiente, esta hipótesis empezó a ser cuestionada:

Fig. 3.17. Relación entre densidad, estructura y composición del interior de la Tierra.

La astenosfera había sido una predicción incorrecta. Hoy el término se sigue usando por inercia para referirse a todo el manto superior bajo la litosfera: éste es el criterio que seguimos en el libro. Pero sería más apropiado referirse a todo lo que hay bajo la litosfera como manto convectivo.

52

c Lectura

cc Más sobre los límites de placa Debemos tener en cuenta que las placas actuales son completamente diferentes a las que existían hace 500 m. a., ya que provienen de la ruptura de un continente (Pangea) formado hace sólo 300 m. a. por la unión de placas más pequeñas que se habían formado por la ruptura de otro gran continente (Rodinia), que existió hace 700 m. a., y así sucesivamente. Los límites de las placas serán, por tanto, también diferentes a los que existían en otras épocas. Sí es cierto, y esto sucede a lo largo de toda la historia de la Tierra, que el ritmo de destrucción de la corteza que subduce a causa de la convergencia debe ser igual al ritmo de creación en las dorsales (a nivel global), ya que no parece existir una expansión ni contracción significativa del globo terrestre. En algunas placas los márgenes estarán bien establecidos (dorsal atlántica o fosas del Pacífico occidental), pero en otras son bien confusos, sobre todo por la combinación de los tres tipos básicos de margen. El porcentaje de cada tipo en cada placa será de gran importancia para determinar las fuerzas que son responsables del movimiento de las mismas.

60

Biología y Geología 1 El planeta Tierra: estructura, composición y dinámica

c Actividades

3. El planeta Tierra: estructura, composición y dinámica 3.2 División dinámica de la Tierra

4. Indica cuáles son los tres procesos más importantes de transmisión de calor en el interior de la Tierra. Di en qué zonas son más importantes cada uno de ellos.

Punto Penacho Cadena caliente térmico Litosfera de volcanes Z. Dorsal subducción

La mesosfera y la capa D”

Continente

Las partes más gruesas de la capa D” se han llamado cripto-continentes y las más finas, cripto-océanos. Mediante tomografía sísmica se ha observado que existe una variación lateral de la velocidad de las ondas sísmicas en estas capa, comparable a la que se aprecia entre los continentes y los océanos de la superficie de la Tierra. Las zonas con mayor velocidad de ondas sísmicas corresponden con zonas más frías y aparecen debajo de las zonas de subducción actuales. Esto parece sugerir que la litosfera subducida fría puede llegar a hundirse hasta el límite entre el manto y el núcleo (véase Figura 3.19 y 2.15). Las zonas con baja velocidad de ondas sísmicas representan las zonas más calientes, y en su vertical en la superficie de la Tierra aparecen regiones ligadas a puntos calientes. Así, la capa D” es probablemente la fuente de los penachos térmicos que causan esas anomalías (véase Figura 3.18).

Mesosfera

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La mesosfera es la parte del manto que abarca desde los 670 kilómetros hasta el núcleo. En el límite inferior de la mesosfera, se detecta una capa de 0 a 200 kilómetros de espesor. Aunque forma parte del manto, es una capa con entidad propia y se la denomina capa D” (se lee «capa D doble prima»).

Capa D”

Núcleo

Cripto-continentes

Cripto-océanos

Fig. 3.18. Relación entre la capa D”, las zonas de subducción y los puntos calientes.

Al núcleo, en la división dinámica, se le ha denominado endosfera. Hoy en día, se desecha el término endosfera; de hecho, aparece muchas veces directamente como núcleo, ya que tiene el mismo espesor y las mismas propiedades que éste.

El motor de las placas: convección térmica La Tierra es una «máquina térmica» movida por el transporte de calor generado por las diferencias de temperatura internas. La mayor fuente de calor está en el núcleo terrestre (restos del calor primigenio).

Fig. 3.19. Modelo computerizado de la convección en el manto. Los colores azules representan materiales más fríos y los rojos, más calientes. Las pequeñas flechas indican la dirección de la convección.

c Curiosidades

El calor del interior de la Tierra se propaga por tres procesos: conducción, convección y radiación. La convección es la forma más eficaz de transportar el calor en el interior de la Tierra. La convección es la transmisión de calor que implica movimiento de materia.

cc Terremotos

La convección térmica de los materiales del manto es el mecanismo que permite y explica el movimiento de las placas.

Manto inferior Núcleo

Capa D”

Núcleo

Más Tª

Menos Tª

Profundidad (km) 3000 2000 1000

Convección todo el manto Convección estratificada Z. subducción Dorsal Z. subducción Dorsal Litosfera M. Superior Zona de transición

Calor

Las placas litosféricas, de comportamiento rígido y de menor densidad que el manto, se moverían inducidas por los movimientos convectivos de éste.

Aunque la convección en el manto se acepta en la comunidad científica, hay dudas sobre la manera en que ocurre. Hay dos modelos clásicos de convección para el manto: un modelo en el que las corrientes convectivas ocupan todo el manto y otro en el que las celdas convectivas están estratificadas, formando dos niveles o capas (véase Figura 3.20).

sísmico y c Moho moho petrológico Se denomina moho sísmico a la discontinuidad de Mohorovicic, que separa a los gabros y a las peridotitas de la capa 3 de la litosfera. Estas peridotitas son acumuladas y por debajo de ellas aparecen otras peridotitas, en este caso tectonizadas, pertenecientes ambas al manto litosférico. Ambas peridotitas aparecen separadas por el llamado moho petrológico, que indica un origen diferente de ambas sucesiones de rocas mantélicas superpuestas. Las peridotitas tectonizadas pueden llegar hasta la astenosfera.

La endosfera

La convección origina corrientes convectivas. Estas corrientes cíclicas de materiales son semejantes a las que se producen en un líquido cuando se calienta: las partes más cercanas a la fuente de calor se calientan más, pierden densidad y ascienden, mientras que las partes más frías, al ser más densas, descienden.

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Fig. 3.20. Los modelos clásicos de convección de calor en el interior de la Tierra.

53

c Bibliografía recomendada BOILLOT, G: Geología de los márgenes continentales, Masson, Barcelona, 1984.

Las grandes placas terrestres se encuentran definidas por los terremotos generados por el movimiento relativo de las mismas. Estos terremotos someros son casi exclusivamente de las dorsales oceánicas e indican esfuerzos tensionales. También aparecen en regiones continentales de Rift (África). Los intermedios y los profundos están asociados a márgenes de placa destructivos, según los planos de Benioff, y a los orógenos colisionales recientes (márgenes del Pacífico, Alpes, Himalaya). En el interior de las placas, los terremotos suelen ser muy escasos, aunque algunos son de gran magnitud, estando muchas veces asociados a la actividad de grandes fallas transcurrentes.

53

Las fallas transformantes no llevan asociados terremotos, por lo general, y no se registran terremotos a más de 700 km de profundidad, pues el material litosférico ha quedado asimilado por el manto o bien se encuentra ya en estado plástico, no pudiendo entonces acumular esfuerzos que generan terremotos.

CONDIE, K C: Plate tectonics and crustal evolution, 3.ª edición, Pergamon, Oxford, 1989. HALLAM, A: De la deriva continental a la tectónica de placas, Labor, Barcelona, 1976. VARIOS: Deriva continental y tectónica de placas, 2.ª edición, Blume, Madrid, 1976.

Notas

61

03

Biología y Geología 1 El planeta Tierra: estructura, composición y dinámica

c

3. El planeta Tierra: estructura, composición y dinámica

Recurso metodológico

3.2 División dinámica de la Tierra

cc La transmisión de calor en el interior de la Tierra

Los últimos estudios de tomografía sísmica computerizada muestran un tercer modelo. Revelan que el transporte de calor se realiza a lo largo de todo el manto (véase Figura 3.19), y que las placas litosféricas oceánicas también son una parte activa en este proceso. La litosfera continental, al ser menos densa, opone resistencia al hundimiento, y no se introduce en el manto; por lo tanto, no participa en el transporte convectivo de calor y materia en la Tierra.

                   

     

Como bien se puede ver en el texto, el calor se puede transmitir en el interior de nuestro planeta de tres modos diferentes: radiación, convección y conducción. Para que los alumnos entiendan mejor cómo se produce cada uno de ellos, hagámosles imaginar un cazo con agua hirviendo sobre un fuego.

  

Se ha evidenciado que las placas oceánicas subducen y pueden llegar hasta la capa D” (véase Figura 3.18). El descenso de la litosfera oceánica a través del manto está favorecido por dos procesos físicos que ocurren en las placas que subducen: la densificación progresiva de los materiales y el propio descenso por gravedad debido a la diferencia de altura entre las dorsales y las zonas de subducción. Los restos de las placas que llegan a la cao D” se mueven a lo largo de esta capa y recogen el calor que proviene del interior del núcleo; una vez sobrecalentadas ascienden en forma de penachos térmicos hacia la superficie, y se cierra el circuito convectivo. Algunas veces no llegan a la superficie y se quedan atrapadas en el manto.





Fig. 3.21. Punto caliente continental.

Los penachos térmicos son materiales calientes que se originan en la capa D” y por diferencia de densidad y temperatura ascienden por el manto (véase Figura 3.18). Si el conocimiento de la capa D” es correcto, entonces juega un doble papel muy importante en el comportamiento dinámico y térmico de la Tierra. Por una parte, es la fuente de los materiales calientes que atraviesan el manto, y que acaban generando puntos calientes. Por otra parte, influye en la pérdida del calor interno del planeta al enviar material caliente a la superficie.

El cazo, en contacto con el fogón, absorberá el calor de éste y lo conducirá a través de su estructura hasta traspasárselo al agua que está en contacto con él. Este calor se transmitirá por conducción (el calor se conduce por los materiales). El agua, al calentarse, perderá densidad y la materia se trasladará a la superficie, descendiendo el material más frío y denso que allí se encontraba a la parte baja. El agua de la superficie se irá enfriando y la del fondo se calentará reactivando así el proceso denominado convección.

54

Para comprender cómo se produce la radiación, pensemos en un radiador (de ahí su nombre), el cual expande calor sin necesidad de estar en contacto con él. El calor es irradiado desde la fuente (radiador) y en todas las direcciones. Si acercamos las manos al cazo con el agua hirviendo, vemos que tanto el recipiente caliente como el fogón irradian calor distribuyéndolo entonces por los tres mecanismos.

c

Los puntos calientes son áreas de la superficie terrestre que registran un elevado flujo térmico, y donde se produce actividad volcánica. Su origen está relacionado con los penachos térmicos. Los puntos calientes son muy importantes en la tectónica de placas. Representan el inicio de la fracturación y del movimiento de las placas. Aparecen en los continentes y en los océanos.

         

   





   

Fig. 3.22. Punto caliente oceánico.

El diagrama que se muestra a continuación representa una sección transversal a través de algunas placas litosféricas. Nombra las zonas señaladas con los números 1 al 9. %   '   

cc Puntos calientes

Placas tectónicas, la causa de los terremotos (en inglés y múltiples figuras) http://www.seismo.unr.edu/ftp/pub/louie/ class/100/plate-tectonics.html

62

Los puntos calientes oceánicos forman cadenas de islas volcánicas dentro de la placa oceánica. El magma que sale en el punto caliente forma un volcán en el fondo oceánico que, si sobrepasa el nivel del mar, da lugar a una isla volcánica (véase Figura 3.22). El movimiento de la placa transporta la isla lejos del punto caliente y el volcanismo de esta isla se extingue. Bajo el punto caliente comienza de nuevo la formación de otra nueva isla volcánica. Este proceso forma a lo largo del tiempo cadenas de islas en línea recta, que dan la dirección y el sentido del movimiento de la placa que las contiene. Esta sucesión de islas se observa en el Pacífico en el archipiélago de Hawai.

Actividad resuelta

Páginas web

http://www.windows.ucar.edu/tour/link=/earth/ interior/plume_volcanism.sp.html

Los puntos calientes continentales son la causa de la fragmentación de los continentes. La fragmentación se origina por el abombamiento y posterior fracturación de la litosfera continental debido al empuje del penacho térmico en el punto caliente (véase Figura 3.21) y se generan rift-valleys continentales. Si esta fractura evoluciona, con el tiempo puede llegar a formarse una dorsal, que daría lugar a un océano. Ejemplos de puntos calientes continentales son la zona del Afar, en Etiopía, y Yellowstone, en Estados Unidos.

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Notas

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                           !  " #$ 

Biología y Geología 1 Actividades

03

3. El planeta Tierra: estructura, composición y dinámica Actividades

Actividades finales 1>

¿En qué se basa la división composicional de la Tierra? ¿Qué capas determina?

2>

¿Qué sustrato forma los continentes y sus márgenes?

3>

¿Qué diferencia hay entre una margen activa y una pasiva de un continente?

4>

Explica el manto: espesor, partes, composición y densidad.

5>

Composición y estructura del núcleo.

6>

Diferencia entre el origen y formación de la litosfera oceánica y continental.

7>

8>

Elige una de las siguientes placas y describe sus características en cuanto a composición y límites: placa euroasiática, africana, pacífica, sudamericana, de Nazca, indoaustraliana o norteamérica. Observa la Figura 3.17 y describe la variación de densidad del interior de la Tierra. Explica la relación de las

PAU El mapa muestra algunos de los principales límites de placas en una parte de la Tierra. 1. Nombra la placa A, la placa B y la cordillera M. 2. ¿Qué límite de placa está representado por la línea X-X’? Explica brevemente qué sucede en este tipo de límite. 3. ¿Qué límite de placa representa por la línea Y-Y’? 4. ¿Qué relieve de los fondos oceánicos se corresponde con las zonas de subducción? 5. ¿Por qué es imposible que el continente sudamericano se hunda o subduzca en la zona de subducción? 6. Explica cómo la subducción y el movimiento de la placa han causado la formación de la cordillera M. 7. Dibuja un corte a lo largo de la línea C-C’. Este esquema debe ser una vista transversal de las placas y los continentes, y debe mostrar qué sucede bajo la superficie. Señala con claridad qué límite de placas está representado en cada parte del esquema. Centra la pregunta Se plantean cuestiones relacionadas con las placas litosféricas y sus límites.

densidades y las composiciones de cada una de las capas de la división composicional.

9>

En un choque de dos placas litosféricas, ¿cuál es la que se hunde? Razona tu contestación.

10>

Una placa que subduce en el manto, ¿por qué se puede hundir hasta la capa D”? Explica qué modificaciones se deben producir en sus minerales.

11>

Explica la transmisión de calor por convección.

12>

¿Cuál es el motor de las placas litosféricas?

13>

¿Qué son los penachos térmicos? ¿Qué relación tienen con los puntos calientes de la Tierra?

14>

Explica qué origina los puntos calientes oceánicos.

15>

Explica la capa D”. ¿Qué relación tienen la capa D” con el movimiento de las placas?

16>

¿Cómo influye la capa D” en el enfriamiento de la Tierra?

Debes recordar Los distintos tipos de placas litosféricas, así como las características de sus límites. Resuelve la pregunta Nombra los distintos límites y placas, y relaciona los tipos de litosfera con su comportamiento. Para finalizar, dibuja un corte que explique cómo están las placas en este perfil. 

 



 

  

 



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03

Biología y Geología 1 Investigación científica 1

3. El planeta Tierra: estructura, composición y dinámica Investigación científica

Investigación científica Los avances en la ciencia se han producido cuando se han obtenido nuevos datos. Se debe entonces revisar las hipótesis previas. Para que el conjunto tenga sentido, hay que tener una «mente abierta», ya que hay veces en que los científicos deben descartar antiguas teorías y adaptarse a los nuevos tiempos. A continuación vas a leer dos noticias en las que se pone de manifiesto esta evolución lógica del conocimiento. Recuerda que el científico es por naturaleza curioso, tiene que estar abierto a nuevas revelaciones. Hay que tener en mente el lema de la Ilustración: sapere aude… ¡Atrévete a saber! «La Península Ibérica es el doble de antigua de lo que se pensaba, según un descubrimiento dado a conocer hoy y realizado en cabo Ortegal (A Coruña) por investigadores de la Universidad Complutense de Madrid y del Natural History Museum de Londres. La nueva datación del complejo geológico gallego es de 1 160 millones de años, lo que duplica la edad de las rocas más antiguas conocidas hasta ahora en el territorio peninsular. Este hallazgo implica que la Península es anterior a la llamada explosión de la biodiversidad en la Tierra. Los descubridores consideran que se trata de “resultados sorprendentes” que muestran un “inesperado y complejo escenario de la geología gallega” y afirman que hay que ir hasta Australia, Canadá o Sudáfrica para poder ver formaciones tan primitivas como las de cabo Ortegal. La roca datada en cabo Ortegal se conoce comúnmente como granito negro y se formó bajo la superficie terrestre, a partir de magma, hace 1 160 millones de años. En aquella época la Tierra tenía una apariencia “bastante inhóspita”, no había animales, ni plantas, sólo seres vivos unicelulares, la atmósfera apenas contenía oxígeno y el Sol era un 10 % menos brillante, según los investigadores. Las rocas ahora analizadas permanecieron a gran profundidad hasta que afloraron cuando los continentes, que estaban agrupados en uno solo, Pangea, se dividieron, lo que produjo un acantilado de 700 metros de altura en lo que hoy día es cabo Ortegal. Para la datación de una roca tan antigua como la de cabo Ortegal, los investigadores han tenido que estudiar la concentración de isótopos radiactivos que presenta.» Adaptado de «La Península Ibérica es dos veces más antigua de lo que se pensaba», El País (27-07-2006).

«Plutón ha dejado de ser considerado un planeta, por lo que el Sistema Solar pasa de nueve a ocho planetas. A esta conclusión han llegado los casi 2 500 científicos participantes en la reunión de la Unión Astronómica Internacional (IAU) convocada en Praga para consensuar una definición de ”planeta”. Los astrónomos del mundo llevan dos años de intensos debates para acordar una definición, después de que Brown descubriese UBS313 en 2003, situado a 14 550 millones de kilómetros de la Tierra, lo que planteó el problema de que reconocerlo o no como planeta, dado que es más grande que Plutón. Plutón, descubierto en 1930 por el científico estadounidense Clyde Tombaugh (1906-1997), ha sido objeto de disputa desde hace décadas, sobre todo debido a su tamaño, establecido en 2 300 kilómetros de diámetro. Otro argumento en contra de Plutón es la forma poco ortodoxa de su órbita, cuya inclinación no es paralela a la de la Tierra y a los otros siete planetas del Sistema Solar. La definición de planeta aprobada por unanimidad en Praga viene precedida por dos años de debates y diez días de controvertidas sesiones. Finalmente, los expertos han resuelto que los planetas y sus cuerpos en nuestro Sistema Solar se definen en tres categorías, de la siguiente manera: • Primera categoría: “Un planeta es un cuerpo celeste que está en órbita alrededor del Sol, que tiene suficiente masa para tener gravedad propia para superar las fuerzas rígidas de un cuerpo de manera que asuma una forma equilibrada hidrostática, es decir, redonda, y que ha despejado las inmediaciones de su órbita”. • Segunda categoría: “Un planeta enano es un cuerpo celeste que está en órbita alrededor del Sol, que tiene suficiente masa para tener gravedad propia para superar las fuerzas rígidas de un cuerpo de manera que asuma una forma equilibrada hidrostática, es decir, redonda; que no ha despejado las inmediaciones de su órbita y que no es un satélite”. • Tercera categoría: “Todos los demás objetos que orbitan alrededor del Sol son considerados cuerpos pequeños del Sistema Solar”. Así, los planetas del Sistema Solar son ahora ocho: Mercurio, Venus, Tierra, Marte, Júpiter, Saturno, Urano, Neptuno (ordenados por su cercanía al Sol, de menor a mayor). Plutón pierde así su condición de planeta y continúa integrando el Sistema Solar como “planeta enano”.» Adaptado de «Plutón deja de ser considerado planeta», El Mundo (25-08-2006).

a) ¿Cuál de los dos textos te parece más innovador científicamente? Debate con tus compañeros tu punto de vista. b) ¿Cuál de los dos textos puede tener mayor repercusión en la vida diaria? Razona tu respuesta.

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Biología y Geología 1 Investigación científica 2

03

Investigación científica 2 SE CONFIRMA: EL NÚCLEO DE LA TIERRA GIRA MÁS RÁPIDO QUE LA SUPERFICIE El globo gigante de hierro y níquel que ancla el centro de la Tierra está girando más rápido que la superficie del planeta, según un nuevo estudio que confirma las expectativas de los científicos. El hallazgo se basa en análisis de pares de terremotos que suceden en casi los mismos puntos de la Tierra pero en épocas diferentes. En los instrumentos de registros sísmicos, las firmas de los terremotos de dobletes de formas de onda, como se les llama, se ven casi idénticas.

El radio de la Tierra es de aproximadamente 6 400 kilómetros. Las capas principales de su interior, en orden descendente, son: una corteza exterior, un manto altamente viscoso, un núcleo exterior menos viscoso y un núcleo interior sólido formado mayormente de hierro y níquel.

Cuando ocurren los terremotos, sus ondas sísmicas pueden viajar a través del planeta y la superficie a todo alrededor del globo terráqueo.

El espesor de la corteza mide aproximadamente unos 30 kilómetros por debajo de los continentes, pero sólo es de unos 5 kilómetros por debajo de los océanos. Es ligero y quebradizo y puede romperse. De hecho, se parte en más de una docena de placas y varias de menor orden. Es en donde se originan la mayor parte de los terremotos. El manto es más flexible, fluye en vez de fracturarse. Se extiende hasta unos 2 900 kilómetros hacia abajo de la superficie.

Los investigadores analizaron 18 juegos de dobletes de formas de onda (algunas separadas en el tiempo por hasta 35 años) de terremotos que ocurrieron en las afueras de la costa de América del Sur pero que fueron registrados en las estaciones sísmicas cercanas a Alaska.

El núcleo consiste de una parte sólida interior y una fluida exterior. La parte fluida contiene hierro, el cual, a medida que se mueve, genera el campo magnético de la Tierra. La corteza y el manto superior forman la litosfera, la cual está formada de varias placas que flotan encima del manto caliente fundido inferior.

El núcleo de la Tierra está formado de una parte interior sólida y una parte externa fluida, la mayor parte de ella de hierro.

El magma circulante del núcleo exterior fundido genera un débil campo magnético, el cual, sospechan los investigadores, puede estar filtrándose hacia el núcleo interior y generando una corriente eléctrica. La fuerza de rotación generada por esta interacción magnética puede ser lo que genera la rotación del núcleo interior.

El núcleo sólido interior tiene una consistencia irregular, con algunas partes más densas que otras, y esto puede acelerar o aminorar las ondas de choque de los terremotos a medida que pasan a través del núcleo. De manera que los investigadores han especulado que si el núcleo interior de la Tierra está girando más rápido que el resto del planeta, entonces las ondas de choque de los dobletes de formas de onda deben entran y salir por partes distintas del núcleo, a pesar de originarse en casi el mismo punto de la superficie del planeta.

Song dijo que la diferencia en la rotación del núcleo interior podría a su vez afectar la rotación de la Tierra y tener implicaciones para los satélites, los cohetes y las naves espaciales. El estudio está detallado en la edición de agosto 26 de la revista LiveScience. Artículo de Space.com - Ker Than

Por medio del análisis en los cambios mínimos en tiempos de viaje y formas de onda para cada doblete, los investigadores llegaron a la conclusión de que el núcleo interior de la Tierra está girando más rápido que su superficie en unos 0,3-0,5 grados por año.

Enlace: http://www.livescience.com/forcesofnature/ 050825_earthcore.html

«Esto puede no parecernos mucho, pero es muy rápido comparado con el movimiento de la corteza terrestre de la Tierra, la cual generalmente se desliza unos pocos centímetros al año en comparación con el manto inferior», dijo Xiaodong Song, un geólogo en la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign y uno de los autores del estudio.

Cuestiones

El movimiento de la superficie se denomina movimiento tectónico. Involucra el cambio de alrededor de una docena de las placas mayores y es lo que causa la mayoría de los terremotos. «Estamos hablando de alrededor de 50 000 veces el movimiento de las placas tectónicas», le dijo Song a LiveScience.

3. ¿Por qué se forma el magnetismo terrestre?

1. ¿Qué razones crees que hay para pensar que el núcleo de la Tierra está formado por hierro y níquel? 2. ¿Cómo se formó este núcleo metálico?

Puedes encontrar el artículo y las respuestas en el CD del profesor.

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03

Biología y Geología 1 Trabajo de laboratorio 1

3. El planeta Tierra: estructura, composición y dinámica Trabajo de laboratorio

Trabajo de laboratorio Mapa geológico III. Estudio del mapa geológico Objetivos Identificar los elementos de un mapa geológico real.

Materiales

Transportador de ángulos, papel vegetal y regla.

Procedimiento Ahora vas a trabajar con las ideas que has aprendido en las dos prácticas anteriores, en un caso real. Observa el mapa, la leyenda y los signos convencionales utilizados y contesta a las siguientes cuestiones.

Fragmento del mapa geológico de Valdepeñas de la Sierra, hoja n.º 485 a escala 1:50 000.

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Biología y Geología 1 Trabajo de laboratorio 1

03

3. El planeta Tierra: estructura, composición y dinámica Trabajo de laboratorio

Cuestiones 1. Calcula las coordenadas geográficas latitud y longitud de la localidad de Patones. 2. Realiza un esquema geográfico de este fragmento del mapa. Para ello, superpón un papel vegetal a este fragmento, y dibuja sobre él la red fluvial en color azul, los pueblos y las vías de comunicación en rojo, y señala en negro las cotas más elevadas indicando su valor y señalando su nombre si está representado en el mapa. 3. ¿Qué unidad es la más antigua en el fragmento del mapa representado? ¿Qué unidad es la más moderna? 4. Enumera una unidad que pertenezca a cada era del fanerozoico. ¿A qué periodo pertenece cada una? ¿De qué materiales está formada? 5. ¿Qué tipo de contacto tiene la unidad 5 con la unidad 9? ¿Y la unidad 9 con la unidad 11? 6. Mira ahora la unidad 13 en el mapa, observa los símbolos de dirección y buzamiento. Elige uno de ellos y determina, con la ayuda de un transportador de ángulos, qué dirección tienen las capas de esa unidad, en ese punto. También determina el ángulo y el sentido del buzamiento. 7. Realiza un esquema geológico de síntesis de la zona en el que queden representadas todas las unidades del cenozoico en amarillo, las del mesozoico en verde y las del paleozoico en morado.

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03

Biología y Geología 1 Trabajo de laboratorio 2

Trabajo de laboratorio 2 La falla de San Andrés es a gran escala una gran transformante, pero al disminuir de escala, vemos que está formada por segmentos de falla de transformante destral, unidos por zonas de dorsal entre las que destaca la dorsal de Juan de Fuca (Figura A). Durante muchos años, se suponía la falla transformante de San Andrés (oeste de California) como límite continuo entre las placas Pacífica y Norteamericana, pero la posición de los epicentros de terremotos intermedios y profundos sobre la placa Americana (Figura B) hizo deducir la existencia y posición de la placa de Juan de Fuca (Figura C).

5

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NORTH AMERICA FUC

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Fig. 3.12. A

Fig. 3.13. B

El límite entre las placas Norteamericanas y Juan de Fuca constituye una zona de subducción (Figura C) en la que los flecos nos indican cuál es la placa superior bajo la que subduce la inferior.

Cuestiones 1. ¿Cómo se llegó a esta conclusión?

Objetivos

2. ¿Cómo se produce en general el movimiento de la placa de Juan de Fuca?

Que el alumno pueda comprender el mecanismo de actuación de los límites de placas y deducir los resultados que pueden generar diferentes hipótesis, enfrentándose con ello a la resolución de problemas que se planteen a la hora de trabajar a diferentes escalas.

Respuestas

Material El material necesario se suministrará en la práctica: • Figuras de las placas. • Textos y cuestiones. • Papel y lápiz.

Resultados Se considerará que el alumno llega a un resultado aceptable si es capaz de razonar la existencia de la placa de Juan de Fuca de una manera lógica o al menos si es capaz de avanzar de una manera aceptable en el razonamiento.

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Fig. 3.14. C

1. La falla de San Andrés se sabía formada por segmentos de dorsal y transformantes. Las fallas transformantes no llevan terremotos asociados y las dorsales sólo terremotos superficiales, pero aquí aparecían terremotos intermedios y profundos con epicentro en la placa Norteamericana, lo cual implica que en algún sitio entre los epicentros y la dorsal debía haber una zona de subducción, y que ésta sería un nuevo límite de placa, debiendo existir por tanto una microplaca situada en la posición que vemos en la Figura B. 2. La zona de subducción hace que el material expulsado de la placa de Juan de Fuca se introduzca bajo la placa Norteamericana. El motor que impulsaría esta subducción sería el material expulsado por los tramos de dorsal que irían empujando al resto de la placa a subducir bajo la Norteamericana.

Biología y Geología 1 Examen

03

Examen EL PLANETA TIERRA: ESTRUCTURA, COMPOSICIÓN Y DINÁMICA 1. ¿Cual son las divisiones reológicas de la Tierra? ¿En qué se basa esta división?

2. ¿Qué formas topográficas principales encontramos en la corteza oceánica? Explica sus características principales.

3. Di si son verdaderas (V) o falsas (F) las siguientes afirmaciones y en caso de ser falsas explica por qué: a) Las peridotitas son rocas formadas a gran presión y temperatura en condiciones que se dan por debajo de la litosfera. b) Los puntos calientes, por permanecer fijos sobre un punto de la litosfera, nos sirven para determinar la dirección y velocidad absoluta de las placas. c) El calor del interior terrestre se trasmite fundamentalmente por los procesos de convección y radiación, siendo la conducción sólo importante en la litosfera.

4. ¿Por qué se produce la subducción de placas?

5. ¿Qué litosfera tiene mayor espesor, la oceánica o la continental? ¿Cuál es el mecanismo principal de aporte de calor a la corteza de cada una de ellas?

6. Sitúa en el mapa terrestre la posición de las siguientes placas terrestres: • • • • • •

Pacífica. Nazca. Indoaustraliana. Euroasiática. Arábiga. Norteamericana.

Respuestas: 1. La Tierra se divide reológicamente en: litosfera, astenosfera, mesosfera y endosfera. La división se basa en la variación de velocidad de las ondas sísmicas S y P al atravesar las distintas capas.

• Cuencas oceánicas: componen los fondos oceánicos desde las dorsales hasta los márgenes continentales. Su elemento topográfico fundamental son las llanuras abisales, zonas muy planas sobre las que se levantan elevaciones que tienen origen volcánico. Tienen una profundidad media entre 4 500 y 5 500 metros. • Dorsales oceánicas: constituyen una zona elevada de las cuencas oceánicas. Las dorsales se interconectan por todos los océanos del globo y forman un conjunto de más de 70 000 kilómetros de longitud, con anchuras de varios miles de kilómetros. Algunas dorsales presentan en su zona central una hendidura o valle central, que en inglés se denomina rift-valley oceánico.

3. a) Falso. Las peridotitas son rocas mantélicas, pero la litosfera incluye la forma superior del manto donde aparecen también estas rocas. b) Verdadero. c) Falso. Convección y conducción son los más importantes, aunque la conducción lo es más en la litosfera. La radiación es el mecanismo que menos importancia tiene.

4. Los materiales de placa oceánica, al ir alejándose de la dorsal que los formó, van enfriándose y con ello se contraen, aumentando así su densidad. Cuando llegan al límite con una placa menos densa, se introducen por debajo de ella subduciendo. Como además, la zona subducente está más hundida (por efecto de la densidad) que la zona de dorsal, la gravedad ejerce un papel importante impulsando a la placa e introduciéndose en el manto.

5. La litosfera oceánica tiene un espesor variable entre 70 y 100 kilómetros (aunque llega a ser nulo en las dorsales) y la continental varía entre 100 y 150 kilómetros. El aporte de calor a la corteza continental se debe en su mayor parte a la descomposición de isótopos de elementos radioactivos. En la corteza oceánica, donde el contenido de estos isótopos es muy bajo, el calor lo aporta el material ascendente del manto por convección, transmitiéndoselo a la corteza por conducción.

6. Comprobar la situación de las placas en el mapa de la Figura 3.14. 2. El relieve de las zonas oceánicas, al contrario que el de las continentales, presenta un modelo más o menos común, que incluye las siguientes formas topográficas:

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Biología y Geología 1 La materia mineral: cristalización y ambientes petrogenéticos

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La materia mineral: cristalización y ambientes petrogenéticos

La naturaleza es grande en las cosas grandes, mas es grandísima en las cosas diminutas. Jacques-Henri B. de Saint-Pierre

1. La materia mineral 2. Los minerales 3. Los ambientes petrogenéticos

Biología y Geología 1 La materia mineral: cristalización y ambientes petrogenéticos

c Identificación de la Unidad El contenido de la Unidad está relacionado con el origen de los minerales y las condiciones en que éstos se generan. También trata de explicar la composición química de la materia mineral, siendo la mayoría óxidos y silicatos. Analiza, así mismo, los yacimientos minerales que se dan en la naturaleza, sus aplicaciones y los ambientes petrogénicos dónde se originan tanto éstos como las rocas que constituyen al agregarse.

c Objetivos didácticos 1. Conocer cómo es la estructura interna de los minerales y cómo se forman los cristales, basándose en el conocimiento de conceptos tales como estructura cristalina, proceso de cristalización y mineral. 2. Describir cómo se forman los cristales y cuáles son las propiedades de la materia cristalina. 3. Analizar la clasificación estructural de los silicatos y ejemplos de los mismos, dada su importante abundancia en la naturaleza. 4. Identificar los principales ejemplos de minerales más representativos, los minerales asociados a rocas y su importancia económica. 5. Establecer diferencias entre mineral y roca.

c

Contenidos

cc Conceptuales 1. La materia mineral. • Tipos de materia mineral. • ¿Qué es un cristal? • Formación de los cristales. • Propiedades de la materia cristalina. • La red espacial de un cristal. • Las redes de Bravais. • Los sistemas cristalinos. • El atributo químico de la materia cristalina. 2. Los minerales. • Minerales polimorfos. • Minerales isomorfos. • Clasificación de los minerales. • Minerales petrogénicos silicatados. • Clasificación estructural de los silicatos. • Minerales petrogénicos no silicatados. • ¿Cómo se identifican los minerales? • Yacimientos minerales. • Aplicaciones de los cristales. 3. Los ambientes petrogénicos. • Ambiente petrogénico ígneo. • Ambiente petrogénico metamórfico. • Ambiente petrogénico sedimentario. • Las rocas. • El ciclo de las rocas.

cc Actitudinales 1. Ser consciente de la importancia económica que tienen los minerales y rocas en su utilización por el hombre.

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2. Apreciar los avances de la ciencia en el campo de la petrología endógena, gracias al trabajo de muchos científicos dedicados a ello. 3. Valorar la importancia de cuidar y proteger nuestro entorno en salidas de campo organizadas.

cc Procedimentales 1. Describir las características que identifican a los diferentes tipos de minerales, relacionándolos con su origen y las condiciones en las que se han formado. 2. Resolver las diferentes actividades propuestas en el texto y relacionadas con el contenido de la Unidad. 3. Utilizar el vocabulario científico que sea necesario a la hora de expresar contenidos de la Unidad. 4. Experimentar en el trabajo de laboratorio: formación y observación del proceso de cristalización. 5. Establecer las relaciones que existen entre los minerales y las rocas que éstos forman. 6. Recoger material, seleccionarlo y realizar algún informe sencillo que explique la localización de yacimientos minerales, por su importancia económica, en las diferentes zonas mineras de España. 7. Comentar alguna noticia de actualidad, de prensa oral o escrita, que tenga relación con el contenido de la Unidad.

c Metodología 1. Materiales y recursos: • Libro de texto y libros de consulta. • Colección de ejemplares de minerales del laboratorio. • Modelos de las diferentes estructuras cristalinas para identificar algunos ejemplos. • Dibujos y esquemas identificativos de los diferentes tipos de minerales, con el fin de identificarlos. • Preparaciones de cortes de minerales para observar en el microscopio petrográfico, si se posee. • Transparencias, vídeos o diapositivas explicativas del contenido de la Unidad. • Actividades recomendadas relacionadas con la Web. • Salidas de campo programadas. 2. Organización de espacio y tiempo: • Indicar si son actividades de aula, de laboratorio, de campo, etcétera. • El tiempo necesario para el desarrollo de la Unidad es tarea del departamento o del profesor, ya que hay que tener en cuenta el calendario escolar y las actividades programadas por el centro.

c Criterios de evaluación 1. Distinguir de visu, en esquemas o imágenes, diferentes tipos de minerales. 2. Describir el origen de los minerales, su evolución y ejemplos representativos de los mismos, así como el de las rocas que los constituyen. 3. Conocer y aplicar algunas de las técnicas de trabajo utilizadas en la investigación de diversos aspectos (geología, botánica, ecología, etc.) de nuestro planeta. 4. Conocer los principales yacimientos minerales asociados, así como su importancia económica. 5. Contrastar diferentes fuentes de información y elaborar informes relacionados con problemas biológicos y geológicos relevantes en la sociedad.

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Biología y Geología 1 La materia mineral: cristalización y ambientes petrogenéticos

4.1 La materia mineral

CEO

Los ocho elementos primarios que constituyen prácticamente el volumen total de la corteza, se encuentran en ella en las siguientes proporciones: Oxígeno (O) Calcio (Ca) Silicio (Si) Sodio (Na) Aluminio (Al) Potasio (K) Hierro (Fe) Magnesio (Mg)

En el CD y en la CEO (centro de enseñanza on-line) creados para este proyecto podrás encontrar el siguiente material adicional:

→ 46 % → 3,6 % → 28 % → 3% → 8% → 2,6 % → 5% → 2%

La proporción expresa el porcentaje en peso de la corteza. El resto del peso se reparte entre los demás elementos, que son muy escasos en comparación con los primarios y se denominan oligoelementos.

Enlaces, bibliografía, actividades interactivas (Los minerales) y animaciones.

                   !""   !    # 

    $  !# % " ! Tabla 4.1. Peso en porcentaje de los elementos geoquímicos más abundantes en la Tierra.

4.1 La materia mineral La materia en la Tierra se encuentra en los tres estados conocidos: sólido, líquido y ga seoso. La materia mineral es la materia sólida de la Tierra, y por extensión la de los otros planetas. Los elementos geoquímicos son los elementos químicos que están presentes en la materia mineral. Aunque potencialmente todos los elementos químicos del sistema periódico pueden formar parte de esta materia, sólo algunos están representados en proporción considerable. La distribución y proporción de estos elementos varía según las capas de la Tierra, por eso decimos que la Tierra está diferenciada geoquímicamente. Esta diferenciación es fruto del origen y la dinámica del planeta. Los elementos más abundantes en la Tierra son el Fe, el O y el Si, mientras que en la corteza terrestre, los elementos que están en mayor proporción son el O, el Si, el Al, el Fe, el Mg, el Ca, el Na y el K, como consecuencia de la diferenciación geoquímica (véase comparación en Tabla 4.1). Cada elemento geoquímico presenta unas afinidades químicas, es decir, unas tendencias a unirse o no con otros elementos químicos para formar compuestos; estos compuestos son los minerales. Las rocas son agregados de minerales (véase Figura 4.1).     

    

 



La sílice, combinación de los dos elementos más abundantes, oxígeno y silicio, será el compuesto que más abunda en la corteza terrestre. 

Elaboración propia.

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c

        



Tipos de materia mineral

   

cc Mineraloide

Elaboración propia.

 

Fig. 4.1. Relación entre elementos químicos, minerales y rocas.

Escenarios de error

No todos los mineralistas aceptan como minerales las sustancias amorfas. Su dificultad para determinar si la sustancia es un verdadero compuesto químico o una mezcla de varios y la imposibilidad de caracterizarla completamente, hacen que estos mineralogistas prefieran denominar a estas sustancias mineraloides. Pese a ello, varias sustancias amorfas han sido admitidas ya como minerales por la CNMMN (Comisión de Nomenclatura Mineral y Nuevos Minerales).



cc Proporción de elementos en la corteza terrestre



c

4. La materia mineral: cristalización y ambientes petrogenéticos

Lectura



04

    Fig. 4.2. Representación de los componentes desordenados de la materia amorfa y de los componentes ordenados de la cristalina.

La materia mineral de la Tierra puede aparecer de dos formas: como materia amorfa o vítrea y como materia cristalina (véase Figura 4.2). • En la materia amorfa o vítrea los elementos químicos que la constituyen están dispuestos al azar, sin ningún orden periódico; representa la solidificación del desorden del estado líquido de la materia. Los sólidos amorfos carecen de una distribución tridimensional regular de átomos. La situación amorfa de la materia es inestable y transitoria. Los átomos que forman la materia amorfa, siempre que se den circunstancias favorables como espacio, tiempo y reposo adecuado, tienden a ordenarse en busca de un ahorro de energía. Hay pocos materiales terrestres que se hayan encontrado en estado amorfo; entre ellos se puede citar los vidrios volcánicos u obsidianas, el ópalo y la limonita. • En la materia cristalina, sus constituyentes (átomos, iones o moléculas) están ordenados periódicamente en el espacio, unidos por enlaces químicos, formando una estructura interna cristalina. En el estado cristalino, los átomos se encuentran en equilibrio químico, por eso la mayoría de los sólidos son cristalinos.

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c Lectura

cc Materia amorfa y materia metamíctica

Notas

Existen varias sustancias de origen natural que no poseen estructura cristalina. Dichas sustancias pueden dividirse en dos categorías según sus propiedades: • Materia amorfa: nunca han sido cristalinas y no difractan rayos X o electrones. • Materia metamíctica: sustancias que fueron cristalinas tiempo atrás, pero su cristalinidad fue destruida por una radiación ionizante. Elaboración propia.

c Bibliografía recomendada BLACKBURN, W H & DENNEN, W L: Principles of mineralogy, William C Brown, Dubuque, 1988.

72

Biología y Geología 1 La materia mineral: cristalización y ambientes petrogenéticos

c Lectura

4. La materia mineral: cristalización y ambientes petrogenéticos 4.1 La materia mineral

cc Minerales polimorfos e isomorfos

¿Qué es un cristal?

Se denominan polimorfos aquellos minerales que poseen la misma composición química y distinta estructura cristalina. Por ejemplo, los polimorfos de la sílice (cuarzo, tridimita y cristobalita) y los del Al2SiO5 (andalucita-sillimanita-distena), así como el carbono, diamante cúbico y hexagonal (grafito).

Un cristal es un sólido orgánico o inorgánico, con estructura interna ordenada y una composición química definida, que puede ser de origen natural o sintético.

El concepto de cristal y de materia cristalina, pueden ser utilizados indistintamente. Tradicionalmente, se utilizó el término cristal para referirse a la materia cristalina que presenta formas poliédricas, es decir, que presenta caras planas, aristas, vértices, y manifiesta al exterior su orden interno. Es necesario recordar que aun cuando la forma geométrica externa de los cristales es una de las características más conocidas, y que más sorprende al hombre, no es precisamente un carácter fundamental sino accesorio. El carácter fundamental es su orden interno, no su aspecto externo. Un cristal se presenta con formas poliédricas cuando tiene, en el momento de su formación, espacio, tiempo y la composición química adecuada; por tanto, la forma externa del mineral o cristal es una propiedad accidental que sólo depende de las condiciones en que se ha desarrollado el cristal (véase Figura 4.3). Cuando el desarrollo del cristal quede impedido por falta de espacio suficiente, la materia cristalina presentará una delimitación irregular, y producirá un cristal informe exteriormente. Los minerales están formados por materia cristalina, de lo que se deduce que todos los minerales son cristales, pero todos los cristales no son minerales, como por ejemplo, los cristales orgánicos. La cristalografía es la ciencia que estudia los cristales. Se desarrolló en sus comienzos como ciencia auxiliar de la mineralogía, pero actualmente se aplica a campos muy distintos, como la química, la biología y las ciencias de los materiales.

04

Se denominan isomorfos los minerales de igual estructura y diferente composición química, como por ejemplo la galena (PbS) y la halita (NaCl), de celdilla elemental cúbica.

Fig. 4.3. Cuarzo (tectosilicatos).

Elaboración propia.

Cristal: del griego krystallos, «agua helada», que designaba los cristales incoloros de cuarzo variedad cristal de roca.



c Curiosidades

cc ¿Qué determina que un cristal sea un cristal?



Formación de los cristales El término cristalino, como se usa generalmente en mineralogía, significa orden atómico a una escala que pueda producir un diagrama de difracción al que se le puedan poner índices (índices de Miller) cuando la sustancia es atravesada por una radiación con una longitud de onda determinada (rayos X, electrones, neutrones, etcétera).

Los cristales se forman por los siguientes procesos: • Por solidificación a partir de un fundido. Este proceso ocurre cuando los materiales en estado fundido experimentan un descenso en su temperatura y cambian de estado, de líquido a sólido. Para que se formen cristales, el enfriamiento debe ser lento. Si se produce un enfriamiento muy rápido, no se forman cristales, sino una disposición al azar de los átomos y la formación de materia amorfa. • Por cristalización a partir de una disolución, debida a una precipitación química o bioquímica. Las condiciones físico-químicas que inducen la precipitación son muy variadas; entre ellas están la sobresaturación de la disolución, las variaciones en las condiciones de oxidación o reducción o los cambios en el pH. • Por sublimación a partir de un gas. Un gas forma directamente cristales como consecuencia de una bajada brusca de su temperatura. Es el caso de la formación de cristales de azufre a partir de gas sulfurado que expulsan algunos volcanes, o la formación de cristales de hielo a partir de vapor de agua. Estos tres procesos implican la formación de nuevos cristales. Existen otros dos procesos que representan la formación de cristales por transformaciones en estado sólido de cristales previos. Estos procesos son la recristalización y el reajuste mineralógico.





Elaboración propia.

c Lectura

Fig. 4.4. Proceso de formación de los cristales. a) Nucleación, b) crecimiento y c) cristal formado.

cc Factores de cristalización 61

Notas

61

• Descenso de la temperatura (del material en proceso de cristalización). • Descenso de la presión (del material en proceso de cristalización). • Variación del tiempo durante la cristalización. • Espacio disponible para la cristalización. • Cantidad de material a cristalizar. En función de cómo se combinan los factores de cristalización, tendremos: • Sustancias macrominerales: los cristales se observan a simple vista. • Sustancias microcristalinas: cristales reconocibles por microscopio petrográfico. • Sustancias criptocristalinas: cristales y estructura cristalina reconocibles por difracción de rayos X. Elaboración propia.

73

04

Biología y Geología 1 La materia mineral: cristalización y ambientes petrogenéticos

c

4. La materia mineral: cristalización y ambientes petrogenéticos

Actividades

4.1 La materia mineral

1. Relaciona mediante flechas cada propiedad con su definición: Homogeneidad

Anisotropía

Simetría

• La recristalización es el aumento de tamaño de un cristal, al añadirse sobre él más elementos químicos. • El reajuste mineralógico es la formación de un nuevo cristal por reorganización interna de los componentes de un cristal preexistente.

Los elementos que forman el cristal se repiten según unos elementos (ejes y planos).

La formación de los cristales se denomina cristalogénesis. El primer paso en el desarrollo de un cristal es la sobresaturación de la solución o el fundido a partir del que se forma, a continuación comienza la nucleación y, después, el crecimiento cristalino.

El valor de una propiedad medida en una porción del cristal se mantiene en cualquier porción de él.

La nucleación es la formación de un núcleo o partícula inicial, con las propiedades del cristal, que sirve de germen o semilla de este cristal. Una vez formado el núcleo, se inicia el crecimiento ordenado del cristal por sucesivas uniones de los átomos a este germen (véase Figura 4.4).

Una propiedad puede dar valores diferentes dependiendo de la dirección en que la medimos.

Un monocristal es un cristal individual que se forma a partir de un núcleo sin sufrir interrupción, y mantiene la misma dirección de crecimiento. Es frecuente que en el proceso de crecimiento se formen agregados cristalinos (véase Figura 4.3), que son la unión de varios cristales formados a partir de diferentes núcleos. Un ejemplo de agregados son las geodas.

c Curiosidades

Propiedades de la materia cristalina

cc Los cristales más grandes del mundo

La estructura de la materia cristalina a nivel atómico tiene la propiedad de ser periódica. Como consecuencia de ser periódica, adquiere las propiedades de ser homogénea, anisótropa y simétrica. Estas propiedades microscópicas determinan sus propiedades macroscópicas.

62

La Cueva de los Cristales, probablemente la más grande maravilla subterránea de la Tierra, fue descubierta por casualidad en las profundidades de la mina de Naica, en el Estado de Chihuahua, México. Se trata de una verdadera macro-geoda: una cueva completamente recubierta por cristales transparentes de selenita, es decir yeso muy puro, algunos de los cuales superan los doce metros de largo. Definitivamente los cristales más grandes del mundo. Son estructuras sorprendentes que parecen contradecir la tendencia interminable del Universo hacia el aumento del desorden, el desmoronamiento y el caos. Los macrocristales de Naica demuestran, por el contrario, que también en las profundidades de la Tierra se encuentran procesos con tendencia a crear estructuras ordenadas, así como sucede en la superficie con la vida. Se trata de entender cómo esto fue posible. Sin embargo, para lograrlo será necesario entrar, y eso no es nada fácil: con una temperatura de alrededor de 48 °C y el aire saturado de humedad, uno se encuentra en una situación de «cocción al vapor», por lo que el tiempo de sobrevivencia del hombre es de unos cuantos minutos. Texto obtenido de: http://naica.laventa.it/naica-index.es.html

didácticos c Materiales en el CD y en la CEO Ejercicios: • Actividades de relación de silicatos. • Sopa de letras de minerales.

74

Periodicidad



 





 

      

 

   









 Fig. 4.5. Medio periódico en dos dimensiones: a) sistema de referencia X-Y para representar materia periódica en dos dimensiones, b) retículo periódico en dos dimensiones.

62

Notas

La materia cristalina es periódica porque sus átomos se repiten en el espacio a intervalos iguales. Si tomamos dos direcciones distintas, los átomos pueden repetirse a diferentes distancias en cada dirección. Se denominan nudos a los lugares donde se encuentran los átomos o grupos atómicos que se repiten. Los intervalos a los que se repiten los nudos se denominan traslaciones. De todas las infinitas traslaciones que pueden existir en un medio periódico, se llama traslación fundamental a la de menor magnitud. En la Figura 4.5 puedes ver un ejemplo de materia periódica en dos dimensiones. Para su estudio, se sitúa en el espacio con respecto a dos ejes X-X, Y-Y, que forman un ángulo γ entre sí. Esta materia quedaría caracterizada y definida con respecto a estos ejes por un espaciado a o traslación fundamental en el eje X-X, que indica a qué distancia aparecen los átomos iguales siguiendo esa dirección, y un espaciado b o traslación fundamental en el eje Y-Y, que indica a qué distancia aparecen los átomos iguales siguiendo esa dirección. Estos espaciados a y b se pueden considerar vectores, que al trasladarse generan esos puntos periódicos. Esta materia periódica en dos dimensiones queda bien definida por estos tres parámetros: el espaciado a, el b y el ángulo γ que forman los ejes X-X e Y-Y. Estos tres parámetros delimitan un paralelogramo que se denomina celda unidad (véase Figura 4.5). Los vectores a y b representan los lados de la celda unidad. La repetición de esta celdilla en las dos dimensiones del plano genera la disposición de los átomos de esta materia periódica.

Biología y Geología 1 La materia mineral: cristalización y ambientes petrogenéticos

c Lectura

4. La materia mineral: cristalización y ambientes petrogenéticos 4.1 La materia mineral

Homogeneidad Como la materia cristalina es un medio periódico, es una sucesión de nudos equivalentes, por lo tanto, todos esos nudos gozarán de idénticas propiedades físicas y químicas. Consecuentemente, el medio cristalino está constituido por una distribución de partículas iguales, y el cristal en su totalidad será homogéneo.



cc ¿Cómo se produce el crecimiento cristalino?

           

Anisotropía La materia cristalina es anisótropa porque la mayor parte de sus propiedades físicas varían en función de las direcciones, y son constantes en las direcciones coincidentes. Un ejemplo en el que se muestra la anisotropía de la materia cristalina es el crecimiento de los cristales. Algunos cristales se presentan con formas poliédricas con caras planas; esto ya indica que cuando un cristal crece no lo hace con la misma velocidad en todas las direcciones del espacio, ya que de ser así, los cristales se presentarían siempre con formas esféricas.

 

La superficie de un cristal presenta un paisaje atómico que podemos modelizar (Figura 4.1) con las posiciones atómicas 1, 2, 3, 4 y 5 que presentan la cara (100) de una red cúbica primitiva.

        

   4 1

 

Simetría Una materia es simétrica cuando admite elementos ideales de simetría como vector de traslación, planos de simetría, centro de simetría y ejes de simetría, que relacionan sus puntos iguales mediante las operaciones de traslación, reflexión, inversión y giro.

 

2



No todas las propiedades varían con la dirección. La materia cristalina es isótropa para una propiedad cuando su valor es constante en todas las direcciones. Los conceptos de isótropo y anisótropo son opuestos.

04

5 3

Fig. 4.6. Operaciones de simetría: a) reflexión que realiza un plano de simetría, b) inversión que realiza un centro.

El vector de traslación es un elemento ideal de simetría que hace relacionar figuras equivalentes mediante desplazamientos periódicos siguiendo la dirección en la que actúa. El plano de simetría es un elemento ideal de simetría que actúa como un espejo, genera la imagen especular de una figura. La operación de simetría que realiza se denomina reflexión (véase Figura 4.6a).

Fig. 4.1. Paisaje atómico de una cara cristalina con posiciones atómicas más o menos favorables en el crecimiento.

El centro de simetría es un operador de simetría que relaciona figuras iguales mediante la inversión (véase Figura 4.6b). El eje de simetría es un operador de simetría que relaciona o engendra figuras iguales mediante giros. Hay distintos ejes de simetría: de orden 1 o monario, cuando relaciona o genera figuras mediante un giro de 360º; de orden 2 o binario, cuando relaciona o genera figuras iguales mediante giros de 180º; de orden 3 o ternario (giro de 120º); de orden 4 o cuaternario (giro de 90º) como muestra la Figura 4.7; y de orden 6 o senario (giro de 60º).

    

Fig. 4.7. Operación de simetría. Giro de 90º que realiza un eje cuaternario.

63

c Bibliografía recomendada AMORÓS, J L: El cristal. Morfología, estructura y propiedades físicas, 4.ª edición, Atlas, Madrid, 1990. BLOSS, F D: Crystallography and crystal chemistry: an introduction, Holt, Rinehart & Winston, Nueva York, 1971.

En una solución sobresaturada, la incorporación de una unidad de crecimiento cristalina (átomo o molécula) a cualquier posición de la superficie implica una transición energética que depende del balance entre el número de enlaces que se establecen en la unión y los que quedan sin saturar. De este modo, en nuestro modelo, las posiciones mas rentables energéticamente serán la 5 y la 4, ya que saturan más enlaces de los que crean (5 y 4 frente a 1 y 2, respectivamente). Sin embargo, estas posiciones carecen de importancia en el crecimiento cristalino al agotarse en sí mismas. Las posiciones 1 y 2 son muy inestables y energéticamente no viables al saturar menos enlaces de los que generan. La posición 3, llamada de rincón, es la de mayor importancia para el crecimiento puesto que al mismo tiempo que energéticamente es viable al no crear más enlaces de los que satura, tiene la particularidad de repetir la configuración preexistente. Esto permite que continúe el proceso de crecimiento hasta completar la capa de esta cara cristalina. Pero, ¿qué sucederá cuando se complete la capa y por tanto se agoten los rincones? Es necesario que sobre la superficie del cristal, ahora lisa, se generen nuevos rincones o escalones para que continúe el crecimiento. Esto se consigue mediante una nueva nucleación bidimensional o heterogénea sobre la superficie de la cara cristalina para volver a repetirse el proceso de incorporación de átomos o moléculas descrito. Este modelo de crecimiento cristalino fue propuesto por Volmer, Kossel y Stranski y se denomina mecanismo VKS.

63

Texto obtenido de: http://www.ucm.es/info/crismine/ Cristobal_crecimiento/Crecimiento_cristales.htm

75

04

Biología y Geología 1 La materia mineral: cristalización y ambientes petrogenéticos

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4. La materia mineral: cristalización y ambientes petrogenéticos

Lectura

4.1 La materia mineral

cc Maclas La red espacial de un cristal Muchos minerales forman maclas. Un cristal con maclas está constituido por individuos (dos o más) de igual especie mineral, cuyas orientaciones cristalográficas están relacionadas con un elemento simple, por ejemplo, con una rotación de 180º en torno a uno de los ejes cristalográficos o con una reflexión en un plano del cristal. Hay diferentes tipos de maclas y, por tanto, diferentes maneras de expresar leyes de macla. Las leyes se especifican usando los conceptos de eje y plano de macla. Las maclas pueden ser de contacto (se ve un plano de macla claro) o de compenetración (los cristales parecen incrustados). También se distingue entre maclas simples, formadas por dos cristales, y maclas múltiples, formadas por al menos tres cristales.





 



 





                          

  









Fig. 4.9. Sistema de referencia X-Y-Z para representar materia periódica en tres dimensiones.

  



Cuando la macla se repite varias veces los cristales presentan una macla polisintética o macla múltiple; en este caso, las láminas o cristales alternos muestran la misma orientación.

64



 

La materia cristalina es periódica en las tres direcciones del espacio, lo que origina una red ordenada de átomos que se denomina estructura interna cristalina. Su representación es la red espacial de un cristal, o retículo cristalino (véase Figura 4.8). El retículo cristalino es un modelo ideal de referencia que representa la distribución en el espacio de los átomos, iones o moléculas que constituyen el cristal. El retículo permite explicar cómo es el cristal a nivel microscópico, que es la base para entender las propiedades de la materia cristalina, y sus características a nivel macroscópico.

La distancia de los átomos en la materia cristalina se mide en Angstroms (Å) = 10-10 m.

 

 





  



Fig. 4.8. Materia periódica en tres dimensiones y representación de su retículo cristalino.

Como la materia cristalina es periódica en tres dimensiones, para su estudio se tiene que orientar y representar con respecto a tres ejes que son X-X, Y-Y y Z-Z (véase Figura 4.9).

Es importante resaltar que un cristal maclado representa precisamente eso, un cristal, y no la unión de varios. El cristal crecerá de este modo especial porque irá ordenando sus átomos condicionado por la presencia de uno o varios planos de imperfección, que modificarán la tendencia original de crecimiento del cristal.

Estos ejes forman tres ángulos entre sí, los ángulos interaxiales, que se denominan: • α al ángulo que forma el eje Z con el Y. • β al ángulo que forma el eje Z con el X. • γ al ángulo que forma el eje X con el Y. Al observar la red representada en la Figura 4.8 referida a estos tres ejes, vemos que: • El vector a es la traslación fundamental sobre el eje X-X.

Texto modificado de:

• El vector b es la traslación fundamental sobre el eje Y-Y. • El vector c es la traslación fundamental sobre el eje Z-Z.

http://www.uned.es/cristamine/mineral/metodos/ prop_micr.htm

c

Lectura

Fig. 4.10. Cristal de halita (haluros).

Además se observa que en esta materia periódica en tres dimensiones hay un poliedro, que si se repite en las tres direcciones del espacio, dibuja toda la red espacial. A este poliedro se denomina celda unidad o poliedro fundamental, caracterizado por los vectores a, b y c, y por unos ángulos α, β y γ. Estos vectores coinciden con las dimensiones de las aristas del poliedro.

64

cc Isotropía y anisotropía La anisotropía es una consecuencia de la estructura interna del mineral. Si éste carece de organización interna (minerales amorfos), o si presenta una organización muy regular, es isótropo; los demás son anisótropos. Los minerales que cristalizan en el sistema cúbico (o regular), es decir, el de máxima simetría, con sus átomos o iones igualmente distribuidos en las tres direcciones principales del espacio, son isótropos. Los pertenecientes al resto de los sistemas cristalinos (hexagonal, trigonal, tetragonal, rómbico, monoclínico y triclínico) son anisótropos, las disposiciones de sus elementos constituyentes varían con la dirección y por tanto su elasticidad para las ondas luminosas también es diferente. Elaboración propia.

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a

isótropos

anisótropo

a a

c

b

1

a

2

Biología y Geología 1 La materia mineral: cristalización y ambientes petrogenéticos

c Actividades

4. La materia mineral: cristalización y ambientes petrogenéticos 4.1 La materia mineral

2. En condiciones naturales sólo existen dos tipos de sustancias isótropas: las pertenecientes al sistema cúbico y las sustancias amorfas. ¿Cuál crees tú que es la diferencia más importante entre ambas?

En un retículo cristalino se denomina: • • • •

Nudo reticular a los lugares donde se encuentran los átomos. Fila reticular a la recta que une dos o más nudos. Plano reticular al plano ideal determinado por dos o más filas de nudos. Celda unidad al paralelepípedo imaginario de menor volumen formado por seis planos reticulares que se cortan entre sí y que, por repetición en las tres direcciones del espacio, genera la red espacial. Se denomina celda simple o primitiva a aquella que sólo tiene nudos en los vértices que la delimitan y no tiene nudos en su interior; se simboliza como P. Se denomina celda múltiple a la que sí tiene nudos dentro de la celda, que pueden estar en el centro de las caras (F), en el centro geométrico de la celda (I) o en las bases (C).

c Recurso metodológico

En la Figura 4.11 está representada la celda unidad de tipo múltiple del mineral halita o sal común, que tiene átomos en el centro de las caras, en el centro geométrico y en las bases. Un cristal real de halita se puede ver en la Figura 4.10.









cc La simetría de los cristales de nieve















04

¿Podrías adivinar cuáles de los siguientes dibujos representan posibles cristales de nieve?



   













 











  







 







 























1















3

4

5

La respuesta correcta sería los dibujos 1, 2 y 3. La razón es que ésas son las únicas figuras del grupo con simetría hexagonal. Esto quiere decir que si giramos la figura 1/6, una sexta parte de una vuelta completa como si fuera una rueda, acabamos con una nueva orientación indistinguible de la posición inicial (aparte de los pequeños defectos añadidos a los dibujos para hacerlos parecer más reales). Los matemáticos y cristalógrafos usan el término eje de orden 6 para describir este tipo de simetría. Los dibujos 4 y 5 tienen simetrías diferentes. El 4 presenta un eje de orden 8 (simetría octogonal), mientras que el 5 tiene un eje de orden 5 (simetría pentagonal).





Fig. 4.11. Disposición de los átomos de Na y Cl en la celda unidad de la halita.

Las redes de Bravais La materia en el espacio se puede ordenar de distintas formas, lo que origina distintos tipos de materias cristalinas. Auguste Bravais demostró en 1845 que las distintas formas en que se coloca la materia en el espacio se podían agrupar en catorce tipos de retículos cristalinos, que se conocen como redes de Bravais. Estas redes se pueden formar por la traslación y repetición en las tres direcciones del espacio de catorce celdas unidad, que se denominan los «catorce paralelepípedos de Bravais», representados en la Figura 4.13. De estas catorce celdas, siete son simples o primitivas (P). El resto son múltiples del tipo (F), (I) y (C). Cada celda se caracteriza por un valor de las aristas a, b y c y, que se denominan relación axial, y por un valor de los ángulos α, β y γ, llamados ángulos interaxiales.

Fig. 4.12. Cristal de calcita (carbonatos).

65

Notas

2



65

El caso es que los cristales de nieve siempre crecen con formas hexagonales. Las formas son infinitas, cada cristal es único, pero su simetría es siempre hexagonal. Texto obtenido de: http://www.cienciateca.com/ctssnow.html

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04

Biología y Geología 1 La materia mineral: cristalización y ambientes petrogenéticos

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4. La materia mineral: cristalización y ambientes petrogenéticos

Lectura

4.1 La materia mineral

cc Sobre las redes de Bravais $%    ( % )   

%      %     

Los símbolos P, C, I, F, R se refieren a los distintos tipos de red: P = primitiva (sólo hay un punto de red dentro la celdilla, uno por vértice repartido en ocho vértices, 8/8 = 1). C = centrada en las caras perpendiculares al eje C de la celdilla (además de un 8/8 de punto por vértice). I = centrada en el cuerpo de la celdilla (además de los 8/8 habituales). F = centrada en todas las caras de la celdilla (además de los 8/8 habituales). R = primitiva, con ejes iguales y ángulos iguales, o hexagonal doblemente centrada en el cuerpo (además de los habituales).





  





     

Texto obtenido de: http://www.esi2.us.es/IMM2/estructuras%20cristalinas/ redes%20de%20bravais.html

c Curiosidades



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Fig. 4.13. Características de los siete sistemas cristalinos. Agrupación de las redes de Bravais en los sistemas cristalinos. Las catorce redes de Bravais se agrupan de la siguiente forma: tres de ellas pertenecen al sistema cúbico, una al hexagonal, una al romboédrico o trigonal, dos al tetragonal, cuatro al ortorrómbico o rómbico, dos al monoclínico y una al triclínico. Los vectores a, b y c determinan los lados de las celdas unidades; y α, β y γ, los ángulos que forman los lados entre sí.

66

Texto obtenido de: http://www.esi2.us.es/IMM2/estructuras%20cristalinas/redes%20de%20bravais.html

cc Las redes espaciales Frankenheim, en 1835, fue el primer investigador que enumeró y describió las redes espaciales, proponiendo que había un total de quince. Lamentablemente para él, ocho años más tarde, Bravais puso de manifiesto que dos de sus redes eran idénticas. Lo que ocurrió, tomando una analogía bidimensional, es que Frankenheim había errado al no observar que la red rómbica plana y la rectangular centrada eran idénticas (Figura 4.4). Desde entonces, las catorce redes espaciales son, generalmente, y quizás injustamente, llamadas redes de Bravais.

!



Lectura

Se pueden concebir las redes de Bravais como apilamiento de las cinco redes planas. De esta forma, las redes cúbica y tetragonal están basadas en el apilamiento de capas de planos con disposición cuadrada; la celdillas ortorrómbicas P e I en el apilamiento de capas con disposición rectangular; las redes ortorrómbicas C y F en el apilamiento de capas con disposición rectangular centrada; las redes romboédrica y hexagonal en el apilamiento de capas con disposición hexagonal; y, por último, las redes monoclínica y triclínica por el apilamiento de capas con disposición oblicua.





cc Simplificación de las redes de Bravais 66





Elaboración propia.

c

 

  

  %  &'%

Fig. 4.4. Las redes planas rectangular centrada y rómbica son idénticas.

Biología y Geología 1 La materia mineral: cristalización y ambientes petrogenéticos

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c Lectura

4. La materia mineral: cristalización y ambientes petrogenéticos 4.1 La materia mineral

cc Tipos de simetría Los sistemas cristalinos Existen tres tipos de simetría: Cuando los catorce tipos de retículos cristalinos de Bravais se combinan con los posibles elementos de simetría que admiten, estas redes se agrupan en siete sistemas cristalinos, que son los sistemas cúbico, hexagonal, romboédrico o trigonal, tetragonal, ortorrómbico o rómbico, monoclínico y triclínico.

Simetría de reflexión Si al doblar un elemento sobre una línea éste coincide con otro elemento, los elementos tienen simetría bilateral, axial o de reflexión. Un elemento es el reflejo del otro.

Cada sistema cristalino engloba uno o varios retículos de Bravais (véase Figura 4.13). La materia cristalina de cada mineral pertenece a uno de estos sistemas cristalinos; se dice entonces que ese mineral cristaliza en ese sistema cristalino; así por ejemplo, la halita cristaliza en el cúbico, la calcita en el romboédrico, el grafito en el hexagonal, y el cuarzo y la calcita en el trigonal.

El atributo químico de la materia cristalina Los nudos de una red cristalina están ocupados por átomos, iones o moléculas que se mantienen unidos mediante enlaces químicos. Existen cristales con enlaces iónicos, covalentes, moleculares, metálicos o con más de un tipo de enlace.

Eje de simetría

Actividad resuelta En la Figura 1 está representado un cuadro del artista M.C. Escher llamado Pesimista-Optimista. Es un dibujo periódico en dos dimensiones. En él se encuentra oculta una celda periódica que, por repetición, genera el cuadro. Señala en un papel vegetal la red periódica que se encuentra en esta obra. En esta red deben estar dibujados los siguientes parámetros que la definen: nudos, filas reticulares, celda unidad, ejes X e Y, vectores a y b, así como el ángulo γ que forman estos dos vectores.

En la Figura 2 se ha elegido la nariz del optimista que mira hacia la derecha. Este punto sería ya un nudo de la red. Señala todos los puntos iguales a él, y ten cuidado porque tienen que estar en el mismo sentido, no vale la nariz del optimista que mira a la izquierda. Une todos los nudos en las dos direcciones en las que haya menor distancia entre nudos. Quedarán así dibujados unos paralelogramos, que serán la repetición de la celda unidad. Esto lo puedes ver en la Figura 2.

Lo primero que debes hacer es fijarte en la Figura 1. Busca en ella un motivo que se repita. Pon sobre la imagen un papel vegetal, y señala en él un punto del motivo.

Por ultimo, retira el papel vegetal y pon nombre a las distintas partes de la red periódica. La solución es la Figura 3.





67

    

          



   





Simetría de traslación Si al trasladar un elemento sobre otro moviéndolo de arriba a abajo, de izquierda a derecha o por la combinación de varios de los movimientos anteriores, ambos coinciden. Tenemos entonces una simetría de traslación.

Simetría de rotación Por último, cuando al girar un elemento éste coincide con otro, diremos que existe simetría de rotación. 67

Notas En la siguiente figura podemos encontrar los tres tipos de simetría antes mencionados.

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04

Biología y Geología 1 La materia mineral: cristalización y ambientes petrogenéticos

c

4. La materia mineral: cristalización y ambientes petrogenéticos

Lectura

4.2 Los minerales

cc Imperfecciones cristalinas 4.2 Los minerales

Las imperfecciones, es decir, los defectos en la red de un material cristalino, son de tres tipos generales: defectos puntuales, defectos de línea o dislocaciones y defectos de superficie.

Los minerales son los cristales naturales que se han formado en el gran laboratorio de la Tierra.

¿Qué es un mineral? Las dislocaciones son defectos de línea que se mueven al aplicar una fuerza al material, haciendo que se deforme. El esfuerzo cortante resultante crítico es el esfuerzo requerido para que se mueva la dislocación. La dislocación se mueve en un sistema de deslizamiento, formado por un plano de deslizamiento y una dirección de deslizamiento. La dirección de deslizamiento, es decir, el vector de Burgers, es típicamente una dirección compacta. El plano de deslizamiento normalmente también es compacto o casi compacto. Los defectos puntuales, que incluyen vacancias, átomos intersticiales y átomos sustitucionales, introducen campos de esfuerzos de compresión o de tensión que alteran la red adyacente. Como resultado, las dislocaciones no pueden deslizarse en las cercanías de defectos puntuales, incrementándose la resistencia del material. El número de vacancias, o de puntos de red vacíos, depende de la temperatura del material.

De composición definida o que varía entre ciertos límites. Los minerales son elementos o compuestos químicos definidos, pero como la Tierra no es un laboratorio aséptico, siempre pueden existir átomos extraños que se introducen en la red cristalina del mineral, por lo que se admite la existencia de impurezas, que pueden dar lugar a las distintas variedades de una especie mineral. Natural. Los minerales obtenidos en el laboratorio por procedimientos artificiales no son minerales en sentido estricto. Por ejemplo, un diamante sintetizado en el laboratorio, aunque es idéntico física, estructural y químicamente al diamante natural, no se considera mineral en sentido estricto.

El número y tipo de defectos de red controlan la facilidad del movimiento de las dislocaciones y, por tanto, influyen de manera directa sobre las propiedades mecánicas del material. El endurecimiento por solución sólida involucra incorporar defectos puntuales y el endurecimiento por tamaño de grano se obtiene al producir un material con granos más pequeños. Información obtenida de: http://www.utp.edu.co/~publio17/estructura. htm#resumen

Inorgánico. Deben ser de composición inorgánica y no ser sintetizados por los seres vivos. Las perlas y las conchas de los moluscos, aunque química y estructuralmente son iguales a los minerales aragonito y calcita, no son clasificados como minerales, aunque hay investigadores que sí los consideran minerales, y de hecho, van pasan a formar parte de muchas rocas sedimentarias.

Fig. 4.14. Pirita (sulfuros).

La mineralogía es la parte de la geología que estudia los minerales. 

Los átomos intersticiales (localizados en sitios intersticiales entre átomos normales) y los átomos sustitucionales (que remplazan al átomo normal en puntos de la red) a menudo se introducen de manera deliberada y generalmente su número no se altera por los cambios de temperatura del material. Los defectos de superficie incluyen los bordes de grano. Al producir un tamaño de grano pequeño se incrementa la cantidad de área de bordes de grano; dado que las dislocaciones no pueden pasar con facilidad a través de un borde de grano, el material se hace más resistente y se incrementa el número de dislocaciones (fuente de Frank Read).

80

Un mineral es sólido (véase Figura 4.14); no se consideran minerales las sustancias naturales que se encuentran en estado líquido a temperatura ambiente, como el agua líquida o el mercurio nativo, aunque hay investigadores que sí consideran mineral al mercurio.

Minerales polimorfos



       



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68

Un mineral es una sustancia sólida, elemento o compuesto químico, de composición definida o que varía entre ciertos límites, inorgánica, de origen natural, que tiene una estructura cristalina definida.



  

Los minerales polimorfos son minerales con la misma composición química y distinta estructura interna cristalina.  



 

  













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Fig. 4.15. Diagrama P-T donde se muestra los rangos de estabilidad de los polimorfos del carbono.

68

Notas

Los minerales polimorfos, por tener distinta estructura cristalina, presentan propiedades muy diferentes. Un ejemplo de minerales polimorfos son el diamante y el grafito, ambos formados por carbono puro, es decir, son polimorfos del carbono (véase Figura 4.15). El diamante pertenece al sistema cúbico y el grafito, al hexagonal.

Biología y Geología 1 La materia mineral: cristalización y ambientes petrogenéticos

04

c Lectura

4. La materia mineral: cristalización y ambientes petrogenéticos 4.2 Los minerales

cc La especie mineral Minerales isomorfos

Identidad de composición. Requisito indispensable para definir la especie mineral pero no válido por sí solo. Los polimorfos (igual composición y diferente estructura) pertenecen a especies distintas. Ejemplos: cuarzo-tridimita (SiO2), grafito-diamante (C).

Los minerales isomorfos son minerales con una misma estructura cristalina pero con distinta composición química.

Los minerales se caracterizan por una composición química definida que puede variar ligeramente por impurezas; pero, cuando la proporción de sustancias extrañas es muy alta, hay que definir ya dos especies minerales diferentes, aunque se mantenga la misma estructura cristalina. Existen conjuntos de minerales cuya composición química varía gradualmente por sustitución progresiva de uno de sus átomos por otro. Esto da lugar a una serie de minerales con distinta composición, pero que mantienen la misma estructura cristalina, que se llama serie isomorfa. En estas series, la composición de los minerales varía entre dos términos extremos. Por ejemplo, en el caso de la serie de las plagioclasas (véase Figura 4.16) la sustitución progresiva del catión Na por el Ca da lugar a los distintos minerales de la serie, cuya composición varía entre la albita, mineral que contiene el 100 % de Na, y la anortita, mineral que contiene el 100 % de Ca.

Identidad estructural. Requisito indispensable para definir la especie mineral pero no válido por sí solo. Las sustancias isomorfas (igual estructura y distinta composición) pueden pertenecer a especies minerales distintas. Ejemplo: galena-halita (cúbicas). Una especie mineral queda definida por una igual identidad de composición y por una misma identidad estructural.

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Elaboración propia.

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Fig. 4.16. Serie isomorfa de las plagioclasas.

Clasificación de los minerales Hay distintas clasificaciones de los minerales según el criterio en que se basan. La clasificación más utilizada es la clasificación químico-estructural que tienes descrita en la Tabla 4.2. En esta clasificación, los minerales se agrupan en doce clases según su composición química. Existen aproximadamente 4 000 especies minerales conocidas. De todos estos minerales, solamente unos cuarenta son abundantes, y son los que forman las rocas. Se denominan minerales petrogenéticos a los minerales que forman las rocas.

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c Curiosidades Un caso especial de substancias no cristalinas de origen natural son aquéllas que son líquidas en condiciones ambientales. El agua, en su forma líquida, no se considera que sea un mineral, pero su forma sólida, el hielo, sí lo es. El mercurio, sin embargo, está reconocido como un mineral por la IUMAC (Unión Internacional de Cristalografía y Mineralogía), aun cuando no se encuentra en estado cristalino en la Tierra. El petróleo y sus manifestaciones bituminosas no cristalinas no son considerados como minerales.

69

Texto obtenido de: http://www.uned.es/cristamine/min_descr/defmin. htm

Tabla 4.2. Las doce clases de la clasificación químico-estructural de los minerales.

69

c Páginas web

cc Redes de Bravais y sus características

cc Estructura mineral

http://161.116.85.21/crista/castella/xarxes-bravais/xarxes_es.htm

http://www.utp.edu.co/~publio17/estructura.htm

81

04

Biología y Geología 1 La materia mineral: cristalización y ambientes petrogenéticos

c

4. La materia mineral: cristalización y ambientes petrogenéticos

Recurso metodológico

4.2 Los minerales

cc Nomenclatura mineral  

Para establecer la nomenclatura de una nueva especie mineral se pueden seguir varios criterios: • Basado en sus propiedades: magnetita (por su magnetismo). • Basado en su aspecto: albita (albus = blanco), rodonita (rhodon = rosa). • Basado en su procedencia: andalucita (Andalucía), aragonito (Aragón), villamanita (sulfuros de Villamanín), sillimanita (profesor Silliman), cordierita (Cordier, minerólogo francés). Estos criterios son los más utilizados, pero cualquier otro sería válido, como podría llegar a ser la unión de letras sin sentido.

Minerales petrogenéticos silicatados: los silicatos





Los silicatos son los minerales que forman mayoritariamente las rocas. Están formados esencialmente por silicio y oxígeno, a los que se asocian, normalmente, algunos cationes.



 



Clasificación estructural de los silicatos

Fig. 4.17. Unidad básica de los silicatos.

La clasificación estructural de los silicatos se realiza según el número de tetraedros (SiO4)4que están unidos en la estructura del mineral. De acuerdo con esto, los silicatos se subdividen en seis subclases (véase Figura 4.18), que son: los nesosilicatos, los sorosilicatos, los ciclosilicatos, los inosilicatos, los filosilicatos y los tectosilicatos.             

         

     

 









 

     

 

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Elaboración propia.

c Páginas web

cc Representación interactiva de redes cristalinas 70

http://www.ehu.es/pizarro/alumnos.htm

La unidad estructural básica de los silicatos es el grupo (SiO4)4-, constituido por un átomo de silicio (con valencia +4), enlazado a cuatro átomos de oxígeno (con valencia –2). Los átomos de esta unidad se disponen diseñando un tetraedro imaginario en cuyo centro está el silicio (Si), y los oxígenos se disponen en los vértices (véase Figura 4.17).

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Fig. 4.18. Clasificación estructural de los silicatos, y disposición de los tetraedros en las diferentes subclases.

• Los nesosilicatos son un conjunto de silicatos formados estructuralmente por radicales (SiO4)4- aislados, sin compartir entre ellos ningún oxígeno. Son nesosilicatos los minerales andalucita, granate y olivino. • Los sorosilicatos son silicatos constituidos estructuralmente por grupos de dos tetraedros que comparten un oxígeno. Un ejemplo de sorosilicato es la epidota. • Los ciclosilicatos son silicatos formados estructuralmente por tetraedros asociados formando anillos de tres, cuatro o seis tetraedros. En esta estructura los tetraedros comparten dos oxígenos. Pertenece a este grupo el berilo. • Los inosilicatos son silicatos formados estructuralmente por grupos de tetraedros unidos formando cadenas sencillas o dobles. Cada tetraedro comparte dos átomos de oxígeno con sus vecinos. Los inosilicatos se dividen en inosilicatos de cadena sencilla y de cadena doble. — Los inosilicatos de cadena sencilla están formados por una sola cadena. A este grupo pertenecen los piroxenos. Un piroxeno es la augita. — Los inosilicatos de cadena doble están formados por la unión de dos cadenas, que comparten un oxígeno cada dos tetraedros. Este oxígeno sirve de punto de unión. A este grupo pertenecen los anfiboles. Un representante de los anfiboles es la hornblenda. • Los filosilicatos son silicatos constituidos por láminas de tetraedros en las que todos los tetraedros comparten tres oxígenos. Pertenecen a este grupo las micas (biotita y moscovita), el talco y los minerales de la arcilla (caolinita, sepiolita). • Los tectosilicatos son silicatos formados estructuralmente por una disposición tridimensional de tetraedros que comparten todos sus oxígenos. Pertenecen a este grupo el cuarzo, con composición SiO2 (véase Figura 4.3), y el grupo de los feldespatos. Los feldespatos son un grupo de tectosilicatos. Su composición química es la de aluminosilicatos de Na, K y Ca. Se subdividen en feldespatos potásicos (véase Figura 4.23) y feldespatos sódico cálcicos o plagioclasas. La composición de los feldespatos se representa en un diagrama triangular, como el que muestra la Figura 4.19, en la que la parte amarilla es la que corresponde a la composición de los feldespatos que existen en la naturaleza. En este diagrama, cada vértice representa un mineral con un 100 % de los elementos químicos señalados. En la base del triángulo está representada la serie isomorfa de las plagioclasas, cuyos términos extremos son la albita ((AlSi3O8)Na) y la anortita ((Al 2Si2O8)Ca). En el vértice superior está representado la ortosa u ortoclasa ((AlSi3O8)K), que es el feldespato potásico más abundante.

70

cc Guión de reconocimiento de rocas http://web.usal.es/~epavila/webrocas/rockini.html

c Bibliografía recomendada BLACKBURN, W H & DENNEN, W L: Principles of mineralogy, William C Brown, Dubuque, 1988. KLEIN, C & HULBURT, C S: Manual of mineralogy, ediciones 19, 20 y 21, John Wiley & Sons, Nueva York, 1977, 1985, 1993.

82

Biología y Geología 1 La materia mineral: cristalización y ambientes petrogenéticos

c Actividades

4. La materia mineral: cristalización y ambientes petrogenéticos 4.2 Los minerales

Minerales petrogenéticos no silicatados

Dentro de los fosfatos, un mineral de interés petrogenético es el apatito.

¿Cómo se identifican los minerales? Los minerales se identifican por su hábito (véase Figura 4.20) y por sus propiedades físicas y químicas. Las propiedades físicas pueden ser mecánicas y ópticas. Las propiedades mecánicas más importantes en la identificación mineral son la dureza, la exfoliación y la fractura. Las propiedades ópticas son el color, el color de la raya, el brillo, la polarización de la luz por los minerales, la luminiscencia, la monorrefringencia y la birrefringencia.



a. b. c. d.

   



Dentro de los sulfatos, los principales minerales petrogenéticos son el yeso y la anhidrita. Respecto a los haluros, la halita o sal gema (véase Figura 4.10) es el mineral más abundante.

3. ¿Cuáles de las siguientes parejas de minerales son minerales isomorfos?

       

Los principales minerales petrogenéticos no silicatados pertenecen a los carbonatos, los sulfatos, los haluros y los fosfatos. Dentro de los carbonatos, los minerales principales son la calcita (véase Figura 4.12) y la dolomita.

 

     

Fig. 4.19. Diagrama triangular donde se muestra la composición de los feldespatos.

cc Cationes en los silicatos

       

El tamaño de algunos cationes condiciona que en una estructura entren unos cationes u otros. Así, K+ y Na+ están ausentes en las estructuras de los nesosilicatos. En los tectosilicatos, los cationes más abundantes son los de gran tamaño (K+, Na+ y Ca+) y no caben los más pequeños (Fe2+) por resultar muy inestables en la estructura.



Yacimientos minerales  

El tamaño condiciona también las sustituciones atómicas. Así, el Rb (elemento traza) puede, por su gran tamaño, entrar sustituyendo al K en estructuras como la biotita, la moscovita (ambos filosilicatos) o el feldespato K (tectosilicato), y no lo hará nunca en los huecos pequeños como los que quedan en los nesosilicatos.

Se denomina yacimiento mineral a las acumulaciones naturales de minerales no petrogenéticos que, por su volumen o contenido, pueden ser tomadas en consideración para una explotación económicamente rentable.

En un yacimiento se denomina mena al mineral o minerales que se explotan por su interés económico y a partir del cual o de los cuales se extrae algún elemento químico o compuesto necesario en la industria.

En un yacimiento mineral se denomina ganga al conjunto de minerales que no se utilizan económicamente. Así, supongamos que el yacimiento anterior, además de oligisto y blenda, tuviera cuarzo. En este caso, el cuarzo sería la ganga, porque en ese momento ese mineral no interesa, y formará parte de la escombrera o residuo sin aprovechar de las minas. La explotación de los yacimientos se puede realizar a cielo abierto, realizando cortas, o mediante explotaciones subterráneas o minas.

Calcita y yeso. Cuarzo y mica. Grafito y diamante. Galena y halita.

c Recurso metodológico

   

Entre las propiedades químicas están el sabor y la efervescencia con ácido clorhídrico (HCl).

El término mena tiene dos acepciones: el de mena de un yacimiento, y el de mena de un elementos químico. Veamos un ejemplo: si decimos que en un yacimiento se explota el oligisto y la blenda como mena del yacimiento, esto significa que el oligisto y la blenda son los minerales que interesa extraer. Además, decimos que la blenda es mena de zinc (Zn), lo que quiere decir que de la blenda, cuya composición química es sulfuro de zinc (ZnS), se obtiene por procesos industriales el zinc.

04

  

71

Elaboración propia.

c Curiosidades

   

cc ¿Por qué no se derriten los diamantes en la lava?

    Fig. 4.20. Algunas formas de presentarse los minerales.

71

c Páginas web

cc Explora algunos minerales comunes de silicato http://www.windows.ucar.edu/tour/link=/earth/geology/silicates2.sp.html

Los diamantes no se derriten en la lava porque ésta no está lo suficientemente caliente. La lava fundida tiene una temperatura de entre 750 °C y 1 250 °C. El diamante tiene el punto de fusión más alto de todo el material conocido. Los diamantes se funden alrededor de los 3 550 °C y hierven a 4 800 °C. La temperatura normal de la lava fundida es de unos 750 °C. Incluso la lava más caliente, la lava de komatita (más de 2 500 millones de años), arqueana, está sólo a unos 1 600 °C, lo que aún está muy por debajo del punto de fusión de los diamantes. La komatita es una roca ultramáfica, que contiene mucho menos sílice que la mayoría de las rocas en la Tierra y altas concentraciones de magnesio, níquel y otros elementos.

83

04

Biología y Geología 1 La materia mineral: cristalización y ambientes petrogenéticos

c

4. La materia mineral: cristalización y ambientes petrogenéticos

Lectura

4.2 Los minerales

cc Carbonatos Aplicaciones de los cristales Los carbonatos son unos minerales muy importantes constituidos por grupos (CO3)-2, compuestos por un átomo central de C rodeado por tres O en disposición triangular. El enlace C-O es fuerte pero no tanto como en el CO2. Los carbonatos reaccionan a los ácidos, pues frente al hidrógeno se debilitan.

Los minerales o cristales naturales constituyen las materias primas a partir de las cuales se obtienen todos los materiales que utilizamos en nuestra vida diaria. Hoy en día, para la industria y las nuevas tecnologías se utilizan cada vez más cristales sintéticos. Pero no hay que olvidar que la materia prima siguen siendo los cristales naturales. Los cristales se utilizan para la metalurgia, como materiales industriales, incluyendo las cerámicas, y algunos, como piedras preciosas. En la metalurgia se utilizan los minerales metálicos y sus aleaciones o mezclas. Las aleaciones pueden ser aleaciones férreas y aleaciones no férreas. Los aceros son aleaciones férreas de hierro y carbono junto con otros metales, que varían según el tipo de acero; así en el acero inoxidable, el metal es el cromo, que protege el hierro de la corrosión.

2H+ + CO3 → H2O + CO2.

En los materiales cerámicos se incluyen toda la industria de la cerámica y la síntesis de nuevos materiales que provienen de cristales no metálicos.

Distinguimos tres grupos: Fig. 4.21. Panel fotovoltaico.

La obtención de cristales sintéticos y el crecimiento de cristales son técnicas cada vez más usadas en la ciencia de los materiales. La generación de monocristales de tamaños y formas adecuados, y, algunas veces, dopados por elementos químicos extraños al cristal, se usa para hacer semiconductores y superconductores. Un ejemplo de esta aplicacion es la utilización de monocristales de sílice, utilizados como semiconductores en la construcción de paneles fotovoltaicos (véase Figura 4.21). También los monocristales han adquirido gran importancia en la microelectrónica en la formación de microchips.

Grupo de la calcita: CaCO3. La estructura es semejante a la del NaCl, donde los grupos triangulares (CO3)-2 serían los grupos esféricos del Cl, y el Ca sería el Na. De esto obtenemos que la estructura de la calcita es romboédrica y no isométrica como la del NaCl. Además, la cristalografía de la calcita es trigonal 3 con raya 2/m. La calcita es un mineral generalmente blanco o incoloro con alta birrefringencia. Es polimorfa del aragonito y constituye gran parte de las rocas sedimentarias y algunas metamórficas. Tiene un índice de coordinación 6 y una gran exfoliación romboédrica.

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Grupo del aragonito: CaCO3. Es polimorfo de la calcita, es decir, tiene la misma fórmula química pero diferente estructura cristalina. La estructura es semejante a la de la calcita y, a diferencia de ésta, tiene coordinación 9, es decir, cada Ca está rodeado por nueve oxígenos próximos. El aragonito es un mineral rómbico, pseudohexagonal debido a que suele presentarse en maclas miméticas.

        

GRIBBLE, C D & HALL, A J: Optical mineralogy. Principles & practice, UCL Press, Londres, 1992. DEER, W A; HOWIE, R A; ZUSSMAN, J: An Introduction to the rock forming minerals, Longman, Londres, 1992. GILL, G: Chemical fundamentals of geology, Unwin Hyman Ltd, Londres, 1989.

                      

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Una piedra preciosa o gema es un mineral que tiene belleza, durabilidad y rareza. Las piedras semipreciosas son minerales que tienen una o dos de estas cualidades. La mayoría de las piedras preciosas son variedades de minerales que, por pequeñas impurezas, adquieren una belleza que les permite entrar en la categoría de gema. Tienen un nombre que no coincide con el mineral que las compone, por ejemplo, el berilo ((Si6O18)Al 2Be3) es incoloro, pero una cantidad traza de cromo es suficiente para dar el color verde de la esmeralda, y cantidades traza de hierro producen la variedad aguamarina, de color azul verdoso. La Tabla 4.3 muestra una lista de algunas piedras preciosas y semipreciosas. Los diamantes son utilizados para desbastar y cortar otros materiales más blandos. En los últimos años, se producen diamantes sintéticos en forma de capa delgada policristalina que se utilizan para recubrir las superficies de herramientas como taladros y coronas de perforación o discos de corte para aumentar su dureza.

Actividad resuelta El oro es un metal noble muy blando, dureza 2,5-3 en la escala de Mohs, por lo que en algunos usos hay que alearlo con otros metales para incrementar su dureza. Los quilates del oro son una medida de la proporción de oro que hay en la aleación: expresan el número de partes de oro puro, en peso, que hay en 24 partes de aleación. El quilate en piedras preciosas es una medida que evalúa las dimensiones de la gema por el peso. Un quilate equivale a 0,2 gramos. Con estos datos contesta a las siguientes cuestiones:

a) Una joya de oro es de 20 quilates. ¿Qué proporción de la aleación es oro puro? Si la joya pesa 7 g, ¿cuántos gramos son de oro puro? b) Si un diamante tiene 20 quilates, ¿cuántos gramos pesa? a) El oro está en una proporción de 83,3 % en esta aleación. La joya con tiene 5,81 g de oro puro. b) El diamante pesa 4 g.

72

c Lectura

cc Ejemplos de rocas monominerales Si bien la mayoría de las rocas están compuestas por varios minerales, algunas de ellas pueden ser de composición monomineral. Buenos ejemplos los constituyen el yeso, la anhidrita, la caliza (compuesta por calcita) y la dolomía (compuesta casi exclusivamente por dolomita). También diatomitas, radiolaritas y calizas fussulínicas son rocas monominerales compuestas por esqueletos silíceos de diatomeas (algas unicelulares) y de radiolarios (protozoos microscópicos), en el primer y segundo casos, y carbonáticos de fussulínidos (protozoos macroscópicos) en el tercer caso. La sal común o halita (ClNa) también puede encontrarse formando espesos cuerpos de roca. Son famosas por sus dimensiones las minas de sal de Wieliczka, en Polonia, cuya explotación se realiza desde hace 700 años. Elaboración propia.

84

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Tabla 4.3. Algunas piedras preciosas y semipreciosas.

es parecida a la de la calcita pero, a diferencia de ésta, en la dolomita se van alternando capas de Ca y Mg, la relación Ca:Mg es 1:1. Es trigonal.

cBibliografía recomendada

 

 

Grupo de la dolomita: CaMg (CO3)2. Su estructura

Elaboración propia.

  

 

Otras veces, se bloquea el crecimiento cristalino, como en la formación de los vidrios a partir de materia cristalina como el cuarzo. De esta manera se forman los vidrios sintéticos, que son sólidos amorfos muy valiosos.

Biología y Geología 1 La materia mineral: cristalización y ambientes petrogenéticos

c Recurso metodológico

4. La materia mineral: cristalización y ambientes petrogenéticos 4.3 Los ambientes petrogenéticos

4.3 Los ambientes petrogenéticos

0

10

0

Ambiente petrogenético ígneo o magmático El ambiente magmático se caracteriza por presiones y temperaturas que hacen fundir las rocas, que dan lugar a los magmas. La formación de magmas es un proceso geológico interno que se denomina magmatismo. La solidificación de los magmas da lugar a minerales y rocas ígneas o magmáticas. En este ambiente, los minerales se originan principalmente por solidificación. Los principales minerales que se forman son los silicatos.

10

20

Profundidad (km)

8

Ambiente Ambiente metamórfico magmático

Curva de fusión de “basalto”

6

cc ¿De qué depende el color alocromático de un mineral?

0

            Curva de fusión de “granito”

4

Región de Diagénesis Ambiente sedimentario

mínimo e térmico Gradient Condiciones que no existen en la Tierra

Los ambientes petrogenéticos son el ígneo o magmático, el metamórfico y el sedimentario (véase Figura 4.22). En los ambientes ígneo y metamórfico tienen lugar los procesos geológicos internos; y en el ambiente sedimentario, los externos.

Presión (kbar)

2

Los ambientes petrogenéticos son zonas de la Tierra donde se producen los procesos geológicos que dan como consecuencia la formación de minerales y rocas. Cada ambiente está caracterizado por unas condiciones de presión y temperatura.

30

200 400 600 800 1000 1200 Temperatura (º C)

Fig. 4.22. Condiciones de P y T de los ambientes petrogenéticos.

Ambiente petrogenético metamórfico

http://html.rincondelvago.com/ rocassedimentarias_1.html Fig. 4.23. Ortosa (tectosilicato).

c Curiosidades

Ambiente petrogenético sedimentario 

El ambiente sedimentario se caracteriza por presiones y temperaturas bajas, donde tienen lugar los procesos externos: meteorización, erosión, transporte, sedimentación y diagénesis, que se denominan procesos sedimentarios, y dan lugar a las rocas sedimentarias.

Las rocas Las rocas son agregados de minerales. El término agregado significa que los minerales que las constituyen están unidos de manera que conservan las propiedades de cada uno, es decir, las rocas son mezclas heterogéneas de sustancias. Hay algunas excepciones a esta definición general, como es el petróleo formado por materia no mineral, y las rocas formadas por materia amorfa. Las rocas pueden ser de tres tipos: magmáticas, metamórficas y sedimentarias (véase Figura 4.24). La petrología es la rama de la geología que se ocupa del estudio de las rocas.

cc Dureza y fragilidad son conceptos distintos

 

 

En este ambiente, los minerales se originan por cristalización a partir de disoluciones, y en la diagénesis por transformaciones y recristalización de otros minerales.

Al examinar un mineral debemos tener en cuenta su color propio, verdadero o idiocromático, es decir, dependiente de su naturaleza (composición química), y su color accidental, aparente o alocromático, cuando depende de la interposición de sustancias extrañas a su naturaleza o la alteración de la superficie. Para determinar el color propio del mineral, utilizamos una placa o biscocho de porcelana, no vidriada, en la cual el mineral, al frotarlo, deja o no una raya que corresponde a su color verdadero, pudiendo ser distinto o igual al que se observa en el mineral. Texto obtenido de:

El ambiente metamórfico se caracteriza por presiones y temperaturas intermedias, que no producen fusión de los materiales terrestres, pero sí sus transformaciones en estado sólido. En este ambiente se produce el proceso interno del metamorfismo, que da lugar a la formación de minerales y rocas metamórficas. Los mecanismos de formación de los minerales metamórficos son los reajustes mineralógicos sólido a sólido y las transformaciones polimórficas.

04

 





Por ejemplo, un caso extremo es el diamante. El diamante es el mineral más duro que existe y sólo puede ser rayado por otro diamante, pero es extremadamente frágil porque por un simple impacto se cuartea, se rompe en pedazos.

     

   



73



Es por ello que una roca frágil, por muy dura que sea, puede ser reducida a pedazos sin necesidad de emplear para ello herramientas más duras que la misma roca.

Fig. 4.24. Proporción de los distintos tipos de rocas en la corteza terrestre.

73

c Páginas web Vídeo de maclas de microclina vistas por microscopio petrográfico con luz polarizada y analizada.

Vídeo de maclas de plagioclasa vistas por microscopio petrográfico con luz polarizada y analizada.

http://www.uned.es/cristamine/mineral/metodos/video/microclina.html

http://www.uned.es/cristamine/mineral/metodos/video/maclas.html

85

04

Biología y Geología 1 La materia mineral: cristalización y ambientes petrogenéticos

c

4. La materia mineral: cristalización y ambientes petrogenéticos

Actividades

4.3 Los ambientes petrogenéticos

4. La dureza de un mineral se mide según la escala de Mohs pero, ¿cómo se define dureza? a. Resistencia fractura. b. Resistencia rayado. c. Resistencia golpe. d. Resistencia torsión.

El ciclo de las rocas Las rocas se pueden transformar en otras rocas, lo que requiere millones de años. El ciclo de las rocas ilustra estas transformaciones y ayuda a entender su origen y ver que cada tipo está vinculado a los otros por los procesos geológicos que tienen lugar en la Tierra (véase Figura 4.25).

que ofrece un mineral ante la que ofrece un mineral a ser

El magma es un material fundido que asciende desde el manto, acaba por enfriarse y solidificar. Las rocas resultantes se denominan rocas ígneas. Las primeras rocas que se formaron en la Tierra serían de este tipo. Las rocas sedimentarias y metamórficas se han desarrollados en la corteza por cambios a través del tiempo.

que ofrece un mineral ante un que ofrece un mineral a la

Cualquier tipo de roca que aflore en la superficie de la Tierra experimentará el proceso geológico externo de meteorización. Los materiales resultantes serán erosionados, transportados y sedimentados. Todos estos materiales movilizados se denominan sedimentos. Éstos mediante la diagénesis se transforman en rocas sedimentarías.

   

c

 

Lectura

 

cc Las rocas de la Tierra

      

         

       

      

 

Una buena parte de la actividad de los geólogos consiste en interrogar a las rocas para extraerles esa información y poder, con ello, contar su historia.

74

    

Las rocas metamórficas se forman a partir de rocas sedimentarias, ígneas y metamórficas cuando están obligadas a transformarse bajo los efectos de la presión y la temperatura.

    

Las rocas pueden considerarse como las «cajas negras» que graban en su interior una valiosa información sobre los procesos geológicos ocurridos durante la historia de nuestro planeta.

La gran variedad de rocas existentes puede agruparse en sólo tres grandes grupos: ígneas, sedimentarias y metamórficas, que quedarán definidas por diferencias en textura y mineralogía.

 

            

       

      

              

  

Fig. 4.25. El ciclo de las rocas.

Las rocas metamórficas funden cuando son sometidas a presiones y temperaturas que las hacen llegar a su punto de fusión. Este fundido es un magma, que acabará solidificando y dando lugar a rocas ígneas. Hay otras posibles transformaciones entre las rocas, como por ejemplo las rocas ígneas, que pueden permanecer enterradas y transformarse directamente en rocas metamórficas. Las rocas metamórficas y sedimentarias no siempre permanecen enterradas. Cuando afloran en superficie son meteorizadas y convertidas en nueva materia prima para las rocas sedimentarias.

Actividad resuelta Diferentes combinaciones de mineralogía y textura pueden producir una gran variedad de rocas diferentes y, a su vez, estas mineralogías y texturas dependerán del proceso geológico que las originó y, con ello, también de su ambiente petrogenético.

Describe las sucesivas transformaciones asociadas al ciclo de las rocas en una zona de subducción. Según la tectónica de placas, los sedimentos procedentes de los continentes son transportados a las márgenes continentales, donde se depositan y forman rocas sedimentarias. Si estas márgenes evolucionan a un límite de placas convergente, la litosfera oceánica empieza a subducir. Conforme la placa oceánica desciende, los sedimentos y las rocas de

Elaboración propia.

c

Práctica virtual

Actividad 1. Identificación del microscopio óptico

74

de polarización con luz transmitida. Pueden familiarizarse con el microscopio en:

Actividad 3. Observación de propiedades ópticas con polarizadores cruzados (color de interferencia, posición de extinción, maclas). Pueden familiarizarse con la observación de estas propiedades en:

http://www.uned.es/cristamine/crist_opt/cropt_ mrc.htm

http://www.uned.es/cristamine/mineral/minbas_mrc.htm (secuencias que reproducen el movimiento de una observación real)

Actividad 2. Observación de propiedades ópticas con polarizadores paralelos (forma, color, relieve, exfoliación, pleocroismo). Pueden familiarizarse con la observación de estas propiedades en:

Obtenida de: http://www.uned.es/fac-quim/cdrom_cquimicas/asig/primero/geolo/GEO-cont-activid.htm

http://www.uned.es/cristamine/mineral/minbas_ mrc.htm (secuencias que reproducen el movimiento de una observación real)

86

ambas placas se metamorfizan por el incremento de presión y temperatura. Si las condiciones de presión y temperatura aumentan, las rocas metamórficas pueden fundir. El magma formado asciende a través de la litosfera y, al solidificar, origina rocas ígneas. Una parte cristalizará antes de alcanzar la superficie y el resto solidificará en el exterior. Cuando las rocas ígneas quedan expuestas en la superficie, son inmediatamente atacadas por los procesos de meteorización, de forma que el ciclo de las rocas empieza de nuevo.

Biología y Geología 1 Actividades

04

4. La materia mineral: cristalización y ambientes petrogenéticos Actividades

Actividades finales 1>

¿Qué son los elementos geoquímicos? Enumera los cuatro elementos geoquímicos más abundantes en nuestro planeta.

5>

Enumera los procesos de formación de cristales. Explica los procesos de cristalización que se dan en el ambiente metamórfico.

2>

¿Qué diferencia existe entre materia amorfa y materia cristalina? Pon dos ejemplos de materia amorfa y otros dos de materia cristalina.

6>

¿Qué se entiende por materia periódica? ¿Qué tipo de materia conoces que sea periódica?

3>

7> ¿Existe alguna diferencia entre cristal y materia cristalina? ¿Qué acepción ha tenido tradicionalmente el término cristal, y que aún se sigue utilizando, sobre todo en el campo de la gemología?

¿Qué es un medio isótropo? ¿Qué es un medio anisótropo? ¿Por qué decimos que la materia cristalina es anisótropa?

8>

Si un cristal es conductor del calor en una dirección y aislante en otra ¿cómo se comporta el cristal para esa propiedad? ¿Y si conduce el calor en todas las direcciones?

4>

¿Qué condiciones tiene que haber en el lugar de formación de una materia cristalina, para que dicha materia se presente con formas poliédricas perfectas?

9>

Los medios periódicos, en dos dimensiones, se definen por las cinco redes planas que se muestran a continuación:

    



  

   

  

  

    



     

   

       



   

  

  

  



  

  

 

  

  

 

Encuentra las redes planas representadas en los dibujos periódicos de las figuras 1, 2 y 3. Pon los parámetros que definen la celda unidad de cada red. 





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04

Biología y Geología 1 Actividades

4. La materia mineral: cristalización y ambientes petrogenéticos Actividades

10>

¿Qué se entiende por red espacial cristalina? ¿Cuántas redes cristalinas existen? ¿Por qué parámetros queda definida?

11>

Diferencia y semejanzas entre los conceptos de mineral y roca en cuanto a composición, estructura y génesis.

12>

Enumera las clases de minerales y pon un ejemplo de cada clase.

13>

¿Cómo se llaman los minerales que tienen la misma composición y distinta estructura interna?

14>

¿Qué es la mena de un yacimiento mineral? ¿Cuándo decimos que un mineral es mena de un elemento químico?

15>

¿Qué son los minerales petrogenéticos? ¿A qué clase(s) de minerales pertenecen? Pon ejemplos de cada una de las clases.

Pregunta tipo PAU Los minerales se utilizan según sus propiedades físico–químicas. Unas propiedades que has estudiado en cursos anteriores son el color, la dureza, la raya del mineral, etc. En la siguiente figura está representada la escala de Mohs y los usos que tienen algunos de los minerales de la escala por su dureza. Con estas premisas contesta a las siguientes preguntas: a) Las tizas están hechas con yeso y calcita. ¿Qué dureza tiene la pizarra con respecto a la tiza? b) En tu centro de enseñanza seguro que tienes dos tipos de tiza, una cuadrada, y otra redondeada. Haz una raya con cada una de ellas. ¿Qué tiza crees que es más dura? ¿Qué composición tendrá la más blanda? ¿Y la más dura?

   



 







 







 



 



 



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Resuelve la pregunta Fijándote en la figura, y recordando contenidos vistos en esta unidad, responde de forma razonada a las cuestiones.

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Debes recordar Las propiedades de los minerales son reflejo de su composición y estructura.

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Centra la pregunta Se plantean cuestiones relacionadas con propiedades físico-químicas de los minerales.

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c) El grafito tiene dureza 1-2 en la escala de Mohs. ¿Qué mineral es polimorfo del grafito y qué dureza tiene? d) El grafito, mezclado con arcilla fina, forma la mina de los lapiceros, ¿qué dureza le asignarías al papel en la escala de Mohs?

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Biología y Geología 1 Investigación científica 1

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4. La materia mineral: cristalización y ambientes petrogenéticos Investigación científica

Investigación científica Maurits Cornelis Escher y la simetría La cristalografía es una ciencia que tiene muchas aplicaciones, no solamente en el campo científico. Los patrones de repetición que se dan en los cristales pueden ser reproducidos en obras de arte. Los conocimientos en múltiples disciplinas pueden favorecer una visión propia, que desarrolle ideas novedosas en cualquier campo. Un ejemplo genial en el campo de las artes plásticas es la obra de Maurits Cornelis Escher. El holandés Maurits Cornelis Escher (1898-1972) fue un extraordinario y original artista matemático. Es uno de los más famosos artistas gráficos del mundo. Comenzó los estudios de arquitectura, pero tras una semana de estancia en la escuela de arquitectura, Escher se dio cuenta de que su auténtica pasión eran las artes gráficas, por lo que decidió dedicarse a ellas. A lo largo de su carrera como artista, Escher realizó muchos viajes y quedó fascinado por los paisajes y la arquitectura. Cuando visitó la Alhambra de Granada, observó las recargadas ornamentaciones moriscas de sus muros, las cuales se repetían en el espacio disponible de forma esquemática y perfecta.

Esta fascinación le influyó en sus creaciones, que muestran una división regular del plano con diferentes patrones de repetición. Su visión única del espacio y de las matemáticas le llevó a realizar complejas obras artísticas basadas en la simetría y la teselación o divisiones regulares de un plano. Experimentó con la arquitectura, la perspectiva y los espacios imposibles. Una gran parte de su obra se basa en la simetría. Estuvo influido en sus conocimientos de cristalografía por su hermano, Berend George Escher (1885-1967), geólogo especializado en cristalografía, mineralogía y vulcanología, que escribió un libro de cristalografía. M.C. Escher utilizó en gran parte de su obra los conceptos básicos de simetría: repetición de motivos, traslación, giro, reflexión y formas combinadas de reflexión y traslación. Unos ejemplos de estas operaciones los tenemos en los siguientes dibujos, que dan lugar a las obras n.º 38 de simetría, titulada Libélula, y a la n.º 104, Lagarto.

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Adaptado de SCHATTSCHNEIDER, DORIS: Visions of Symmetry,Thames & Hudson, Londres, 2004.



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Página web de la fundación M.C. Escher: http://www.mcescher.com/indexuk.htm

a) Debate con tus compañeros las aplicaciones que puede tener la cistalografía en la vida cotidiana, y concretamente, su aplicación a las artes plásticas.

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89

04

Biología y Geología 1 Investigación científica 2

Investigación científica 2 TALLADO DE ROCAS DURAS EN CIVILIZACIONES ANTIGUAS El tallado de rocas duras como las graníticas no precisa de una instrumentación o técnica especial y complicada que tenga que provenir de los extraterrestres ni tampoco de otras teorías paracientíficas y ridículas como la del reblandecimiento de rocas con extractos vegetales.

precisa un cincel que soporte bien los impactos y los comunique lo mejor. Para ser más gráfico: un cincel hecho íntegramente de diamante, por ejemplo, sería absolutamente inútil para cincelar grandes superficies. En el antiguo Egipto, se empleaba sílex para tallar los pequeños detalles en el granito.

En la antigüedad se utilizaron rocas del tipo diorita y granito, junto con rocas calizas como el mármol para edificaciones arquitectónicas megalíticas y esculturas.

Históricamente está documentado el proceso de tallado de rocas para fines arquitectónicos o escultóricos. La primera fase se realizaba normalmente en la misma cantera, en ella se perfilaba la forma aproximada. Esta fase era quizás la más peligrosa ya que al martillearlas, algunas rocas se quebraban y terminaban siendo abandonadas allí mismo (como el obelisco inacabado de Aswan). Después se afinaba a mazo y cincel. Los detalles requerían más cuidado y se realizaban mediante raspado, habitualmente con una azuela. Finalmente se pulimentaba con arena o polvo de rocas igual de duras o más (la cuarcita, por ejemplo), aplicado mediante frotamiento con cuero o estructuras con forma de ladrillos para superficies planas y agua para refrescar la superficie.

Su elección residía en que, a su extremada dureza, estas rocas contraponen una propiedad mineral que es la fragilidad (que no tiene nada que ver con la dureza) propiedad física que permite tallar estas rocas con instrumentos muy rústicos y más blandos que la propia roca. Es decir, una roca puede ser muy dura (muy resistente a la erosión) y a la vez muy frágil (fácil de cuartearla). El granito pertenece a esta categoría. Y no es necesario remitirnos a conocimientos universitarios para alegar desconocimiento sobre esto. En la enseñanza primaria, en la escuela, de niños con 12 o 13 años, en la asignatura relativa a ciencias naturales, recordaréis que nos enseñaron qué es la dureza y qué es fragilidad de un mineral o una roca. Dureza y fragilidad son conceptos distintos. Por ejemplo, un caso extremo es el diamante. El diamante es el mineral más duro que existe y sólo puede ser rayado por otro diamante, pero es extremadamente frágil porque por un simple impacto se cuartea, se rompe en pedazos. Es por ello que una roca frágil, por muy dura que sea (como es el caso del granito) puede ser reducida a pedazos sin necesidad de emplear para ello herramientas más duras que la misma roca. Bastan herramientas de cobre incluso. La fragilidad de estas rocas es una ventaja aprovechable técnicamente cuando se ha tratado de modelar grandes rocas de granito en construcciones megalíticas (antiguo Egipto y construcciones precolombinas, por ejemplo). Con ello vengo a señalar de nuevo que para esta labor no es necesaria la colaboración desinteresada de extraterrestres venidos de otras galaxias con la finalidad de enseñar a tallar este tipo de rocas tan comunes en la Tierra. Un buen equipo humano de talladores, de picapedreros, puede modelar este tipo de rocas extraordinariamente duras empleando cinceles de cobre, que además son una herramienta muy adecuada para el tallado de estas rocas, independientemente de que otros metales puedan ofrecer resultados mejores. El cincel tiene por objeto transmitir el impacto a la roca. Cuando este impacto se produce en el lugar adecuado, se desprenden los pedazos que el escultor/tallador desea eliminar. No importa demasiado que el cincel sea blando, es hasta necesario si se quiere alisar una superficie eliminando los salientes con cuidado y sin rayarla. Y es que aunque el cincel fuera de hierro seguiría siendo más blando que muchas rocas, porque el objetivo no es penetrar la roca. Por supuesto se

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Al pulimentar una roca, siempre desprende polvo y éste se puede utilizar para seguir abrasando la roca. De este modo, repitiendo el proceso se va consiguiendo un polvo de arena de material muy duro pero más fino, con lo que a medida que los obreros trabajaban, obtenían una arena que les permitía pulimentar las superficies hasta dejarlo «a punto de espejo». Si tenían la posibilidad de utilizar un polvo abrasivo mucho más duro que la roca a pulimentar (procedente de una roca más dura) se reducía el tiempo y el esfuerzo físico. En fin, que no se ve la necesidad de extraterrestres para explicar esto a un ser humano. Mesoamericanos, egipcios y andinos pudieron resolver el problema sin que les quitemos mérito porque no vestían traje y corbata o carecían de teléfono móvil de última generación con videocámara, bluetooth y que es excelente para enviar mensajes SMS tipo «¡pásalo!». No nos engañemos; las civilizaciones antiguas mencionadas merecen todo nuestro respeto porque hicieron cosas imponentes que algunos contemporáneos parecen no entender por el lamentable hecho de haber perdido contacto con el suelo, de no intentar comprender ni observar a la propia naturaleza como lo hicieron ellos. Las cosas son más sencillas de explicar, de demostrar y de entender de lo que algunos cuentistas intentan hacernos creer con objeto de vivir de la ingenuidad de los demás. Gabriel Bernat

www.gabrielbernat.es Última edición por Gabriel Bernat el sábado, 21 de octubre de 2006, 4:52 pm; editado cuatro veces.

Biología y Geología 1 Trabajo de laboratorio 1

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4. La materia mineral: cristalización y ambientes petrogenéticos Trabajo de laboratorio

Trabajo de laboratorio Formación y observación del proceso de cristalización Objetivos Estudio de los procesos de formación de cristales. Observación y descripción de cristales de sal común, de sulfato de cobre y de salol.

Materiales • Sal común (cloruro sódico, NaCl), sulfato de cobre (CuSO4), salol (salicilato de fenilo, C13H10O3) y agua. • Lupa binocular y microscopio óptico. • Portaobjetos, tubos de ensayo y cristalizadores. • Mechero de alcohol. • Pinzas de madera. (Tanto el sulfato de cobre como el salol pueden ser tóxicos, debes lavarte las manos después de manipularlos.)

Procedimiento a) Formación de cristales de sal común y de sulfato de cobre a partir de una disolución sobresaturada de estos compuestos. Preparamos una disolución saturada de sulfato de cobre y otra de sal común. Después, dejamos reposar las disoluciones. Al ir evaporándose el agua, las disoluciones se sobresaturan. El exceso de soluto precipita y hace de germen de nucleación de los cristales. 1. Toma en un tubo de ensayo 3 o 4 ml de agua y añade pequeñas cantidades de sulfato de cobre; agita la mezcla con energía después de cada adición, hasta que observes que queda un residuo en la base del tubo. Deja 1 o 2 mm de residuo en el tubo de ensayo. Calienta con cuidado el tubo de ensayo hasta que desaparezca el residuo. Calienta la disolución: la solubilidad del sulfato de cobre en agua varía con la temperatura, y así se forma una buena disolución saturada. Vierte el contenido del tubo de ensayo, junto con el de tus compañeros, en un cristalizador. Hay que tener cuidado de no echar algún residuo sólido no disuelto. Siguiendo los mismos pasos, prepara la disolución de sal común; en este caso, dejaremos muy poco residuo, ya que la solubilidad de la sal común en el agua apenas varía con la temperatura. 2. A continuación, pon una gota de cada disolución en un portaobjetos. Deja reposar cinco minutos y observa al microscopio los cristales que se van formando. 3. A la semana siguiente, observa a simple vista y a la lupa binocular los cristales formados en los cristalizadores.

Fig. 4.26. Hábito de los cristales de sal común, sulfato de cobre y salol.

b) Formación de cristales de salol a partir de un fundido. Observación de la importancia de los núcleos de crecimiento en la formación de un cristal. El salol es un derivado del ácido salicílico. Es un compuesto orgánico no soluble en agua, pero sí en alcohol etílico. Funde a 42 ºC. 1. Toma dos portaobjetos. Coloca una pequeña cantidad polvo de salol sobre cada uno de ellos. Calienta los portaobjetos por su parte inferior hasta que funda el salol. 2. Agrega un pequeño grano de polvo de salol sobre uno de los fundidos. 3. Observa a la lupa binocular la diferente formación de cristales de salol en ambos portaobjetos.

Resultados y conclusiones a) ¿Qué forma tienen los cristales de sal común? Describe y dibuja uno de los cristales. ¿A qué se deben estas formas? ¿A qué sistema cristalino pertenecerá? ¿Por qué crees que se desarrollan las caras en tolva en los cristales de sal común? b) ¿Cómo son los cristales de sulfato de cobre? Describe y dibuja uno de los cristales. ¿En qué posible sistema cristalino incluirías a esta sustancia? c) ¿Se han formado cristales de salol en los dos portaobjetos? ¿Qué papel realizan los granitos sólidos de salol colocados sobre uno de los fundidos? Describe y dibuja cómo son los cristales de salol. d) A la semana siguiente, describe los cristales de los cristalizadores: ¿dónde están situados los cristales más grandes y mejor formados? ¿Qué ocurre cuando se encuentran dos cristales que están creciendo? ¿Están desarrollados perfectamente? ¿Qué condición necesitan para un buen desarrollo?

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04

Biología y Geología 1 Trabajo de laboratorio 2

Trabajo de laboratorio 2 Se plantea al alumno una serie de ejercicios relacionados con la simetría para que se pueda ir familiarizando con esta aplicación fundamental en cristalografía y mineralogía para clasificar e identificar las distintas especies minerales.

Respuestas 1. La simetría del motivo (estrella) es hexagonal y el grupo puntual que representa esta simetría es el 6mm.

Como apoyo a la actividad se facilitarán unas tablas con información complementaria que deberán consultar para resolver las cuestiones que se les plantean. Con ello, dada la siguiente figura:

2. El grupo espacial plano que representa esta celdilla unidad es el P6mm.

1. Indica la simetría del motivo (estrella) mediante el grupo espacial.

3. El grupo puntual plano de la red plana que vemos aquí dibujado es el 6mm. Se trata de una red hexagonal plana. 2. Dibuja los elementos de simetría de la estructura en dos dimensiones que se obtiene por repetición del motivo (estrella). Posteriormente, elige la celda elemental y, por último, en función de las direcciones de simetría de la misma, indica el grupo espacial plano. 3. Dibuja la red plana correspondiente a la estructura anterior con los elementos de simetría de la misma, indicando el tipo de red y su grupo puntual plano. p6mm

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Biología y Geología 1 Examen

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Examen LA MATERIA MINERAL: CRISTALIZACIÓN Y AMBIENTES PETROGENÉTICOS 1. Un plano de simetría es: a) Un elemento de simetría que permite realizar la operación de reflexión. b) Un elemento de simetría que permite realizar la operación de rotación. c) Un elemento de simetría que permite realizar la operación de traslación. d) Un elemento de simetría que no permite realizar ninguna de las operaciones anteriores.

2. Un catión está en posición octaédrica cuando está rodeado por: a) b) c) d)

Seis aniones vecinos más próximos. Ocho aniones vecinos más próximos. Cuatro aniones vecinos más próximos. Tres aniones vecinos más próximos.

3. En la desmezcla o exolución: a) Coexiste más de una fase y se produce al disminuir la temperatura. b) Coexiste una sola fase y se produce independientemente de la temperatura. c) Coexiste una sola fase y se produce al disminuir la temperatura. d) Coexiste más de una fase y se produce al aumentar la temperatura.

4. La estructura cristalina de un mineral de baja temperatura se caracteriza por: a) b) c) d)

Ser más desordenada que la de alta temperatura. Ser más ordenada que la de alta temperatura. Ser menos ordenada que la de alta temperatura. Ser tan ordenada como la de alta temperatura.

7. Una red cristalina es un conjunto de nudos dispuestos en: a) Dos dimensiones en el espacio distancias iguales. b) Tres dimensiones en el espacio distancias que pueden variar. c) Dos dimensiones en el espacio distancias que pueden variar. d) Tres dimensiones en el espacio distancias diferentes.

y separados entre sí por y separados entre sí por y separados entre sí por y separados entre sí por

8. Las propiedades de la red cristalina son: a) b) c) d)

Homogeneidad, isotropía y simetría. Homogeneidad y simetría. Homogeneidad, anisotropía y simetría. Homogeneidad y anisotropía.

9. Un filosilicato es: a) Un silicato cuya estructura está formada por anillos de tetraedros de Si. b) Un silicato cuya estructura está formada por capas de tetraedros de Si. c) Un silicato cuya estructura está formada por tetraedros aislados de Si. d) Un silicato cuya estructura está formada por dos tetraedros de Si.

10. Un prisma es una forma cristalina compuesta por: a) Caras que no se cortan y no son paralelas a una dirección dada. b) Caras que se cortan en una dirección dada. c) Caras paralelas a un elemento de simetría. d) Caras paralelas a una dirección común.

5. El sistema rómbico se caracteriza por:

Respuestas: a) b) c) d)

a = b = c y α = β = γ = 90º. a = b ≠ c y α = β = γ = 90º. a ≠ b ≠ c y α = γ = 90º y β ≠ 90º. a ≠ b ≠ c y α = β = γ = 90º.

1. a

6. d

2. a

7. d

3. a

8. c

4. b

9. b

5. d

10. d

6. Un eje ternario implica: a) b) c) d)

Giros de 120º y 240º. Giros de 180º. Giros de 120º, 240º y 360º. Giros de 180º y 360º.

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05

Biología y Geología 1 Procesos petrogenéticos del ambiente magmático: magmatismo. Rocas magmáticas

05

Procesos petrogenéticos del ambiente magmático: magmatismo. Rocas magmáticas

1. Los magmas 2. Actividad volcánica La naturaleza obra sin maestros.

3. Las rocas magmáticas Hipócrates

4. ¿Cómo se encuentran las rocas magmáticas en el campo? 5. Yacimientos magmáticos

Biología y Geología 1 Procesos petrogenéticos del ambiente magmático: magmatismo. Rocas magmáticas

c Identificación de la Unidad La Unidad pretende acercar al alumno al estudio de los magmas (situación, formación, composición, etc.) y de cómo se originan las rocas magmáticas. También pretende identificar los principales ejemplos de estas rocas con sus texturas y composición, en relación con su situación terrestre. Así mismo, hacer un análisis de las diferentes zonas de la Tierra donde se forman, relacionándolas con la teoría de la tectónica de placas. Por último, señalar el interés económico que puedan tener algunos ejemplos de las mismas.

c Objetivos didácticos 1. Distinguir las principales zonas de la Tierra donde se originan magmas, relacionándolas con los contenidos ya conocidos de la tectónica de placas. 2. Describir el concepto de magma, su origen y evolución. 3. Analizar los diferentes tipos de texturas presentes en las rocas magmáticas, identificándolos con el lugar y condiciones donde éstas se han originado (rocas plutónicas o volcánicas). 4. Identificar los principales ejemplos de rocas magmáticas más representativos, los minerales asociados a ellas y su importancia económica.

c

Contenidos

cc Conceptuales 1. Los magmas. • ¿Qué es un magma? • ¿Por qué se funden las rocas? • Composición del magma. • Propiedades físicas de los magmas. • Enfriamiento de los magmas: series de reacción de Bowen. • Magmas primarios y derivados. • Evolución de los magmas. • Etapas o fases de consolidación de un magma. • Magmatismo y tectónica de placas. 2. Las rocas magmáticas o ígneas. • Criterios de clasificación de las rocas magmáticas. • Principales rocas magmáticas. • Utilidad de las rocas magmáticas. • ¿Cómo se encuentran las rocas en el campo? 3. Actividad volcánica. • Productos de la actividad eruptiva. • Tipos de edificios volcánicos y erupciones volcánicas. 4. Yacimientos magmáticos. • Yacimientos ortomagmáticos. • Yacimientos pegmatíticos-neumatolíticos. • Yacimientos hidrotermales.

cc Actitudinales 1.

2.

3.

Ser consciente de la importancia económica que tienen las rocas, tanto en su utilización como para la extracción de sus minerales componentes. Apreciar los avances de la ciencia en el campo de la petrología endógena, gracias al trabajo de muchos hombres y mujeres que se dedican a ello. Valorar la importancia de cuidar y proteger nuestro entorno.

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cc Procedimentales 1. Describir las características que identifican a los diferentes tipos de rocas magmáticas, identificándolos con su origen y condiciones en las que se han formado. 2. Resolver las diferentes actividades propuestas en el texto. 3. Utilizar el vocabulario científico que sea necesario a la hora de expresar contenidos. 4. Experimentar en el trabajo de laboratorio: método de estudio de las rocas. 5. Observar algunos ejemplares de rocas magmáticas, con el fin de identificar los diferentes tipos de texturas estudiados y describir sus características. 6. Localizar en un mapa los diferentes puntos donde se sitúan los focos volcánicos de la Tierra, para ver su relación con los bordes de las placas. 7. Recoger material, seleccionarlo y realizar algún informe sencillo que explique el origen de nuestras islas o de zonas graníticas o basálticas concretas de España. 8. Comentar alguna noticia de actualidad, de prensa oral o escrita, que tenga relación con el contenido de la Unidad.

c Metodología 1. Materiales y recursos: • Libro de texto y libros de consulta. • Colección de ejemplares de rocas magmáticas del laboratorio. • Dibujos y esquemas identificativos de los diferentes tipos de rocas magmáticas, con el fin de identificarlos. • Preparaciones de cortes de rocas para observar en el microscopio petrográfico. • Transparencias o diapositivas explicativas del contenido de la Unidad. • Actividades recomendadas relacionadas con la Web. 2. Organización de espacio y tiempo: • Indicar si son actividades de aula, de laboratorio, de campo, etcétera. • El tiempo necesario para el desarrollo de la Unidad es tarea del departamento o del profesor, ya que hay que tener en cuenta el calendario escolar y las actividades programadas por el centro.

c Criterios de evaluación 1. Distinguir de visu, en esquemas o imágenes, diferentes tipos de rocas magmáticas y las texturas de las mismas. 2. Describir el origen de los magmas y su evolución, así como el de las rocas que constituyen éstos. 3. Conocer y aplicar algunas de las técnicas de trabajo utilizadas en la investigación de diversos aspectos (geología, botánica, ecología, etc.) de nuestro planeta. 4. Relacionar los procesos petrogénicos con la teoría de la tectónica de placas. 5. Explicar los procesos de formación de las rocas magmáticas, metamórficas y sedimentarias. 6. Conocer los principales yacimientos minerales asociados, así como la importancia económica de éstos. 7. Contrastar diferentes fuentes de información y elaborar informes relacionados con problemas biológicos y geológicos relevantes en la sociedad.

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05

Biología y Geología 1 Procesos petrogenéticos del ambiente magmático: magmatismo. Rocas magmáticas

c

5. Procesos petrogenéticos del ambiente magmático

Lectura

5.1 Los magmas

cc Origen de los magmas Existen numerosas incertidumbres sobre el conocimiento de la generación de los magmas.

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Sólido

Roca + Magma

Fusión parcial

Punto de “liquidus”

Roca

Punto de “solidus”

Temperatura ambiente

Enlaces, bibliografía, actividades interactivas (las rocas volcánicas y minerales de magmas básicos) y animaciones (emplazamiento de las rocas magmáticas).

Magma

Fusión total

Fig. 5.1. Condiciones de temperatura para la fusión.

En un magma no todo el material que lo compone tiene que estar fundido; podemos encontrar en él los tres estados o fases de la materia: fase sólida, fase líquida y fase gaseosa. • La fase sólida está constituida por los minerales que ya han solidificado o que no han fundido. • La fase líquida resulta de la fusión de los distintos minerales. El magma se constituye en su mayor parte por materiales en fase líquida. • La fase gaseosa está constituida por gases disueltos en la masa fundida, que están confinados dentro del magma, debido a la presión que ejercen las rocas circundantes.

¿Por qué se funden las rocas? Las rocas funden cuando llegan a la temperatura de fusión de los minerales que las constituyen, bajo la influencia de tres factores: la temperatura, la presión y la presencia o ausencia de agua en las rocas.

La temperatura (T) La temperatura influye directamente en la fusión de las rocas. Cada uno de los minerales que constituye una roca tiene unas condiciones de presión y temperatura en las que funde. Manteniendo la presión constante, hay minerales que funden antes que otros, es decir, tienen un punto de fusión inferior. Las rocas, por estar formadas, en general, por diversos minerales, no tienen un punto de fusión concreto, sino un intervalo de fusión. Una roca comienza a fundir cuando está sometida a la temperatura a la que funde el mineral con el punto de fusión más bajo que contenga. Esta temperatura se denomina punto de «solidus». A la temperatura a la que funde toda la roca se denomina punto de «liquidus». Esta temperatura corresponde al punto de fusión del mineral más refractario, es decir, el mineral que más resiste el calor. Entre ambas temperaturas se da la fusión parcial de la roca (véase Figura 5.1).

La presión (P) La presión influye de manera inversa a la temperatura. Así, un mineral sometido a más presión necesita más calor para fundir, ya que necesita mayor temperatura para agitar sus átomos, que están comprimidos por el incremento de presión.

El ascenso de grandes volúmenes de magma basáltico procedente del manto a zonas corticales puede dar lugar a la fusión de rocas mesocrustales, aunque esto sólo traslada a zonas más profundas el problema de conocer el origen del magma.

Basado en Geología. Una visión moderna de las ciencias de la Tierra, Fernando Bastida, Trea, 2005.

Un magma es un material rocoso fundido. Las rocas a partir de las cuales se generan los magmas están formadas mayoritariamente por silicatos, por lo que el magma es un fundido de silicatos.

Temperatura

Estos procesos tendrían lugar a escalas demasiado pequeñas como para explicar las enormes cantidades de magma que en ocasiones se generan.

El origen del magma mantélico es muy profundo y no es bien conocido. La fusión de los materiales de la base del manto posiblemente está condicionada por los procesos de producción y convección de calor en el núcleo líquido.

¿Qué es un magma?

En el CD y en la CEO (centro de enseñanza on-line) creados para este proyecto podrás encontrar el siguiente material adicional:

La forma más sencilla de provocar la fusión de una roca es el aumento de la temperatura. En zonas de corteza continental, la desintegración de isótopos radiactivos supone una importante fuente de calor, aunque la velocidad de producción del mismo es extraordinariamente baja como para lograr la fusión de los materiales. Otra posibilidad para lograr este aumento de la temperatura es el trabajo mecánico asociado a la deformación de los materiales. Una deformación intensa y relativamente rápida concentrada en determinadas zonas puede producir un calentamiento importante, que produciría a su vez una disminución de la viscosidad que favorecería la continuidad de la deformación en las zonas térmicamente debilitadas. Así, el proceso iría realimentándose a sí mismo. Además el magma producido podría afectar a otras rocas con las que entrara en contacto si se produjese una migración del mismo fuera del área fuente.

5.1 Los magmas

CEO

En la Figura 5.2 puedes observar cómo influyen la presión y la temperatura en la formación de un magma. De esta gráfica se deduce que para que se funda una roca debe existir un aumento de la temperatura, un descenso de la presión, o una combinación de ambos: elevar la temperatura y rebajar la presión. La presión aumenta con la profundidad en el interior de la tierra. A 3,7 kilómetros de profundidad una roca está sometida a una presión aproximada de 1 kilobar, debido a la compresión que ejercen sobre ella las rocas que la rodean. Esta presión se denomina presión de confinamiento o confinante de una roca.

80

c Páginas web

cc Proceso magmático

Notas

http://www.uclm.es/users/higueras/yymm/YM10.html#T10ProcMagm

cc Las rocas magmáticas y el vulcanismo http://www.hiru.com/es/geologia/geologia_00700.html

c Bibliografía recomendada

ARAÑA, V y LÓPEZ RUIZ, J: Volcanismo. Dinámica y petrología de sus productos, Istmo, Madrid, 1974. BEST, M G: Igneous and Metamorphic Petrology. Blackwell, Londres, 2003.

96

Biología y Geología 1 Procesos petrogenéticos del ambiente magmático: magmatismo. Rocas magmáticas

05

c Lectura

5. Procesos petrogenéticos del ambiente magmático 5.1 Los magmas

cc Silicatos ¿Cómo puede descender la presión a la que está sometida una roca? Una roca puede sufrir descompresión por fracturación de las rocas que la rodean y comprimen, por erosión de las rocas que tiene sobre ella (rocas suprayacentes) y por ascenso de dicha roca hacia la superficie. Las presiones en geología se suelen indicar en kilobares (kbar).

La presencia o ausencia de agua El agua rebaja el punto de fusión de los minerales. Por tanto, para una presión determinada, el agua facilita la fusión de las rocas. La fusión en presencia de agua se denomina fusión húmeda. La fusión seca o anhidra se produce en ausencia de agua.

Sólido

Son el grupo de minerales más numeroso y abundante, lo cual es de gran importancia desde un punto de vista geológico. En las rocas ígneas constituyen la totalidad de minerales esenciales y la mayor parte de los accesorios.

1

Sólido + líquido

1 bar = 1kg/cm2, valor muy próximo al de una atmósfera. 1 kilobar (kbar) = 103 bares.

Están formados por unidades básicas con geometría de tetraedro regular, en los que los iones oxígeno se sitúan en los vértices rodeando a un ión tetravalente de silicio de menor tamaño, que se sitúa en el centro del tetraedro. Estos enlaces Si-O poseen una gran estabilidad.

Algunas equivalencias con otras unidades de presión son: 1 atm = 1,033 bar. 1 bar = 105 pascal.

ea Lin

e “s Lin ea d

Presión

olid u

s”

de “l

iqu idu s”

(Fusión parcial)

2

Líquido

Temperatura Fig. 5.2. Actuación de las variables P y T.

Composición del magma La composición de los magmas está condicionada por el porcentaje de los diferentes elementos químicos que lo componen. Los magmas, según su porcentaje en sílice (% SiO2), se clasifican en magmas ácidos, intermedios, básicos y ultrabásicos: • • • •

A su vez cada oxígeno puede unirse a otro ión silicio, formando así parte de dos tetraedros que tendrán ese oxígeno en común. Así, cada tetraedro puede unirse hasta con otros cuatro (uno por cada oxígeno de cada vértice) dando múltiples configuraciones estructurales diferentes.

Magmas ácidos: con un porcentaje de sílice menor del 66 %. Magmas intermedios: con un porcentaje de sílice del 66-52 %. Magmas básicos: con un porcentaje de sílice del 52-45 %. Magmas ultrabásicos: con un porcentaje de sílice menor del 45 %.

Los términos ácido y básico en magmatismo no tienen nada que ver con los términos ácido y básico en química.

81

Propiedades físicas de los magmas Las principales propiedades físicas de los magmas son la temperatura y la viscosidad.

SiO44-

Los magmas ácidos se generan a temperaturas entre 1 200 ºC y 900 ºC, mientras que los magmas básicos se generan a temperaturas superiores a 1 200 ºC.

O2Si4+

Los magmas ácidos son mucho más viscosos que los básicos, porque a partir de los magmas ácidos se forman, sobre todo, tectosilicatos. Éstos son silicatos formados por grandes cadenas de SiO44- unidos.

O281

O2O2-

Dependiendo del número de oxígenos compartidos por cada tetraedro, podemos distinguir los siguientes grupos de silicatos: • Nesosilicatos: no compartirán oxígenos, por lo que presentan sus tetraedros de forma aislada. • Sorosilicatos: su unidad estructural básica la constituyen dos tetraedros unidos por un vértice, en el que un oxígeno es compartido por ambos tetraedros. • Ciclosilicatos: presentan una unidad básica constituida por tres, cuatro o seis tetraedros, formando una estructura anular. • Inosilicatos: sus tetraedros se unen formando estructuras en cadena. Pueden presentar cadenas simples o dobles. • Filosilicatos: sus tetraedros comparten tres de sus oxígenos con otros tantos tetraedros adyacentes, generando así una estructura laminar. • Tectosilicatos: los cuatro oxígenos de cada tetraedro se presentan compartidos con otros tantos tetraedros adyacentes, dando así una estructura bidimensional. A este grupo pertenecen los minerales de la sílice (SiO2). Elaboración propia.

97

05

Biología y Geología 1 Procesos petrogenéticos del ambiente magmático: magmatismo. Rocas magmáticas

c

5. Procesos petrogenéticos del ambiente magmático

Lectura

5.1 Los magmas

cc Solución sólida Los gérmenes de estos silicatos, constituidos por largas cadenas, producen fricción e impiden el movimiento y, por tanto, la viscosidad del magma aumenta (véase Figura 5.3a).

En la serie de reacción de Bowen los términos situados en la rama derecha evolucionan formando una solución sólida. Esto consiste en un progresivo enriquecimiento en un determinado elemento que, de manera continua, irá ocupando los huecos dejados en la estructura cristalina por elementos que pasan a formar parte del magma, de modo que el magma se empobrece de elementos que pasan a formar parte del cristal y se enriquece de aquellos que salen del mineral. Así, a altas temperaturas, según la serie de Bowen, cristalizarán plagioclasas 100 % cálcicas (anortita) y, a medida que desciende la temperatura durante el enfriamiento del magma, el porcentaje de huecos ocupados por el calcio disminuye en favor de los ocupados por el sodio, que se va incorporando a la estructura. Es un proceso continuo que prosigue hasta temperaturas más bajas donde lo que cristalizará serán plagioclasas 100 % sódicas (albita).

82



Elaboración propia

c Páginas web

cc Proceso magmático. Evolución y formación de magmas http://recursos.cnice.mec.es/biosfera/alumno/ 1bachillerato/petrogeneticos/contenido1.htm



Fig. 5.3. a) Magmas ácidos con gran abundancia de tetraedros de sílice (escala exagerada) constituyendo cadenas y cristales ya formados. b) Magmas básicos con poco tetraedros de sílice y pocos cristales formados.

Enfriamiento de los magmas A causa de la diferencia de densidad y de viscosidad de los magmas respecto a las rocas que los envuelven (denominadas rocas encajantes o rocas caja), los magmas tienden a escapar del lugar donde se han generado y ascender hacia zonas más superficiales. La diferencia de temperatura cada vez más acusada entre el magma y las rocas circundantes conducirá al enfriamiento progresivo y la solidificación del magma. Al ir enfriándose el magma, van cristalizando los minerales. En primer lugar cristalizarán los minerales que tengan una temperatura de formación más alta, y progresivamente, según va descendiendo la temperatura, irán cristalizando otros minerales con la temperatura de formación más baja.

La idea sugerida por Bowen al proponer sus series de reacción no era la de una secuencia de cristalización. La idea era que al ir enfriándose el magma, los minerales ya cristalizados reaccionarían con el magma residual al dejar de estar en equilibrio con él, descomponiéndose para dar lugar al siguiente mineral de la serie. Así, por ejemplo, tras cristalizar el olivino y enfriarse el magma, el mineral se descompondría (habría dejado de estar en equilibrio con el magma residual) y daría lugar a los piroxenos, continuando el proceso hasta cristalizar cuarzo, feldespatos y micas (minerales típicos del granito). No olvidemos que Bowen enunció sus series de reacción en 1928, cuando sólo se tenía constatación de la existencia del magma basáltico. Hoy en día sabemos que estas ideas quedan muy alejadas de lo que en realidad sucede en la naturaleza, pero constituyeron durante largos años un punto de partida para múltiples estudios que buscaban un mejor conocimiento del interior de nuestro planeta.

98

Los magmas básicos son más fluidos, porque los primeros silicatos que se forman son del tipo nesosilicatos, formados por tetraedros SiO44- aislados. Los gérmenes de estos minerales restan menos fluidez al magma, por lo que lo hacen menos viscoso (véase Figura 5.3b).

Magmas primarios y derivados Se denominan magmas primarios a los que provienen de la fusión total o parcial de un material preexistente en la corteza o en el manto. Se denominan magmas derivados a aquellos que provienen de los magmas primarios más un proceso de evolución magmática.

Evolución de los magmas Se denomina evolución magmática a las variaciones que sufren los magmas desde la zona donde se generan hasta la zona donde solidifican. En su ascenso hacia la superficie, los magmas experimentan algunos procesos que modifican su composición química. Así, un magma primario de composición básica puede dar lugar a un magma intermedio o incluso a uno ácido (véase Figura 5.5). Los mecanismos más importantes en la evolución magmática son la diferenciación magmática, la mezcla de magmas y la asimilación magmática.

82

Notas

Biología y Geología 1 Procesos petrogenéticos del ambiente magmático: magmatismo. Rocas magmáticas

05

c Lectura

5. Procesos petrogenéticos del ambiente magmático 5.1 Los magmas

Zona de subducción: zona por debajo de la cual una placa litosférica desciende formando un ángulo con la superficie. En estas zonas se produce la destrucción del extremo de la placa que subduce.

Diferenciación magmática

La diferenciación magmática es el proceso de formación de diferentes magmas derivados a partir de un magma primario inicial por el mecanismo de la cristalización fraccionada.

¿Qué es la cristalización fraccionada?

La cristalización fraccionada es el proceso de cambio en la composición química de un magma, producido al separarse sucesivamente los minerales cristalizados en el magma inicial. Si tenemos un magma con una determinada composición, según va descendiendo la temperatura y comienzan a cristalizar los minerales que se forman a partir de él, la composición original del magma variará, ya que los nuevos minerales que van apareciendo se forman a partir de los elementos químicos que constituyen dicho magma.

E

Zona de subducción

Dorsal (centro-oceánica): estructura volcánica prolongada, con forma lineal y elevada, que frecuentemente aparece en el centro del fondo oceánico. Esta estructura ocupa posiciones centrales debido a que los océanos se formaron mediante un proceso simétrico de propagación de dos placas litosféricas. Las dorsales aparecen en todos los océanos de la Tierra.

Fig. 5.4. Granito con enclave (E).

La mezcla de magmas Es un mecanismo que consiste en la unión o mezcla de dos magmas de diferente composición. La unión origina un magma derivado de los dos anteriores con composición diferente a la de ambos.

 



 

La asimilación magmática Es el cambio en la composición química de un magma inducido por la fusión e incorporación de las rocas que atraviesa en su camino de ascenso. A veces quedan restos de esas rocas en el magma, y no funden. A estos restos se les denomina «enclaves o xenolitos» y se encuentran en las rocas magmáticas (véanse Figuras 5.4 y 5.5). Los enclaves son muy típicos de los granitos.

 

 

Fig. 5.5. Granito con xenolitos.

Etapas o fases de consolidación de un magma Desde el inicio de la solidificación de un magma hasta la consolidación completa de dicho magma, se consideran tres etapas o fases.

83

Estas etapas son la fase ortomagmática, la fase pegmatítica y la fase hidrotermal. • La fase ortomagmática es la etapa que se produce entre la temperatura a la que está el magma en el comienzo de la cristalización y los 500 ºC de temperatura. En ella se forma la mayor parte de los minerales que constituyen las rocas magmáticas. • La fase pegmatítica-neumatolítica es la etapa que tiene lugar entre 500 y 250 ºC. En esta fase el magma es un líquido residual rico en gases. Los gases aumentan la presión del magma, y hacen que este líquido penetre en las rocas encajantes, formando diques y filones. Un filón es un dique con minerales de interés económico. • La fase hidrotermal es la etapa con temperaturas del magma inferiores a 250 ºC. En esta fase queda un líquido residual formado por agua y elementos volátiles, que forman, como en la fase anterior, diques y filones con yacimientos minerales de interés económico. Parte de estas soluciones pueden llegar a superficie en forma de géiseres, fuentes termales o fumarolas (véase Figura 5.6).

Un géiser es una fuente de agua caliente expulsada desde el suelo de manera periódica.

Corteza oceánica

Una fuente termal es un manantial de agua a una temperatura de entre 6 y 9 ºC mayor que la temperatura anual media del aire en su zona.

Manto

Una fumarola es la expulsión de gases y vapores en una zona volcánica.

83

c Lectura cc Anatexia

La anatexia es la fusión parcial o incompleta de una roca como respuesta a un aumento de temperatura (a presión constante) o una caída de la presión (a temperatura constante). La fusión tiene lugar en los bordes del grano y el fundido que resulta puede ser extraído del sistema rocoso parcialmente fundido o puede permanecer en él. Son ejemplos de anatexia la generación de basaltos por fusión parcial de peridotitos del manto, o la generación de fundidos graníticos por fusión parcial de rocas de la corteza alumínicas. Basado en Diccionario de las ciencias de la Tierra, Oxford Fig. 5.3. Basalto. Complutense.

En las dorsales se produce un estrechamiento del espesor de la corteza y una salida de material, produciéndose con ello una descompresión del manto, que se encontrará aquí a muy poca profundidad. Recordemos que un descenso en la presión aumenta la movilidad atómica y con ello se facilita la fusión parcial, al cruzar el material el límite que marca su curva sólidus. La presencia de agua favorecerá a su vez la fusión y, en conjunto, se formará un magma de tipo básico al ir produciéndose la fusión parcial de materiales del manto superior. Basado en Geología. Una visión moderna de las ciencias de la Tierra, Fernando Bastida, Trea, 2005.

c Bibliografía recomendada ARAÑA, V y LÓPEZ RUIZ, J: Volcanismo. Dinámica y petrología de sus productos, Istmo, Madrid, 1974. HALL, A: Igneus petrology, Longman, Londres, 1987.

99

05

Biología y Geología 1 Procesos petrogenéticos del ambiente magmático: magmatismo. Rocas magmáticas

c

5. Procesos petrogenéticos del ambiente magmático

Actividades de refuerzo

5.1 Los magmas

Magmatismo y tectónica de placas

1. Indica si son verdaderas (V) o falsas (F) las siguientes afirmaciones y en caso de ser falsas indica también el porqué:

El origen de la mayor parte de los magmas es la fusión parcial de las rocas de la corteza y del manto superior, a una profundidad de entre 70 y 200 kilómetros, es decir, un origen muy próximo a la superficie terrestre, ya que el radio de la Tierra mide 6 370 kilómetros. La génesis de los magmas está relacionada con la teoría de la tectónica de placas. Los grandes contextos geológicos de la formación de los magmas son los limites de las placas litosféricas y algunos puntos lejos de dichos límites (véanse Figuras 5.6 y 5.7).

a) Los granitos son rocas ígneas, sobresaturadas, generadas con frecuencia a partir de un magma ácido, enfriado lentamente a poca profundidad. De ahí su tamaño de grano grueso y textura holocristalina. b) En la etapa ortomagmática del proceso de enfriamiento y cristalización del magma, cristalizan los minerales pirogenéticos que constituyen la mayor parte del magma.

Magmatismo de los límites de placas El magmatismo de los bordes de placas se genera, sobre todo, en los límites constructivos, asociado a las dorsales, y en los límites destructivos, asociado a zonas de subducción.

Fig. 5.6. Fumarola en el Teide.

En las dorsales se genera más del 80 % de los magmas que llegan a la superficie y tiene lugar la separación de dos placas litosféricas. Esta separación produce una descompresión que favorece la fusión del material que se encuentra en el manto. Al perder presión, cruzará su curva de solidus, y comenzará su fusión parcial. En las dorsales se genera un magma primario de tipo básico, que resulta de la fusión parcial del manto a poca profundidad. En las zonas de subducción, donde una placa de litosfera oceánica se hunde bajo otra placa litosférica, se generan magmas primarios de composición intermedia o ácida, que resultan de la fusión parcial de material del manto y de la corteza. La litosfera oceánica que se hunde arrastra sedimentos marinos hidratados. El agua favorece la fusión de las rocas. Por tanto, el magmatismo en las zonas de subducción se produce por la fusión de los materiales del manto y de la corteza en condiciones hidratadas.

c) No es posible fundir una roca sin proporcionarle un aumento de calor.

didácticos c Materiales en el CD y en la CEO

    

Bordes constructivos de placas (rift)

Bordes destructivos de placas (zonas de subducción)

Bordes constructivos de placas Intraplaca oceánico Intraplaca continental (dorsales) (puntos calientes) (puntos calientes) Corteza continental C. oceánica Litosfera

Ordena las etapas de solidificación magmática según la temperatura:

84

Hidrotermal

entre 700 ºC y 400 ºC

Ortomagmática

700 ºC Se denomina magmatismo intraplaca al que se genera en el interior de una placa litosférica oceánica o continental.

(Obtenida de: http://recursos.cnice.mec.es/ biosfera/alumno/1bachillerato/petrogeneticos/ actividades.htm#)

c

Páginas web

cc Magmatismo intraplaca

Fig. 5.8. Lava saliendo de un volcán en Hawai.

84

http://gmg.unizar.es/gmgweb/Asignaturas/

Magmatismo en zonas de convergencia http://gmg.unizar.es/gmgweb/Asignaturas/

100

Notas

El magmatismo intraplaca se produce en los puntos calientes de la Tierra. Los puntos calientes representan anomalías térmicas profundas, y en ellos se da el ascenso de material caliente, que se denomina pluma térmica convectiva o penacho térmico. Los penachos térmicos tienen un origen profundo, se originan en la capa D”, en el límite núcleo-manto. Estos magmas son de composición básica.

Biología y Geología 1 Procesos petrogenéticos del ambiente magmático: magmatismo. Rocas magmáticas

05

de nivel c Actividades del libro

5. Procesos petrogenéticos del ambiente magmático 5.1 Los magmas

Ejemplos de magmatismo intraplaca oceánica son los magmas que originaron los archipiélagos de Canarias y de Hawai (véase Figura 5.8).

2. ¿Cuáles son los productos magmáticos expulsados en una erupción? ¿De qué depende la abundancia relativa de cada uno?

Ejemplos de magmatismo intraplaca continental son los magmas que originaron los volcanes del campo volcánico catalán (Gerona), los volcanes del valle del Rift continental de África Oriental y el parque nacional de Yellowstone en los Estados Unidos.

3. ¿Qué tipo de erupción producen comúnmente los magmas básicos y los magmas ácidos? ¿Qué determina estas erupciones? 4. Enumera los tipos de lavas según su morfología. 5. ¿Qué son los piroclastos? Clasifícalos de mayor a menor en función de su tamaño.

c Actividades interactivas

Fig. 5.9. Situación de algunos volcanes de la Tierra y su posición respecto a las placas litosféricas.

Actividad resuelta

En el enlace que se muestra a continuación el alumno podrá realizar una serie de actividades interactivas relacionadas con la geología, y en concreto con procesos magmáticos, y obtener su corrección.

Algunas ideas son divulgadas de forma errónea, como por ejemplo: «Los magmas provienen del centro de la Tierra». ¿Cómo podemos rebatir esta idea? El núcleo interno es sólido, el manto también. ¿Cómo podría atravesarlo un magma? Por otra parte, los líquidos magmáticos tienen una composición química silicatada; si provinieran del núcleo, tendrían que tener una composición semejante a la del núcleo, que está formado mayoritariamente de níquel y hierro.

http://recursos.cnice.mec.es/biosfera/alumno/ 1bachillerato/petrogeneticos/actividades.htm#

Los magmas tienen su origen, esencialmente, a unos centenares de kilómetros de profundidad, en la zona de baja velocidad (LVZ, en sus siglas inglesas) de las ondas sísmicas, al inicio de la astenosfera (véase Figura 5.10). Esta profundidad, comparada con el radio de la Tierra (de 6 370 km), representa 1/60 aproximadamente.

Z. subducción

Punto Penacho caliente térmico Litosfera

85

Dorsal

te As

Mesosfera

ra nosfe

Núcleo

Capa D”

Fig. 5.10. Corte de la Tierra donde se muestra el origen de los magmas.

85

Notas

101

05

Biología y Geología 1 Procesos petrogenéticos del ambiente magmático: magmatismo. Rocas magmáticas

c

5. Procesos petrogenéticos del ambiente magmático

Actividades de nivel del libro

5.2 Actividad volcánica

6. Define los siguientes términos: cámara magmática, caldera volcánica, cráter.

5.2 Actividad volcánica La actividad volcánica se manifiesta a través de un conjunto de fenómenos geológicos asociados a la salida o al ascenso de magma, cerca de la superficie terrestre, dando lugar al fenómeno llamado volcanismo. La vulcanología es el estudio de la actividad volcánica.

c Páginas web

Una actividad eruptiva o erupción es el conjunto de procesos relacionados con la salida de productos magmáticos de un centro emisor.

cc Tipos de erupciones http://www.terra.es/personal/agmh25/volcanes/ c.htm

Productos de la actividad eruptiva Los productos magmáticos que se expulsan en una erupción son de tres tipos: gases, coladas de lava y productos piroclásticos. La abundancia relativa de cada uno de estos productos volcánicos depende de la acidez o basicidad de los magmas.

cc Tipos de volcanes

Gases

http://www.windows.ucar.edu/tour/link=/earth/ interior/volcanos_general.sp.html

Los magmas contienen gran cantidad de gases que, debido a la enorme presión existente en las profundidades donde se forman, permanecen disueltos en la masa líquida. Al acercarse a la superficie y disminuir la presión, los gases se desprenden y facilitan la ascensión del magma, por un efecto semejante al que se produce cuando se descorcha una botella de champán. El gas más abundante es el vapor de agua. Otros gases son el CO2, HCl, H2S, H2 y N2, SO2 y CH4. En los magmas ácidos, al ser más viscosos, los gases se liberan de una manera explosiva y producen erupciones explosivas. En los magmas básicos, al ser menos viscosos, los gases se desprenden suavemente, originando erupciones efusivas. Fig. 5.11. Lava «cordada» de la isla de El Hierro. Escala: moneda de 20 céntimos de euro.

Coladas de lava Se denomina lava al magma que fluye por la superficie de la Tierra. Se trata de un magma empobrecido en volátiles. Su temperatura oscila, generalmente, entre 900 ºC y 1 200 ºC (según su carácter ácido o básico, respectivamente). Las lavas se extienden sobre el terreno, constituyendo mantos o coladas, cuya morfología y velocidad dependen de la composición química y el contenido en gases.

86

En los magmas ácidos, al ser más viscosos, sus coladas no alcanzan grandes velocidades y solidifican rápidamente. En los magmas básicos, al ser más fluidos, sus coladas pueden alcanzar grandes velocidades (hasta 100 km/h). Según su morfología, las lavas se clasifican en tres tipos:

Fig. 5.12. Disyunción columnar en el cabo de Gata (Almería).

86

cc Erupciones volcánicas http://www.rinamed.net/es/es_ris_volc.htm

cc El volcán http://es.wikipedia.org/wiki/Volc%C3%A1n

cc Fenómenos volcánicos http://www.uclm.es/users/higueras/yymm/ YM11.html#T11FenVolc

102

Notas

% L avas pahoehoe. Son lavas fluidas en las que los gases se desprenden con suavidad y tienen aspecto masivo, es decir, no fragmentado. Algunas veces tienen aspecto de cuerdas o sogas alineadas perpendicularmente con la dirección del fluido. En este caso las lavas se denominan lavas «cordadas» (véase Figura 5.11). El término pahoehoe es de origen hawaiano. Si la lava es muy homogénea, al enfriarse suele sufrir una fracturación en prismas poligonales; este proceso se llama disyunción columnar (véase Figura 5.12).

Biología y Geología 1 Procesos petrogenéticos del ambiente magmático: magmatismo. Rocas magmáticas

c Glosario

5. Procesos petrogenéticos del ambiente magmático 5.2 Actividad volcánica

% Lavas rugosas o lavas «aa». Son lavas más ácidas, por tanto, más viscosas que las pahoehoe. Tienden a solidificar más rápidamente, por lo que la liberación de gases es de modo explosivo, lo que provoca la fragmentación de la colada. Esto origina coladas de lava cuyo aspecto en superficie es muy irregular, coriáceo, espinoso y fragmentado (véase Figura 5.13). Si estos fragmentos son de grandes proporciones, se denominan coladas en bloques. El término «aa» es de origen hawaiano. El término canario es malpaís. % Lavas almohadilladas o pillow-lavas. Son típicas de erupciones submarinas, donde la lava se solidifica debajo del agua. Presentan un aspecto de pequeños bulbos, similares a almohadillas (véase Figura 5.14).

Productos piroclásticos

Domo. Montículo de lava viscosa, de composición generalmente riolítica que se ha construido y crecido sobre una abertura. Pueden crecer por inyección repetida de magma en el interior del domo (domos endógenos) o por erupciones repetitivas que van acumulando láminas de lava (domos exógenos).

CL

Fig. 5.13. Coladas de lava del Teide (Tenerife).

Los piroclastos son fragmentos de material magmático que han sido proyectados al aire en una erupción explosiva de un volcán. Los elementos expulsados por un volcán presentan estado sólido, semisólido o líquido, y, en este último caso, se consolidan en el aire, antes de ser depositados.

    $ $ 

             

 

 

la

Fig. 5.14. Lavas almohadilladas cruzadas por un dique en la caldera de Taburiente (La Palma).

Basado en Diccionario de las ciencias de la Tierra, Oxford Complutense.

 

c Páginas web

P

    0m

      

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Fig. 5.15. Nombre de los distintos tamaños de piroclastos.

Pitones. Relleno cilíndrico de un antiguo volcán que, debido a su gran resistencia a la erosión, puede preservarse después de que el edificio volcánico haya sido erosionado. Las agujas tendrían una formación similar. Agujas. Forma volcánica de fl ancos abruptos y estriados, constituida por lava viscosa. Se localiza sobre chimeneas volcánicas a través de las cuales se ha extraído. Es característica de los volcanes de tipo peleano.

D

Según su tamaño, los piroclastos (véase Figura 5.15) reciben distintos nombres: % Bombas: son piroclastos de diámetro mayor de 64 mm. Tienen normalmente forma aerodinámica, con extremos puntiagudos, como resultado de su rotación en el aire durante la solidificación (véase Figura 5.16). % Bloques: son piroclastos de diámetro mayor de 64 mm, con formas angulosas, pues en el momento de la explosión ya habían solidificado. Son fragmentos arrancados de la chimenea de un volcán. % Lapilli: son piroclastos de diámetro entre 2 y 64 mm. % Cenizas: son piroclastos de diámetro menor de 2 mm. % Escorias: son piroclastos de tamaño no especificado.

05

cc Las rocas magmáticas: vídeo de una erupción

1m

Fig. 5.16. Distintos tipos de piroclastos en Tenerife.

http://roble.pntic.mec.es/~hotp0039/jaznar/ Hibrida.htm

Tipos de edificios volcánicos

87

Cuando los productos de la actividad eruptiva salen a la superficie de la Tierra dan lugar a las rocas volcánicas o efusivas. El punto de salida de los materiales volcánicos se denomina volcán. Las erupciones pueden ser centrales o fisurales. En las erupciones centrales o puntuales, la salida de los materiales volcánicos se produce en un punto localizado. En estos puntos se forman los conos volcánicos, que tendrán distinta morfología según la acidez o basicidad del magma. En las erupciones fisurales, la salida de los materiales volcánicos se realiza a lo largo de fracturas lineales. En este tipo de actividad se forman campos de lavas, plataformas de lavas o mesetas volcánicas muy extensas. Un ejemplo es la meseta volcánica del Dekkan, en la India. A escala global, las dorsales oceánicas presentan este tipo de actividad volcánica, y dan lugar a la litosfera oceánica.

87

Notas

103

05

Biología y Geología 1 Procesos petrogenéticos del ambiente magmático: magmatismo. Rocas magmáticas

c Páginas web

5. Procesos petrogenéticos del ambiente magmático 5.2 Actividad volcánica

cc Volcanismo del campo de Calatrava

Partes de un volcán de erupción central Un volcán es la evidencia geológica de la llegada de material magmático a un lugar de la superficie de la Tierra (o de otro cuerpo planetario). En un volcán de erupción puntual (véase Figura 5.17) se pueden distinguir las siguientes partes:

ht t p://w w w.ucl m.e s/u s er s/ higuer a s/ Tema/ Campos/Campos.htm

% C ámara o foco magmático: lugar donde se acumula temporalmente el magma en su ascenso hacia la superficie desde la zona donde se ha generado. % C himenea volcánica: conducto que comunica la cámara magmática con el exterior. Es por donde asciende el magma. % C ono volcánico: edificio construido por la acumulación de materiales magmáticos (coladas de lava y/o piroclastos). Tiene forma pseudocónica. Puede haber sobre él conos secundarios, más pequeños, que se denominan conos adventicios. % C ráter: relieve negativo en forma de embudo, en la parte superior del cono. Es la terminación de la chimenea, por donde sale el magma al exterior. % C aldera volcánica: depresión causada por el hundimiento de la cumbre del volcán, inducido por el desplome de la cámara magmática.



              

  





  

cc Parque natural de la zona volcánica de la Garrotxa

    

   

Fig. 5.17. Partes de un volcán de erupción puntual.

Tipos de actividad eruptiva

http://www.gencat.net/mediamb/pnzvg/cast/ pnzvg.htm

88 Fig. 5.18. Domo volcánico: ejemplo real y esquema ilustrativo. Domo del Cabo de Gata.

Una erupción volcánica se produce cuando el magma está a una presión superior que la presión litostática. La presión litostática es la presión que ejerce el peso de las rocas que están por encima de la cámara magmática, donde está confinado el magma. La mayor parte de las grandes presiones que permiten una erupción volcánica las producen los gases que contiene el magma. Las erupciones pueden ser efusivas y explosivas.

Las erupciones efusivas     

   

  

 

  

   

Fig. 5.19. Esquema de un volcán en escudo.

Son tranquilas, con una salida continuada de magma en forma de coladas de lavas. Los gases se liberan de forma no violenta. Estas erupciones están asociadas a los magmas básicos, pero también se pueden producir, de forma más excepcional, con magmas ácidos. Si el magma es ácido, da lugar a lavas viscosas, que fluyen con dificultad, y se forman domos y pitones o agujas (véase Figura 5.18). En el caso de una erupción puntual, el tipo de edificio construido es un volcán en escudo (véase Figura 5.19). Un volcán en escudo presenta un cono extenso de pendientes suaves. Ejemplos de estos tipos de volcanes son el Kilauea, en Hawai, y el Hekla, en Islandia.

88

104

TIPO DE MAGMA

ÁCIDO

INTERMEDIO

BÁSICO

COMPOSICIÓN

Dacítica-riolítica

Andesítica

Basáltica

TEMPERATURA (ºC)

750

900-1 050

1 050-1 370

VISCOSIDAD

Alta

Media

Baja

DENSIDAD (g/cm3)

2,2-2,3

2,4-2,5

2,6 -2,78

ROCAS QUE GENERA

Sobresaturada en SiO2

Sobresaturadas, saturadas y subsaturadas en SiO2

Rocas con plagioclasa, piroxeno, olivino y hornblenda. Subsaturada en SiO2

PRESENCIA DE MÁFICOS

Generalmente presenta al menos uno

Variable

Abundancia de ferromagnesianos

PRINCIPALES ROCAS PLUTÓNICAS

Granitos y granodioritas

Sienitas, monzonitas y dioritas

Gabros

PRINCIPALES ROCAS MAGMÁTICAS

Riolitas y dacitas

Andesitas, traquitas, fonolitas y latitas

Basaltos

GRAN IMPORTANCIA EN ZONAS…

De corteza continental

% SÍLICE

>66 %

De corteza oceánica 52-66 %

45-52 %

Biología y Geología 1 Procesos petrogenéticos del ambiente magmático: magmatismo. Rocas magmáticas

05

c Páginas web

5. Procesos petrogenéticos del ambiente magmático 5.2 Actividad volcánica

cc Volcanes en el mundo Las erupciones explosivas

http://www.snet.gob.sv/Geologia/Vulcanologia/ paginas/ubicacion.htm

Son violentas, con emisiones de piroclastos y gases del magma, que se liberan de forma impetuosa. Se producen con magmas intermedios y ácidos. El tipo de edificio construido es un cono de escoria. Un ejemplo de cono de piroclastos es el volcán Croscat en Olot, Gerona (véase Figura 5.20). Ch

Las erupciones pueden ser más o menos violentas. En las más explosivas se originan coladas de piroclastos, que se denominan nubes ardientes. Las nubes ardientes son flujos devastadores de piroclastos incandescentes soportados por gases a gran temperatura. Se mueven a gran velocidad (más de 100 km/h) a ras de suelo, y representan uno de los mayores peligros asociados al volcanismo. Las nubes ardientes dan lugar a un tipo de rocas que se llaman ignimbritas formadas por piroclastos más o menos soldados.

P

Algunas veces, un volcán, a lo largo de su historia eruptiva, puede tener episodios efusivos y otros explosivos, en este caso se forma un edificio que se denomina volcán compuesto o estratovolcán. Un ejemplo es el Teide, en Tenerife (véase Figura 5.21). Un tipo especial de erupciones explosivas son las erupciones hidromagmáticas, que están asociadas tanto a magmas ácidos como básicos. Se producen en la interacción del magma con aguas subterráneas o aguas superficiales (ríos, lagos o el mar). El vapor de agua produce un incremento excepcional del contenido de gases del magma. La explosividad de la erupción depende de la proporción de magma y agua. Por este motivo podemos distinguir dos tipos de erupciones:

Fig. 5.20. Volcán Croscat en Olot (Gerona). Piroclastos (P) y chimenea volcánica (CH).

% Las erupciones freatomagmáticas. Se producen en la interacción del magma con aguas subterráneas. La proporción de agua es muy inferior a la del magma, lo que desencadena una actividad eruptiva muy violenta. En estas erupciones se originan conos volcánicos muy extendidos formados por un cráter de explosión o maar rodeados por un anillo de piroclastos que se denomina anillo de tobas. % Las erupciones subacuáticas. Al producirse bajo el agua, la cantidad de ésta es mucho mayor que la de magma, por lo que no se producen erupciones violentas. El magma solidifica formando acumulaciones de lavas almohadilladas.

c Curiosidades Los volcanes no son exclusivos de nuestro planeta, sino que también forman parte de la vida de otros planetas, como por ejemplo Marte.

El volcanismo reciente de la Península Ibérica y Canarias En la Península Ibérica hay tres áreas principales de volcanismo reciente (véase Figura 5.22):



                        

      

  

   

  

http://www.astrosafor.net/Huygens/2001/H33/ H33Volcanes.htm

% E l campo volcánico catalán. % El volcanismo del Campo de Calatrava. % El volcanismo de la zona de Almería y Murcia.

89

  

Fig. 5.21. Estratovolcán: edificio del Teide (Tenerife) y esquema ilustrativo.

% L a región volcánica de Canarias.

Fig. 5.22. Situación del volcanismo reciente en la Península Ibérica y Canarias.

89

c Bibliografía recomendada ARAÑA, V y LÓPEZ RUIZ, J: Volcanismo. Dinámica y petrología de sus productos, Istmo, Madrid, 1974. FRANCIS, P: Volcanoes, Penguin, Nueva York, 1976. STRECKEISEN, A: “Classification and nomenclature of volcanic rocks, lamprophyres, carbonatites and melilitic rocks; recommendations and suggestions of the IUGS Subcommission on the Systematics of Igneus Rocks”, en Geology, v. 7, no. 7 (July 1979). MCBYRNEY, A R: Igneous petrology, Jones & Bartlett, Boston, 1993. NOCKOLDS, S R; KNOX, R W; CHINNER, G A: Petrology for students, Cambridge University Press, Cambridge. 1978. HALL, A: Igneus petrology, Longman, Londres, 1987. BLATT, H & TRACY, R J: Petrology. Igneous, sedimentary and metamorphic, Freeman, Nueva York, 1995.

105

05

Biología y Geología 1 Procesos petrogenéticos del ambiente magmático: magmatismo. Rocas magmáticas

c

5. Procesos petrogenéticos del ambiente magmático

Criterios para la clasificación de las rocas ígneas

5.2 Actividad volcánica

El campo volcánico catalán Se localiza en Gerona, en las comarcas del Ampurdán, la Selva y la Garrocha. Es un volcanismo intraplaca continental, asociado a fenómenos distensivos (véase Figura 5.20).

Las rocas ígneas son extraordinariamente variadas, lo que ha dado lugar a una terminología amplia y complicada que constituye uno de los principales obstáculos con que se tropieza el alumno.

El volcanismo del Campo de Calatrava Se localiza en el Campo de Calatrava (Ciudad Real), que forma parte de la región volcánica central española, que se extiende desde los Montes de Toledo a Sierra Morena. Este volcanismo está asociado a fenómenos distensivos. Algunas erupciones fueron freatomagmáticos y han formado maares (véase Figura 5.23).

Cualquier clasificación de un grupo de rocas debe reunir una serie de requisitos, entre los que destacamos los siguientes (Le Maitre et al. 1989; Le Bas & Streckeisen, 1991): 1. Las rocas deben denominarse siempre de acuerdo con lo que son y no de acuerdo con lo que han podido ser. 2. Debe ser relevante desde el punto de vista genético, es decir, debe presumirse que las propiedades utilizadas en la clasificación son una consecuencia del origen de las rocas. 3. Debe ser operativa, es decir, de fácil aplicación y manejo. 4. Los términos utilizados han de ser de significado inequívoco.

C

El volcanismo de la zona de Almería y Murcia Se localiza en el cabo de Gata (Almería) y la zona Mazarrón-Cartagena (Murcia). Está asociado a fenómenos distensivos. Fig. 5.23. Volcán de tipo maar en el Campo de Calatrava, Ciudad Real. Cráter (c).

El volcanismo de Canarias está relacionado con un punto caliente. Correspondería a un resto de una antigua pluma térmica asociada a la apertura del Atlántico.

Localización de algunos de los principales volcanes de la Tierra Muchos de los volcanes más importantes se encuentran en los límites de placas y algunos en el interior de éstas. Algunos de estos volcanes están representados en la Figura 5.19.

Extraído de Geología. Una visión moderna de las ciencias de la Tierra, Fernando Bastida. Trea, 2005.

90

Actividad resuelta

de nivel c Actividades del libro

Relaciona el proceso de descorchar una botella de champán con el proceso de una erupción volcánica. El champán, dentro de la botella, está sometido a una presión de aproximadamente cuatro veces la presión atmosférica. Esta presión es debida a la fuerza que ejerce el gas CO2 formado durante la fermentación del vino, y que se acumula en el interior de la botella. Este gas representa los gases que contiene el magma. El vidrio no se rompe, ya que su resistencia es mayor a la presión ejercida por el líquido con los gases disueltos en él. Además, tenemos la resistencia del tapón de corcho que obstruye el cuello de la botella. Este tapón está reforzado por una sujeción con alambres. La resistencia del tapón con el vidrio representa la presión litostática, que se opone al movimiento del magma, y a una posible erupción volcánica.

7. Nombra tres tipos de rocas según su lugar de formación, especificando la profundidad a la que solidifica el magma que les da origen. Cita dos ejemplos de cada tipo de roca. 8. ¿Qué es un mineral fundamental? ¿En qué dos grandes grupos se dividen? Enumera las características principales de cada grupo.

c PAU En la cuestión siguiente, marca la única respuesta que consideres válida. La erupción del volcán Nevado del Ruiz (Colombia), en 1985, fundió el hielo de la cima del edificio volcánico y generó una corriente de lodo que enterró la ciudad de Armero y produjo más de 20 000 víctimas ¿Qué nombre recibe este tipo de riesgo volcánico? a) b) c) d)

Nube ardiente. Deslizamiento. Caída de piroclastos. Lahar.

Solución: d) Lahar.

106

Región volcánica de Canarias Las Canarias son islas oceánicas de origen volcánico. La edad del volcanismo es muy variada. Las islas comenzaron su construcción sobre la corteza oceánica en el jurásico, aproximadamente hace 155 millones de años. Las islas occidentales son más jóvenes que las orientales. Se han localizado centenares de erupciones en los últimos 20 000 años, con probabilidad de erupciones actuales. La última erupción tuvo lugar en La Palma en 1971, fue la del volcán Teneguía.

90

Notas

Para que se produzca un movimiento del magma, debemos incrementar la presión interna del magma, o bien, producir una descompresión del material. En el caso de la botella de champán, la presión interna no puede ser incrementada con el tiempo, tal como sí puede ocurrir en las cámaras magmáticas, ya que una vez fermentado el vino, no se producirá más gas. Sin embargo, sí podemos reducir la resistencia del contenedor quitando el alambre que sujeta el tapón y estirando el corcho con la mano, lo que simularía una reducción de la presión litostática por fracturación de las rocas suprayacentes. En el contexto geológico de una dorsal oceánica, lo que habríamos producido es una descompresión por separación de dos placas litosféricas y un incremento de ascensión del magma hacia la superficie.

Biología y Geología 1 Procesos petrogenéticos del ambiente magmático: magmatismo. Rocas magmáticas

c Actividades de ampliación

5. Procesos petrogenéticos del ambiente magmático 5.3 Las rocas magmáticas

Existen determinados minerales que son incompatibles con el cuarzo, ya que reaccionan con él para dar otros minerales diferentes. Por ejemplo, imaginemos un mineral A incompatible con el cuarzo, pues reacciona con él para dar un mineral B, es decir:

5.3 Las rocas magmáticas Las rocas magmáticas o ígneas son las que se forman a partir de la solidificación de un magma.

Hay distintos criterios para clasificar las rocas ígneas. Todos los criterios de clasificación son complementarios, no excluyentes. Los criterios para clasificar las rocas ígneas son: el lugar de formación, la composición mineral, la composición química y la textura.

A + cuarzo = B Si en el magma se encuentra en la cantidad justa de A para reaccionar con todo el cuarzo existente, únicamente encontraremos, tras la consolidación del magma, el mineral B, y diremos que la roca está saturada en sílice. Si, por el contrario, existe mineral A en exceso, el cuarzo se agotará y al final encontraremos en la roca el mineral A y el B, y diremos que la roca es no saturada en sílice. Finalmente, si existe cuarzo en exceso y poca cantidad de A, encontraremos, tras la cristalización, el mineral B coexistiendo con la sílice y diremos que la roca está sobresaturada.

Rocas magmáticas según el lugar de formación Las rocas magmáticas se clasifican en plutónicas, volcánicas y filonianas, en función de la profundidad a la que ha solidificado el magma que las ha originado (véase Figura 5.24). % Las rocas plutónicas son las rocas que se forman por solidificación de un magma lejos de la superficie de la Tierra. El enfriamiento del magma en estas condiciones es lento, lo que permite que se formen minerales grandes que se observan a simple vista en las rocas.

Ígneo: del latín igneus, ‘fuego’.

% L as rocas volcánicas son las rocas que se forman a partir de lavas y piroclastos que se producen en una actividad eruptiva, cuando el magma sale y solidifica en la superficie de la Tierra (o muy cerca). El enfriamiento del magma, en este caso, es rápido, por lo que las rocas no presentan, normalmente, minerales que se vean fácilmente a simple vista. Estas rocas se subdividen en rocas lávicas y rocas piroclásticas. % L as rocas filonianas, hipabisales o rocas subvolcánicas son las rocas magmáticas que se forman por la solidificación de un magma en grietas o fracturas.

Entonces, podemos decir que el mineral A es incompatible con el cuarzo, denominándose mineral no saturado, como por ejemplo el olivino magnésico (forsterita) o los feldespatoides (sienita). Al mineral resultante B, compatible con el cuarzo en una misma roca, se le denomina mineral saturado, como por ejemplo los feldespatos, anfíboles, piroxenos, micas y olivino férrico (fayalita).

     

 

05

 



91

    

       

c PAU Preguntas de selectividad. Universidad Complutense de Madrid. Prueba de acceso a los estudios universitarios de los mayores de 25 años. Año 2004.

    Fig. 5.24. Lugar de emplazamiento de las rocas ígneas.

91

La peridotita es el mineral más abundante en:

Durante la cristalización fraccionada de un magma las plagioclasas cristalizan:

A. El núcleo externo. B. La corteza continental. C. Las cordilleras de colisión. D. El manto terrestre.

A. Antes que el cuarzo. B. Al mismo tiempo que el cuarzo. C. Después que el cuarzo. D. Mucho más tarde que el cuarzo.

Solución: D. El manto terrestre.

Solución: A. Antes que el cuarzo.

Cuando la fusión de rocas da lugar a una fase fluida y otra sólida de composición diferente se habla de fusión:

Los batolitos están formados por rocas de origen:

A. Diferenciada. B. Selectiva. C. Incongruente. D. Sólida.

A. Filoniano. B. Plutónico. C. Metamórfico. D. Volcánico. Solución: B. Plutónico.

Solución: A. Diferenciada.

107

05

Biología y Geología 1 Procesos petrogenéticos del ambiente magmático: magmatismo. Rocas magmáticas

c

5. Procesos petrogenéticos del ambiente magmático

Lectura

5.3 Las rocas magmáticas

Entre las rocas volcánicas (extrusivas, efusivas o eruptivas) y las rocas plutónicas (intrusivas), existe una buena correspondencia entre textura y profundidad. En las volcánicas, donde el enfriamiento del magma es rápido, se produce la formación de agregados cristalinos de grano fino (textura afanítica) o de material vítreo (amorfo); en las plutónicas, donde las condiciones de enfriamiento son más lentas al producirse a poca profundidad, se produce una cristalización más perfecta y completa, presentando un mayor tamaño de grano los cristales (textura fanerítica).

Rocas magmáticas según su mineralogía La clasificación mineralógica subdivide los tres grandes grupos de rocas magmáticas en función de la presencia o ausencia de determinados minerales, y su proporción en la roca. Estos minerales se llaman minerales fundamentales y son, sobre todo, los silicatos. Los minerales fundamentales se clasifican en minerales félsicos y minerales máficos. % L os minerales félsicos, leucocratos o de colores claros son ricos en sílice. Son los minerales más abundantes en las rocas ígneas ácidas. Algunos minerales félsicos son el cuarzo, los feldespatos alcalinos y las plagioclasas. % L os minerales máficos, melanocratos o de colores oscuros son minerales pobres en sílice. Son abundantes en las rocas ígneas básicas. Algunos minerales máficos son el olivino, los piroxenos, los anfíboles u hornblendas y las plagioclasas de tipo cálcico. La clasificación mineralógica más utilizada es la llamada clasificación de Streckeisen. En la Figura 5.25, vemos las rocas representadas en triángulos en un diagrama triangular. En cada vértice de ese triángulo está representado un mineral. Las rocas que están representadas en ese triangulo tendrán esos minerales en distintas proporciones, según el área que ocupen.

No obstante, el criterio genético no siempre es claro para su distinción, por lo que, de acuerdo con el principio general según el cual las rocas deben denominarse por lo que son, suele considerarse como criterio distintivo más importante el textural (Le Maitre et al., 1989).

* +,   -./  "#

$    $   !    %   ! 

c Cuestiones tipo test El vulcanismo hawaiano es:

  

A. Explosivo y con cenizas abundantes. B. Muy viscoso y con bombas y lapilli abundante. C. Submarino y con nubes ardientes. D. Fluido y con lavas que deslizan por las laderas.

              % )%





      

92

0 +,   -./ 





&      ' (       % )%

&  1

&  # .

Fig. 5.25. Clasificación de Streckeisen (versión simplificada).

Solución: D. Fluido y con lavas que deslizan por las laderas.

Para clasificar una roca según el diagrama de Streckeisen (véase Figura 5.25) se realizan los siguientes pasos:

Se considera que la corteza oceánica está compuesta principalmente por:

Los feldespatos alcalinos son feldespatos de Na y K.

A. Granitos. B. Calizas. C. Basaltos. D. Pizarras.

El feldespato Na es la albita, que pertenece al grupo de las plagioclasas.

El feldespato K es la ortosa.

1. Observamos la roca, identificamos los minerales y cuantificamos el porcentaje de los minerales máficos y félsicos que la forman. 2. Si los minerales máficos están en una proporción superior al 90 %, clasificamos la roca por la presencia o ausencia y proporción de olivino, piroxenos, anfíbol-hornblenda y plagioclasas de tipo cálcico; para ello, identificamos el diagrama triangular con esos minerales en sus vértices y asignamos un nombre a la roca según la proporción de sus minerales. 3. Si los minerales máficos están en una proporción inferior al 90 %, las rocas se clasifican por la presencia o ausencia y proporción de cuarzo, feldespatos alcalinos, plagioclasas; identificamos el diagrama triangular con esos minerales en sus vértices y asignamos un nombre a la roca según la proporción de los minerales que contiene.

92

Solución: C. Basaltos. Cuales de los siguientes criterios sirven para clasificar las rocas ígneas: A. Mineralogía. B. Textura. C. Lugar de formación. D. Composición química. Solución: A. Mineralogía, B. Textura, C. Lugar de formación, D. Composición química

c Actividad de profundización 9. Caracteriza las rocas que figuran a continuación de acuerdo con los siguientes términos: 1 – Ácida-Intermedia-Básica 2 – Sobresaturada-Saturada-No saturada (en SiO2)

Roca Basalto Granodiorita Traquita Gabro Andesita Fonolita

Porcentaje SiO2

Acidez de la roca

Saturación

44-55 % 66-75 % 52-66 % < 52 % > 52 % 52-66 %

La fonolita contiene feldespatoides (nefelina, sodalita y leucita) y el basalto contiene fosterita (olivino magnésico).

108

Biología y Geología 1 Procesos petrogenéticos del ambiente magmático: magmatismo. Rocas magmáticas

cación c Clasifi de la IUCG

5. Procesos petrogenéticos del ambiente magmático 5.3 Las rocas magmáticas

Clasificación por su composición química

Una clasificación de las rocas ígneas recomendada por la IUCG (Unión Internacional de Ciencias Geológicas) en 1969 se basa en la aplicación de diagramas triangulares cuyos vértices representan el 100 % de los siguientes parámetros modales:

Este criterio clasifica las rocas según su porcentaje de SiO y subdivide las rocas en ácidas, intermedias, básicas y ultrabásicas, al igual que los magmas que las generan. La composición química de una roca ígnea es consecuencia de la composición del magma que la origina. Un mismo magma puede formar rocas plutónicas, rocas volcánicas o rocas filonianas según la profundidad a la que solidifique; por eso, cada roca plutónica tiene, en cuanto a su composición, una equivalente volcánica. Por ejemplo, el granito es una roca plutónica y su equivalente volcánica es la riolita.

Q: cuarzo y sus polimorfos. A: feldespatos de tipo alcalino, incluyendo plagioclasa con un contenido en anortita menor del 5 %. P: plagioclasa con contenido en anortita superior al 5 %, y escapolita. F: feldespatoides (foides). M: minerales máficos y accesorios.

En la Figura 5.26 podemos ver algunas rocas ácidas, intermedias, básicas y ultrabásicas. También podemos observar algunos minerales que las forman. En esta relación podemos ver que existe un orden de formación de las rocas a partir de un magma básico.

        

 



  

 

 



 



05

 

Si M > 90 %, se utilizará un triángulo en cuyos vértices se situarían olivino, piroxeno y anfíbol (horblenda):

    

Fig. 5.26. Ejemplos de rocas ígneas ultrabásicas, básicas, intermedias y ácidas.

Si M < 90 %, la composición de la roca se representará en base a los porcentajes modales de minerales félsicos (de color claro) representados por los parámetros Q, A, P, F en un diagrama u otro, dependiendo si se trata de una roca plutónica o volcánica.

Clasificación por su textura La textura de las rocas magmáticas depende de las condiciones de enfriamiento del magma.

Se llama textura de una roca magmática al conjunto de características de una roca relativas al tamaño de sus minerales, el grado de cristalinidad de la roca y la forma de los minerales.

Tamaño de los minerales

93 60

Tamaño relativo

60 an od

Equigranular: todos los minerales tienen el mismo tamaño.

ior

Granito

ita

% El tamaño absoluto de los minerales depende de la velocidad de enfriamiento del magma. Un enfriamiento rápido da lugar a cristales pequeños, y uno lento, a cristales grandes. % El tamaño relativo de los minerales depende de las etapas de consolidación de los magmas: los minerales grandes se habrán formado en la primera etapa, en unas condiciones de enfriamiento lento, donde han tenido tiempo y espacio para crecer. Los minerales pequeños representan otra etapa posterior de consolidación, donde el enfriamiento ha sido más rápido y el tiempo y el espacio para su formación se han reducido (véase Figura 5.27). Las rocas, por el tamaño de los minerales, pueden tener una textura fanerítica o afanítica. Una roca tiene textura fanerítica si los minerales que la componen se ven a simple vista, y afanítica si sus minerales no son visibles a simple vista.

O

Tamaño absoluto Grano grueso: 30-5 mm. Grano medio: 5-2 mm. Grano fino: < 2 mm.

Gr

El estudio del tamaño de los minerales se puede realizar de forma absoluta, ¿qué medida tienen los minerales?; o bien de forma relativa, ¿hay unos minerales mayores que otros?

Rocas faneríticas

20

Inequigranular: minerales con diferentes tamaños. Los minerales de mayor tamaño se llaman fenocristales.

A

Sienita

20

Dorita Monzonita Gabro

P

10

10 Sienita Foidítica

Dorita Foidítica

60

60 Foiditas

93 F

Fig. 5.15. Rocas plutónicas según la IUCG.

Notas

O

60

60

Diorita

Riolita

20 A

20 Traquita

Latita

Andesita Basalto

10

P 10

Fonolita

Tefrita

60

60

F

Fig. 5.16. Rocas volcánicas según la IUCG.

109

05

Biología y Geología 1 Procesos petrogenéticos del ambiente magmático: magmatismo. Rocas magmáticas

c

5. Procesos petrogenéticos del ambiente magmático

Actividades de profundización

5.3 Las rocas magmáticas

Grado de cristalinidad en la roca

10. ¿Cómo explicarías que algunos basaltos en los que la presencia de cristales de cuarzo sería incompatible con algunos minerales esenciales de la roca, como el olivino magnésico (forsterita), presenten cristales de dicho mineral?

  

% H  olocristalinas o cristalinas: con el 100 % de la materia cristalina.

11. Define los términos brecha volcánica y toba volcánica.

c Página web

 

 

Fig. 5.27. Tamaño relativo de los minerales.

Texturas de las rocas magmáticas

c PAU

Las rocas magmáticas tienen distintas texturas relacionadas con el tiempo y el lugar donde se han formado (véase Figura 5.28). Por eso hay unas texturas características de las rocas plutónicas, otras de las volcánicas y otras de las filonianas.

Geología

a)

Razone si la siguiente afirmación es correcta, y, en caso de ser incorrecta total o parcialmente, formúlese de forma adecuada:

• Textura de las rocas plutónicas. La textura de las rocas plutónicas es de tipo fanerítico. Se caracteriza por la presencia de minerales que se reconocen a simple vista. Son holocristalinas, con los minerales dispuestos como en un mosaico. Los minerales no dejan poros entre sí. • Textura de las rocas volcánicas. De forma generalizada, las texturas de las rocas volcánicas son afaníticas. Se caracterizan por presentar minerales no reconocibles a simple vista, con posible presencia de materia vítrea, es decir, hipocristalina. Estas rocas suelen presentar cavidades dejadas por las burbujas de gas que escapan conforme se solidifica el magma. Estas cavidades se denominan vesículas de desgasificación.

«Los términos “batolito”, “lopolito” y “facolito” corresponden a distintas formas de emplazamiento de rocas sedimentarias, y, más concretamente, a las diferentes morfologías que adoptan los edificios volcánicos.»

b)

Otra textura de las rocas volcánicas es la textura vítrea, que caracteriza las rocas formadas totalmente por materia amorfa, con mayor o menor cantidad de vesículas. Este tipo de textura es holohialina. La textura piroclástica es la textura que presentan las rocas volcanoclásticas, que se forman por la consolidación de piroclastos. Las ignimbritas son el mejor ejemplo. • Textura en las rocas filonianas. En estas rocas podemos encontrar todos los grados de transición entre las texturas de las rocas plutónicas y las texturas de las volcánicas. Un tipo característico es la textura porfídica. Se caracteriza por la presencia de cristales grandes y normalmente bien formados (fenocristales), incrustados en una pasta de cristales más pequeños.

Opción b del ejercicio propuesto por la universidad Complutense en la convocatoria de septiembre de 1996 Fig. 5.28. Rocas magmáticas vistas al microscopio: a) textura de roca plutónica, b) textura de roca volcánica.

94

110

% H  olohialinas o vítreas: con el 100 % de materia vítrea.

Forma de los minerales

http://www.uam.es/personal_pdi/ciencias/casado/ GEORED/Endogenas/igneas.htm

Notas

% H  ialocristalinas o hipocristalinas: con una parte cristalizada y otra de materia vítrea.

Los minerales pueden tener formas poliédricas o irregulares. Unos cristales con forma poliédrica rodeados de otros de forma irregular y entrelazados como en mosaico, nos hablan de dos etapas de consolidación del magma, una primera etapa donde había tiempo y espacio para formarse apropiadamente, y otra en la que había un ajuste entre los minerales que estaban cristalizando y en la que el espacio era reducido.

cc Rocas ígneas

94

Indica la presencia o ausencia de materia cristalina y de materia vítrea o amorfa en la roca. El grado de cristalinidad depende de las condiciones de enfriamiento: un enfriamiento sumamente rápido da como resultado una roca formada casi totalmente por materia vítrea o amorfa, y un enfriamiento lento, una roca formada por materia cristalina. Según este criterio, las rocas se clasifican en:

Otro tipo es la textura pegmatítica, formada por grandes cristales, que caracteriza a las pegmatitas.

Biología y Geología 1 Procesos petrogenéticos del ambiente magmático: magmatismo. Rocas magmáticas

c Lectura

5. Procesos petrogenéticos del ambiente magmático 5.3 Las rocas magmáticas

Las kimberlitas son unas peridotitas micáceas, rocas plutónicas ultramáficas compuestas principalmente por olivino y micas como minerales esenciales, con un contenido en sílice en torno al 25-30 %. Contienen abundantes xenolitos (inclusión o enclave de una roca ígnea) de rocas mantélicas, lo que revela que son rocas que han ascendido desde profundidades muy grandes. Algunos de estos xenolitos provienen de zonas tan profundas que contienen minerales de alta presión, como son los diamantes.

Principales rocas magmáticas Existe una gran variedad de rocas magmáticas plutónicas, volcánicas y filonianas.

Principales rocas plutónicas Las rocas plutónicas más abundantes son los granitos, las sienitas, los gabros y las peridotitas. % Los granitos son rocas ácidas, con textura fanerítica. Están formadas por dos minerales fundamentales: cuarzo y feldespatos alcalinos. Como minerales accesorios, tienen biotita y/o moscovita (véase Figura 5.29) Su densidad es de aproximadamente 2,7 g/cm3. Por su origen existen dos tipos: los granitos intrusivos y los granitos de anatexia. — L os granitos intrusivos son de origen claramente magmático. A este tipo pertenece la mayoría de los granitos. — L os granitos de anatexia se forman como consecuencia de un ultrametamorfismo.

Un mineral accesorio es un mineral con una presencia en una roca ígnea inferior al 5 %.

El magma kimberlítico es muy rico en CO2 y, para que contenga diamantes en su interior, este magma ha de sufrir un ascenso rápido hacia la superficie. Al ir ascendiendo el fluido, va perdiendo presión de confinamiento, produciéndose explosiones que generan una estructura llamada chimenea o diatrema.

% L as sienitas son rocas intermedias. Sus minerales fundamentales son los feldespatos alcalinos, los anfíboles y la biotita. Algunas sienitas pueden contener cuarzo como mineral accesorio. Sus densidades están comprendidas entre 2,7 g/cm3 y 2,9 g/cm3. % Los gabros son rocas básicas de color oscuro. Están formados por plagioclasa cálcico-sódica, piroxenos y, a veces, olivino. Su densidad es de aproximadamente 3 g/cm3. % L as peridotitas son rocas ultrabásicas, de colores oscuros. Están formadas por piroxenos, olivino y plagioclasa cálcica. Su densidad es de 3,3 g/cm3. En la kimberlita, un tipo de peridotita, pueden aparecer diamantes como minerales accidentales.

 

 

  

  



   

Es este carácter explosivo lo que hace que los diamantes que se formaron se encuentren diseminados por todo el yacimiento, teniendo que explotar el 100 % de éste. Elaboración propia

     

c Bibliografía recomendada

  

 

  



Figura 5.29. Observación de un granito a distintas escalas: roca en muestra de mano y los minerales que la componen a simple vista y en lámina delgada.

   

STRECKEISEN, A: “Plutonic rocks. Classification and nomenclature recommended by the IUGS Subcommission on the Systematics of Igneus Rocks”, en Geotimes, v. 18, n. 10 (1973), pp. 26-30.

  

Fig. 5.30. Observación de un basalto a distintas escalas: roca en muestra de mano y los minerales que la componen a simple vista y en lámina delgada.

95

Notas

95

CASTRO DORADO, A: Petrografía básica. Texturas, clasificación y nomenclatura de rocas, Paraninfo, 1989.

         



  

 







05

STRECKEISEN, A: “Classification and nomenclature of volcanic rocks, lamprophyres, carbonatites and melilitic rocks; recommendations and suggestions of the IUGS Subcommission on the Systematics of Igneus Rocks”, en Geology, v. 7, no. 7 (Julio 1979), pp. 331-335. FAURE, G, (2001) Origin of Igneous Rocks. The Isotopic Evidence. Springer-Verlag berlin Heidelberg New York. 496p. WILSON, M, (1989) Igneous petrogenesis. Londes, Unwin Hyman, 446p.

111

05

Biología y Geología 1 Procesos petrogenéticos del ambiente magmático: magmatismo. Rocas magmáticas

c

5. Procesos petrogenéticos del ambiente magmático

Páginas Web

5.3 Las rocas magmáticas

cc Rocas plutónicas Principales rocas volcánicas

http://www.uclm.es/users/higueras/yymm/ YM10.html#T10RPlut

Las rocas volcánicas se subdividen en rocas volcánicas lávicas y rocas volcanoclásticas. % L as rocas volcánicas lávicas son las que se forman a partir de la solidificación de las lavas. Las más importantes son las riolitas, las andesitas y los basaltos. — Las riolitas están formadas por cuarzo y feldespatos alcalinos. Son total o parcialmente vítreas. Son rocas volcánicas ácidas y representan el equivalente volcánico de los granitos. La piedra pómez o pumita es un vidrio riolítico, de color claro, con gran cantidad de vesículas de desgasificación. La obsidiana es un vidrio volcánico de composición riolítica y de tonalidades oscuras. — L as andesitas están constituidas por plagioclasa sódico-cálcica, anfíboles como hornblenda, biotita y piroxenos. Son rocas volcánicas intermedias. Abundan en la cordillera de los Andes, y de ahí viene su nombre. — Los basaltos están constituidos por plagioclasas cálcicas, piroxenos y olivino. Son rocas básicas de color negro, y son el equivalente volcánico de los gabros (véase Figura 5.30).

http://www.ucm.es/info/diciex/programas/ las-rocas/tiposderocas/igneaspluto.html

% L as rocas volcanoclásticas están formadas por la unión y consolidación de piroclastos. Algunas rocas piroclásticas son las brechas y las tobas volcánicas (véase Figura 5.31).

Principales rocas filonianas Entre las rocas filonianas más abundantes tenemos las pegmatitas y los pórfidos. Las pegmatitas son rocas filonianas ácidas. Están formadas por grandes cristales de cuarzo, mica de tipo moscovita y feldespato potásico (véase Figura 5.32). Fig. 5.31. Brecha volcánica del cabo de Gata, playa de Mónsul (Almería).

     

   



  

96   

Fig. 5.32. Observación de una pegmatita a distintas escalas: roca en muestra de mano y los minerales que la componen a simple vista.

cc Rocas volcánicas http://www.uclm.es/users/higueras/yymm/ YM11.html#T11Clasif

112

cc Rocas volcánicas y filonianas (fotografías)

96

http://www.ucm.es/info/diciex/programas/ las-rocas/tiposderocas/igneasvolca.html

Notas

Biología y Geología 1 Procesos petrogenéticos del ambiente magmático: magmatismo. Rocas magmáticas

de nivel c Actividades del libro

5. Procesos petrogenéticos del ambiente magmático 5.3 Las rocas magmáticas

12. Traza un esquema en el que se aprecien las diferencias entre un contacto concordante y uno discordante.

Actividad resuelta ¿Qué es un diagrama triangular o ternario? ¿Para qué se utilizan los diagramas ternarios? ¿Dónde se representa una roca en un diagrama ternario de tres minerales fundamentales que la constituyen? Un diagrama ternario es una manera de representar un proceso o una composición influida por tres componentes o variables, que se representan en sus vértices. El triangulo debe ser equilátero. Los diagramas triangulares se utilizan mucho en geología. En esta unidad lo hemos utilizado para la clasificación mineralógica de las rocas magmáticas, en la clasificación mineralógica de Streckeisen. En esta clasificación se coloca en cada vértice un mineral fundamental que está en las rocas a clasificar. El vértice representa el 100 % de ese mineral. Los lados del triangulo representan distintos porcentajes de los minerales colocados en cada extremo de la recta. El interior del triángulo representa una composición con los tres minerales de los vértices. La composición de una roca quedará plasmada en una parte de dicho triangulo. ¿De qué manera? • Si una roca A está representada en un vértice, dicha roca sólo tiene el mineral representado en ese vértice. Su composición es al 100 % ese mineral, es una roca monomineral.

Observa la gráfica de la Figura 5.33: la roca A estaría formada solamente por plagioclasas.

c Actividades de refuerzo

• Si una roca B está representada en un lado, estará formada por los dos minerales que están en cada extremo de la recta. ¿En qué proporción? La proporción la señala la posición de la roca en ese lado. Si está más cerca de un vértice, tendrá más proporción del mineral representado en ese vértice. ¿En qué cantidad? Para cuantificar esa cantidad, observa que cada lado está dividido de forma homogénea, y esas subdivisiones representan porcentajes de los minerales de los vértices, por lo que la colocación de un punto en ese lado indica la proporción exacta.

13. Relaciona mediante flechas los términos de la columna de la izquierda con sus características principales situadas en la columna de la derecha.

Observa la gráfica mencionada: en este caso, la roca B está formada por un 70 % de cuarzo y un 30 % de ortosa. • Si una roca C está representada en el interior del triangulo, tendrá una proporción determinada de cada uno de los minerales representados en el diagrama. Pero, ¿qué proporción? Traza rectas paralelas a los tres lados que pasen por el punto C, donde está representada la roca. La línea opuesta a un vértice nos dará la proporción de ese mineral. La proporción de dicho mineral se lee en la intersección de dicha línea con cualquiera de los dos lados que corta. El valor es el mismo. Pruébalo.

Sill Intrusión discordante con forma de zanahoria. Dique Intrusión ígnea tabular concordante. Lacolito Intrusión discordante tabular que corta las estructuras.

Observa la gráfica: la roca C tiene una proporción del 50 % de cuarzo, 40 % de plagioclasa y 10 % de ortosa.

Diatrema Plutón concordante de base plana y techo con forma de domo.

 

c Páginas web



cc Consolidación de rocas eruptivas





 

 



97

http://club.telepolis.com/geografo/geomorfologia/ eruptivas.htm

 



 

c Glosario

 



Fig. 5.33. Diagrama triangular.

97

c Páginas web

cc Yacimientos ortomagmáticos

Mineral mena. Mineral metálico que se obtiene a partir de un yacimiento y que genera un beneficio económico. En mineralogía, el término se aplica a aquellos minerales que pueden pulirse con brillo metálico, incluso cuando están dispersos. Suele distinguirse entre sulfuros y no sulfuros.

c Actividades de refuerzo

http://www.uclm.es/users/higueras/yymm/YM10.html

cc Yacimientos hidrotermales http://www.uclm.es/users/higueras/yymm/YM12.html#T12Pegmat

Fig.5.20. Fotografía A.

05

En las fotografías que se muestran abajo, podemos observar una estructura en sill y otra en dique. Trata de decir cuál corresponde a cada una y cuál es la diferencia principal entre ambas.

Fig.5.21. Fotografía B.

113

05

Biología y Geología 1 Procesos petrogenéticos del ambiente magmático: magmatismo. Rocas magmáticas

de nivel c Actividades del libro

5. Procesos petrogenéticos del ambiente magmático 5.4 ¿Cómo se encuentran las rocas magmáticas en el campo?

14. ¿Qué tres tipos de yacimientos de origen magmático (y subtipos si los tuviera) existen y a qué tipo de fase de consolidación magmática pertenecen?

5.4 ¿Cómo se encuentran las rocas magmáticas en el campo? La forma de encontrar una roca magmática en el campo viene determinada por la manera de emplazarse el magma que le ha dado lugar.

c Páginas web

Se denomina emplazamiento de un magma al lugar y la forma de situarse o introducirse el magma con relación a las rocas preexistentes en dicho lugar. Estas rocas se denominan rocas caja o encajantes.

cc Vídeos de flujos de lavas y erupciones volcánicas

Cuando el magma solidifica, las rocas magmáticas que origina quedan situadas en dicho lugar, y adoptan distintas estructuras relacionadas con el emplazamiento del magma que se denominan estructuras magmáticas o emplazamientos de las rocas magmáticas. Los emplazamientos pueden ser discordantes o concordantes.

http://www.swisseduc.ch/stromboli/volcano/ sciara0203/videoflow-en.html

Un emplazamiento es discordante cuando corta las estructuras de la roca caja. Por ejemplo, cuando los bordes del emplazamiento cortan a la estratificación que presenta una roca sedimentaria. Un emplazamiento es concordante cuando sus bordes se adaptan a las estructuras de las rocas encajantes. Por ejemplo, un emplazamiento que sea paralelo a la estratificación de una roca sedimentaria. Los emplazamientos de las rocas intrusivas son diferentes de los emplazamientos de las rocas extrusivas (véase Figura 5.34).

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98

 

Película (1): última actividad estromboliana antes del flujo de lava. Película (2): flujo de lava observada desde la Tierra. Película (3): flujo de lava y caída de rocas observada desde el mar.

   

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http://www.uc.edu/news/volcano.htm

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Fig. 5.34. Tipos de emplazamientos característicos de las rocas ígneas. Abajo, aspecto que muestran las rocas plutónicas al quedar expuestas tras sufrir erosión las rocas suprayacentes.

98

Notas

Fig. 5.23. Flujo de lava viscosa fluyendo hacia el mar.

114

Biología y Geología 1 Procesos petrogenéticos del ambiente magmático: magmatismo. Rocas magmáticas

c Glosario

5. Procesos petrogenéticos del ambiente magmático 5.4 ¿Cómo se encuentran las rocas magmáticas en el campo?

Concordante. Aplicable a una intrusión ígnea que ha sido emplazada paralelamente a la estructura (estratificación, foliación, etc.) de las rocas intruidas.

Emplazamientos de las rocas intrusivas Los emplazamientos más comunes de las rocas intrusivas son los batolitos en las rocas plutónicas, y los diques y sill en las rocas filonianas. % Un batolito o plutón es una gran masa de rocas mayoritariamente plutónicas. Tiene forma semicircular y es un emplazamiento discordante con las rocas encajantes. Se forma cuando el magma se emplaza en profundidad. Los batolitos pueden quedar posteriormente expuestos en la superficie como consecuencia de la erosión. Un stock es un batolito de pequeñas dimensiones, por ejemplo, el stock de la Pedriza del Manzanares, cuya dimensión aproximada es de unos 40 km2 (véase Figura 5.35). % Un dique es un tipo de emplazamiento de rocas filonianas que se caracteriza por tener una forma tabular (en forma de tabla), de superficies paralelas, que corta de forma discordante las estructuras de las rocas encajantes (véase Figura 5.36). % Un sill o filón capa es una masa de rocas filonianas que se caracteriza por ser concordante con las estructuras de la roca caja.

Los sills son ejemplos de intrusiones concordantes. Fig. 5.35. La Pedriza del Manzanares (Madrid).

D 0m

D

Rocas plutónicas y volcánicas, como pueden ser granitos, basaltos, riolitas, etc., se suelen utilizar con frecuencia como rocas ornamentales para revestir muchos edificios.

2m

Fig. 5.36. Diques (D) en la Caldera de Taburiente (La Palma).

Trata de identificar en tu ciudad al menos tres edificios o elementos (muros, estatuas…) revestidos con alguna de ellas.

Actividad resuelta Pon nombre a los diferentes emplazamientos de rocas magmáticas representados en la Figura 5.37.

Clasifica la roca con la mayor precisión posible, especificando tus criterios para establecer dicha clasificación, y trata también de identificar algunos de los minerales que forman esa roca.

 1. Chimenea volcánica 2. Cono volcánico





Discordante. Aplicable a las relaciones de cruce y corte de una intrusión ígnea. Por ejemplo, la intersección de un dique con los planos de estratificación o foliación de la roca encajante.

c Trabajo de campo

Emplazamiento de las rocas volcánicas o extrusivas Las rocas volcánicas recientes se encuentran formando parte de un cono volcánico, en caso de provenir de erupciones puntuales, o bien formando parte de mesetas lávicas si la erupción ha sido fisural (véase epígrafe 5.2). En caso de erupciones antiguas, las coladas y los piroclastos están enterrados, intercalados con otras rocas, o bien en la superficie, según cómo haya sido la historia geológica de la región.

05

3. Campos de lavas

99

4. Sill o filón capa





5. Roca encajante 6. Dique 7. Stock 8. Dique



9. Batolito

 



Fig. 5.37.

99

Notas

115

Biología y Geología 1 Procesos petrogenéticos del ambiente magmático: magmatismo. Rocas magmáticas

100

ARAÑA, V y LÓPEZ RUIZ, J: Volcanismo. Dinámica y petrología de sus productos, Istmo, 1974. BARKER, D S: Igneous Rocks, Prentice Hall, 1983. BEST, M G: Igneous and Metamorphic Petrology, Freeman, 1982. BEST, M G: Igneous and Metamorphic Petrology, Blackwell, 2003. BLATT, H & TRACY, R J: Petrology. Igneous, Sedimentary and Metamorphic, Freeman, 1993. CASTRO DORADO, A: Petrografía básica. Texturas, clasificación y nomenclatura de rocas, Paraninfo, 1989. FRANCIS, P: Volcanoes, Penguin, Nueva York, 1976. HALL, A: Igneus Petrology, Longman, 1987. LAMEYRE, J: Roches et Mineraux, v. 1: Les Matériaus; v. 2: Les Formations, Doin, 1975. MACKENZIE, W S, DONALSON, C H y GUILFORD, C: Atlas of Igneous Rocks and their Textures, Longman, 1991. MCBYRNEY, A R: Igneus Petrology, Jones & Bartlet, 1993. NOCKOLDS, S R, KNOX, R W y CHINNER, G A: Petrology for Students, Cambridge University Press, 1978. STRECKEISEN, A: “Plutonic rocks. Classification and Nomenclature recommended by the IUGS Subcommission on the Systematics of Igneus Rocks”, en Geotimes, v. 18, n. 10 (1973), pp. 26-30. STRECKEISEN, A: “Classification and nomenclature of volcanic rocks, lamprophyres, carbonatites and melilitic rocks; recommendations and suggestions of the IUGS Subcommission on the Systematics of Igneus Rocks”, en Geology, v. 7, no. 7 (July, 1979), pp. 331-335.

5.5 Yacimientos magmáticos

5.5 Yacimientos magmáticos Los yacimientos minerales de origen magmático se denominan primarios o singenéticos y forman junto con los yacimientos metamórficos los yacimientos de tipo endógeno. Los yacimientos de origen magmático se pueden agrupar en tres conjuntos, que corresponden a las tres fases de consolidación magmática: ortomagmáticos, pegmatítico-neumatolíticos e hidrotermales.



c

5. Procesos petrogenéticos del ambiente magmático

Bibliografía de la Unidad

  

05

 

Fig. 5.38. Esquema de un filón.

La anchura o potencia de los filones es muy variable, desde venillas de pocos centímetros, hasta formaciones de muchos metros de espesor. Las paredes del filón, formadas por la roca encajante, se denominan salbandas, la salbanda superior es el techo y la inferior es el muro.

% Y  acimientos de segregación: son los yacimientos cuyos minerales de interés económico se concentran en una masa aparte. Esta concentración suele tener lugar por acumulación gravitatoria de cristales pesados en la parte inferior de la cámara magmática. Por ejemplo, la segregación de magnetita (Fe3O4) en rocas básicas del tipo de los gabros.

Yacimientos pegmatíticos-neumatolíticos Son los yacimientos formados durante la fase pegmatítica-neumatolítica de la consolidación magmática. Esta fase residual es rica en sustancias volátiles y elementos metálicos, y tiende a escapar por grietas y fracturas de la roca encajante. Al enfriarse el magma, se forman pegmatitas y filones, que incluyen minerales de interés económico.

Yacimientos hidrotermales Son los yacimientos originados durante la fase hidrotermal de consolidación magmática. En esta fase, el residuo magmático es una solución acuosa rica en elementos metálicos que tiende a migrar por grietas y poros de la roca que lo encaja. Origina yacimientos de tipo metasomáticos. También da lugar a la formación de filones y, si los fluidos hidrotermales están relacionados con fenómenos volcánicos, a yacimientos volcano-sedimentarios. % L os filones son diques minerales explotables de interés económico. Se originan por relleno de fracturas (Figura 5.38). Los más importantes son hidrotermales, pero también pueden ser pegmatítico–pneumatolíticos. Los principales minerales mena de los filones son: sulfuros, como calcopirita, galena, blenda, cinabrio y otros no sulfuros, como plata y oro. Un ejemplo lo constituyen los yacimientos de plomo y plata de Linares, en La Carolina (Jaén). % L os yacimientos volcano-sedimentarios de sulfuros masivos son yacimientos estratiformes formados en más de un 60 % por sulfuros. Su génesis está relacionada con fumarolas submarinas, producidas durante las etapas finales de actividades volcánicas submarinas.

100

116

Proceden de la cristalización directa de un magma. Se distinguen dos tipos: % Y  acimientos de diseminación: son los yacimientos cuyos minerales de interés económico se encuentran repartidos homogéneamente en el seno de la roca ígnea que los contiene. Un ejemplo lo constituyen los diamantes que se encuentran dispersos como fenocristales en kimberlitas, un tipo de peridotitas, en un yacimiento de Sudáfrica.

Fig. 5.39. Corta Atalaya en Riotinto (Huelva).

Notas

Yacimientos ortomagmáticos

 

Pertenecen a este tipo los yacimientos españoles y portugueses que constituyen la faja pirítica ibérica, entre los que se encontraban los yacimientos de sulfuros masivos de Ríotinto (véase Figura 5.39).

Biología y Geología 1 Procesos petrogenéticos del ambiente magmático: magmatismo. Rocas magmáticas

05

c Páginas web

5. Procesos petrogenéticos del ambiente magmático 5.5 Yacimientos magmáticos

cc Vídeos de volcanes El conjunto de masas que integraban el yacimiento de Riotinto se considera la mayor concentración de sulfuros masivos conocida hasta la fecha. El 99 % de la masa mineral en Riotinto estaba formado por cuatro especies: pirita, calcopirita, esfalerita y galena.

http://www.swisseduc.ch/stromboli/volcano/ sciara0203/videoflow-en.html

Los principales yacimientos de la faja pirítica ibérica son: Riotinto, Tharsis, Sotiel, La Zarza y Aznalcóllar en España, y Neves Corvo en Portugal.

http://www.volcanovideo.com/p8vidclp.htm

Utilidad de las rocas magmáticas

http://volcano.und.edu/vwdocs/movies/ Steves_Stuff/Kilauea_erz.html

El aprovechamiento industrial y económico de las rocas magmáticas o ígneas incluye diversos usos. La Figura 5.40 muestra los más comunes.

http://www.letsgo-hawaii.com/videos/

                 







 

         

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http://www.swisseduc.ch/stromboli/volcano/ sciara0203/videoflow-en.html http://www.uc.edu/news/volcano.htm

Fig. 5.40. Cuadro resumen de los usos comunes de las rocas magmáticas.

Las rocas ornamentales, además de utilizarse como material escultórico, se utilizan, sobre todo, en construcción (véase Figura 5.41), para fachadas, suelos o encimeras. Las rocas que se utilizan como ornamentales aguantan bien el pulido.

Fig 5.41. Algunos usos de las rocas ígneas en El Berrueco (Madrid). Edificios y antiguo pesebre.

Actividad resuelta Localiza y pinta en un mapa de la Península Ibérica la localización de la faja pirítica ibérica. Señala en este mapa, con dos martillos cruzados, símbolo de las minas, los yacimientos más importantes (véase Figura 5.42): 1. Tharsis; 2. La Zarza; 3. Sotiel; 4. Riotinto y 5. Aznalcóllar.





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Fig. 5.42.

101

Notas

117

05

Biología y Geología 1 Actividades

5. Procesos petrogenéticos del ambiente magmático Actividades

Actividades finales 1>

¿Qué diferencia hay entre lava y magma?

2>

Explica la siguiente gráfica: ¿qué sucede si seguimos la flecha 1? ¿Y si seguimos la 2?

9>

Relaciona tipo de magma con el tipo de edificio volcánico que origina:

Tipo de magma

Tipo de edificio a) Coladas de piroclastos

Sólido + líquido

Magma intermedio

“liq ea Lin 2

Líquido

3>

¿Es más difícil fundir una roca a 20 km de profundidad o a 5 km de profundidad? Razona la respuesta.

4>

El gradiente geotérmico se representa por una línea que se denomina geoterma. El gradiente geotérmico en las zonas superficiales tiene un valor de unos 30 ºC por kilómetro. Representa la geoterma en una gráfica temperatura-profundidad. Considera una temperatura en superficie de unos 20 ºC.

10>

11>

a) Representa la geoterma hasta 40 km. b) Utilizando esta representación, descubre a qué profundidad se alcanzará la temperatura de 650 ºC. c) El cuarzo (SiO2) funde en condiciones anhidras a 1 610 ºC, ¿a qué profundidad comenzaría su fusión, en ausencia de la presión? ¿Un magma ácido es más viscoso o menos viscoso que uno básico? ¿Cuál es la causa? Razona la respuesta.

6>

Observa las series de Bowen, ¿qué minerales tienden a aparecer juntos a baja temperatura? ¿Cuáles a alta temperatura? ¿Y a intermedia?

102

118

¿Cuáles son los factores que intervienen en la formación de un magma? ¿Qué factor o factores son los más importantes en cada uno de los límites de placas que conoces? Si un granito funde, ¿qué tipo de magma producirá, ácido o básico? Razona la respuesta.

Completa la siguiente frase: El tamaño de los cristales minerales depende de la ......... ................. de enfriamiento del magma. Debes recordar: «un enfriamiento rápido da como resultado unos minerales............................. y con formas ......................... Un enfriamiento lento conlleva la formación de minerales ...................... y bien formados». Razona si la siguiente afirmación es correcta y, en caso de ser incorrecta total o parcialmente, formúlala de manera adecuada: «Un granito es una roca magmática ácida, pobre en sílice, que ha cristalizado rápidamente en la superficie terrestre. Suele presentar textura afanítica».

12>

¿Cuál de las siguientes rocas contiene minerales similares a los del basalto? a) granito d) gabro

13>

5>

8>

f) Maares g) Volcán en escudo

de

s” idu “so l de ea Lin

Presión

Magma ácido

Temperatura

7>

d) Pitones e) Fisuras y campos de lavas

uid

(Fusión parcial)

b) Cono de piroclastos c) Estratovolcán

us”

Sólido

Magma básico

1

b) andesita e) pumita

c) riolita f) sienita

¿Qué siguientes dos rocas contienen minerales similares a los del granito? a) sienita d) riolita

b) gabro e) andesita

c) pegmatita f) basalto

14>

Explica si crees que es verdadera o falsa esta afirmación: «Las rocas volcánicas no contienen fósiles».

15>

Localiza en la Figura 5.9 los siguientes volcanes: Pinatubo, Mauna Loa, Krakatoa, Surtsey, Kilimanjaro y Teide. Relaciona estos volcanes con los límites de placas litosféricas. Describe qué tipos de magmas se puede pensar que expulsan y qué posibles erupciones podrían tener.

Biología y Geología 1 Actividades

05

5. Procesos petrogenéticos del ambiente magmático Actividades

16>

¿Qué es la textura vítrea? ¿Por qué algunas rocas volcánicas presentan esta textura?

17>

Los siguientes dibujos muestran el detalle de tres rocas ígneas.



 

 

        

 

                  

Observa la roca A: 1. ¿Qué tipo de textura muestra? 2. ¿Cuál sería el nombre correcto para el cristal grande de ortosa? 3. ¿Qué tipo de roca muestra? 4. ¿Cuáles son los dos minerales más abundantes de la roca? 5. ¿Bajo qué condiciones piensas que se formó la roca? Observa la roca B: 1. ¿Cómo se forman las pequeñas cavidades? 2. Nombra el tipo de roca 3. ¿Qué nombre podemos dar a los minerales oscuros como el olivino y la augita? 4. Clasifica esta roca por su composición química

  !      "

Roca C 1. ¿A qué tipo de roca pertenece? 2. ¿Qué tipos de erupciones pueden producir este tipo de rocas? 3. ¿Qué textura tiene?

PAU

Leyenda:

Observa el siguiente esquema geológico. Representa un corte geológico de una zona donde distintas rocas magmáticas se emplazan con respecto a otras rocas encajantes.

1. 2. 3. 4. 5. 6.

Mira la leyenda, identifica los tipos de rocas magmáticas que están representadas y denomina adecuadamente las distintas formas de emplazamiento magmático presente en el esquema.





 

 

 

 

Granodiorita-Roca magmática Pegmatita-Roca magmática Roca metamórfica Piroclasto-Roca magmática Rocas metamórficas Rocas sedimentarias

Centra la pregunta Se plantean cuestiones relacionadas con el emplazamiento de rocas ígneas. Debes recordar Los tipos de emplazamiento magmático vistos en esta unidad. Resuelve la pregunta Recuerda la clasificación de los emplazamientos de las rocas magmáticas y la clasificación de las rocas. Con esos datos, nombra las formas de emplazamiento.

103

119

05

Biología y Geología 1 Investigación científica 1

5. Procesos petrogenéticos del ambiente magmático Investigación científica

Investigación científica Vigilancia, seguimiento y pronóstico de una erupción En las zonas con actividad volcánica reciente, como las islas Canarias, existen datos objetivos que permiten la evaluación y zonificación de las zonas de máxima probabilidad de la ocurrencia del fenómeno eruptivo del Archipiélago. El conocimiento que hoy tenemos de los volcanes hace prácticamente imposible que un volcán debidamente atendido entre en erupción sin que sus signos premonitores hayan sido percibidos. Las redes de vigilancia, seguimiento y pronóstico de una erupción tratan de definir con la mayor precisión posible el cuándo, dónde y cómo de la próxima erupción volcánica, con objeto de adoptar las medidas adecuadas para la protección de la población y, en lo posibles de los bienes e infraestructuras. Para que un volcán entre en erupción es necesaria una condición imprescindible: debe existir magma, y si somos capaces de conocer las propiedades físicas de ese magma, podremos establecer el cómo será la futura erupción del volcán. El seguimiento de la actividad volcánica supone el registro y análisis de muchos fenómenos observables que se denominan precursores de una erupción, que nos pueden precisar el dónde y el cuándo. Algunos precursores volcánicos son la deformación del suelo, la actividad sísmica, la variación de la composición química de los gases, o la variación de los campos eléctrico, magnético y gravitatorio. Hay algunos preSemáforo Nivel 0

Verde

1 2

Amarillo

Rojo

3 4 5

Definición

cursores de actividad volcánica que son apreciables a simple vista, como son la aparición de fumarolas, cambios en otras fumarolas ya existentes, cambios en la temperatura de los suelos y cambios en las propiedades de las aguas termales. Otros precursores, como la actividad sísmica y la deformación, requieren el empleo de instrumentos muy sensibles. El estudio de los precursores nos posibilita ponernos en situación de alarma ante el fenómeno. Las alarmas pueden ser válidas, falsas y fallidas. Una alarma es válida cuando se presenta el precursor y ocurre el fenómeno. Una falsa alarma se produce cuando se presenta el precursor pero no ocurre el fenómeno. Una alarma es fallida cuando no se presenta el precursor pero ocurre el fenómeno. Cuando una región está muy poblada, es necesario que las alarmas que pueden llevar a un desalojo de la población sean válidas, y que no haya falsas alarmas. Esto es difícil. Cuando un volcán está vigilado continuamente con la instrumentación de un equipo científico y técnico cualificado, se puede cuantificar la actividad del volcán. La escala que mejor cuantifica esta actividad volcánica es un semáforo con tres niveles: verde, amarillo y rojo (véase Figura 5.45). Este sistema se utiliza en Canarias, y permite definir en cada momento cómo se debe actuar. Comunicaciones

Actuación Revisión instrumentos. Comprobación eventos. - Despliegue instrumentación suplementaria. - Paso a semáforo amarillo si procede. - Designación de un Portavoz Ciéntifico.

- Reuniones de los grupos científicos para el análisis de datos y elaboración de informes anuales. - Consultas entre especialistas implicados. - Despliegue instrumentación suplementaria. - Reuniones de especialistas y de grupos científicos para el seguimiento y evaluación de las anomalías

Incremento de la anomalía oaparición de otros indicadores Aceleración de la actividad y/o evidencia de presencia de magma

- Despliegue de instrumentación de crisis. -Delimitación geográfica. - Solicitar la convocatoria del “Comité de Evaluación” para declarar cuando proceda el paso a semáforo rojo.

- Comunicación permanente del Portavoz Científico con la autoridad responable de Protección Civil. - Reunión de especialistas responsables de los grupos científicos para el seguimiento y evaluación de las anomalías.

Se espera inicio de erupción.

- Comunicaciones en el marco del “Comité de Evaluación”, ampliando en su caso, con otros especialistas.

Erupción

Atención a la erupción.

- Ruedas de prensa diaria del Portavoz Científico y los especialistas que se designen.

Estado normal de la actividad Señales anómalas en un sistema Continúan las señales anómalas

Rutina

Fig. 5.45.

La actividad volcánica actual en las islas Canarias está marcada por dos tipos diferentes de magmas. En cualquier parte de las islas pueden ocurrir erupciones basálticas, poco explosivas. Por otro lado, existe la probabilidad de una erupción ácida en la zona del Teide, en Tenerife, que podría presentar características de media-alta explosividad, y de mayor peligrosidad. En una erupción básica el tiempo desde que aparecen los precursores, hasta que se presente la erupción, no tiene por qué ser muy grande (días, semanas). En el caso Teide es más complejo, los precursores deben presentarse con mucha anticipación (meses-años) a la erupción.

Para la vigilancia del volcanismo basáltico en Canarias, el sistema de vigilancia más útil es la sísmica, con un conjunto de estaciones sísmicas repartidas por el archipiélago. Por otra parte, el volcanismo central (Cañadas del Teide) exige una vigilancia que incluya, además de la sísmica, control de la deformación y de las emisiones gaseosas.

Adaptado de: ORTIZ, R.: «¿Cuándo y cómo se producirá una erupción?» Enseñanza de las Ciencias de la Tierra, 7.3 (1999).

a) ¿Qué zonas tienen riego volcánico de tipo basáltico, en las islas Canarias? ¿Y de tipo explosivo? b) ¿Qué son los precursores sísmicos? ¿Cuáles conoces? c) Diferencia el tipo de actuaciones que deben seguir las autoridades, en los casos de semáforo verde, amarillo y rojo.

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120

Biología y Geología 1 Investigación científica 2

05

Investigación científica 2 EL KRAKATOA Una de las explosiones volcánicas más poderosas ocurrió en Krakatoa a finales del siglo XIX. Krakatoa era una isla volcánica localizada entre Java y Sumatra. Estaba cerca de la región de subducción de la placa Indo-Australiana bajo la placa Euroasiática. En mayo de 1883 comenzaron una serie de erupciones, las cuales continuaron hasta el 27 de agosto de 1883, cuando una explosión cataclísmica voló la isla en pedazos. Se cree que las grandes explosiones fueron debido a un vapor muy caliente, creado cuando las paredes del volcán se fracturaron y permitieron la entrada de agua del océano dentro de la cámara de magma. La isla explotó con una fuerza de 100 megatones (la bomba de Hiroshima fue de aproximadamente 20 kilotones). La explosión se escuchó hasta en Madagascar (2 200 millas de distancia). Los tsunamis después de la explosión alcanzaron hasta 131 pies de altura y destruyeron 163 aldeas a lo largo de la costa de Java y Sumatra, ahogando a un total de 36 000 personas. La ceniza de la explosión alcanzó hasta 50 millas de altitud (más alta que la altitud que alcanzan los aviones cuando vuelan), y afectó los patrones de clima del año siguiente. Las cenizas pueden tener un efecto de enfriamiento en el clima, debido a que la ceniza permanece en el cielo y reduce la cantidad de luz solar que llega hasta la superficie. Última modificación el 15 de Febrero de 1997 por el equipo de Windows. La fuente de este material es Windows to the Universe (Ventanas al Universo), en http://www.windows.ucar.edu/ de University Corporation for Atmospheric Research (UCAR). ©19951999, 2000 Los Regentes de la Universidad de Michigan; ©2000-06 University Corporation for Atmospheric Research. Todos los derechos son reservados.

Preguntas 1. Según lo que has podido leer en el artículo, trata de indicar a qué tipo de erupción pertenece la producida en la isla de Krakatoa en 1883. Explica por qué. 2. A) ¿Qué tipo de explosión es la que da lugar a la erupción, profunda o superficial? B) ¿Qué es lo que genera dicha explosión? ¿Qué indicios te indican esto? C) ¿Crees que las nubes ardientes constituyen uno de los mayores peligros de este tipo de explosiones? Justifica la respuesta

Respuestas 1. Basándose en la altura tomada por las cenizas (50 millas), la distancia a la que se escuchó la explosión (Madagascar, a 2 200 millas) y los tsunamis generados, se trata de una explosión tipo pliniano (vesubiano muy violento). 2. A) Se trata de una explosión profunda activada en la cámara magmática. La fuerza de la explosión y la altura a la que ascienden las cenizas así lo indican. B) La explosión la genera la entrada de agua oceánica en la cámara magmática tras fracturarse las paredes del cono volcánico. Esta agua y el vapor que genera aumentan la presión del magma y las fracturas disminuyen la presión de confinamiento de la cámara, produciendo así una salida violenta del material ígneo. C) No, porque al salir con tanta violencia, las cenizas toman mucha altura y permanecerán en la atmósfera durante mucho tiempo, sostenidas por gases y vapores calientes, y produciendo variaciones locales en el clima (enfriamiento) al reducir la cantidad de luz solar que llega hasta la superficie terrestre. Se producirán caídas de cenizas de la nube de la erupción, no nubes ardientes (más típicas de erupciones peleanas).

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05

Biología y Geología 1 Trabajo de laboratorio 1

5. Procesos petrogenéticos del ambiente magmático Trabajo de laboratorio

Trabajo de laboratorio Estudio e identificación de las rocas magmáticas en muestra de mano

En el guión tienes contestadas las preguntas como ejemplo de descripción. La roca modelo es la representada en la Figura 5.46.

Objetivos

1. Estudio de la textura 1.1. ¿Distingues los minerales a simple vista? Todos los minerales se observan a simple vista, entonces tenemos una textura cristalina-holocristalina. 1.2. ¿Cómo están dispuestos los minerales? Todos los minerales están entrelazados juntos, como en un mosaico. Los diferentes minerales están distribuidos de manera uniforme en la roca. Los minerales no aparecen alineados en ninguna dirección. Es difícil de romper e individualizar un mineral, no se ven poros entre los minerales. Tenemos, por tanto, una textura fanerítica, que indica que es una roca magmática. 1.3. ¿Cómo es el tamaño absoluto y relativo de los minerales? En cuanto al tamaño absoluto vemos que los individuos minerales tienen un tamaño, en general, superior a 5 mm de diámetro, puedes verlos sin utilizar la lupa binocular; por tanto, esta roca tiene una textura fanerítica de grano grueso. En cuanto al tamaño relativo, observamos que todos los individuos tienen un tamaño similar; por tanto, tenemos una textura fanerítica equigranular.

Observación, descripción y estudio de algunas rocas magmáticas

Materiales Muestras de mano de las siguientes rocas. Entre las plutónicas: granito, sienita, gabro y peridotita. Entre las volcánicas lávicas: riolita, andesita, basalto, obsidiana y pumita. Entre las volcánicas piroclásticas: algunos piroclastos. Entre las filoninas: las pegmatitas y pórfidos.

Método de estudio de las rocas Se puede considerar que hay un método general para describir e identificar todos los tipos de rocas, ya sean magmáticas, sedimentarias o metamórficas. Este método está basado en: 1. El estudio de la textura de la roca ¿Qué tamaño y forma tienen los minerales? ¿Cómo están dispuestos y unidos en la roca? Estudiando la textura de las rocas sabremos cómo, con qué mecanismo y por qué han llegado a estar juntos estos minerales. La textura de las rocas gobierna el tacto de la roca (por ejemplo: áspero, liso, arenoso, etc.); la resistencia de la roca (por ejemplo: se rompe fácilmente, con dificultad, aguanta el pulido, se rompe en planos, etc.). 2. El estudio de la mineralogía de la roca. ¿Qué minerales están presentes en las rocas y en qué proporción aparecen? El estudio de la mineralogía de la roca lleva consigo: Identificar los minerales que la forman y valorar sus proporciones en la roca. El color de una roca va a estar totalmente relacionado con el color de los minerales que contiene.

Desarrollo y conclusiones Observa y describe en distintas fichas las características de las rocas que tienes en el laboratorio. En cada ficha deben aparecer todas las preguntas que están en cursiva en el guión, como pasos en tus observaciones y posterior descripción de una roca.

Por ser una textura fanerítica de grano grueso, más o menos equigranular, deducimos que se trata de una roca plutónica. 2. Estudio de la mineralogía 2.1. ¿Qué minerales distinguimos en la roca? Distinguimos tres minerales. 2.2. ¿Qué minerales son? Uno es de incoloro a blanco. Es duro, de dureza mayor que el cristal de un portaobjetos. Es leucócrata: es cuarzo. Otro es blanco, por tanto leucócrata. Es duro, de dureza mayor que el cristal de un portaobjetos. No observamos ningunas líneas en su superficie; entonces parece que sea ortosa, parece que hay algunos minerales claros con unas líneas de exfoliación en su interior, en mucha menos proporción, debe ser una plagioclasa. Otro es oscuro, de color negro, por tanto melanócrata. Dureza inferior a la del cristal, casi parece que la podemos rayar con la uña. Se exfolia en láminas, es mica biotita. 2.3 ¿Qué proporción de máficos tiene? ¿y cómo se llama esta roca? La roca tiene muy poca proporción de máficos, menos del 90%. Por tanto, para clasificarla, tenemos que ir a la Figura 5.27, al triángulo de rocas plutónicas con máficos inferiores al 90%, y composición de cuarzo, feldespatos alcalinos y plagioclasas en los vértices. La proporción de los minerales cuarzo y ortosa nos hace descubrir que es un granito.

105

122

Biología y Geología 1 Trabajo de laboratorio 1

05

5. Procesos petrogenéticos del ambiente magmático Trabajo de laboratorio

3. Otras observaciones 3.1. ¿Qué color global tiene la roca? El color es claro, por tener una alta proporción de minerales de colores claros. 3.2. ¿Cómo es su tacto? El tacto es rugoso 3.3. ¿Cuál es su densidad relativa a otros ejemplares del laboratorio? Menos densa que otras que vemos más oscuras en el laboratorio 3.4. Dibujo-esquema representativo de la roca, en el que se vea cómo están colocados los minerales y en el que resaltemos algunas características que a nosotros nos parecen especiales de la roca. 3.5. ¿Qué usos tiene la roca? Se utiliza como material de construcción, pavimento de calles, bordillos, adoquines, roca ornamental. 4. Conclusión 4.1. ¿A qué conclusión has llegado en cuanto a su clasificación? La textura cristalina y la disposición al azar de los minerales muestran que dicha roca es una roca ígnea. El tamaño de grano nos da idea de que es una roca plutónica. La composición minarológica nos sugiere al relacionarlo con el diagrama de Streckeisen que es un granito.

Nombre de la roca magmática o ígnea Clase a la que pertenece dentro de las magmáticas

Composición del magma que ha formado la roca: ¿El magma es ácido, intermedio, básico, ultrabásico?

% ¿ Cómo están dispuestos los minerales? Todos los minerales están entrelazados juntos, como en un mosaico. Los diferentes minerales están distribuidos de manera uniforme en la roca. Los minerales no aparecen alineados en ninguna dirección. Es difícil de romper e individualizar un mineral. Es una textura fanerítica, lo que nos indica que es una roca ígnea. % ¿ Cómo es el tamaño absoluto y relativo de los minerales? a) Tamaño absoluto. Los individuos minerales tienen un tamaño, en general, superior a 5 mm de diámetro, puedes verlos sin utilizar la lupa binocular; por tanto, esta roca tiene una textura fanerítica de grano grueso. b) Tamaño relativo. Todos los individuos tienen un tamaño similar, por tanto, tenemos una textura fanerítica equigranular. Por ser una textura fanerítica de grano grueso, más o menos equigranular, deducimos que se trata de una roca plutónica. Debes realizar fichas de cada uno de los ejemplares y comparar los resultados. Otra manera de describir las rocas ígneas es rellenar una tabla semejante a la que se muestra a continuación:

Color global de la roca ¿Es una roca clara, oscura, intermedia?

Tamaño de los minerales ¿Se ven, no se ven? ¿Son todos de igual tamaño?

Densidad

Textura de la roca

Minerales que reconoces se ven a simple vista

Otras características Dibujo personal de la muestra de roca con alguna característica que ayude a distinguirla

Alguna utilidad de esta roca

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123

05

Biología y Geología 1 Trabajo de laboratorio 2

Trabajo de laboratorio 2 TEXTURAS DE LAS ROCAS ÍGNEAS Objetivo

Material

El alumno podrá comprobar la relación entre la textura que presenta una roca y sus condiciones de cristalización. Así podrá deducir la génesis de dichas rocas en base a las propiedades texturales observables (rocas volcánicas, plutónicas, filonianas, etcétera).

Figuras que se suministran en la práctica, papel y lápiz.

Cuestiones Basándote en la textura de las rocas esquematizadas a continuación, trata de establecer un orden lógico de cristalización. Di además, según su composición mineral, qué tipo de roca es cada una. Roca 1

Roca 2

Roca 3

Pl

F.A.

Vi

Pl ol

Bi

ol Q

opx OP Pl

Pl

FA A Feldespato alcalino Bi A Biotita Q A Cuarzo Vi A Vidrio Volcánico

Ol A Olivino Op A Opacos Pl A Plagioclasa

Solución Las texturas nos indican que: a) Los minerales con formas más perfectas (idiomórficos) cristalizarán antes que los que poseen bordes irregulares, pues estos últimos tendrán que adaptarse a los huecos que les van quedando para crecer. b) Un mineral que está incluido dentro de otro tendría que existir ya cuando el segundo comenzó a crecer a su alrededor, por lo que será más antiguo. Lo mismo ocurrirá con minerales que se cortan siempre que su forma nos permita establecer criterios cronológicos. Con ello, establecemos los siguientes órdenes de cristalización para las rocas: 1. Biotita – feldespato alcalino – cuarzo. 2. Opacos – olivino – plagioclasa – vidrio volcánico.

124

Ol A Olivino Opx A Ortopiroxeno Pl A Plagioclasa

3. Olivino – plagioclasa – ortopiroxeno (va sustituyendo al olivino en corona de reacción). Las rocas serán 1 – granito, 2 – basalto y 3 – gabro.

Conclusión …......................................................................................... ............................................................................................. ............................................................................................. ............................................................................................. ............................................................................................. ............................................................................................. ............................................................................................. ............................................................................................. ............................................................................................. ............................................................................................. ............................................................................................. ............................................................................................. .............................................................................................

Biología y Geología 1 Examen

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Examen 1. ¿Cuál es la principal diferencia entre magma y lava? ¿Y entre magma ácido y básico?

2. ¿Cómo explicas que siendo el agua un importante factor que da a las erupciones volcánicas un carácter explosivo, aquellas que se producen bajo el mar no posean por lo general carácter violento?

3. Indica cuáles de estas rocas son volcánicas (V) y cuáles plutónicas (P). Nombra sus equivalentes volcánicas/plutónicas. Sienitas de feldespato alcalino A Tonalitas A Latitas A Riolitas A

1. • La lava es el magma que fluye por la superficie de la Tierra mientras que el magma fluye por el interior de ésta. • Los magmas ácidos tienen un contenido en sílice > 66 % y los básicos un contenido en sílice entre el 52 % y el 45 %.

2. El agua le da un carácter explosivo al magma cuando se introduce en su estructura. Una vez saturado en ella, un exceso de la misma disminuye su viscosidad y le da a la erupción un carácter más efusivo.

3. Sienitas de feldespato alcalino A P A Traquita de feldespato alcalino Tonalitas A P A Dacita Latitas A V A Monzonita Riolitas A V A Granito

4. En el doble triángulo QAPF adjunto, indica a qué corresponden los parámetros Q, A, P y F. Indica también en qué campos se representarían las siguientes rocas: • • • •

Respuestas:

Granitos Tonalitas Basaltos Traquitas

Q 1a

1b

2

3a

6

A

7

3b

4

8

5

9

10

6

7

8

9

10

I 6

I 7

I 8

I 9

10

11

12

13

I

P

14

15

F

5. Los fundidos con alto contenido en sílice y bajo en agua:

4. Q: cuarzo y sus polimorfos. A: feldespatos de tipo alcalino, incluyendo plagioclasa con un contenido en anortita menor del 5 %. P: plagioclasa con contenido en anortita superior al 5 % y escapolita. F: feldespatoides (foides). M: minerales máficos y accesorios. • • • •

Granitos A Campos 3a y 3b Tonalitas A Campo 5 Basaltos A Campos 9 y 10 Traquitas A Campos 6 y 7

5. A – Desarrollan menor tanto por ciento de polimerización A F B – Desarrollan mayor tanto por ciento de polimerización A V C – Desarrollan igual tanto por ciento de polimerización A F A – Son más viscosos A V B – Son menos viscosos A F C – Son igual de viscosos A F

A – Desarrollan menor tanto por ciento de polimerización. B – Desarrollan mayor tanto por ciento de polimerización. C – Desarrollan igual tanto por ciento de polimerización. A – Son más viscosos. B – Son menos viscosos. C – Son igual de viscosos. Señala con V (verdadero) o F (falso) cada una de las afirmaciones anteriores.

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Biología y Geología 1 Procesos petrogenéticos del ambiente metamórfico: metamorfismo y rocas metamórficas

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Procesos petrogenéticos del ambiente metamórfico: metamorfismo y rocas metamórficas

1. El metamorfismo La ciencia está en falta. Nunca soluciona un problema sin crear otros diez. George Bernard Shaw

2. Tipos de metamorfismo 3. Las rocas metamórficas 4. Yacimientos metamórficos

Biología y Geología 1 Procesos petrogenéticos del ambiente metamórfico: metamorfismo y rocas metamórficas

c

Identificación de la Unidad

El contenido de la Unidad pretende explicar cuál es el origen de las rocas metamórficas, teniendo en cuenta que el metamorfismo se refiere a la transformación que experimentan los minerales componentes de las rocas sobre las que se originan los cambios por un aumento de presión y/o temperatura. Al mismo tiempo, conocer que esta variación en la composición y textura mineral se puede llevar a cabo sobre rocas magmáticas, sedimentarias o incluso sobre otras metamórficas.

c Objetivos didácticos 1. Distinguir las principales zonas de la Tierra donde se origina el metamorfismo, relacionándolo con el movimiento de las placas litosféricas y la tectónica de placas. 2. Describir el concepto de metamorfismo, sus tipos y sus causas. 3. Analizar los criterios utilizados para clasificar las rocas metamórficas. 4. Identificar los principales ejemplos de rocas metamórficas más representativos, los minerales asociados a ellas y su importancia económica.

c Contenidos cc Conceptuales

1. El metamorfismo. • ¿Qué es el metamorfismo? • ¿Cuáles son los factores del metamorfismo? • Campo o ambiente del metamorfismo. • Cambios que se originan en el metamorfismo. • Intensidad del metamorfismo. 2. Tipos de metamorfismo. • Clasificación según el contexto geológico. • Clasificación en función de la presión y la temperatura. • Clasificación según las condiciones químicas del metamorfismo. • ¿Dónde se produce el metamorfismo en la Tierra? 3. Las rocas metamórficas. • Criterios de clasificación de las rocas metamórficas. • Algunas rocas metamórficas. • Aprovechamiento económico e industrial de las rocas metamórficas. 4. Yacimientos metamórficos. • Yacimientos relacionados con el metamorfismo metasomático o metasomatismo. • Yacimientos de metamorfismo regional.

cc Actitudinales 1. Ser consciente de la importancia económica que tiene para el hombre la utilización de las rocas metamórficas: en la construcción, en la explotación de hidrocarburos, en ornamentación, etcétera. 2. Valorar los avances de la ciencia en el campo de la petrología y en sus múltiples aplicaciones actuales. 3. Desarrollar hábitos de trabajo tanto en el aula como en el laboratorio o en salidas programadas al campo, si se realizan.

06

cc Procedimentales 1. Describir las características que identifican a los diferentes tipos de rocas metamórficas, identificándolas con el origen y condiciones en las que se han originado a partir de otras rocas existentes. 2. Resolver las diferentes actividades propuestas y relacionadas con el contenido del texto. 3. Utilizar el vocabulario científico que sea necesario a la hora de expresar contenidos. 4. Experimentar en el trabajo de laboratorio: reconocimiento y estudio de las rocas metamórficas. 5. Observar algunos ejemplares de rocas metamórficas, con el fin de identificar los diferentes tipos de texturas estudiados y describir sus características. 6. Seleccionar material con el fin de elaborar algún informe sencillo relacionado con la utilización de las rocas metamórficas. 7. Comentar alguna noticia de actualidad de prensa oral o escrita.

c Metodología 1. Materiales y recursos: • Libro de texto y libros de consulta. • Colección de ejemplares de rocas metamórficas del laboratorio. • Preparaciones de cortes de rocas para observar, si es posible, en el microscopio petrogénico. • Transparencias o diapositivas explicativas del contenido de la Unidad. • Actividades recomendadas relacionadas con la Web. 2. Organización de espacio y tiempo: • Indicar si son actividades de aula, de laboratorio, de campo, etcétera. • El tiempo es tarea del departamento o del profesor, ya que hay que tener en cuenta el calendario escolar y las actividades programadas por el centro.

c Criterios de evaluación 1. Distinguir de visu, en esquemas o imágenes, diferentes tipos de rocas metamórficas. 2. Describir el origen del metamorfismo, las condiciones en las que se lleva a cabo y los diferentes tipos. 3. Conocer y aplicar algunas de las técnicas de trabajo utilizadas en la investigación de diversos aspectos (geología, botánica, ecología, etc.) de nuestro planeta. 4. Relacionar los procesos petrogénicos con la teoría de la tectónica de placas. 5. Explicar los procesos de formación de las rocas magmáticas, metamórficas y sedimentarias. 6. Conocer los principales yacimientos minerales asociados, así como la importancia económica de éstos. 7. Contrastar diferentes fuentes de información y elaborar informes relacionados con problemas biológicos y geológicos relevantes en la sociedad.

127

06

Biología y Geología 1 Procesos petrogenéticos del ambiente metamórfico: metamorfismo y rocas metamórficas

c

6. Procesos petrogenéticos del ambiente metamórfico

Actividades

6.1 El metamorfismo

1. Explica razonadamente por qué se forman las rocas metamórficas.

c

6.1 El metamorfismo ¿Qué es el metamorfismo?

Lectura

cc El metamorfismo

Metamorfismo: del griego meta, ‘cambio’, y morphê, ‘forma’.

Puede estimarse la temperatura de inicio del metamorfismo entre 150 ºC y 200 ºC, que corresponde a una presión de 100 a 250 MPa y a una profundidad de 4 a 5 km, aunque se han citado temperaturas de 350 ºC e incluso más altas (Miyashiro, 1994). Por tanto, el metamorfismo es un fenómeno que sucede a profundidades considerables y, por ello, no es posible observarlo directamente, a diferencia de lo que ocurre con los procesos sedimentarios o con determinados procesos magmáticos.

El metamorfismo es el conjunto de las transformaciones que experimenta una roca en los minerales que la componen y en su textura cuando está sometida a unas condiciones físico-químicas diferentes a las de su formación. En todo este proceso, la roca se mantiene en estado sólido. Estas transformaciones generan las rocas metamórficas.

CEO En el CD y en la CEO (centro de enseñanza on-line) creados para este proyecto podrás encontrar el siguiente material adicional: Enlaces, bibliografía, actividades interactivas (las rocas metamórficas) y animaciones (emplazamiento de las rocas magmáticas) y animaciones.

c Lectura 108

c Bibliografía recomendada

TURNER F J: Metamorphic petrology: mineralogical and field aspects, McGraw-Hill, Nueva York, 1968.

128

¿Cuáles son los factores del metamorfismo? Los factores del metamorfismo son los que producen y controlan los cambios metamórficos (véase Figura 6.1). Los factores metamórficos pueden clasificarse en factores externos, factores internos y factores temporales.

Factores externos

      

   

        

   

Fig. 6.1. Factores que intervienen en el metamorfismo.

108

MIYASHIRO A: Metamorphic petrology, UCL Press, Londres, 1994. BEST, M G: Igneous and metamorphic petrology, Freeman, San Francisco, 1982.

El metamorfismo, junto con el magmatismo y las deformaciones tectónicas, es un proceso geológico interno. Existe una excepción, como es el caso del metamorfismo por impacto de un meteorito que se produce en la superficie de la Tierra.

Los factores externos en el metamorfismo son la presión (P) y la temperatura (T).

cc Temperatura del metamorfismo La temperatura de comienzo de la fusión de una roca depende de la presión, del tipo de roca y de la presencia o ausencia de fluidos. Así, empíricamente, se ha podido establecer que en presencia de un fluido acuoso, la temperatura límite del metamorfismo oscila generalmente entre 650 ºC y 900 ºC. En el caso de condiciones secas, estos valores varían entre los 1 000 ºC y los 1 100 ºC, pudiendo probablemente superar los 1 500 ºC para rocas del manto.

En el interior de la Tierra, las rocas están en equilibrio con unas condiciones de presión y temperatura. En algunas áreas de la litosfera estas presiones y temperaturas se pueden modificar, y, como respuesta a estas perturbaciones, las rocas tienen que cambiar y adoptar nuevas formas para alcanzar un estado de equilibrio con el nuevo ambiente.

Notas

• La presión: influye directamente en los cambios en la textura de la roca que se metamorfiza, pero también influye en sus cambios mineralógicos. Las rocas pueden estar sometidas a tres tipos de presiones: la presión litostática, la presión de fluido y, algunas veces, los esfuerzos diferenciales. — La presión litostática o presión confinante es la presión que soportan las rocas en profundidad a causa del peso de la columna de rocas suprayacentes. Aumenta con la profundidad. — La presión de fluido es la que ejercen los fluidos, como agua y gases. Esta presión, al igual que la litostática, produce una fuerza idéntica en todas las direcciones, análoga a la que realiza la presión atmosférica sobre los cuerpos; por tanto, no causa deformaciones en las rocas pero sí ayuda al metamorfismo. — La presión debida a los esfuerzos tectónicos o diferenciales es la que se produce por los movimientos de los materiales en la Tierra. Los esfuerzos diferenciales son un tipo de fuerzas que se caracterizan por tener distinta intensidad según la dirección en la que actúan. Debido a esto, provocan el plegamiento y la fracturación de las rocas, es decir, su deformación. Esto produce el cambio en la textura de las rocas. Los esfuerzos diferenciales se producen, sobre todo, en los límites de las placas litosféricas. • La temperatura: es el factor que influye más directamente en los cambios mineralógicos de las rocas afectadas por el metamorfismo. Proporciona la energía que impulsa los cambios químicos necesarios para la reordenación de la materia y la formación de los nuevos minerales. También influye en los cambios de la textura, ya que cuanto mayor es la temperatura, más plástica es la roca, y las deformaciones que sufrirá son más intensas.

Biología y Geología 1 Procesos petrogenéticos del ambiente metamórfico: metamorfismo y rocas metamórficas

c Actividades

6. Procesos petrogenéticos del ambiente metamórfico 6.1 El metamorfismo

Factores internos

    

0

Los factores internos incluyen todas las propiedades y características intrínsecas de la roca que se metamorfiza, como son la composición de sus minerales y su textura. Serían los componentes que se están cocinando en la olla de la Figura 6.1. Presión (kbar)

Campo o ambiente del metamorfismo

0

200

Curva de fusión de “basalto”

8

    

      

6

10 Profundidad (km)

4

10

El ambiente metamórfico representa las condiciones de presión y temperatura donde se produce el metamorfismo. Está situado entre el ambiente sedimentario y el ambiente magmático (véase Figura 6.2).

Ambiente magmático

   

Curva de fusión de “granito”

El factor temporal es el tiempo que dura el metamorfismo que afecta a una roca. Una roca puede haber estado sometida al metamorfismo durante mucho o poco tiempo, varias veces o una sola. En cada uno de estos casos se generarán diferentes tipos de rocas metamórficas.

2

2. Nombra y define los tres tipos de presiones que pueden actuar sobre una roca.

0

Ambiente sedimentario

mínimo e térmico Gradient Condiciones que no existen en la Tierra

Factores temporales

20

30

Fig. 6.2. Límites del metamorfismo.

El metamorfismo, por las condiones de temperatura, se subdivide en metamorfismo de grado muy bajo, que es el que aparece entre unos 150 ºC y 350 ºC; de grado bajo, entre 350 ºC y 500 ºC; de grado medio, entre 500 ºC y 600 ºC; y de grado alto, por encima de 600 ºC, hasta que comienzan a fundir las rocas (véase Figura 6.4). Fig. 6.3. Cuarcita armoricana en Valverde de los Arroyos (Guadalajara).

En el metamorfismo se originan transformaciones mineralógicas y texturales en las rocas como respuesta a los cambios en la presión y la temperatura. De esta manera, las rocas intentan volver a un equilibrio con las nuevas condiciones a las que están sometidas. 3 345634 # %

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El reajuste mineralógico produce el cambio en estado sólido de un mineral inestable a otro estable en las nuevas condiciones de presión y temperatura del ambiente. Estos reajustes mineralógicos se producen por mecanismos como las transformaciones polimórficas, en las que un mineral se transforma en su polimorfo estable. Los elementos químicos del mineral original se trasladan y adoptan nuevas estructuras cristalinas estables en esas condiciones, conservando la misma composición química. Es el caso del paso de andalucita a sillimanita o a distena (véase Figura 6.5).

 

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Las transformaciones minerálogicas son los cambios en los minerales que forman una roca. Estas transformaciones se realizan por reajuste mineralógico, recristalización y deshidratación.

  



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Se debe tener en cuenta que la medida del tiempo en geología no sigue la misma escala que en la vida cotidiana. Una roca sometida a cambios de presión y temperatura necesitará mucho tiempo de exposición para lograr una desestabilización de sus fases minerales y la creación de otras nuevas más estables, y todo ello en estado sólido, lo cual supone además cambios texturales en la roca. Así, será el tiempo quien, bajo unas determinadas condiciones, decida si una reacción metamórfica se llevará a cabo.

109

Fig. 6.4. Grados de metamorfismo.

109

Notas

cc El tiempo en el metamorfismo

Podríamos compararlo con lo que ocurriría si introducimos nuestra mano en un horno a 200 ºC. Si lo hacemos 20 veces en intervalos muy cortos (de un segundo), no daremos tiempo a que las células de nuestra mano asimilen calor y nos quememos. Si, por el contrario, introducimos la mano una vez durante 20 segundos, habrá tiempo suficiente para esta asimilación y nuestra mano sufrirá un «metamorfismo» representado, en este caso, por una quemadura.

El límite superior del metamorfismo corresponde con el inicio de la fusión de las rocas. Como ya se ha visto, la temperatura de fusión de una roca depende de varios factores, y se corresponde con un intervalo de temperatura entre 900 °C y 1 000 °C.

¿Qué cambios se originan en el metamorfismo?

c Lectura

Presión y temperatura son los factores fundamentales que pueden dar lugar a que una roca se metamorfice, pero aunque estos parámetros alcancen valores suficientes para producir una transformación, será el tiempo que la roca madre esté expuesta a dichos valores quien determinará si esta transformación se llevará a cabo y, de hacerlo, el grado que alcanzará.

400 600 800 1000 1200 Temperatura (º C)

El límite inferior del metamorfismo, es decir el límite a partir del cual se producen las transformaciones metamórficas, se sitúa a unos 200 °C. Una transformación que se produce en torno a este límite es el paso del carbón tipo hulla a la antracita. Las transformaciones que se producen a temperaturas inferiores a 200 °C se estudian en la diagénesis, y pertenecen al ambiente sedimentario.

Transformaciones mineralógicas

06

c Actividad resuelta ¿Cuál de las siguientes series representa mejor un metamorfismo progresivo? a. Pizarra > Esquisto > Micacita > Gneis > Migmatita. b. Pizarra > Caliza > Micacita > Gneis > Granito. c. Esquisto > Pizarra > Migmatita > Gneis > Micacita. d. Migmatita > Gneis > Micacita > Esquisto > Pizarra.

Solución d. Migmatita > Gneis > Micacita > Esquisto > Pizarra.

129

06

Biología y Geología 1 Procesos petrogenéticos del ambiente metamórfico: metamorfismo y rocas metamórficas

c

6. Procesos petrogenéticos del ambiente metamórfico

Actividades

6.1 El metamorfismo

3. ¿Qué polimorfo del SiO5A2 encontraremos a:

c Actividades de ampliación 4. Intenta averiguar la etimología de la palabra protolito y da su definición.

La recristalización es el aumento de tamaño de los minerales de la roca. Al incrementarse la temperatura, aumenta la movilidad de átomos y moléculas. Esto produce un reagrupamiento de elementos químicos, con el consiguiente aumento de tamaño de los minerales.



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a) alta presión y temperatura? b) alta presión y baja temperatura? c) baja presión y alta temperatura?

  

     

  



      

 

    

 

 

  

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Fig. 6.5. Transformaciones polimórficas en el metamorfismo.

c Páginas web

En petrología, se denomina textura a los tamaños y formas de las partículas de una roca y sus interrelaciones.

cc Rocas metamórficas

La deshidratación o pérdida de agua de los minerales se produce como consecuencia del incremento térmico.

 

  

 

 

 

  

Transformaciones texturales Las transformaciones texturales son los cambios en la textura de la roca, es decir, en la forma, tamaño e interrelación de sus minerales. Las presiones que actúan en el metamorfismo influyen directamente en estos cambios. La primera transformación debida al incremento de presión es el aumento de densidad de las rocas. Otras transformaciones son la reorientación de sus minerales y la recristalización con una orientación preferente. La reorientación de los minerales: al comprimir una roca, los minerales se orientan para aprovechar mejor el espacio. Esto hace que se recoloquen con su mínima dimensión paralela a las presiones, y con la máxima longitud perpendicular (véase Figura 6.6a). Como no todos los minerales tienen una dimensión predominante (véase Figura 6.6b), no todos los minerales se reorientan ante las presiones. Se orientan los que tienen, por ejemplo, un hábito planar, como las micas, o prismático, como la hornblenda (véase Figura 6.7). La recristalización con una orientación preferente: el aumento de tamaño de los minerales se realiza en la dirección en la que se produce la mínima intensidad de los esfuerzos actuantes; según esto, los minerales sufren alargamiento en alguna dirección. En la Figura 6.6c se observa la dirección del aumento de tamaño de un mineral sometido a dos esfuerzos paralelos con sentidos opuestos.

http://club.telepolis.com/geografo/geomorfologia/ metamorficas.htm

cc Metamorfismo http://www.uam.es/personal_pdi/ciencias/jaimefa/ jaimecuevas/tema4(2).pdf

110

c Glosario Ultrametamorfismo. Proceso de transición del metamorfismo a la fusión de la roca.

de c Actividades lectura Leer atentamente el texto siguiente y corrige los conceptos que se hayan escrito de manera incorrecta. Una roca, de origen cualquiera, sometida a condiciones de presión y temperatura diferentes a las de su formación siempre generará una roca metamórfica. Dicha roca desarrollará una mineralogía en la que cada fase cristalizará a partir del fundido por ser la fase más estable en las condiciones a las que se produce el metamorfismo. Además, en la roca se generará una textura que dependerá del tipo de metamorfismo que se produzca. Así, un metamorfismo térmico o de contacto, generará una textura foliada en respuesta a los esfuerzos a los que estará sometida la roca. El producto final dependerá, por tanto, de las condiciones de presión y temperatura a los que esté sometida la roca y de la naturaleza de la roca madre o protolito. Una vez formada la nueva roca, esta será estable ya frente a nuevos cambios de presión y temperatura que se puedan producir.

130

Fig. 6.6. Transformaciones texturales.

110

c Meteriales didácticas en el CD y en la CEO

Ejercicio. palabras mezcladas: ordenando las letras se obtienen 8 palabras relacionadas con las rocas metamórficas.

Biología y Geología 1 Procesos petrogenéticos del ambiente metamórfico: metamorfismo y rocas metamórficas

06

c Actividades

6. Procesos petrogenéticos del ambiente metamórfico 6.1 El metamorfismo

5. Define los siguientes conceptos:

Intensidad de metamorfismo

a. b. c. d.

Las rocas metamórficas nos permiten, por su composición mineralógica, conocer la intensidad de metamorfismo que han sufrido. Es decir, conocer las presiones y las temperaturas a las que han estado sometidas.

c Lectura

Se llaman isogradas a las regiones de igual intensidad de metamorfismo, caracterizadas por la aparición o desaparición de ciertos minerales índices, que son los que señalan la temperatura y la presión que ha sufrido la roca en la que aparecen. Un mineral se denomina mineral índice cuando es muy sensible a los cambios de temperatura o de presión. Un mineral índice para la temperatura se transforma en otro a una temperatura concreta, por tanto, indica con precisión qué intervalos de temperatura ha soportado la roca. En estudios de campo, los investigadores pueden deducir la temperatura concreta de metamorfismo en un punto dado observando cuándo el mineral índice aparece o desaparece. Estos minerales son termómetros para el metamorfismo. Algunos ejemplos de minerales índice son la andalucita y la sillimanita: la andalucita se transforma en sillimanita al pasar por la isograda mostrada por una recta en el gráfico de las Figuras 6.4 y 6.8.

Mineral índice. Isogradas. Recristalización. Límite inferior del metamorfismo.

cc Composición mineralógica de las rocas metamórficas

Fig. 6.7. Minerales orientados en bandas en un gneis ocelar

Miyashiro (1994) afirmaba que la temperatura variaba en función del tiempo a lo largo del metamorfismo, de tal modo que la composición mineralógica que presenta una roca metamórfica es la que adquiere a temperaturas próximas a la máxima a la que ha estado sometida, la cual recibe el nombre de pico térmico.

Hay otros minerales índice que funcionan como barómetros: son muy sensibles a los cambios de presión.

Actividad resuelta Observa la Figura 6.8. Supongamos una roca en un punto A, con unas condiciones de P y T señaladas por su posición en la gráfica. Esta roca es sometida a un metamorfismo de intensidad creciente hasta situarla en unas condiciones A’, representado por la línea que une ambas posiciones. Observa la gráfica y contesta a las siguientes preguntas:

c Lectura

1. ¿En qué tipo de roca se ha transformado? Se ha transformado en una roca metamórfica, ya que ha sido sometida a unas condiciones de presión y temperatura que pertenecen al ambiente metamórfico.

cc Relación de presión y temperatura durante el metamorfismo

2. ¿Qué grado de metamorfismo ha sufrido? Ha sufrido metamorfismo de grado alto.

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Fig. 6.8.

    

  

 





   

 

         



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111

Dado que la presión y la temperatura aumentan con la profundidad, los gradientes de presión y temperatura crecen habitualmente en el mismo sentido, de tal modo que las superficies isotermas e isobaras son aproximadamente paralelas. No obstante, si existe alguna fuente térmica que altera el gradiente térmico de una región, como puede ser por ejemplo la presencia de una intrusión ígnea, los gradientes de presión y temperatura ya no crecen paralelamente y las isobaras e isotermas pueden cortarse.

4. ¿Qué ha sufrido más intensamente, los efectos de la presión o los de la temperatura? Ha sufrido más el efecto de la temperatura, ya que ha variado su temperatura en unos 550 ºC, mientras que las variaciones de presión son inferiores, del orden de 1,2 kbar.

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3. Aproximadamente, ¿qué gradiente metamórfico ha seguido? Exprésalo en ºC/km. Ha seguido el gradiente de 100ºC/km. 0 3  -2/

 

  

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5. Si su composición química lo permite, ¿qué mineral índice tendrá: andalucita, sillimanita o distena? Por su situación, tendrá sillimanita, porque está en las condiciones de temperatura y presión en las que este mineral es estable.

111

c Trabajo de campo

Notas

cc Estudio de rocas propias del metamorfismo regional Objetivo Que el alumno pueda observar y comparar los efectos generados en rocas metamórficas originadas a partir de un protolito similar, por unas condiciones de metamorfismo progrado. Material • Muestras de rocas de metamorfismo regional (pizarras, filitas, esquistos y gneises). • Lupa. • Papel y lápiz. Resultados Podrá verse como aumenta el tamaño de grano y la foliación al aumentar el grado metamórfico.

131

06

Biología y Geología 1 Procesos petrogenéticos del ambiente metamórfico: metamorfismo y rocas metamórficas

c

6. Procesos petrogenéticos del ambiente metamórfico

Los tipos de metamorfismo

6.2 Tipos de metamorfismo

Yardley (1989) distingue dos tipos básicos de metamorfismo:

6.2 Tipos de metamorfismo El metamorfismo se clasifica según distintos criterios complementarios. Estos criterios lo estudian según el contexto geológico en el que se produce, las condiciones de presión y temperatura que lo originan y las condiciones químicas que se dan en el proceso.

• Regional: afecta a grandes extensiones de roca. • Local: afecta a áreas más limitadas.

Clasificación según el contexto geológico

El metamorfismo regional es subdividido en tres tipos diferentes por multitud de autores:

Esta clasificación se basa en el lugar geológico donde se produce el metamorfismo, y las intensidades de los agentes de presión y temperatura. Este criterio divide el metamorfismo en cinco tipos: regional, de contacto, dinámico, de enterramiento y de impacto (véase Figura 6.9).

• Orogénico: tiene lugar en grandes áreas de los orógenos. Va acompañado de una deformación importante. • De fondo oceánico: tiene lugar en el subsuelo de las dorsales oceánicas. • De enterramiento: se produce debido al aumento de la temperatura y la profundidad derivada del enterramiento de la zona.

     

DESMONS J & SMULIKOWSKI W: High P/T metamorphic rocks. Recommendations by the IUGS Subcommission on the Systematics of Metamorphic Rocks, 2003. TURNER F J: Metamorphic petrology: mineralogical and field aspects, McGraw-Hill, Nueva York, 1968. TURNER F J: Metamorphic petrology, 2.ª edición, McGraw-Hill, Nueva York, 1981.

132



   

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Fig. 6.9. Tipos de metamorfismo según las condiciones de presión y temperatura asociadas al contexto geológico en el que se producen.

Metamorfismo regional Es un metamorfismo que afecta a extensas zonas geográficas, circunstancia a la que debe su nombre. Se produce cuando las rocas son comprimidas entre dos placas convergentes durante la formación de las montañas. En este tipo de metamorfismo, los parámetros presión y temperatura actúan de forma combinada. Hay distintos tipos de metamorfismo regional, que son: • Metamorfismo de alta presión y baja temperatura. • Metamorfismo de alta temperatura y presión alta o intermedia.    

Metamorfismo de contacto o térmico

 



Está caracterizado por una temperatura elevada y una presión débil. Es un metamorfismo dominado por los efectos de la temperatura. Recibe el nombre de metamorfismo térmico por las condiciones que lo caracterizan, es decir, condiciones de temperatura superiores a las de las presiones. También se denomina metamorfismo de contacto porque se produce en las rocas que pasan a estar en contacto con una masa magmática. Estas rocas se transforman y dan lugar a una aureola metamórfica (véase Figura 6.10).

                 

         

Fig. 6.10. Aureola metamórfica.

c Bibliografía recomendada



     

SCMR (Subcomission on the Systematics of Metamorphic Rocks). www.bgs.ac.uk/SCMR



 

• De contacto o térmico: causado por el aumento de temperatura que se produce en las rocas encajantes próximas a una intrusión ígnea. • De dislocación: tiene lugar en inmediaciones de fracturas o zonas de alta deformación en las rocas. • De impacto: causado por el impacto de un meteorito a gran velocidad sobre la superficie del suelo. • Hidrotermal: se produce como consecuencia de la circulación de disoluciones a través de fracturas en las rocas.

c Páginas web



 

  

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El metamorfismo local se subdivide a su vez en:

112

 

112

Notas

Una aureola metamórfica es una banda de rocas metamórficas, de metamorfismo de contacto, que rodean a un cuerpo intrusivo.

Biología y Geología 1 Procesos petrogenéticos del ambiente metamórfico: metamorfismo y rocas metamórficas

06

c Lectura

6. Procesos petrogenéticos del ambiente metamórfico 6.2 Tipos de metamorfismo

cc Fluidos Metamorfismo dinámico

   

Es el metamorfismo asociado con altas presiones, sin que la temperatura alcance valores altos. Tiene carácter local y se asocia frecuentemente con los planos de fallas, donde las rocas son trituradas por las grandes presiones.

        

  

Metamorfismo de enterramiento Se produce en las rocas sepultadas por la acumulación de gran cantidad de sedimentos sobre ellas. La profundidad a la que deben estar enterradas las rocas para alcanzar este tipo de metamorfismo es de unos 8 km, y unas temperaturas de entre 100 ºC y 200 ºC.

Además, algunos minerales frecuentes en rocas metamórficas necesitan la existencia de agua para su formación.

Metamorfismo de impacto Se produce en zonas donde se ha producido un choque de un meteorito (véase Figura 6.11). En este choque se producen temperaturas y presiones muy elevadas en un intervalo de tiempo muy corto. El resultado es una brecha con matriz vítrea, en la que pueden aparecer minerales de alta presión.

La presencia de fluidos, principalmente H2O y CO2, juega un papel importante en el desarrollo del metamorfismo. El agua actúa como catalizador en muchas reacciones metamórficas, aumentando considerablemente la velocidad de reacción.

Fig. 6.11. Metamorfismo de impacto.

Por otro lado, el agua procedente de la deshidratación de algunos minerales durante el metamorfismo tiende a aumentar la presión de fluido en los poros de la roca, la cual se opone a la presión litostática a la que está sometida la roca. La presión efectiva es la diferencia entre presión litostática y presión de fluido. En rocas carbonatadas es importante también considerar la presión de CO2.

Como resumen, la Figura 6.12 muestra los diferentes tipos de metamorfismo que se generan en un borde destructivo de placas.

Los fluidos, en su movimiento, pueden transportar sustancias químicas a lo largo de grandes distancias. Como consecuencia, estos fluidos pueden introducirse en rocas de composición muy diferente a la suya, dando lugar al metasomatismo. Estos fenómenos pueden ser importantes en rocas encajantes de rocas plutónicas, las cuales suelen liberar gran cantidad de fluidos durante la cristalización.

Fig. 6.12. Tipos de metamorfismo que aparecen en un borde destructivo de placas.

Clasificación según la presión y la temperatura

Fa Ze cies ol de ita s

Presión (kbar)

6

Facies de Anfibolitas

8

Facies de 10CondicionesEsquistos Azules no existentes en la Tierra

0

200

Facies de Eclogitas

600 400 Temperatura (º C)

Región de Cristalización Magmática 10 y de Anatexia

20

30

800

Profundidad (km)

Facies de Facies Prehnitade Pumpellita Esquistos Verdes

4

ión de “Grani to”

La presencia de estas asociaciones en una roca muestra en qué condiciones se ha metamorfizado. Así, se puede decir: es un gneis metamorfizado en facies de las anfibolitas.

0

Facies de Corneanas

2

Curva de Fus

Una facies metamórfica es el rango de condiciones de presión y temperatura en el que son estables una o varias asociaciones minerales.

Región de Diagénesis

0

Facies de Granulita

A partir de los estudios de las asociaciones minerales de las rocas básicas, se ha subdividido el campo de presión y temperatura del metamorfismo en facies metamórficas (véase Figura 6.13).

113

1000

Fig. 6.13. Facies metamórficas.

113

c Páginas web

cc Fotos de minerales metamórficos

cc Tipos de metamorfismo

http://www.uam.es/cultura/museos/mineralogia/especifica/ mineralesAZ/Almandino/almandino.html

http://www.geovirtual.cl/geologiageneral/ggcap06.htm

133

06

Biología y Geología 1 Procesos petrogenéticos del ambiente metamórfico: metamorfismo y rocas metamórficas

c

6. Procesos petrogenéticos del ambiente metamórfico

Actividades

6.2 Tipos de metamorfismo

6. Di si son verdaderas (V) o falsas (F) las siguientes afirmaciones.

Clasificación según el desarrollo del metamorfismo

a. Las eclogitas se forman en condiciones de muy alta temperatura y rango de presión variable. b. El paso de facies de anfibolitas a facies de granulitas implica un avance del metamorfismo progrado. c. El metamorfismo implica siempre un intercambio de materia con el entorno. d. Es posible que un gneis metamorfice en facies granulíticas.

c

Las rocas pueden estar sometidas sucesivamente a un aumento o disminución de la intensidad de metamorfismo; por eso, las rocas pueden sufrir dos tipos de transformaciones, que corresponden con el metamorfismo progrado y metamorfismo retrogrado. • El metamorfismo progrado engloba las transformaciones que se producen en las rocas como consecuencia de un aumento progresivo en las condiciones de presión y temperatura. • El metamorfismo retrogrado engloba las transformaciones metamórficas que se producen como consecuencia de una disminución en las condiciones de presión y temperatura.

Clasificación según las condiciones químicas

                  

Diagrama P-T (presióntemperatura) para las distintas facies metamórficas

    

 

 Fig. 6.14. Metamorfismo hidrotermal de fondo oceánico.

Cada tipo de metamorfismo está relacionado con zonas de la Tierra en las que se originan diferentes condiciones de presión y temperatura. La distribución de estas zonas está ligada al movimiento de las placas litosféricas y se explica, por tanto, por la tectónica de placas (véase Figura 6.15).

Sus condiciones de presión y temperatura pueden verse en el diagrama de la figura. Podemos observar como los límites entre las distintas fases no son netos. Esto es debido a que los cambios minerales son continuos, tratándose habitualmente de soluciones sólidas, y a que las curvas de equilibrio entre las diferentes fases minerales implicadas son difíciles de establecer mediante estudios teóricos y experimentales, por lo cual la posición de dichas curvas difiere según los autores. 16 Eclogitas

Fig. 6.15. Metamorfismo y tectónica de placas. 50

14

40

10 30 8 Granulitas Anfibolitas

6

20

Prehnita Pumpellita

Esquistos verdes 4

2

10

Zeolitas AE 200

400

Hbl 600

Temperatura (ºC)

Facies corneanas AE= Albita-Epidota Hbl= Corneanas hornbléndicas Pyx= Corneanas piroxénicas San= Corneanas sanidinicas

134

Pyx

San 800

1000

Profundidad aproximada (km)

Presión (kbars)

114

Esquistos azules

12

• Metamorfismo isoquímico: en este metamorfismo no hay intercambio de materia con el medio circundante y, por tanto, la composición química de las rocas que se metamorfizan permanece constante. La mayor parte del metamorfismo es isoquímico. • Metamorfismo metasomático: es el metamorfismo producido por la circulación de fluidos a temperatura relativamente elevada a través de poros y fracturas de las rocas. En este metamorfismo hay un cambio en la composición química de la roca que se metamorfiza, ya que hay un intercambio de materia con los fluidos. Está asociado a áreas con actividad ígnea. El más extenso es el metamorfismo hidrotermal de fondo oceánico. Tiene lugar en las dorsales oceánicas (véase Figura 6.14), donde los fluidos producen cambios en la composición de la corteza oceánica.

¿Dónde se produce el metamorfismo en la Tierra?

Las facies metamórficas pueden sistematizarse en función de los tipos básicos de metamorfismo.

114

Al sufrir metamorfismo, las rocas pueden funcionar como un sistema cerrado, sin intercambiar materia con el entorno, o bien funcionar como un sistema abierto, con intercambio de materia con el exterior. Según este criterio, existen dos tipos de metamorfismo: metamorfismo isoquímico y metamorfismo metasomático.

Notas

Biología y Geología 1 Procesos petrogenéticos del ambiente metamórfico: metamorfismo y rocas metamórficas

c Actividades

6. Procesos petrogenéticos del ambiente metamórfico 6.2 Tipos de metamorfismo

El metamorfismo de contacto se localiza alrededor de intrusiones magmáticas que estén lo suficientemente calientes. Estas intrusiones se generan tanto en un borde de placa, como lejos de éste. Por tanto, el metamorfismo de contacto tiene una distribución local rodeando estos cuerpos magmáticos. El metamorfismo regional se desarrolla en los límites convergentes de placas. Está presente en todas las cordilleras (véase Figura 6.16). En las cordilleras tipo Andes, que se producen por subducción, encontramos dos cinturones de rocas de metamorfismo regional. Un cinturón de alta presión y baja temperatura, y otro de alta temperatura y presión alta o intermedia. El metamorfismo regional de alta presión y baja temperatura se produce en las zonas de subducción. La elevada presión está causada por la enorme energía mecánica que se desarrolla en esta zona de convergencia de placas. La baja temperatura se produce porque la placa oceánica llega a esta zona después de haber sufrido un prolongado enfriamiento desde el momento en el que se formó en la dorsal.

06

7. Relaciona cada propiedad de las rocas metamórficas que se exponen a continuación con aquella roca que mejor represente dicha propiedad.

C P

0

a. Bandeado composicional claro–oscuro. b. Roca calcárea isótropa. c. Derivada de rocas ígneas básicas ricas en anfíboles. d. Protolito sometido a intensa deformación y fracturación. e. Generada por metasomatismo sobre rocas calcáreas. f. Roca bandeada con aspecto escamoso y cristales de mica de hasta 1 cm de diámetro.

1m

Fig. 6.16. Rocas metamórficas plegadas en Extremadura: pizarras (P) y cuarcitas (C).

El metamorfismo regional de alta temperatura y presiones altas o intermedias tiene lugar por encima de la zona de subducción, debido a las temperaturas que se generan en esta zona, resultado de los procesos magmáticos que se desarrollan ampliamente en ese lugar. En las cordilleras tipo Himalaya, que se producen por obducción, se genera un metamorfismo regional variado, que puede ir de presiones altas y bajas temperaturas, hasta condiciones de presión y temperatura intermedias.

1. 2. 3. 4. 5.

Actividad resuelta En la Figura 6.17a se muestra una roca situada en el punto 1, con unas condiciones de P y T de superficie. Pasado un tiempo geológico, ese mismo punto pasa a una situación 1’ (Figura 6.17b). El cambio de situación de 1 a 1’ se realiza siguiendo un gradiente geotérmico, señalado por la línea que une ambos puntos en la gráfica de presión y temperatura adjunta. Observa la figura y la gráfica y contesta a las siguientes preguntas:

1

1. ¿Qué tipo de metamorfismo ha sufrido la roca al pasar de la situación 1 a 1’? Ha sufrido un metamorfismo térmico o de contacto, en condiciones progresivas.

El intervalo de P-T (presión-temperatura) que define cada facies metamórfica puede conocerse en cada caso mediante el análisis teórico y experimental de las fases minerales presentes en las paragénesis implicadas.

Temperatura (º C) 00

Presión (kbar)

6

8

1´

10

400º C 600º C 800º C

200

1

600

400

800

1´

1000 0 Profundidad (km)

2

4

b

c Facies metamórficas

2. ¿En qué facies ha quedado metamorfizada? Se ha metamorfizado en las facies de las corneanas (véase Figura 6.13 para comprobar).

400º C 600º C 800º C

a

10 Curva de fusión de “Granito”

20

115

El concepto de facies metamórfica no se refiere a un solo tipo de roca, sino a todas las formadas bajo unas condiciones metamórficas determinadas. No obstante, rocas con igual composición química deben presentar la misma asociación si se encuentran dentro de la misma zona metamórfica.

30

Fig. 6.17

115

Notas

Mármol. Anfibolitas. Gneis. Esquistos. Skarn.

Una facies metamórfica representa una gama de condiciones P-T más amplia que la de una zona metamórfica. Por tanto, el establecimiento de las facies metamórficas en una región determinada se basa en la zonación mineral del terreno. En cuanto a la clasificación, varios autores, entre los que destacamos a Miyashiro (1973), Turner (1981) o Yardley (1989), proponen mantener unas pocas facies metamórficas y eliminar la noción confusa de suponer las subfacies propuestas por otros autores, como por ejemplo Soboler (1972-1975).

135

06

Biología y Geología 1 Procesos petrogenéticos del ambiente metamórfico: metamorfismo y rocas metamórficas

c

6. Procesos petrogenéticos del ambiente metamórfico

Lectura

6.3 Las rocas metamórficas

cc Reacciones metamórficas (Miyashiro, 1994)

6.3 Las rocas metamórficas

Reacciones hidratación-deshidratación. Son reacciones muy frecuentes en el metamorfismo, y el hecho de que se produzca un tipo u otro, dependerá de la naturaleza del protolito y del tipo de metamorfismo que se esté dando (progrado o retrógado). Por ejemplo, las rocas pelitas, ricas en minerales hidratados, darán lugar a reacciones de deshidratación al producirse su metamorfismo progrado. Por el contrario, las rocas ígneas básicas, compuestas esencialmente por minerales anhidros, metamorfizan en presencia de agua a esquistos verdes. Como consecuencia, el desarrollo de estas reacciones implica una cierta circulación de agua a través de las rocas, de modo que éstas deben comportarse como un sistema abierto para los fluidos, si bien no se conoce con exactitud el comportamiento de fluidos acuosos durante el metamorfismo, aunque sí se ha podido comprobar que la mayor parte de las reacciones metamórficas que tienen lugar al aumentar la temperatura son reacciones de deshidratación.

116

Las rocas metamórficas son aquellas que resultan de las transformaciones por metamorfismo de rocas preexistentes. Las rocas originales pueden ser sedimentarias, ígneas e incluso metamórficas.

Rocas sedimentarias Rocas ígneas Rocas metamórficas

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+ Metamorfismo

Como las rocas metamórficas pueden formarse a partir de cualquier otro tipo, la nomenclatura general de estas rocas incluye el uso de prefijos, que informan de las características de la roca original: • El prefijo meta- delante del nombre de una roca indica que se trata de una roca metamórfica, pero que conserva rasgos que permiten reconocer claramente la roca primitiva. Por ejemplo, metagranito significa que es una roca metamórfica que proviene de un granito. • El prefijo orto- delante del nombre de una roca metamórfica señala que se puede afirmar que tal roca proviene de una roca ígnea. Por ejemplo, ortogneis, significa que el gneis proviene de una roca ígnea, sin especificar qué roca ígnea es. • El prefijo para- delante del nombre de una roca metamórfica significa que se ha conseguido determinar la procedencia sedimentaria del material metamórfico. Por ejemplo, paragneis significa que el gneis proviene de una roca sedimentaria, sin especificar qué roca sedimentaria es. • El prefijo poli- delante del nombre de una roca indica que se trata de una roca que ha sufrido más de una vez el proceso de metamorfismo.

Reacciones de decarbonación. Este tipo de reacciones afecta esencialmente a rocas carbonatadas. El ejemplo más claro sería: CaCO3 + SiO2 Ca [SiO3] + CO2, donde el término CaCO3 es la calcita, el SiO2 es el cuarzo, el Ca [SiO3] es la wollastonita y el CO2 es el dióxido de carbono. Los términos de la derecha representan las condiciones de mayor temperatura. Se puede decir que una evolución del metamorfismo progrado supone una liberación de CO2 de la roca.

Las rocas metamórficas pueden tener fósiles si provienen de una roca sedimentaria y el metamorfismo sufrido ha sido débil y no los ha destruido.

Estructura de las rocas metamórficas La estructura es una característica macroscópica de la roca. Describe la distribución, agrupación y orden de los minerales dentro de un cuerpo rocoso. El estudio de la estructura es interesante, ya que informa de cómo han actuado las presiones sobre la roca y cómo ha respondido dicha roca ante esas presiones. Según su estructura, las rocas metamórficas se agrupan en: rocas metamórficas foliadas y rocas metamórficas masivas, no foliadas.

Reacciones sólido-sólido. Implican ausencia de liberación de volátiles. Pueden ser de varios tipos, entre los que destacan las transformaciones entre polimorfos.

Rocas metamórficas foliadas Son las rocas que tienen una disposición y un crecimiento paralelos de los minerales, que marcan planos de discontinuidad de la roca (véase Figura 6.18).

Fig. 6.18. Foliación en una roca metamórfica.

La foliación recibe distinto nombre en función del tamaño de grano de los minerales y el grado de desarrollo de los planos de foliación. Los tres tipos de foliación son la pizarrosidad o foliación rocosa, la esquistosidad y el bandeado gneísico.

Reacciones oxidación-reducción. Son importantes sobre todo en condiciones superficiales con abundante presencia de oxígeno.

116

c Páginas web

136

⇒ ROCAS METAMÓRFICAS

cc Tipos de metamorfismo y facies

cc Facies metamórficas

http://plata.uda.cl/minas/apuntes/Geologia/geologiageneral/ggcap06a.htm_Facies

http://www.galeon. com/geologiayastronomia/

Biología y Geología 1 Procesos petrogenéticos del ambiente metamórfico: metamorfismo y rocas metamórficas

06

c Actividades

6. Procesos petrogenéticos del ambiente metamórfico 6.3 Las rocas metamórficas

8. Di si es correcto utilizar los siguientes términos, razonando tu respuesta.

• La pizarrosidad: durante las transformaciones metamórficas, los minerales arcillosos (estables en la superficie) recristalizan en cristales diminutos de mica (estables a temperaturas y presiones mucho más elevadas). Estos cristales de mica tienen forma plana y se alinean de manera que sus superficies planas quedan casi paralelas, y generan en la roca planos de debilidad por donde se puede romper. Esta propiedad se denomina foliación rocosa o pizarrosidad. Las rocas que presentan esta estructura se denominan pizarras. • La esquistosidad: bajo regímenes de presión y temperatura mayores, los pequeños cristales de mica de las pizarras crecerán. Estos cristales de mica, que tienen un diámetro de hasta 1 cm, dan a la roca un aspecto escamoso. Este tipo de foliación se denomina esquistosidad. Las rocas que tiene esta estructura se denominan esquistos. • Bandeado gnéisico: durante el metamorfismo de grado alto, las migraciones iónicas pueden ser lo suficientemente importantes como para causar segregación de minerales. Los cristales oscuros y claros están separados, y dan a la roca un aspecto bandeado, conocido como bandeado gnéisico. Las rocas metamórficas con esta estructura se denominan gneis.

a. Ortogranito. b. Metagneis. c. Paragneis.

c Actividad resuelta Esta fotografía es de una roca metamórfica llamada cuarcita. ¿Qué otra roca ha sufrido metamorfismo para dar lugar a la cuarcita?

Este tipo de rocas se forma en el metamorfismo regional, siempre que la roca presente minerales con alguna dimensión más desarrollada que otros (véase Figura 6.19).

Fig. 6.19. Tipos de rocas metamórficas foliadas: a) pizarra con pizarrosidad; b) esquisto con esquistosidad; c) gneis con bandeado gneísico.

Rocas metamórficas masivas o no foliadas

http://www.aprendereso.com/aprender/auto.php?T abla=BG1B&Unidad[]=14

Son rocas metamórficas que presentan un aspecto masivo, es decir, que no tienen cristales con orientación preferente. Son características las rocas no foliadas que se originan en un metamorfismo de contacto, donde las presiones son muy débiles o inexistentes, pero también se pueden originar rocas no foliadas en cualquier otro tipo de metamorfismo, como por ejemplo a partir de una roca original cuyos minerales se caractericen por tener un hábito equidimensional (todas sus dimensiones iguales).

a. b. c. d.

Son rocas de este tipo: las corneanas o cornubianitas, las cuarcitas y los mármoles.

Caliza. Arenisca. Filita. Basalto.

117

La clasificación basada en la estructura, que divide las rocas en foliadas y masivas, se puede además complementar con el estudio de las texturas.

Solución:

Texturas de las rocas metamórficas b. Arenisca.

Las texturas más importantes son la granoblástica y la lepidoblástica (véase Figura 6.20). • La textura granoblástica se caracteriza por presentar granos de dimensiones equivalentes y forma similar sin orientación preferente. Esta textura es típica de rocas de metamorfismo de contacto. También está presente en las rocas con minerales equidimensionales.

Fig. 6.20. Texturas rocas metamórficas.

117

c Origen de las foliaciones

Notas

En la figura de la derecha podemos observar cómo se reorientan los minerales micáceos de una roca en respuesta a los esfuerzos a los que es sometida durante el avance del metamorfismo. De esta manera se genera la foliación metamórfica.

Antes del metamorfismo

Esfuerzo

Esfuerzo

Esfuerzo

Esfuerzo

Después del metamorfismo

137

06

Biología y Geología 1 Procesos petrogenéticos del ambiente metamórfico: metamorfismo y rocas metamórficas

c

6. Procesos petrogenéticos del ambiente metamórfico

Actividades

6.3 Las rocas metamórficas

9. Indica si son verdaderas (V) o falsas (F) las siguientes afirmaciones, razonando la respuesta.

• La textura lepidoblástica se caracteriza por presentar de forma dominante minerales de hábito laminar con orientación paralela entre sí. Esta textura es típica de los esquistos. En el caso particular de que algunos minerales de hábito plano, como son las micas, se distribuyan en bandas alternantes con los demás minerales, la textura recibe el nombre de gneísica o bandeada.

a. Pizarras con almandino. b. La esquistosidad de la cuarcita. c. Mármol compuesto por calcita, derivado de calizas y dolomías puras.

Rocas metamórficas comunes

10. Un grupo de trabajo para cartografía de cinturones metamórficos establece la laumontita como mineral índice que marca el inicio del metamorfismo. La laumontita aparece mediante la transformación:

Existen muchos tipos de rocas metamórficas, que dependen de la roca original que se metamorfiza y del tipo de metamorfismo al que ha estado sometida. Para estudiar los tipos de rocas metamórficas, conviene agrupar las rocas origen por su composición, y luego determinar a qué metamorfismo han estado sometidas.

heulandita ↔ laumontita + cuarzo + agua.

A continuación se muestran las rocas metamórficas que se forman a partir de estas rocas origen, más un metamorfismo regional o de contacto.

Las rocas origen se agrupan, de forma simplificada, en cuatro grupos, que son: rocas similares a la lutita arcillosa, rocas formadas por cuarzo, rocas carbonatadas y rocas ígneas de composición básica o intermedia.

¿Cuál de las dos reacciones siguientes crees que es la verdadera que nos marca la anterior transformación?

Rocas metamórficas formadas a partir de una lutita arcillosa Una lutita arcillosa puede dar lugar a distintos tipos de rocas según la intensidad y el tipo de metamorfismo. A medida que aumentan las condiciones de presión y temperatura, se origina una sucesión de rocas que se van formando según se produce el metamorfismo progresivo de la lutita.

a. Ca Al2Si7O18 + 6H2O ↔ CaAl2Si4O12 + 4H2O + 3SiO2 + 2H2O

En un metamorfismo de tipo regional, los minerales que forman las arcillas de las lutitas recristalizan y se orientan paralelamente entre sí y perpendiculares a las presiones, y originan rocas foliadas.

b. Ca Al2Si7O18 + 4H2O ↔ CaAl2Si4O12 + 6H2O + 3SiO2 + 2H2O

c PAU El metamorfismo producido en las rocas de caja por la intrusión de un magma se denomina: A. B. C. D.

Regional. De contacto. Dinámico. Orogénico.

Solución

138

     

     

 

     

Fig. 6.21. Observación de un esquisto a distintas escalas: roca en muestra de mano y los minerales que la componen a simple vista y en lámina delgada.

118

B. De contacto.





    

Universidad Complutense de Madrid. Prueba de acceso a los estudios universitarios de los mayores de 25 años. Año 2004.



Los minerales que van apareciendo, a partir de los minerales arcillosos, son: micas, cuarzo, feldespatos, granates, andalucita y sillimanita (véase Figura 6.22).

 

118

Los minerales se hacen progresivamente más grandes, a medida que se incrementa la temperatura, y se producen cambios mineralógicos, al entrar en rangos de presión y temperaturas diferentes. Así, al cambiar las condiciones iniciales, las rocas se adaptan a las nuevas condiciones, y las lutitas se transforman sucesivamente en una serie de rocas, que son: pizarras, filitas, esquistos (véase Figura 6.21), micaesquistos o micacitas y paragneis.

Notas

Biología y Geología 1 Procesos petrogenéticos del ambiente metamórfico: metamorfismo y rocas metamórficas

06

c Actividades

6. Procesos petrogenéticos del ambiente metamórfico 6.3 Las rocas metamórficas

11. ¿Es lo mismo una zona metamórfica y una facies metamórfica? ¿En qué se diferencian?

zonas c Las metamórficas Estas zonas, establecidas por Barrow (1893-1912) y modificadas por Tilley (1925), han sido reconocidas en metapelitas de muchas zonas de todo el mundo. También se las conoce como «zonas de Barrow» y, de menor a mayor intensidad de metamorfismo, son las siguientes:

Fig. 6.22. Cambios en los minerales en un metamorfismo progrado o progresivo de una lutita.

Zona de la clorita. El tamaño de grano de las metapelitas es fino (pizarras). Caracterizadas por la aparición de clorita.

Si la roca tiene suficiente agua y la temperatura es suficientemente elevada, la roca puede comenzar a fundir, y originar migmatitas. Si el metamorfismo prosigue, las migmatitas funden totalmente. Cuando solidifica, este fundido produce un granito de anatexia. En un metamorfismo de contacto, las lutitas dan lugar a las corneanas o cornubianitas. Estas rocas no tienen foliación, son masivas y compactas.

Rocas metamórficas formadas a partir de una roca silícea A partir de una cuarzoarenita, roca sedimentaria formada mayoritariamente por cuarzo, se forma menos variedad de rocas metamórficas que en el caso de las lutitas. En este caso, tanto en el metamorfismo regional como en el de contacto, se forma una cuarcita (véanse Figuras 6.3 y 6.23). Esto es debido a que el cuarzo es un mineral estable en un amplio rango de presiones y temperaturas, y, al incrementarse el metamorfismo, lo que hace es recristalizar, es decir, aumentar de tamaño, pero no sufre transformaciones como los minerales de la arcilla.

Zona de la biotita. El tamaño de grano de las metapelitas es ligeramente superior a las anteriores (silitas). Sigue apareciendo también clorita, aunque a la zona la caracteriza la aparición de biotita.

  



       



       

Zona de la estaurolita. Se caracteriza por la aparición de estaurolita, siguiendo presentes los minerales de la zona del almandino, salvo la clorita (puede aparecer en muy pequeñas cantidades).

Fig. 6.23. Observación de una cuarcita a distintas escalas.

Rocas metamórficas formadas a partir de una roca carbonatada Con las rocas carbonatadas sucede lo mismo que con las silíceas, su transformación implica un aumento de tamaño de los cristales, pero mantienen la misma composición química. Las calizas y las dolomías puras se transforman durante el metamorfismo, tanto regional, como de contacto, en mármoles (véase Figura 6.24).

119

Zona de la cianita. Aparece la cianita y la clorita ha desaparecido completamente.

Rocas metamórficas formadas a partir de una roca ígnea básica

Zona de la sillimanita. La sillimanita sustituye a la cianita, si bien ambas pueden seguir coexistiendo. Aparece también feldespato potásico.

Estas rocas reciben el nombre de la facies donde se hayan metamorfizado. Por ejemplo, un basalto en facies de las eclogitas produce una eclogita. Algunas rocas metamórficas que se forman a partir de rocas ígneas básicas son las anfibolitas, las granulitas y las eclogitas.

Zona del almandino (o granate). El tamaño del grano de las metapelitas es grueso (esquistos). Además de almandino, aparece biotita y a veces clorita.

Fig. 6.24. Observación de un mármol a distintas escalas.

119

c Actividad resuelta

Los minerales que dan nombre a las anteriores zonas se denominan minerales índice de metamorfismo.

Notas

Identifica la roca de la fotografía sabiendo que es de tipo metamórfico. a. b. c. d.

Gneis. Arenisca. Basalto. Pizarra.

Solución: a. Gneis.

Obtenida de: http://www.aprendereso.com/aprender/auto.php?Tabla=BG1B&Unidad[]=14

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Biología y Geología 1 Procesos petrogenéticos del ambiente metamórfico: metamorfismo y rocas metamórficas

c

6.3 Las rocas metamórficas

Idioblasto. Grano originado por recristalización metamórfica y limitado por las caras propias del cristal del correspondiente mineral. Hipidioblasto. Limitado sólo parcialmente por las caras propias del cristal. Xenolito. No limitado por las caras propias del cristal. Porfidoblastos. Granos aparecidos durante el metamorfismo y de tamaño considerablemente mayor que el resto de los granos de la matriz. Pseudomorfos. Nombre que reciben el mineral o los minerales metamórficos que reemplazan a granos minerales previos, manteniéndose la forma de los originales. Mineral relicto. Mineral que aparece incluido dentro de otro grano mineral y cuya presencia es rara en el conjunto de la roca. Es el resultado de reacciones incompletas, y se debe a la lentitud con que tienen lugar los procesos de difusión en las rocas metamórficas. Bordes o coronas de reacción. Como en el caso anterior, son el producto de reacciones incompletas. Consisten en una zona de uno o varios minerales que circundan a otro mineral distinto. Simplectitas. Intercrecimiento conjunto de dos minerales, uno de los cuales presenta a veces hábito vermicular. Paragénesis. Término derivado de la palabra griega para, que significa ‘al lado’ y gen, que quiere decir ‘ser producido’. Se trata de un conjunto de minerales que se han formado todos a un mismo tiempo. Secuencia paragenética. Orden cronológico de cristalización en una roca o depósito.

Otras rocas metamórficas Otras rocas metamórficas son las que se forman en un metamorfismo dinámico. La roca original está sometida a una intensa deformación, fracturación y trituración, y produce rocas denominadas brechas de falla y milonitas. En el desarrollo de la unidad se ha visto que hay diversos factores que influyen en la formación de uno u otro tipo de roca metamórfica. La Figura 6.25 relaciona, a modo de síntesis, las diferentes características de las rocas metamórficas con el grado de metamorfismo y el tipo de metamorfismo. ,

ESKOLA P: “The mineral facies of rocks”, en Norsk Geologisk Tidsskrift, v. 6 (1922), pp. 143-194. TILLEY, C E: “A preliminary survey of metamorphic zones in the southern Highlands of Scotland”, en Quarterly Journal of Geological Society, Londres, v. 81, (1995), pp. 330-358.

140



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Fig. 6.25. Cuadro resumen de las rocas metamórficas.

Fig. 6.26. Vista de rocas metamórficas en campo (1 y 2) y en muestra de mano (3 - 6). 1. Esquisto; 2. Gneis; 3. Filita; 4. Micaesquisto con granates; 5. Mármol pulido; 6. Serpentinita pulida.

Notas

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120

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c Bibliografía recomendada BARROW, G: “On the geology of lower Deeside and the southern Highland Border”, en Proceedings of the Geological Association, v. 23 (1920), pp. 274-290.

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6. Procesos petrogenéticos del ambiente metamórfico

Glosario

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4

6

Biología y Geología 1 Procesos petrogenéticos del ambiente metamórfico: metamorfismo y rocas metamórficas

c Lectura

6. Procesos petrogenéticos del ambiente metamórfico 6.3 Las rocas metamórficas

cc Los glaciares como rocas metamórficas

Aprovechamiento económico e industrial de las rocas metamórficas

El hielo es un mineral, y un agregado sólido de cristales de hielo es una roca, denominándose glaciares a grandes masas de ella.

Los principales usos de las rocas metamórficas son como rocas industriales y ornamentales. Las rocas industriales son los materiales —minerales, rocas y derivados— que el ser humano utiliza como materia prima en la construcción de edificios, maquinaria y utensilios. Las pizarras, cuarcitas, mármoles y gneises se utilizan como rocas industriales. Los mármoles y los gneises se utilizan también como rocas ornamentales (véase Figura 6.27). Las rocas ornamentales son un tipo de rocas industriales que se utilizan en la construcción y en adornos y esculturas. Se caracterizan por su resistencia y aguante al pulido. Además, las rocas metamórficas trituradas se pueden utilizar como áridos de trituración y abrasivos. Las pizarras bituminosas se utilizan para la extracción de hidrocarburos, y las pizarras con antracita, para la extracción de este tipo de carbón.

06

Estos glaciares satisfacen el criterio de una roca metamórfica: se deforman bajo su propio peso, por flujo dúctil en estado sólido, durante su movimiento deslizante. A fin de permitir el flujo, los cristales de hielo experimentan deslizamiento plástico interno y crecimiento en estado sólido. Mediante estudios microscópicos, con secciones delgadas de hielo, se puede observar su textura cristaloblástica bien desarrollada, característica de las rocas metamórficas.

Fig 6.27. Esculturas de mármol del Pórtico de las Caciátides en la Acrópolis (Atena, Grecia). Cantera de mármol en Estremoz (Portugal).

Actividad resuelta El bloque diagrama siguiente (Figura 6.28) muestra una aureola metamórfica producida cuando un granito ha intruido en una serie de rocas sedimentarias. El grado metamórfico decrece de A hacia B y de X hacia Y en la aureola. Observa la Figura 6.25 y contesta a las siguientes preguntas:

La deformación por flujo dúctil en capas sucias de un glaciar produce pliegues, los cuales son muy similares a los producidos en formaciones metamórficas profundas de la corteza.

1. ¿Qué tipos de roca son las calizas, las lutitas arcillosas y las arenas? Son rocas sedimentarias. 2. ¿En qué condiciones de presión y temperatura se han formado? En el ambiente sedimentario, que se caracteriza por unas presiones y unas temperaturas bajas (véase Figura 6.2).

c Páginas web

3. ¿Qué tipo de metamorfismo han sufrido? En la zona de contacto con la intrusión, han sufrido un metamorfismo térmico o de contacto.

cc Rocas del metamorfismo regional

4. ¿En qué roca se han transformado la caliza, las lutitas arcillosas y las arenas? La caliza se ha transformado en un mármol. Las lutitas, en corneanas. Las arenas silíceas, en una cuarcita.

Fig 6.28.

121

http://www.geovirtual.cl/geologiageneral/ ggcap06c.htm

5. ¿Cómo podríamos demostrar que ha habido un metamorfismo creciente de B a A, o bien, de Y a X? Estudiando los minerales de las rocas de la aureola. Dentro de ellos habrá una sucesión de minerales índice, que revelarán con precisión la temperatura a la que las rocas han estado sometidas. Los minerales índice de mayor temperatura estarán en la parte A y X de la aureola, y los veremos cambiar progresivamente a minerales índice de menor temperatura según nos vayamos alejando del foco de calor que ha representado la intrusión.

cc Texturas metamórficas http://www.cienciaybiologia.com/geologia/ metamorficas.htm 121

c Curiosidades En el año 2006, la empresa canadiense Río Narcea Gold Mines cierra la última mina aurífera que quedaba en la península Ibérica, situada en Boinás, al sur del conocido anticlinal del Narcea, en el Principado de Asturias. El oro se encontraba en un skarn desarrollado a partir de la intrusión de material granítico, que se pone en contacto con una roca calcárea. Aparecen en la zona dos tipos diferentes de skarn, uno relacionado con calizas (cálcico) y otro más oscuro relacionado con dolomías (magnésico). La alienación de las intrusiones da tres cortes diferentes en la explotación:

• Boinás W: la dolomía aparece cabalgada y la mayor parte del skarn es también cálcico. • Boinás E: a techo, donde aparecen calizas, el skarn es cálcico, y a muro, donde encontramos dolomías, magnésico. En Boinás W la ley media de oro fue de 5,5 g/Tn (aunque llegó a 20 g/Tn en zonas asociadas a fracturas). En el Valle, la ley media de oro fue de 6,5 g/Tn y en Boinás E existía un nivel que llegaba a los 22 g/Tn. Una vez que la explotación dejó de ser rentable, la empresa trasladó su actividad a Mauritania.

• El Valle: el skarn es cálcico, granatífero y se encuentra oxidado.

141

06

Biología y Geología 1 Procesos petrogenéticos del ambiente metamórfico: metamorfismo y rocas metamórficas

c

6. Procesos petrogenéticos del ambiente metamórfico

Actividades

6.4 Yacimientos metamórficos

12. Un geólogo aficionado a la micología recorre el bosque en busca de setas, cuando en un afloramiento del sustrato rocoso observa una roca compuesta por cuarzo, albita, biotita y granate (almandino). Decide entonces cesar en su búsqueda de setas y tratar de encontrar una intrusión granítica, para lo cual decide caminar hacia el Norte. A cierta distancia, observa en otro afloramiento cómo la anterior asociación mineral es sustituida por cuarzo, albita, moscovita, biotita y clorita y que, a medida que sigue avanzando, la biotita acaba desapareciendo por completo. Entonces nuestro geólogo esboza una sonrisa, gira 180º y se dirige hacia el Sur.

6.4 Yacimientos metamórficos Durante el metamorfismo se producen reajustes mineralógicos que originan nuevos minerales con posible interés económico. Los yacimientos metamórficos más importantes son los de origen metasomático y, en menor medida, los de metamorfismo regional.

Yacimientos relacionados con el metamorfismo metasomático Este tipo de metamorfismo da lugar a yacimientos endógenos con características ígneometamórficas. • Yacimiento de contacto metasomático de tipo skarn: son yacimientos que se establecen en el contacto entre una masa ígnea y una roca encajante de tipo caliza. La caliza se altera químicamente por el calor, la presión y las soluciones hidrotermales que emanan del cuerpo ígneo, y que introducen elementos como silicio, aluminio y hierro en esta roca. Se denomina skarn a una aureola metamórfica con depósitos ricos en metales, que se ha producido cuando un cuerpo ígneo ha invadido los estratos de una roca caliza. Los minerales más típicos de estos yacimientos son sulfuros, como la calcopirita (sulfuro de cobre), y óxidos, como la magnetita (óxido de hierro). Un ejemplo de este tipo de yacimiento son las minas de Cala, en Huelva. Cala es un yacimiento de tipo skarn formado en el contacto entre una roca de tipo granítica y una serie carbonatada cámbrica, cuya principal mineralización económica es la magnetita. • Yacimientos de impregnación: son yacimientos metasomáticos que se forman cuando soluciones hidrotermales penetran en una roca encajante porosa y resistente a las alteraciones producidas por estos fluidos. Un ejemplo es el yacimiento de cinabrio de Almadén, en Ciudad Real, donde la mineralización de cinabrio se presenta como una impregnación y relleno en poros y fisuras de una cuarcita. Esta cuarcita se denomina «cuarcita del Criadero»; tiene una edad de entre 440 y 433 millones de años, pertenece al periodo silúrico, dentro del paleozoico.

¿Qué le lleva a tomar esta decisión? ¿Ya divisó su ansiada intrusión granítica? ¿Por qué las rocas que iba viendo le marcaban el camino hacia donde dirigirse? ¿En qué tipo de rocas intruyó el granito?

c Páginas web

Yacimientos de metamorfismo regional El metamorfismo regional puede generar también depósitos minerales útiles, como son el grafito y el talco.

cc Rocas del metamorfismo regional 122

Actividad resuelta Las fotos de la Figura muestran un edificio perteneciente a la denominada «arquitectura negra» de un pueblo de Guadalajara y otro edificio de un pueblo de Madrid. La casa de la foto 1 es antigua, mientras que el edificio de la foto 2 es reciente. Observa las fotos y contesta a las siguientes preguntas:

http://www.geovirtual.cl/geologiageneral/ ggcap06c.htm

cc Texturas metamórficas

1. Texturas y estructuras en el metamorfismo. Principales rocas metamórficas. 1996-97 2. Concepto de zona, isograda y facies metamórfica. Ejemplos. Obtenidas de: http://platea.pntic.mec.es/~rmartini/ geocou.htm

142

3. ¿Por qué se utilizan las pizarras para el tejado? Por dividirse fácilmente en lajas o bloques planares, y porque dichas lajas son impermeables.

1. ¿Reconoces de qué materiales está hecha la casa de la foto 1? ¿Y el edificio de la foto 2? En la antigüedad, se construía con las rocas del entorno, y se aprovechaban sus propiedades de corte para utilizarlas de forma eficiente en distintos usos. La casa 1 está construida con pizarra, mientras que la casa 2 está hecha con ladrillo, hormigón y cemento.

http://www.cienciaybiologia.com/geologia/ metamorficas.htm

c PAU

El material más abundante en los alrededores y fácil de trabajar tiene que ser la pizarra.

2. ¿Qué roca(s) se puede esperar encontrar en los alrededores del pueblo 1?

122

c Actividades 13. Relaciona mediante flechas los términos de cada columna: Gneis

Met. de grado medio

Grano fino

Protolito calcáreo

Pizarra

Met. de grado alto

Grano grueso

Protolito ígneo

Esquisto

Met. de grado bajo

Grano medio

Protolito pelítico

Biología y Geología 1 Actividades

06

6. Procesos petrogenéticos del ambiente metamórfico Actividades

Actividades finales 1>

¿Qué es el metamorfismo? ¿Cuáles son los factores que transforman las rocas?

2>

Cuando se clasifica una roca como un ortogneis, ¿qué se quiere indicar?

3>

¿Qué significa que una roca es polimetamórfica?

4>

Completa la siguiente frase: «Un metagranito es una roca .............................. que conserva rasgos que permiten reconocer claramente que proviene de ............................. Un ......................... .......... es un gneis cuya roca origen es sedimentaria. Una .................................. es una roca metamórfica de tipo anfibolita que proviene de una roca ígnea básica o intermedia.»

7>

¿Cuáles de las siguiente rocas pueden formarse tanto en un metamorfismo regional como de contacto? a) Esquisto b) Cuarcita c) Corneana d) Mármol e) Gneis

13>

¿Cuales de las siguientes rocas se forman por un metamorfismo regional de grado alto? a) Gneis b) Pizarra C) Granulita d) Gabro e) Mármol

14>

¿Pueden contener fósiles las rocas metamórficas?

15>

El diagrama siguiente muestra una sección a través de una serie de rocas sedimentarias que han sido metamorfizadas por el calor producido por una intrusión.       

¿Qué diferencia hay entre el metamorfismo isoquímico y el metasomatismo? ¿Con qué tipo de límite de placa se asocia el metamorfismo regional?

9>

¿Cómo puedes agrupar las facies en función de la presión? ¿En qué tipo de metamorfismo las incluirías por el contexto geológico?





 

  

Explica los efectos de la presión y la temperatura en el metamorfismo.

8>

10>

12>





 

     



     

a) ¿Cómo se denomina la zona Z? b) ¿Cuál el nombre correcto para este tipo de metamorfismo? c) Nombra qué tipo de rocas ígneas forman intrusiones. d) Nombra los tipos de rocas metamórficas que podrías esperar encontrar en A, B, C y D. e) Di un uso para el tipo de roca encontrada en D.

Observa la siguiente ilustración. En ella, la figura c nos muestra una roca en el punto 2, en un límite convergente de placas, y que pasa a una posición 2’, siguiendo el gradiente reflejado por la flecha en la gráfica adjunta. ¿Qué tipo de metamorfismo ha sufrido? ¿En qué facies se ha quedado metamorfizada? 2

2´

400

ºC 600

ºC

“Granito”

Profundidad (km)

c

Temperatura (º C) 200 400 600 800 1000 00 0 2 2 10 4 20 6 8 Curva de 30 10 2´ fusión de    

6>

Razona si es correcta la siguiente afirmación, y, en caso de ser incorrecta total o parcialmente, redáctala de forma adecuada: «El metamorfismo es un proceso geológico externo que produce transformaciones en la composición mineralógica y estructural de una roca origen o protolito por influencia del calor y la presión. Por estos cambios, una caliza se puede transformar en un esquisto, una arenisca, en una cuarcita, y un basalto, en una eclogita.»

Razona si es correcta la siguiente afirmación y, en caso de ser incorrecta total o parcialmente, redáctala de forma adecuada: «Cuando las rocas son sometidas a metamorfismo térmico o de contacto, sus minerales se reorientan en sentido perpendicular a esta acción, y así aparece la foliación.»

Presión (kbar)

5>

11>

123

143

06

Biología y Geología 1 Actividades

6. Procesos petrogenéticos del ambiente metamórfico Actividades

17>

      

¿Se puede considerar una roca metamórfica el hielo glaciar?



a) Nombra una roca sedimentaria de grano fino que pueda verse afectada de la forma que señala el gráfico. b) Nombra la roca X. c) ¿Qué representa la línea Z? d) Describe los cambios que ocurren en la mineralogía y en la estructura de una roca cuando se incrementa la temperatura y la presión, y que originan que una pizarra llegue a convertirse en un gneis. e) ¿Qué tipo de ambiente geológico es el apropiado para que se produzca un incremento en la temperatura y en la presión?













 

       

   



 

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Razona si es correcta la siguiente afirmación; explica de forma detallada tu razonamiento: «Las presiones litostáticas no deforman las rocas, mientras que los esfuerzos diferenciales producen deformación en las rocas».

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124

144

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El gráfico siguiente muestra el efecto del incremento de la presión y la temperatura sobre unas rocas sedimentarias de grano fino.

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Dado el siguiente esquema geológico, lee la leyenda atentamente y contesta razonadamente las siguientes preguntas:

Centra la pregunta Se plantean cuestiones relacionadas con la datación relativa.

a) Identifica a qué tipo de rocas pertenecen las que forman cada unidad. Especifica, si es posible, cuál es su roca origen. b) ¿Qué tipos de metamorfismo han afectado a la zona? Razona tu contestación. c) ¿Qué unidades han sido afectadas por un metamorfismo de contacto? d) ¿Cuántos tipos de metamorfismo han sufrido las rocas de la aureola? Busca un nombre que las defina globalmente.

Debes recordar Los tipos de metamorfismos, las rocas metamórficas y el principio de superposición. Resuelve la pregunta Identifica los tipos de rocas que aparecen. Relaciónalas con los tipos de metamorfismo que se observan.

Biología y Geología 1 Investigación científica 1

06

6. Procesos petrogenéticos del ambiente metamórfico Investigación científica

Investigación científica EL PARQUE MINERO DE ALMADÉN El parque minero de Almadén (Ciudad Real) se presenta como una recuperación del patrimonio minero y geológico de Almadén. Los objetivos que pretende son: — Recuperar la memoria histórica de las minas de Almadén. — Preservar, conservar y divulgar el patrimonio geológico y minero de Almadén como patrimonio de la humanidad. Las minas de Almadén han sido propuestas a la UNESCO como Geosite (sitio de interés geológico mundial). — Convertir el proyecto en un elemento dinamizador del desarrollo local. La naturaleza fue muy generosa con Almadén cuando formó en sus entrañas, hace unos 400 millones de años, el mayor yacimiento de mercurio del planeta. En efecto, de los 22 millones de frascos de mercurio (un frasco contiene 34,5 kg de metal) consumidos a lo largo de la historia de la humanidad, un tercio procede de Almadén. El progresivo agotamiento del yacimiento, el descenso del consumo del mercurio a nivel mundial, el incremento en los costes de explotación y cuestiones medioambientales han producido el paulatino abandono de la producción; en junio de 2001, se dieron por terminados los trabajos de extracción en la mina. Los proyectos de conservación del patrimonio minero deben incluir todas las instalaciones que se mantengan, así como el escenario geológico para su estudio y enseñanza, incluyendo un inventario de los posibles puntos de valor mineralógico para un hipotético caso de reapertura de la explotación. El complejo está compuesto por la mina subterránea, los cercos mineros y los museos y edificios singulares. Durante los siglos XVI y XVII, la mina se arrendó a los banqueros alemanes Függer (Fúcares, en el leguaje popular español); en este tiempo para el arranque del mineral se utilizaba el «sistema de hurtos», un método poco ortodoxo que consistía en arracancar mineral según se iba mostrando asequible, lo que dejaba huecos irregulares y desordenados que se iban sosteniendo con abundante madera, según demandaba la estabilidad de los hastiales y los techos. En 1784, el ingeniero Hoppensack, de origen alemán, abandonó la explotación mediante el sistema de hurtos, introduciendo el de «bancos y testeros». Este método usaba grandes troncos de madera, llamados «asnados», para sostener los hastiales de los tajos de explotación.

En 1803, Diego de Larrañaga diseñó un método específico de explotación para Almadén, el «método Larrañaga». Este método consistía en el arranque del mineral por tajos verticales en tres etapas, construyéndose un sostenimiento a base de muros de mampostería y arcos de ladrillo conforme avanzaba el arranque. En 1914 se sustituyó por el método «de corte y relleno», que utilizaba voladura, limpieza y saneamiento del frente de avance del corte. Posteriormente, las explotaciones se han realizado con «barrenos largos» y mediante la realización de grandes cámaras que permitían el acceso de la maquinaria y el personal. El cerco de Buitrones es uno de los cercos o espacios mineros más destacados en Almadén. También se conoce como el «cerco de los hornos». En él se pueden observar los hornos de aludeles y Pacífic. Los hornos de aludeles son hornos de destilación del azogue. En 1633, Lope Saavedra Barba inventó, en la mina de mercurio de Huancavelica (Perú), los hornos de aludeles, que fueron introducidos en Almadén en 1646 por Juan Alonso de Bustamante, por lo que también se denominan hornos Bustamante. En ellos el mineral se colocaba directamente dentro del horno, sin ser introducido previamente en ollas. Una vez cargado y cerrado el horno, se procedía a quemar el combustible (primero leña y después carbón), lo que producía vapor de mercurio, que pasaba por unos orificios a una camarilla de la que salían varias cañerías de barro cocido. Cada cañería estaba formada a su vez por diversos recipientes unidos entre sí, los aludeles, que tenían un agujero en su parte inferior, de modo que el mercurio primero se condensaba y después salía por los agujeros a una reguera, donde se recogía.

Adaptado de PALERO, F. J.: «La mina de Almadén. Las otras riquezas del venero inagotable», en Bocamina, Grupo Mineralogista de Madrid, núm. 10 (octubre, 2002). HERNÁNDEZ SOBRINO, A.: «El parque minero de Almadén», en De Re Metallica, Boletín de la Sociedad Española para la Defensa del Patrimonio Geológico y Minero, núm. 2 (marzo, 2004).

a) Define los siguientes términos: azogue, azogado, castillete, testero, pozo. b) ¿Cuáles son las ideas que están impulsando la conservación y restauración del patrimonio minero? ¿Podrías aportar algunas ideas personales? c) ¿Qué pasaría si un país dependiera de casi todas las materias primas del exterior?

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145

06

Biología y Geología 1 Investigación científica 2

Investigación científica 2 COMPLEJO DE CABO ORTEGAL El complejo de Cabo Ortegal es uno de los complejos polimetamórficos que reposan sobre materiales más recientes. Estratigráficamente, la base del complejo es la Unidad de Moeche, constituida por rocas que sufrieron un retrometamorfismo de grado bajo a medio (metasedimentos de bajo grado con intercalaciones de serpentinitas, rocas metabásicas y metavolcánicas). La parte central está formada por rocas básicas, metabásicas y metasedimentos (eclogitas, granulitas y peridotitas más o menos serpentinizadas), con metamorfismo de alto grado, bajo condiciones que implican un origen cercano a la base de la corteza. Los complejos ofiolíticos se sitúan en la parte superior. Están constituidos por diversos gneises magmáticos con intercalaciones de rocas metabásicas. La edad del metamorfismo se sitúa en el Devónico, hace unos 390 millones de años. Existen varias líneas argumentales para explicar el origen del complejo de Cabo Ortegal. La más generalizada es que parece ser que se trata de parte de una sutura oceánica de origen Caledoniano que durante la deformación Hercínica fue empujada sobre materiales más recientes (obducción). En la playa de Baleo (Cedeira) se pueden observar diversos tipos de esquistos con más o menos contenido de anfíboles, y bajo éstos aparece una capa de roca de actinolita, formada casi exclusivamente por un entrecruzamiento planar de cristales aciculares de este mineral. Un poco más al Oeste, en la playa de Pantín, se observan, junto a la roca de actinolita, talcoesquistos con inclusiones de actinolita. Esta clase de asociaciones de rocas metamórficas es típica, según los libros que tratan el tema. Buena parte del Complejo de Cabo Ortegal está ocupado por granulitas, rocas formadas como consecuencia del metamorfismo de alta temperatura y presión variable, a nivel de la corteza inferior. Están formadas esencialmente por plagioclasa, ortosa, cuarzo y granate. Morfológicamente, la península de Cabo Ortegal es una meseta erosionada y basculada al final de la era terciaria (reactivación alpina, ver la historia geológica de Galicia); por el Oeste se desploma en enormes acantilados y hacia el Este desciende en suaves laderas recorridas por cauces fluviales que desembocan en la ría de Ortigueira. En esa misma época se produjeron deslizamientos de derrubios arcillosos formados por la alteración de las rocas básicas, que dieron lugar a mantos de deslizamiento, como el de San Andrés de Teixido.

rutilo, apatito e ilmenita. Procede del metamorfismo de alta presión y temperatura bajo condiciones propias del manto terrestre. Este afloramiento es muy fácil de distinguir sobre el terreno, dado que por su gran resistencia a la erosión está asociado a las cotas más altas. Se trata de una roca de gran dureza. Dentro de la unidad de Moeche, merece mención el afloramiento de lavas almohadilladas de la playa de Espasante (Ortigueira). Algunos autores estiman que se trata de una emisión submarina efectuada a unos 2 000 m de profundidad, de composición química básica, que posteriormente fue afectada por dos episodios metamórficos de bajo grado. La intensidad de la deformación es variable, observándose en el afloramiento todas las transiciones posibles entre tipos no deformados y otros con fuerte estiramiento. Un pequeño libro muy interesante que explica la geología de esta zona, y del que se han extraído la mayor parte de las ideas expuestas en esta página, es: Extraído de: LAHUERTA MOURIÑO, Fernando y LUCAS DOMÍNGUEZ, Nicolás: Itinerario xeolóxico no norte de Galicia, Excma. Diputación Provincial de Lugo, Lugo, 1990.

También muy interesante es el artículo titulado “El complejo del Cabo Ortegal”, escrito por José I. Gil Ibarguchi y Jacques Girardeau, y publicado en el número de septiembre de 1991 de la revista Investigación y Ciencia (Prensa Científica S A). Los autores, en base a sus investigaciones y observaciones sobre el terreno, defienden la tesis de que en el complejo de Cabo Ortegal aparecen restos de corteza oceánica, secciones de zonas orogénicas profundas y fragmentos de manto superior terrestre.

Preguntas: 1. Por el tipo de rocas que aparecen en la parte central del complejo, ¿qué tipo de metamorfismo crees que se produjo: térmico o tectónico? ¿En qué basas tu respuesta? 2. Según la mineralogía y textura de las eclogitas, ¿a qué condiciones crees que pertenecen? ¿De qué zonas crees que son propias estas condiciones?

Respuestas: Los afloramientos de rocas ultrabásicas están formados por peridotitas y dunitas que presentan un grado variable de serpentinización. Este proceso origina minerales como crisotilo, magnetita, clorita y talco, que aparecen en esta zona con relativa frecuencia. Las eclogitas de Cabo Ortegal son rocas constituidas esencialmente por onfacita, un piroxeno verde de alto contenido en Na y Al, y un granate de color pardo rojizo. Presenta como minerales accesorios

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Las rocas que aparecen en esta zona poseen texturas granoblásticas en las que no se deduce una orientación preferente de esfuerzos, luego el metamorfismo no generará una fuente de calor importante. El rango de presión puede ser variable. Las eclogitas pertenecen a condiciones de alta presión y temperatura propias del manto terrestre.

Biología y Geología 1 Trabajo de laboratorio 1

06

6. Procesos petrogenéticos del ambiente metamórfico Trabajo de laboratorio

Trabajo de laboratorio RECONOCIMIENTO Y ESTUDIO DE LAS ROCAS METAMÓRFICAS Objetivos

Procedimiento

Identificación, descripción y estudio de algunas rocas metamórficas. Estudio comparado entre la roca origen y la roca metamórfica formada.

a) Observamos y describimos las rocas siguiendo el modelo del cuadro, o bien, realizando una ficha con las descripciones mostradas en la siguiente tabla:

Nombre de la roca metamórfica

Roca origen: nombre y clase

Tipo de metamorfismo en el que se ha originado

Estructura que presenta roca: • Roca foliada: ¿Con pizarrosidad? ¿Con esquistosidad? ¿Con bandeado? • Roca no foliada

• Tamaño de los minerales: – Fino: no se ven a simple vista – Medio – Grueso • Minerales que reconoces

Observaciones de interés y utilidades de la roca

Dibujo esquemático de la roca

b) Realiza una comparación basándote en en la tabla adjunta de las características diferenciales entre la roca origen y la roca metamórfica:

Comparación práctica CUARZOARENITA

METACUARCITA

Mineralogía Principalmente cuarzo. Se identifica por su dureza.

Mineralogía Principalmente cuarzo. Se identifica por su dureza.

Estructura/Textura Se identifican laminaciones o estratificaciones a pequeña escala. Granos angulosos que se mantienen unidos gracias a un cemento, algunas veces con hierro, que da un color rojizo a la roca.

Estructura/Textura No se identifica laminaciones o estratificaciones a pequeña escala. Cristales de cuarzo interpenetrados como en un mosaico, sin espacios entre ellos.

Notas generales Porosa y blanda. Algunos granos pueden desprenderse de la roca si la cementación no es grande.

Notas generales Impermeable y muy dura. Los bordes rotos están afilados.

Densidad: 2,2 g/cm3.

Densidad: 2,7 g/cm3.

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147

06

Biología y Geología 1 Trabajo de laboratorio 2

Trabajo de laboratorio 2 Se realizará la comparación de visu de cuatro rocas típicas del metamorfismo regional: • • • •

Pizarras Filitas Esquistos Gneises

4. Di, en cada caso, cuál era la dirección principal de los esfuerzos (perpendicular a la orientación de las micas y plano de debilidad).

5. Pon algún ejemplo de utilidad que se le suele dar a este tipo de rocas, por ejemplo: Pizarras → para techar, por ser impermeables.

1. Compara los siguientes aspectos: Tamaño de grano: verás como aumenta y se vuelve más gruesa al aumentar el grado metamórfico. Foliación: verás también como aumenta al aumentar dicho grado y como se pasa de pizarrosidad a esquistosidad y a bandeado gneísico. Se trata de separar las rocas por alguno de sus planos de debilidad.

2. Observa las características propias de cada roca: bandas de segregación mineral en los gneises, las micas diferentes y cada vez de mayor tamaño en pizarras, filitas y esquistos, etcétera.

3. Comprueba las condiciones de dureza y porosidad de las rocas y su relación con el tamaño de grano. Las rocas serán poco porosas pues al aumentar la presión con el grado metamórfico, disminuye la porosidad. En el caso de las pizarras, su pequeño tamaño de grano, hace que también su porosidad sea mínima, lo que les da su carácter impermeable.

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Filitas y esquistos → para pavimentar suelos. Sus planos de debilidad hacen que se puedan separar fácilmente en lajas cómodas para caminar sobre ellas y las micas le dan un bonito aspecto brillante.

Conclusión …......................................................................................... ............................................................................................. ............................................................................................. ............................................................................................. ............................................................................................. ............................................................................................. ............................................................................................. ............................................................................................. ............................................................................................. ............................................................................................. ............................................................................................. .............................................................................................

Biología y Geología 1 Examen

06

Examen PROCESOS PETROGENÉTICOS DEL AMBIENTE METAMÓRFICO: METAMORFISMO Y ROCAS METAMÓRFICAS 1. Define metamorfismo y di que factores intervienen en él.

2. Explica qué ocurriría si aumentara el grado de metamorfismo (hasta condiciones de alto grado) si afectase a una roca foliada de grano fino (pizarra). ¿De qué tipo de metamorfismo son típicas estas rocas?

sidad se convierte entonces en esquistosidad y la roca pasa a llamarse esquisto. Si siguen aumentando las condiciones (hasta alto grado de metamorfismo), se producirá una segregación mineral (si las migraciones iónicas son importantes) y se formará un bandeado gneísico denominándose gneis la roca resultante. Estas rocas son típicas del metamorfismo regional.

3. Nombra los tipos básicos de metamorfismo según el contexto geológico y especifica sus principales características.

4. ¿Qué nos indica una textura foliada en una roca metamórfica?, ¿y una textura granoblástica?

5. ¿Puede un geólogo observar al microscopio la textura de una facies metamórfica?

6. Trata de identificar cada una de las siguientes rocas según las propiedades que caracterizan a cada una de ellas: a) Sin foliación ni bandeado, de grano medio grueso y paragénesis dominante de cuarzo. b) Con bandeado composicional y tamaño de grano grueso. c) Isótropa formada por calcita recristalizada. d) Calcosilicatada, de grano grueso, masiva o bandeada y rica en granate Ca. e) Grano fino, color oscuro, foliada y producida por esfuerzos tectónicos. f) Isótropa, compacta, generada a partir de lutitas sometidas a metamorfismo de contacto.

3. Son cinco: • Regional: afecta a extensas zonas. La presión y temperatura actúan de modo combinado. • De contacto o térmico: de alta temperatura y presión débil. Generado por una masa ígnea que se pone en contacto con la roca madre del metamorfismo. • Dinámico: asociado a altas presiones y temperatura variable. Se suelen relacionar con planos de falla y posee carácter local. • De enterramiento: producido sobre rocas sepultadas por gran cantidad de sedimento por encima de las condiciones de presión y temperatura de la diagénesis. • Impacto: producido por el impacto de un meteorito. Se alcanzan presiones y temperaturas muy elevadas en muy poco tiempo.

4. Una textura foliada indica que la roca estuvo sometida a unas presiones dirigidas que reorientaron los minerales con hábito lineal o tabular hacia la posición más estable frente a dichos esfuerzos. Una textura granoblástica, y por tanto isótropa, indica que la roca no soportó esfuerzos diferenciales, sino que todos actuaron con la misma intensidad en cualquiera de las direcciones del espacio.

Respuestas: 1. Metamorfismo: conjunto de transformaciones en los minerales y textura de una roca cuando está sometida a unas condiciones físico-químicas diferentes a las de su formación. Factores: 1. Externos: presión y temperatura. 2. Internos: composición mineral y textura. 3. Temporales.

2. Según avanza el metamorfismo los pequeños cristales de mica crecerán, dando a la roca un aspecto escamoso. La pizarro-

5. No, porque una facies no es algo tangible ni material. Representa unas condiciones de presión y temperatura a las que estuvo sometida una roca metamórfica, por lo tanto no tendrá textura. Será dicha roca la que tendrá una textura observable.

6. a) b) c) d) e) f)

Cuarcita Gneis Mármol Skarn Milonita Corneana o cornubionita

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Biología y Geología 1 El ambiente petrogenético sedimentario. Formación de rocas sedimentarias.

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El ambiente petrogenético sedimentario. Formación de rocas sedimentarias

1. Los sedimentos. Los procesos sedimentarios 2. La alteración de las rocas en superficie Hazlo siempre bien. Esto complacerá a algunas personas y dejará atónitas a las restantes. Mark Twain

3. Los suelos 4. Los ambientes sedimentarios 5. Las rocas sedimentarias 6. Clasificación de las rocas sedimentarias 7. Yacimientos sedimentarios

Biología y Geología 1 El ambiente petrogenético sedimentario. Formación de rocas sedimentarias.

c Identificación de la Unidad

El contenido de esta Unidad trata de explicar el origen de las rocas sedimentarias. Dicho origen se debe a que, en condiciones determinadas y a partir de otras rocas preexistentes, se produce en ellas una erosión, un transporte y una sedimentación de materiales. Una vez depositados los sedimentos formados en cuencas sedimentarias, se originan nuevos minerales y finalmente se cementarán y se compactarán hasta formar las rocas sedimentarias, completando así el proceso de diagénesis.

c Objetivos didácticos

1. Distinguir las diferentes fases por las que pasan los sedimentos obtenidos de otras rocas hasta llegar a las cuencas de sedimentación, donde se cementarán y compactarán hasta formar rocas sedimentarias. 2. Describir el concepto de estrato, ambiente de sedimentación y roca sedimentaria. 3. Manejar el concepto de textura, ya que ésta proporciona información fundamental a la hora de estudiar los procesos que se dan durante la sedimentación. 4. Analizar los criterios utilizados para clasificar los diferentes tipos de rocas sedimentarias. 5. Identificar los principales ejemplos de rocas sedimentarias más representativos y su importancia económica para el hombre (calizas, areniscas, evaporitas, etcétera). 6. Clasificar a los materiales orgánicos carbón y petróleo, para muchos autores rocas organógenas dentro de las sedimentarias, como productos muy importantes económicamente en nuestra actividad diaria. 7. Señalar que las rocas están sometidas a cambios en el tiempo, lo que genera que se origine el ciclo de las mismas.

c

Contenidos

cc Conceptuales 1. Los sedimentos. Los procesos sedimentarios. • ¿Qué son los sedimentos? • Tipos de sedimentos. • Sedimentación. 2. Las rocas sedimentarias. • ¿Qué es una roca sedimentaria? • ¿Qué son los estratos? • La estratificación y su valor geológico. • Edad de los estratos. • La diagénesis. 3. Clasificación de las rocas sedimentarias. • Rocas sedimentarias detríticas. • Rocas sedimentarias químicas. 4. Los ambientes sedimentarios. • Medios continentales. • Medios de transición. • Medios marinos. 5. La alteración de las rocas en la superficie. • Meteorización mecánica o física. • Meteorización química. 6. Los suelos. • Composición del suelo. • Proceso de formación o maduración del suelo. • Factores que intervienen en la formación de los suelos. • Horizontes del suelo. 7. Yacimientos sedimentarios. • Yacimientos causados por la meteorización. • Yacimientos tipo placer.

cc Actitudinales 1. Ser consciente de la importancia económica que tiene para el hombre la utilización de algunas rocas sedimentarias.

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2. Valorar los conocimientos de la ciencia en el campo de la petrología sedimentaria y en sus múltiples aplicaciones en la actualidad. 3. Apreciar la importancia que tiene en nuestra vida cotidiana el carbón, el petróleo y el gas natural, como tipo especial de rocas químicas. 4. Desarrollar hábitos de trabajo tanto en el aula como en el laboratorio o en salidas programadas al campo, si se realizan, donde se respetará el medio natural.

cc Procedimentales 1. Describir las características que identifican a los diferentes tipos de rocas sedimentarias, identificándolas con el origen y condiciones en las que se han originado. 2. Resolver las diferentes actividades relacionadas con el contenido de la Unidad y propuestas por el texto. 3. Utilizar el vocabulario científico que sea preciso a la hora de expresar contenidos. 4. Experimentar en el trabajo de laboratorio: estudio de las rocas sedimentarias. 5. Observar algunos ejemplares de rocas sedimentarias de la colección del laboratorio, con el fin de describir sus características y relacionarlas con su origen. 6. Analizar ejemplos de los diferentes tipos de carbón (turba, lignito, hulla y antracita). 7. Describir las principales características de algunos fósiles característicos. 8. Seleccionar material con el fin de elaborar algún informe sencillo relacionado con el origen y utilización de las rocas sedimentarias. 9. Comentar alguna noticia de actualidad, de prensa oral o escrita, que esté relacionada con el contenido de la Unidad.

c Metodología

1. Materiales y recursos: • Libro de texto y libros de consulta. • Colección de ejemplares de rocas sedimentarias del laboratorio. • Colección de fósiles característicos. • Preparaciones de cortes de rocas sedimentarias para observar, si es posible, en el microscopio petrogénico. • Transparencias, diapositivas o vídeos explicativos del contenido de la Unidad. • Actividades recomendadas relacionadas con la Web. 2. Organización de espacio y tiempo: • Indicar si son actividades de aula, de laboratorio, de campo, etcétera. • El tiempo es tarea del departamento o del profesor, ya que hay que tener en cuenta el calendario escolar y las actividades programadas por el centro.

c Criterios de evaluación

1. Distinguir de visu, en esquemas o imágenes, diferentes tipos de rocas sedimentarias. 2. Describir el origen de las rocas sedimentarias y las condiciones en las que se forman. 3. Señalar que las rocas sedimentarias pueden contener fósiles que reflejan la historia de la vida en la Tierra. 4. Conocer y aplicar algunas de las técnicas de trabajo utilizadas en la investigación de diversos aspectos (geología, botánica, ecología, etc.) de nuestro planeta. 5. Relacionar los procesos petrogénicos con la teoría de la tectónica de placas. 6. Explicar los procesos de formación de las rocas magmáticas, metamórficas y sedimentarias. 7. Conocer los principales yacimientos minerales asociados, así como la importancia económica de éstos. 8. Contrastar diferentes fuentes de información y elaborar informes relacionados con problemas biológicos y geológicos relevantes en la sociedad.

151

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Biología y Geología 1 El ambiente petrogenético sedimentario. Formación de rocas sedimentarias.

c

7. El ambiente petrogenético sedimentario

Lectura

7.1 Los sedimentos. Los procesos sedimentarios

cc El factor agua El movimiento del agua juega un papel fundamental en la puesta en movimiento, transporte y sedimentación de las partículas sólidas. Cualquier fluido puede moverse de dos maneras diferentes:

CEO En el CD y en la CEO (centro de enseñanza on-line) creados para este proyecto podrás encontrar el siguiente material adicional:

• Por flujo laminar: las láminas del fluido se deslizan unas sobre otras sin cortarse ni mezclarse. • Por flujo turbulento: el fluido se mueve formando remolinos y su viscosidad influye poco en el movimiento.

Enlaces, bibliografía, actividades interactivas (las rocas metamórficas) y animaciones (las rocas sedimentarias) y animaciones (la formación del carbón y clasificación de rocas sedimentarias).

7.1 Los sedimentos. Los procesos sedimentarios ¿Qué son los sedimentos?

Los sedimentos son acumulaciones de material sólido en la superficie de la litosfera. Estas acumulaciones son la materia prima para la formación de las rocas sedimentarias.

¿Cómo se originan los sedimentos? Los sedimentos se forman por la acción de los procesos sedimentarios. Estos procesos son meteorización, erosión, transporte y sedimentación. Los procesos sedimentarios son procesos geológicos externos. Hacen que la superficie de la Tierra esté sometida a una modificación permanente del relieve, que implica la transferencia de materiales de los continentes a los océanos (véase Figura 7.1). La meteorización es la alteración de las rocas en la superficie de la Tierra. La parte de las rocas meteorizadas que se moviliza, es decir, que se erosiona, se transporta y después se sedimenta, constituye la mayor parte de los sedimentos. Se denomina área fuente al lugar geográfico de donde provienen los sedimentos. Se localiza preferentemente en los relieves continentales. La roca madre es aquella roca que ha dado lugar a los sedimentos. Estas rocas pueden ser magmáticas, sedimentarias o metamórficas. Se localiza en el área fuente.

Que se dé un tipo u otro de flujo dependerá de su velocidad media, la densidad del fluido, su viscosidad y su caudal.

El medio receptor o medio sedimentario es la zona donde se sedimentan o depositan los sedimentos. Estas zonas son topográficamente más bajas.

Elaboración propia.

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c

    !  

La roca madre es la roca fuente de la materia mineral a partir de la cual, por efecto de la meteorización y la erosión, se forman suelos y nuevas rocas.

Lectura

cc Partículas sedimentarias

Fragmentos de roca. Cuarzo insoluble. Feldespatos. Minerales arcillosos. Minerales precipitados a partir de materiales en solución acuosa.

Elaboración propia.

c Práctica

cc Sedimentación Material necesario: una paleta de jardinero, bolsas de plástico, recipientes, horno, báscula de precisión, tamices de diversos tamaños, papel y lápices de colores.



   

Las partículas que constituyen un sedimento pueden ser de varios tipos: • • • • •



   

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Fig. 7.1. Procesos sedimentarios.

Tipos de sedimentos Los sedimentos pueden ser de dos tipos: sedimentos detríticos o sedimentos químicos, en función de los materiales que los formen.

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Elaboración: recoger en el campo una muestra de suelo de aproximadamente 1 kg, procurando recogerla a una profundidad que ronde los 30 cm para evitar que presente alteraciones superficiales y raíces. Se trasladará dicha muestra al laboratorio y allí se introducirá en un horno unas 24 horas para que pierda toda su humedad. Pasado este tiempo se procederá a su pesado. A continuación se pasará la muestra por diferentes tamices, desde un tamaño grava pasando por tamaño arena hasta finalizar con tamaño limo y arcilla. Se volverá a pesar, en este caso la cantidad de material retenido en cada tamiz, y se calculará la proporción de cada tamaño de sedimento que contenía nuestro suelo. Los datos se representarán en una tabla y se elaborará un diagrama circular con los mismos.

152

Biología y Geología 1 El ambiente petrogenético sedimentario. Formación de rocas sedimentarias.

c Lectura

7. El ambiente petrogenético sedimentario 7.1 Los sedimentos. Los procesos sedimentarios

Sedimentos detríticos o terrígenos Los sedimentos detríticos o terrígenos están formados por minerales y/o fragmentos de rocas. Estas partículas se denominan clastos, granos o detritos. Han sido transportados por los agentes externos de forma física o mecánica, como «carga visible», no disueltos. Los sedimentos detríticos dan lugar a las rocas sedimentarias detríticas.

 

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La sedimentación forma parte de una cadena de procesos externos que actúan sobre la superficie terrestre impulsados por la energía térmica solar y la energía mecánica de origen gravitatoria. Esta energía gravitatoria se relaciona a su vez de un modo estrecho con la energía térmica cuyo origen es el interior de la Tierra. Es esta energía procedente de la Tierra la responsable de los procesos tectónicos que impulsan la creación de áreas elevadas, como son las cordilleras, donde las rocas poseen elevada energía potencial favoreciendo su erosión. Así, cuando el material procede de fuera de la cuenca, la sedimentación va ligada estrechamente a los procesos de erosión y transporte.



    

#

• Forma de los sedimentos. Para describir la forma de los sedimentos se utilizan distintos criterios, como la redondez y la esfericidad (véase Figura 7.3).

cc Erosión, transporte y sedimentación

        

  

¿Cómo se describen los sedimentos detríticos? Las características que se utilizan para describir los sedimentos detríticos son el tamaño, la forma y la selección. • Tamaño de los sedimentos o tamaño de grano. Los sedimentos detríticos por su tamaño se clasifican en arcilla, limo, arena, canto y bloque (véase Figura 7.2). La granulometría estudia el tamaño de los sedimentos.

  

 

  Fig. 7.2. Tamaño de grano.

 



Elaboración propia.

Fig. 7.3. a) Representación de la redondez y la esfericidad de los granos. b) Formas de los granos en relación con la esfericidad.

La redondez es la característica que indica el grado de suavidad de los contornos del sedimento, si tiene muchos ángulos, pocos, etc. Para clasificar un sedimento según este parámetro, hay que utilizar los términos muy anguloso, anguloso, subanguloso, subredondeado, redondeado, bien redondeado, que aparecen en la Figura 7.3a.

sobre c Actividad sedimentación

    

Un sedimento bien redondeado implica, en general, que ha sido muy trabajado por los agentes externos. Por ejemplo: un canto erosionado por un río en el nacimiento, y que llegue rodando hasta la desembocadura, estará muy redondeado (canto rodado); las arenas de una playa sometidas a un oleaje constante estarán muy redondeadas.

Materiales: una paleta de jardinería, un frasco de mayonesa grande o envase transparente o de plástico con tapa, y una regla graduada en milímetros.

La esfericidad es la característica que indica la forma esférica o no esférica del sedimento. Por este criterio, los clasificamos en sedimentos de alta esfericidad y de baja esfericidad. Los sedimentos con baja esfericidad pueden ser cilíndricos, discoidales y elipsoidales (véase Figura 7.3b). Esta propiedad depende del tipo de roca que forma el sedimento. Por ejemplo, las pizarras producen cantos con baja esfericidad y muy aplanados, es decir, discoidales.

     

• Selección de los sedimentos. Un sedimento está bien clasificado o seleccionado cuando todos los clastos de una muestra tienen el mismo tamaño (véase Figura 7.4). El grado de selección del sedimento depende del agente externo que lo ha transportado. Por ejemplo el viento selecciona bien los sedimentos que transporta y deposita, pero un glaciar arrastra todo, y no selecciona el tamaño.

    

129

Procedimiento: 1. Depositar una muestra de suelo en el frasco hasta llenar la quinta parte del volumen del mismo. 2. Añadir luego agua hasta llenar el frasco. 3. Tapar el frasco y agitarlo con fuerza hasta mezclar el compuesto de modo completo. 4. Dejar reposar dos horas y observar. Si se forman horizontes distinguibles, medir con la regla y comparar la proporción existente entre ellos. 5. Repetir el proceso a las 24 horas.

      Fig. 7.4. Selección de los sedimentos.

129

Notas

07

Observar y responder: 1. ¿Qué partículas sedimentaron primero? 2. ¿Cuántas capas se formaron a las dos horas?, ¿y a las 24 horas? 3. ¿Quedaron, tras este tiempo, partículas en suspensión flotando en el líquido? Trata de identificarlas.

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07

Biología y Geología 1 El ambiente petrogenético sedimentario. Formación de rocas sedimentarias.

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7. El ambiente petrogenético sedimentario

Lectura

7.1 Los sedimentos. Los procesos sedimentarios

cc Factores que influyen en la sedimentación

Sedimentos químicos (no detríticos) Son sedimentos formados a partir de los materiales que fueron transportados disueltos, como «carga invisible», y que fueron depositados por precipitación química o bioquímica. Los sedimentos químicos dan lugar a las rocas de precipitación química.

La cantidad de material aportado a la cuenca sedimentaria está determinado por los siguientes factores: • Clima: determina la naturaleza y dinámica de los agentes geológicos externos dominantes. • Naturaleza y estructura de las rocas: condicionan la resistencia a la erosión. • El trazado del transporte a lo largo de ríos, glaciares, etcétera. • La dinámica terrestre: condiciona la existencia de áreas elevadas y deprimidas. • El nivel del mar y la profundidad del fondo marino. • Las características litológicas del área fuente condiciona, por su parte, la litología del sedimento.

A

A

Fig. 7.5. Sedimentos de abanico aluvial (A). Sedimentación por acumulación. Estribaciones de Peña Prieta (Cantabria).

Una precipitación química implica una deposición por medio de una reacción química que se realiza sin la ayuda de organismos. Está producida por cambios físico-químicos en el medio, como sobresaturación o cambios en el pH. Una precipitación es bioquímica cuando la reacción química se realiza con la ayuda de los seres vivos. También se incluyen en este tipo de sedimentos los materiales biogénicos. Dentro de los materiales biogénicos incluimos: restos de antiguos organismos, es decir, fósiles, y materiales que provienen de la descomposición de seres vivos, y que originarán rocas tan especiales como el petróleo y los carbones.

La sedimentación La sedimentación es el proceso de deposición de los materiales transportados por los agentes externos. Existen dos formas de sedimentación: sedimentación mecánica y sedimentación química.

Sedimentación mecánica o física Es la deposición de los materiales que han sido transportados de forma sólida. Esta sedimentación tiene lugar cuando el agente no tiene energía suficiente para transportarlos. La sedimentación se produce por acumulación (véase Figura 7.5) y decantación.

Información extraída de Bastida y otros (2005).

c

Sedimentación química y bioquímica

Escenarios de error

Es la deposición de los materiales o sedimentos que han sido transportados disueltos. Esta sedimentación tiene lugar por precipitación química y bioquímica de los sedimentos. La acreción es un tipo especial de sedimentación bioquímica ligada a la formación y crecimiento de los arrecifes.

No debe confundirse tasa de sedimentación con velocidad de sedimentación:

130

Actividad resuelta

Tasa de sedimentación: espesor de sedimento depositado por unidad de tiempo en un determinado medio.

¿Te has fijado alguna vez en la composición química o analítica que aparece en las botellas de agua mineral? El agua es un agente de transporte en el que viajan sedimentos detríticos y químicos. En las etiquetas aparece la concentración, medida en miligramos por litro, de los componentes sedimentarios que tiene esa agua. ¿Podrías distinguir mirando una etiqueta como la de la figura, qué parte son sedimentos químicos y qué parte sedimentos detríticos?

Velocidad de sedimentación: velocidad de caída de una partícula cuando se deposita en el seno de un fluido.

c Páginas web

154

Los sedimentos detríticos son insolubles, así que formarán parte de lo que aparece como residuo seco en las etiquetas. Los sedimento químicos, al ir en disolución, están separados en aniones (X-) y cationes (X+). Los aniones incluyen los bicarbonatos, los sulfatos y los cloruros. Los cationes, el calcio, el magnesio y el sodio.



       

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Representación de los sedimentos que aparecen en el agua mineral.

cc Erosión y meteorización de la superficie terrestre

130

http://www.astromia.com/tierraluna/erosion.htm

Notas

Biología y Geología 1 El ambiente petrogenético sedimentario. Formación de rocas sedimentarias.

07

c Lectura

7. El ambiente petrogenético sedimentario 7.2 La alteración de las rocas en superficie

cc El transporte del sedimento 7.2 La alteración de las rocas en superficie

Hay que tener en cuenta la variedad de sustancias a transportar, para determinar el tipo de transporte. Suponiendo un único agente de transporte, también depende del tamaño de las partículas, su densidad, etcétera.

En la superficie de la Tierra, muchas rocas están en condiciones muy distintas de las que tuvieron al formarse; por este motivo, cuando se encuentran en ella, sufren diferentes alteraciones. La meteorización es la alteración superficial más importante.

¿Qué es la meteorización?

Hay transporte por agua, hielo y aire, llamándose transporte por fluidos. A veces éstos no existen y el transporte es sólo por gravedad (avalanchas), o puede ser que la gravedad afecte a los fluidos que transporta. La gravedad también puede afectar al sedimento que lleva consigo fluidos.

M La meteorización es una disgregación mecánica y/o alteración química que sufren las rocas por estar en la superficie de la Tierra, en contacto con la atmósfera y los fenómenos que tienen lugar en ella.

Según el tipo de alteración, se definen tres tipos de meteorización: la meteorización mecánica o física, la meteorización química y la meteorización biológica (véase Figura 7.6).

C

El transporte puede ser también por tracción o flujo gravitacional de sedimentos. Elaboración propia. Fig. 7.7. Canchal (C) y morrena (M) glaciar en los Alpes.

c Lectura

cc Tipos de flujos

Fig. 7.6. Tipos de meteorización.

Meteorización mecánica o física Es la meteorización que produce la disgregación o fracturación de las rocas en trozos más pequeños sin que la composición de la roca varíe. Se puede producir por distintos motivos, como descompresión, gelifracción, cambios de temperatura y actividad biológica.

Los flujos son un tipo de transporte por fluidos. A grandes rasgos pueden ser, a su vez, de dos tipos:

• Descompresión. Es la rotura de las rocas producida por la disminución de la presión a la que está sometida una roca. Cuando una roca se erosiona, hace que rocas que están en profundidad en su vertical pasen a condiciones de menor presión. Si se produce la erosión de todas las rocas que la cubren, quedarán a presión atmosférica. Por este proceso se generan lajas y bloques de distintos tamaños que se desprenden de la roca. • Gelifracción. Es la fragmentación de la roca por el hielo, debida a ciclos repetidos de hielo-deshielo. El resultado de este proceso es la formación de canchales o pedrizas, que son acumulaciones desordenadas de fragmentos de rocas (véase Figura 7.7). • Cambios de temperatura. Es la disgregación de las rocas por los cambios repetidos de temperatura. Las rocas en la superficie están expuestas a las variaciones de temperatura diurnas y estacionales. Por estos cambios, las rocas sufren contracciones y dilataciones térmicas, que acaban debilitando la cohesión de la roca y dan lugar a su disgregación. La meteorización física se debe fundamentalmente a los cambios de temperatura, por tanto, se da predominantemente en climas desérticos, en zonas de alta montaña y en latitudes elevadas. Es menor en climas ecuatoriales.

Flujo laminar: se forma con velocidad de flujo relativamente baja. Se desliza una parte del flujo sobre otras concordantes con los límites. Las partículas se deslizan como si fueran láminas paralelas (líneas de corrientes).

131

Flujo turbulento: está caracterizado por remolinos. Las líneas de corrientes no guardan paralelismo, de esta manera es capaz de llevar partículas en suspensión. La mayoría que transporta arena o arcilla tiene flujo turbulento.

Fig. 7.8. Arenización del granito. El Berrueco (Madrid).

131

c Recuerda Los dos tipos de meteorización se dan conjuntamente, pero según el tipo de clima predomina uno u otro: en el clima seco la meteorización mecánica y en el húmedo la química. El material sólido que llega a la cuenca no es todo el que salió del área fuente, alguno queda a medio camino. Así pueden aparecer tres tipos básicos de formaciones superficiales:

La diferencia entre flujo laminar y turbulento está dada a través del número de Reynolds, que es la relación entre la velocidad y la viscosidad del fluido. Elaboración propia.

Notas

• Eluviones: no ha sufrido ningún transporte, la composición no tiene porque haberse modificado. • Coluviones: sufre un transporte corto por gravedad (canchales). • Aluviones: el material esta muy alejado y pierde toda la relación con el suelo original.

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Biología y Geología 1 El ambiente petrogenético sedimentario. Formación de rocas sedimentarias.

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7. El ambiente petrogenético sedimentario

Lectura

7.2 La alteración de las rocas en superficie

cc Los tipos de disolución Meteorización química

Podemos diferenciar dos tipos de disolución: la disolución propiamente dicha, que afecta a las evaporitas, y la disolución cárstica (o carbonatación), propia de las rocas carbonatadas y que es responsable del relieve cárstico. La disolución cárstica conlleva a la existencia de agua acídula (que lleva en disolución ácido carbónico) que ataca a rocas que contengan calcio, sodio, potasio y, en general, óxidos básicos. La formación del relieve cárstico implica un proceso muy complejo que combina otras reacciones químicas o físicas.

Es la meteorización que produce la modificación de la composición química de las rocas. Consiste en distintas reacciones químicas que dan como resultado la transformación de unos minerales de las rocas en otros nuevos, o bien la disolución de algunos de ellos por las aguas de escorrentía. Dos factores facilitan este tipo de meteorización: la humedad atmosférica y la temperatura. A mayor humedad, mayor meteorización química, ya que todas las reacciones se realizan en el agua. A mayor temperatura, mayor alteración, ya que la velocidad de una reacción aumenta con la temperatura. Las principales transformaciones son disolución, oxidación, hidrólisis e hidratación de los minerales: • Disolución. El agua disuelve los minerales más solubles, como la halita, la silvina o el yeso, y actúa como agente de transporte de las sustancias disueltas. La mayoría de los minerales son insolubles en agua pura, pero pequeñas cantidades de ácidos mezcladas en el agua aumentan la acción corrosiva de ésta. • Oxidación. Es la alteración química producida por la combinación del oxígeno con los elementos químicos de los minerales. Por ejemplo, el hierro es un elemento presente en casi todos los minerales. Al oxidarse forma óxidos de hierro insolubles, que dan a las rocas un color pardo rojizo. • Hidrólisis. Es la destrucción de las redes cristalinas de los minerales por la acción de los iones H+ y (OH)- presentes en el agua. Esta reacción provoca la descomposición y transformación de muchos minerales (véase Figura 7.8). Los minerales de las arcillas son el producto más abundante de la hidrólisis de los silicatos, es especial de los feldespatos. • Hidratación. Es la absorción de agua por los minerales de las rocas. El agua es absorbida en las redes cristalinas de algunos minerales arcillosos, que aumentan de volumen. Estos minerales se llaman arcillas expansivas y pueden causar problemas en la construcción, ya que hacen que el terreno se vuelva inestable al cambiar de volumen.

En general consta de tres etapas: la disolución directa por acción del agua, la acción química del ácido carbónico (hasta consumirse), que produce bicarbonato cálcico, y la captación de nuevo gas carbónico para repetir las dos primeras fases. La disolución cárstica presenta una eficacia diferente dependiendo de la temperatura y la humedad ambiental, así como de la cubierta vegetal.

Meteorización biológica

Información obtenida de: http://club.telepolis.com/geografo/geomorfologia/ alteraci.htm

132

Fig. 7.9. Acción de las raíces sobre las rocas. El árbol es un alcornoque situado en la Pedriza (Madrid). Foto general y foto de detalle

Es la meteorización que producen los seres vivos. La actividad biológica puede ser física y química. Las raíces de las plantas (véase Figura 7.9), los animales que excavan o los seres humanos disgregan físicamente las rocas. Algunos seres vivos producen ácidos que las alteran químicamente, como por ejemplo los líquenes, los hongos, las bacterias, algunos invertebrados, etc. La acción producida por el hombre se denomina acción antrópica y produce una alteración tanto física como química.

Actividad resuelta

c Lectura

Eres un geólogo al que le encargan la descripción de sedimentos. Vas al campo con tu cuadernillo y las claves (Figura 7.3) donde te muestran las formas de los granos (discoidal, esférico, elipsoidal y cilíndrico), la esfericidad (cuánto se acerca a la morfología esférica un sedimento) y la redondez (si es anguloso o es redondeado). A la derecha del cuaderno haces un esquema de cómo son los granos sedimentarios de tres muestras.

La alteración (oxidación, hidratación e hidrólisis) es un proceso controlado por la humedad, la temperatura y la presencia de vegetación. A mayor temperatura y humedad más eficacia. La alteración ataca sobre todo a las rocas metamórficas de textura cristalina y composición silícea.

Describe cada una de las muestras indicando su forma, su grado de esfericidad y su grado de redondez de acuerdo con las claves que te han sido indicadas.

             

 



            



               



 

Información modificada de: 132

http://club.telepolis.com/geografo/geomorfologia/ alteraci.htm

c Bibliografía recomendada BLOOM, A L: La superficie de la Tierra, Omega, Barcelona, 1974. DERRUAU, M: Geomorfología, Ariel, Barcelona, 1991. PEDRAZA, J: Geomorfología. Principios, métodos y aplicaciones, Rueda, Madrid, 1996. TARBUCK, E J & LUTGENS, F K: Ciencias de la Tierra, Prentice Hall, Madrid, 1999. VERA TORRES, J A: Estratigrafía, Rueda, Madrid, 1994.

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c Páginas web

cc Apuntes de geología. Una introducción a la sedimentología http://www.geovirtual.cl/geologiageneral/ggcap05.htm

Biología y Geología 1 El ambiente petrogenético sedimentario. Formación de rocas sedimentarias.

07

c Lectura

7. El ambiente petrogenético sedimentario 7.3 Los suelos

cc Las arcillas expansivas en la obra civil

7.3 Los suelos ¿Qué es un suelo? El suelo es una formación superficial que sirve de sustrato al mundo vegetal. Es una interfase, un límite común, donde se unen e interactúan la geosfera, la atmósfera, la hidrosfera y la biosfera (véase Figura 7.12). La edafología es la ciencia que se ocupa del estudio de los suelos.

Composición del suelo Al analizar un suelo se distingue una parte inorgánica y otra orgánica. • La parte inorgánica está formada por tres fracciones: sólida, líquida y gaseosa. — La fracción sólida está formada por los productos de la meteorización de las rocas. — La fracción líquida consta de agua y sales disueltas. El agua del suelo proporciona la humedad y los nutrientes a las plantas. — La fracción gaseosa está formada por O2 y CO2. Estos gases son necesarios para que vivan en el suelo la mayoría de las plantas y los microorganismos. • La parte orgánica está constituida por seres vivos y restos de seres vivos en proceso de descomposición o totalmente descompuestos. — Los seres vivos más abundantes de los suelos son microorganismos como bacterias, hongos y protozoos, e invertebrados, como gusanos, arácnidos e insectos. — Los restos orgánicos e inorgánicos de los seres vivos sufren una descomposición especial causada por bacterias que se denomina humificación. En la humificación se producen unos ácidos orgánicos llamados ácidos húmicos, de color negro o pardo. El conjunto de ácidos húmicos constituye el humus del suelo. La materia orgánica del suelo ayuda a retener los nutrientes, mantiene la estructura del suelo y retiene el agua para que la utilicen las plantas. No toda la materia orgánica sufre los procesos de humificación; una parte se transforma en productos inorgánicos sencillos, en un proceso que se denominan mineralización de la materia orgánica.

Fig. 7.10. Suelo donde se observan los horizontes en el Berrueco (Madrid).

Edafología: del griego edafos, ‘suelo’.



Procesos de formación y maduración del suelo El suelo evoluciona con el tiempo, y se hace cada vez más potente. En nuestras latitudes se genera a un ritmo de 1 cm cada 500 años, de ahí que se considere un recurso no renovable a proteger. Los procesos implicados en la formación del suelo son los siguientes (véase Figura 7.11): • Meteorización mecánica y química de las rocas. • Meteorización biológica e instalación de los seres vivos: microorganismos, vegetales, y animales. • Proceso de humificación y mineralización. • Traslocación de sustancias. Este proceso implica el movimiento, la separación, la mezcla y la concentración de los materiales del suelo, que se lleva a cabo gracias al movimiento del agua del suelo y a la acción de los seres vivos. Se denomina lixiviación o lavado vertical a la movilización de iones en disolución por el agua infiltrada en el suelo. Se denomina precipitación o acumulación al proceso que representa la unión e inmovilización del material edáfico que proviene de otras zonas del suelo.





 

  



   

 

 

  

        

Se denomina arcilla a las partículas sólidas muy finas cuya masa tiene la propiedad de volverse plástica al ser mezclada con agua. Químicamente es un silicato de alúmina hidratado, aunque en muchas ocasiones contiene también silicatos de hierro o de magnesio hidratados. Los problemas en proyectos ingenieriles debidos a suelos expansivos se han detectado alrededor del mundo en áreas donde existe la combinación de arcillas no saturadas y hay cambios bruscos en las temperaturas en estaciones secas y lluviosas. Esto ha causado pérdidas de millones de dólares en reparaciones y reconstrucciones. El efecto más importante inducido por estas arcillas son los cambios de volumen de suelos arcillosos que se producen en los cambios de estaciones invierno-verano (hinchamiento, agrietamientos, etcétera).

       

  

 Fig. 7.11. Procesos implicados en la formación de suelos.

133

133

c Curiosidades Aunque común, el carbonato de calcio es encontrado únicamente en los sedimentos de profundidades oceánicas más someras, desapareciendo rápidamente por debajo de aproximadamente 4 000 a 5 000 m. La razón de esta desaparición es que a profundidades mayores la calcita es removida por procesos de disolución antes de que pueda ser enterrada en los sedimentos. Aunque el agua de mar superficial está supersaturada con respecto a la calcita (y la aragonita), a profundidades por debajo de aproximadamente 5 000 m en el océano Pacífico y 2 000 m en el océano Atlántico, el agua llega a estar subsaturada, con el grado de subsaturación incrementándose conforme aumenta la profundidad.

En las obras cimentadas en arcillas expansivas que tienden a expandirse o a contraerse podrían ocurrir daños estructurales que, en algunos casos, han llegado a producir el colapso de la obra. La solución es simple y complicada a la vez. Aislar las arcillas de los cambios de humedad para evitar expansiones y contracciones o levantamientos y hundimientos que producirán problemas en cualquier edificación que se vaya a cimentar sobre ellas. Modificado de: http://www.construccion.co.cr/revista/094/24.archillas_expansivas.htm

157

07

Biología y Geología 1 El ambiente petrogenético sedimentario. Formación de rocas sedimentarias.

c

7. El ambiente petrogenético sedimentario

Lectura

7.3 Los suelos

cc Características hídricas de los suelos

Factores que intervienen en la formación de los suelos El suelo es el resultado de la actuación de una serie de factores activos —clima, organismos, relieve y tiempo— sobre un material pasivo que es la roca madre.

Agua estructural: está contenida en los minerales del suelo (hidromica, óxidos hidratados, etc.), los cuales solamente son liberados en procesos edáficos.

Perfil del suelo Los suelos bien desarrollados o maduros presentan una serie de niveles u horizontes, con características distintas en cuanto a composición, textura y consistencia.

Agua hidroscópica: es agua inmóvil, la cual es removida solamente por calentamiento o sequía prolongada.

El perfil del suelo es la ordenación vertical de los niveles u horizontes desde la superficie hasta el material parental o roca madre que lo ha originado. En los suelos completos o evolucionados se distinguen tres horizontes fundamentales, que desde la superficie del terreno hasta la roca madre R son: el horizonte A, el horizonte B y el horizonte C. Las etapas sucesivas en la formación de los horizontes edáficos se muestran en la Figura 7.12.

Agua capilar: es agua retenida en los microporos por fuerza de capilaridad; el agua de los capilares mayores puede percolar pero no puede drenar fuera del perfil.

• Horizonte A, horizonte de lavado vertical o lixiviación. Es el horizonte más superficial y en él enraíza la vegetación. Su color es generalmente oscuro, por la abundancia de materia orgánica descompuesta o humus. El paso del agua a través de él produce el arrastre hacia abajo —lavado vertical o lixiviación— de fragmentos minerales de tamaño fino y de compuestos solubles. • Horizonte B, horizonte de precipitación o acumulación. Carece prácticamente de humus, por lo que tiene un color más claro. Los materiales arrastrados desde arriba por lixiviación, son depositados en este horizonte; así se forman, entre otras sustancias, encostramientos calcáreos, por precipitación de carbonato cálcico, y lateritas, por precipitación de óxidos de hierro y aluminio (véase epígrafe 7.7). • Horizonte C, horizonte de alteración de la roca madre. Formado por fragmentos de roca madre totalmente alterados o en vías de alteración. Después de este horizonte vendría la roca madre inalterada (R).

Agua gravitacional: es agua retenida en los macroporos y puede drenar fuera del perfil.

cc Tamaño del poro con relación al tipo de agua

Desertización y desertificación

Diámetro del poro (mm)

Diámetro de las partículas que conforman los poros (mm)

Agua hidroscópica

No rellena poros

--------------

Agua capilar

D < 0,008

D < 0,05 (limo y arcillas)

Agua gravitacional de evacuación lenta

0,008 < D < 0,05

0,05 < D < 0,02 (arena fina)

Agua gravitacional de evacuación rápida

D > 0,05

D > 0,02 (arena media)

Clase de agua

134

El suelo es imprescindible para la vida. La desertización es el proceso natural de degradación ecológica que genera pérdida de suelo cultivable o una posible pérdida de la fertilidad del suelo. Esta pérdida lleva a la aparición de las condiciones de un desierto. Las zonas más vulnerables son las zonas de clima seco y lluvias torrenciales. Se denomina desertificación cuando este proceso se produce o incrementa por la acción humana. La pérdida de suelo fértil es un gran problema de la humanidad. Esta pérdida se puede producir por distintos mecanismos, entre ellos tenemos:

Fig. 7.12. Etapas de formación de los horizontes del suelo.

Actividad resuelta Sabemos que las comunidades de Valencia y Murcia tienen un alto riesgo de desertificación. ¿Qué factores de riesgo inducen a la desertificación en estas zonas?

134

Texto obtenido de: http://www.fortunecity.es/expertos/profesor/171/suelos.html

cc Formación de un suelo

158

— Pérdida por erosión natural o provocada por deforestación, práctica de cultivos inadecuados, incendios. — Pérdida de suelo por contaminación. — Pérdida por construcción a gran escala.

Notas

Estas zonas tienen un clima mediterráneo, de estaciones secas combinadas con lluvias esporádicas y torrenciales. Además hay una sobreexplotación de los suelos, deforestación, prácticas de cultivo inadecuadas, contaminación por salinización de acuíferos y abuso de fertilizantes.

Biología y Geología 1 El ambiente petrogenético sedimentario. Formación de rocas sedimentarias.

07

c Lectura

7. El ambiente petrogenético sedimentario 7.4 Los ambientes sedimentarios

Horizonte O: de color negro y con materiales orgánicos en diferentes etapas de descomposición. Es la parte más fértil del suelo y también el horizonte más superficial.

7.4 Los ambientes sedimentarios La sedimentación se produce en los ambientes o medios sedimentarios.

Algunas clasificaciones lo incluyen dentro del horizonte A.

¿Qué son los ambientes sedimentarios?

c Curiosidades

Un ambiente o medio sedimentario es una zona de la superficie de la Tierra en la que tiene lugar la acumulación de sedimentos. Tiene unas características físicas, químicas y biológicas determinadas que la diferencian de las zonas adyacentes.

Si faltan los dos primeros horizontes (O y A), el suelo es de poca fertilidad y muy poco apto para las actividades agropecuarias.

Las características propias de un medio sedimentario quedan impresas como pistas en los sedimentos que se depositan en él de tal manera que después se puede deducir a partir de ellas dónde y cómo se ha formado una roca sedimentaria. Por ejemplo, el tamaño de los sedimentos proporciona información útil de los ambientes donde se ha producido la sedimentación. Las corrientes de agua o de aire seleccionan los clastos por tamaños; cuanto más fuerte es la corriente, mayor será el tamaño del clasto trasportado.

Esto es frecuente en las zonas desérticas, donde por la aridez no se han desarrollado las plantas y no se han formado los horizontes 0 y A.

Conforme al principio del uniformismo y del actualismo, suponemos que los medios del pasado eran los mismos que los actuales, y que su dinámica era semejante a la actual, por eso se pueden interpretar las características que quedan impresas en las rocas.

c Lectura

Los medios sedimentarios pueden ser continentales, de transición o costeros y marinos (véase Figura 7.13).

cc Los paleosuelos

 

 

  

      



 

Un paleosuelo es un suelo fosilizado. Los suelos actuales pueden estar erosionándose y los encontramos incompletos o no los encontramos. Los paleosuelos nos indican una discontinuidad estratigráfica, un cese de la sedimentación, normalmente en zonas emergidas. También nos dan idea del clima que había entonces. A veces por la composición del suelo sabemos que no se formaron sobre un sustrato; el suelo puede tener distinta composición del sustrato.

  



     





Fig. 7.13. Algunos medios sedimentarios.

135

c Páginas web

cc Los suelos: formación, composición, estructura y organismos vivos en el suelo

135

A veces nos encontramos no con suelos, sino con rasgos paleoedáficos, que demuestran que los sedimentos estuvieron en contacto con la atmósfera. Por ejemplo: planos, canales, nódulos, pedotúbulos, rizoconcreciones, mancha en la roca debido a raíces de plantas...

c Etimología La palabra suelo deriva del término latín solum, que significa tierra o parcela.

http://www.tecnun.es/asignaturas/ecologia/hipertexto/05PrinEcos/110Suelo.htm

Notas

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07

Biología y Geología 1 El ambiente petrogenético sedimentario. Formación de rocas sedimentarias.

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7. El ambiente petrogenético sedimentario

¿Sabías que...?

7.4 Los ambientes sedimentarios

El Programa de las Naciones Unidas para el Medio Ambiente estima que el 30 % de la superficie cultivable del planeta está sufriendo desertificación entre ligera y severa, con otro 6 % que sufre «desertificación extremadamente grave» y son ya tierras irrecuperables (UNEP, Nairobi, 1984). Además, según las Naciones Unidas, unos 900 millones de personas están en peligro a causa de este problema. En la actualidad el problema de la desertificación y la pérdida del suelo por erosión aparece siempre entre las cinco o seis grandes amenazas ambientales (junto a la deforestación de la selva tropical, el cambio climático, los pesticidas y venenos químicos, la pérdida de biodiversidad, la contaminación de aguas y aire). La desertización sería, si no la causa principal, al menos una de las principales causas de la miseria y el sufrimiento humanos en las tierras secas.

Medios continentales La sedimentación en los continentes se produce en una gran variedad de lugares, como medios fluviales, aluviales, lacustres, eólicos y glaciares.

MEDIOS SEDIMENTARIOS

Fig. 7.14. Medio fluvial. Río Adaja (Valladolid)

Fig. 7.15. Medio deltaico. Delta del Ebro (Tarragona).

cc ¿Sabías qué, también en España…?

Subaéreos

Eólicos-desérticos Glaciar

Subacuáticos

Fluviales Abanicos aluviales Lacustres

CONTINENTALES

• Medios fluviales. Los medios fluviales se desarrollan en los valles de los ríos (véase Figura 7.14). La sedimentación fluvial se realiza en la llanura de inundación y en los canales de los ríos. La sedimentación en los medios fluviales es detrítica; ruditas y areniscas en los canales, y lutitas en las zonas fluviales de menor energía, como la llanura de inundación. • Abanicos aluviales. Son medios relacionados con los conos de deyección o abanicos aluviales de los torrentes de montaña (véase Figura 7.5). La sedimentación en los abanicos aluviales es detrítica; se forman rocas detríticas como conglomerados, areniscas y lutitas. • Medios lacustres. Son los medios relacionados con lagos continentales. Presentan grandes variaciones según la profundidad, la dimensión, la situación climática. En general, en los bordes del lago hay sedimentación detrítica, de sedimentos de tamaño decreciente según nos alejamos de la orilla y, en las zonas centrales, sedimentación química formándose rocas como calizas y evaporizas. En algunos medios lacustres se forman los carbones. • Medios eólicos-desérticos. Son los que se desarrollan relacionados con el viento. El viento es un agente de transporte de sedimentos. Cuando pierde intensidad, los sedimentos que lleva en suspensión se depositan formando depósitos eólicos como las dunas. En estos medios hay sedimentación detrítica, se forman sobre todo rocas detríticas de tipo areniscas. • Medios glaciares. Son los medios relacionados con los glaciares. Los depósitos glaciares se llaman morrenas. Son sedimentos detríticos mal seleccionados, que originan rocas detríticas de tamaño grueso, como las ruditas.

MEDIOS SEDIMENTARIOS

136

Una gran parte del territorio español sufre problemas de erosión más o menos graves. Más de 1 000 millones de toneladas de suelo de la península son movidas cada año por los fenómenos erosivos y en diversas ocasiones ha aparecido en informes de las Naciones Unidas que España es el país europeo con más extensión de zonas con riesgo de desertificación. Según estudios hechos por organismos oficiales, unos 13 millones de hectáreas, es decir, el 26 % de los suelos españoles, sufren erosión grave, con pérdidas de suelo superiores a 100 tm al año por hectárea. En estas zonas se observan abundantes cárcavas y barrancos. Además, otros 14 millones de hectáreas sufren erosión notable con pérdidas de entre 50 y 100 tm de suelo al año por hectárea. En total, suponen que el 53 % del territorio sufre pérdida del suelo que hay que calificar de importante a alarmante. Este fenómeno se da especialmente en la zona mediterránea, en donde Almería, Murcia y Granada, por orden de gravedad, tienen más de la mitad de su superficie con fenómenos alarmantes de erosión.

DE TRANSICIÓN

Deltaicos De playa Estuarinos Isla barrera-lagoon

Medios de transición o costeros Estos ambientes aparecen en la zona de límite entre el continente y el mar. Entre estos medios destacan los ligados a deltas, playas, islas barreras y lagoons (o lagunas marinas).

Fig. 7.16. Medio de playa. Playa de Tarifa (Cádiz).

• Medios deltaicos. Se localizan en las desembocaduras fluviales tipo delta (véase Figura 7.15). Son zonas de gran intensidad de sedimentación, por el gran aporte de sedimentos detríticos que tiene lugar. Los sedimentos más abundantes son las arenas y los limos. En algunas lagunas situadas en llanuras deltaicas se puede producir la acumulación de materia vegetal, que posteriormente puede originar carbones. En las zonas deltaicas sumergidas puede haber acumulación masiva de plancton, que puede originar petróleo. • Medios de playa. En estos medios se originan acumulaciones de sedimentos detríticos de tamaño arena y grava. Se depositan adosados a la costa y forman playas (véase Figura 7.16). • Medios de isla barrera-lagoon. Este medio combina la sedimentación detrítica, arenosa, en una barra, paralela a la costa, y la sedimentación detrítica y química de limos y carbonatos, en una zona de marisma y/o laguna o lagoon, que la barra deja, entre el continente y el mar abierto.

136

c Páginas web

cc La sequía en España http://hispagua.cedex.es/documentacion/especiales/sequia/desertificacion.htm

Datos obtenidos de: http://www.tecnun.es/Asignaturas/Ecologia/ Hipertexto/12EcosPel/130Desertiz.htm#Actividade s%20humanas%20que%20aceleran%20la%20desert ización

Más información acerca de los indicadores, tipos y soluciones propuestas al problema de la desertización de España.

160

Biología y Geología 1 El ambiente petrogenético sedimentario. Formación de rocas sedimentarias.

07

c Lectura

7. El ambiente petrogenético sedimentario 7.4 Los ambientes sedimentarios

cc La facies sedimentaria Medios marinos

MEDIOS SEDIMENTARIOS

En la zona marina se pueden distinguir tres tipos principales de medios: medios de plataforma continental, medios de talud continental y medios abisales. • Medios de plataforma continental. Son los medios sedimentarios que se desarrollan sobre la plataforma continental. En la actualidad, en los medios de plataforma, junto con los de transición, es donde se acumulan la mayor cantidad de sedimentos. Se distinguen dos tipos de medios de plataforma: medios de plataforma carbonatada, donde se sedimentan sobre todo rocas carbonatadas, muchas veces relacionadas con arrecifes (véase Figura 7.17), y medios de plataforma detrítica, donde sobre todo hay sedimentación detrítica que llega del continente. • Medios de talud continental. Son los medios que se desarrollan en el talud continental. El talud continental tiene una fuerte pendiente; debido a esto, los sedimentos en el talud están inestables, y se movilizan en masa en forma de corrientes de turbidez. Las corrientes de turbidez son corrientes de elevada densidad, por la carga de sedimentos que transportan en suspensión. Estas corrientes originan depósitos detríticos, representados por una alternancia de arenas y lutitas. • Medios abisales. Se localizan en los fondos abisales. La sedimentación en estos medios es poco intensa. La mayor parte de los sedimentos abisales son sedimentos de composición silícea producto de restos de organismos, pero también hay sedimentación detrítica de grano muy fino, como las arcillas.

MARINOS

Una facies sedimentaria es una secuencia de roca sedimentaria que se caracteriza por su geometría (forma), litología, estructura sedimentaria, paleo corrientes y fósiles.

Plataforma continental Talud continental Abisales

Una facies es, entonces, el producto de un ambiente sedimentario, aunque también influyen en ella las fases erosionales o de no deposición que previamente haya sufrido el material sedimentario. Un ambiente sedimentario puede, por tanto, ser deducido por análisis de las facies que presente. Fig. 7.17. Medio arrecifal. Arrecifes de la Gran Barrera (Australia).

cc Principio de la correlación de facies

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También conocido como Ley de Walther, este principio expresa que las facies contiguas pueden aparecer superpuestas. Es de gran importancia para la interpretación y la reconstrucción de la historia geológica, ya que caracteriza la capacidad de movimiento relativo que tienen los depósitos dentro de los medios sedimentarios, en función de la cantidad de aportes y condiciones tectónicas durante el momento del depósito.

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137

La tendencia de las cuencas sedimentarias estables es a la colmatación, y es esto lo que determina la superposición de las facies más someras sobre las más profundas.

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Elaboración propia.

                

       

                         

   

          

  

         

c Lectura 137

c Páginas web

cc Medios sedimentarios continentales: eólico, glaciar, periglaciar, fluvial, lacustre y palustre http://club.telepolis.com/nachoben/TrydacnaTelepolis/geologia/medios_sedimentarios/ medios_sedimentario_continental_total.htm

cc Los medios continentales Junto con los de transición, los medios continentales son los que mejor se conocen en la actualidad, debido a que al ser humanos son más accesibles que los marinos. Sin embargo, en las series antiguas tienen menos importancia que aquéllos. Esto se debe, por una parte, a que no suelen acumularse en ellos grandes espesores de sedimentos, ya que algunos no se localizan en verdaderas cuencas de sedimentación. Por otra parte, y a excepción de los medios fluviales o lacustres y palustres, la conservación de su registro es precaria, e incluso nula, debido a que se erosionan fácilmente. Elaboración propia.

161

07

Biología y Geología 1 El ambiente petrogenético sedimentario. Formación de rocas sedimentarias.

c

7. El ambiente petrogenético sedimentario

Lectura

7.5 Las rocas sedimentarias

cc Condiciones lacustres para que se formen carbones

7.5 Las rocas sedimentarias

Para que en un medio lacustre se genere carbón deben existir unas condiciones muy concretas, entre las que destaca un ambiente carente de oxígeno (medio anóxico). Los restos vegetales podrán ir acumulándose sin que el oxígeno destruya la materia orgánica y ésta irá acumulándose. Para que el agua del fondo lacustre no se cargue de oxígeno, no podrá existir circulación interna de agua desde la superficie, la cual se produciría por variaciones de densidad y temperatura. Con el tiempo y la actuación de bacterias anaerobias, se producirá un progresivo enriquecimiento en carbono, y la diagénesis hará que los limos carbonosos acaben transformándose en carbón.

¿Qué son las rocas sedimentarias? Las rocas sedimentarias son rocas formadas por la unión y transformación de los sedimentos. Se presentan en capas o estratos, y pueden presentar fósiles.

La unión y transformación de los sedimentos se engloba en un proceso geológico externo que se denomina diagénesis o litificación. SEDIMENTOS + DIAGÉNESIS ⇒ ROCAS SEDIMENTARIAS

¿Qué son los estratos? Un estrato es un cuerpo rocoso con forma planar formado por rocas sedimentarias y separado de los adyacentes por dos superficies de mínima cohesión, que se denominan planos de estratificación.

Elaboración propia.

c 138

A tener en cuenta

Cuanto mayor es el espesor de los sedimentos, mayor es el número de lagunas que podemos encontrar. Así en las zonas abisales, donde la tasa de sedimentación es menor, es donde menos lagunas podemos hallar.

  

 

      









     

  

Fig. 7.18. Serie de estratos C-B-A, de más antiguo a más moderno, con las partes más características.

Los estratos son el rasgo más común y característico de las rocas sedimentarias. Muchas veces, la sedimentación no es continua, depende del medio sedimentario donde se produce. El resultado de los sucesivos momentos de sedimentación es la formación de los estratos. En un estrato podemos distinguir: • • • • •

Base: es el límite inferior del estrato. Techo: es el límite superior del estrato. Espesor o potencia: representa el grosor del estrato. Litología: es el tipo de rocas sedimentarias que contiene el estrato. Dirección y buzamiento (ángulo y sentido): localizan los estratos en el espacio. Se miden en los planos de estratificación.

Los estratos pueden estar dispuestos en horizontal o inclinados. Si no han sufrido deformaciones, los estratos se encuentran horizontales (véase Figura 7.18).

c Páginas web

cc Sopa de letras acerca de la rocas sedimentarias http://www.upv.es/jugaryaprender/ciencias naturales/ sopas/sopas12eso/sopas2/rocased2.doc

Fig. 7.19. Estructuras sedimentarias: grietas de desecación fósiles y actuales.

Los estratos pueden contener estructuras sedimentarias, que son marcas producidas por los agentes que transportaron las partículas, como las corrientes de agua o el viento. Un ejemplo de estructura sedimentaria son los ripples o rizaduras que forman las corrientes de agua o el viento en la superficie de una capa de sedimento. Los ripples son ondulaciones que se forman en el lecho de algunos ríos, o en las arenas de la playa. otro ejemplo de estructuras sedimentarias son las grietas de desecación (véase Figura 7.19).

138

cc Rocas sedimentarias: formación, composición, tipo, etcétera http://centros4.pntic.mec.es/ies.esteban.manuel.villegas/archivos/ccnn/files/d2.htm

162

Biología y Geología 1 El ambiente petrogenético sedimentario. Formación de rocas sedimentarias.

c Lectura

7. El ambiente petrogenético sedimentario 7.5 Las rocas sedimentarias

cc Principales características de los sedimentos marinos de los márgenes continentales

La estratificación y su valor geológico Una sucesión de estratos se denomina serie estratigráfica (véase Figura 7.21). La representación gráfica de una serie estratigráfica es la columna estratigráfica. La estratigrafía es la rama de la geología que estudia los estratos y sus relaciones horizontales y verticales. Está basada en dos principios: el principio de superposición de los estratos y el principio de continuidad.

• Razones de depositación moderadamente rápidas a rápidas (0,01 a 1 cm/año) en aguas de salinidad normal (aproximadamente 35 ± 5). • Contenidos de materia orgánica asociados a sedimentos finos en sedimentos de los márgenes continentales más altos que en sedimentos de aguas profundas. • Enriquecimiento de materia orgánica debido principalmente a dos factores: — La producción biológica (por el plancton) en el agua sobreyacente es más alta cerca de la costa debido al aumento de nutrientes aportados por los ríos o por los procesos de surgencia. — Existe menos destrucción de materia orgánica por los organismos que viven en la interfase sedimento-agua debido a las altas tasas de depositación sedimentaria.

Principio de superposición de los estratos En una serie de estratos superpuestos (véase Figura 7.20) que no hayan sido plegados e invertidos, el estrato más elevado es el más reciente. Así, en la Figura 7.20, la capa C es más moderna que la capa B, y ésta es más moderna que la capa A.

Fig. 7.20. Serie estratigráfica y principio de superposición de los estratos.

Principio de continuidad Una capa o estrato posee la misma edad en toda su extensión (véase Figura 7.21).

     

      

 

• La mayoría de los cambios diagenéticos presentes en los sedimentos de los márgenes continentales son producidos directa o indirectamente por la descomposición microbiana de la materia orgánica. Esto, a su vez, propicia una alta actividad diagenética. • Los cambios que acompañan al agotamiento y descomposición de la materia orgánica son: — Liberación de fosfato y amonio. — Desoxigenación. — Reducción de NO3– a N2. — Reducción de MnO2 a Mn2+. — Reducción de Fe2O3 a Fe2+. — Reducción de SO42– a H2S. — Formación de metano.

 

   

     

     

07

      

Fig. 7.21. Serie estratigráfica inclinada en Zumaia (País Vasco). Cada estrato posee la misma edad en toda su extensión.

139

c Lectura

Los minerales carbonatados sedimentarios pueden ser divididos en: • Aquéllos encontrados en ambientes relativamente someros. • En general confinados en la actualidad a las zonas climáticas subtropicales y tropicales, aunque pueden ser encontrados en latitudes altas. • Generalmente dominados por aragonita, seguidos por calcitas ricas en magnesio. • Producidos por la desintegración de los esqueletos de organismos bentónicos (corales, equinoideos, moluscos, foraminíferos, algas). • Aquéllos encontrados en ambientes relativamente profundos. • Compuestos de calcita baja en Mg (99 % CaCO3). • Derivados esencialmente de los esqueletos de organismos pelágicos. • En sedimentos de mediana profundidad puede ser encontrada aragonita derivada de pterópodos y heterópodos.

139

• La reacción de estos productos entre ellos mismos o con otros constituyentes da como resultado la formación de minerales autigénicos como pirita (FeS2), rodocrosita (MnCO3), calcita y aragonita (CaCO3). Información extraída de: http://iio.ens.uabc.mx/Curso%20Internet%20Migu el%20Angel/3_Carbonatos/Carbonatos.htm

Datos obtenidos de: http://www.tecnun.es/Asignaturas/Ecologia/Hipertexto/12EcosPel/130Desertiz.htm#Actividade s%20humanas%20que%20aceleran%20la%20desertización

163

07

Biología y Geología 1 El ambiente petrogenético sedimentario. Formación de rocas sedimentarias.

c

7. El ambiente petrogenético sedimentario

Lectura

7.5 Las rocas sedimentarias

cc Los ripples La edad de los estratos Los ripples son unas de las estructuras sedimentarias primarias que podemos encontrar en la superficie superior (techo) de los estratos de arenisca o limolita (rocas sedimentarias detríticas de tamaño de grano medio y fino). Morfológicamente, se pueden describir como una sucesión de crestas y valles más o menos paralelos que dan a la superficie del sedimento un aspecto ondulado. Se originan por la acción de las corrientes de agua o del oleaje sobre los sedimentos sin consolidar, como por ejemplo las arenas de una playa o del lecho de un río. La forma y el tamaño de los ripples depende de factores como la energía de la corriente (velocidad), la altura de la lámina de agua o el tamaño de las partículas que forman el sedimento.

a) Los estratos se pueden datar, es decir, saber la edad en que se formaron. Una forma de datar los estratos es mediante los fósiles que contienen.

¿Qué son los fósiles? b)

Los fósiles son restos o evidencias de seres vivos del pasado. Aparecen en las rocas sedimentarias y son una herramienta muy importante para interpretar el pasado geológico. Los fósiles pueden ser marinos o continentales. La paleontología es la rama de la geología que estudia los fósiles.

Fig. 7.22. Ejemplos fósil-guía y fósil viviente: a) Ammonites del jurásico inferior y b) Ginkgo spp.





  

  

   

 

I

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A B

A. Lado de sotavento (pendiente anterior o frontal) B. Lado de barlovento (pendiente posterior)

De lo dicho anteriormente se deduce que los ripples resultan muy útiles para el geólogo ya que aportan información sobre: • La polaridad de los estratos. Al tratarse de estructuras que se localizan siempre en el techo de los estratos, nos permitirán saber si un estrato está o no invertido. • El tipo de ambiente sedimentario en el que se depositaron los materiales, ya que podemos saber si estos ripples se formaron por la acción de una corriente de agua o por el oleaje, si la corriente era fuerte o débil, si la lámina de agua era grande o pequeña, etcétera. Elaboración propia.

cc A tener en cuenta Techo y muro de un estrato representan una interrupción en la sedimentación y la duración de ésta puede ser muy variable.

164

— Datar y correlacionar las rocas en las que se encuentran. — Hacer interpretaciones paleoecológicas de las zonas donde se encuentran. La paleoecología estudia los ecosistemas del pasado. — Estudiar la evolución de los seres vivos.

Uso de los fósiles para datar y correlacionar los sedimentos La vida en la Tierra está en continuo cambio. Nuevas especies evolucionan de antiguas formas de vida, algunas se extinguen, otras son verdaderos fósiles vivientes, como por ejemplo el ginkgo (véase Figura 7.22b), es decir, perduran hasta la actualidad, sin sufrir muchos cambios. Como resultado, cada unidad de tiempo geológico tiene una colección o serie de fósiles que la distinguen de otra unidad, por eso, los fósiles pueden usarse para datar las rocas sedimentarias que los contienen. No todos los fósiles se pueden usar con igual precisión para datar unas rocas sedimentarias. Los fósiles más útiles para datar con precisión son los fósiles-guía (véase Figura 7.22b).

cc Estructura interna de los ripples (Corrales, 1977) 140





 

Las rocas sedimentarias pueden contener fósiles que reflejan la historia de la vida en la Tierra. Los fósiles se utilizan para:

 



    

Los fósiles-guía son unos organismos especiales que existen durante un corto periodo de tiempo y que han tenido una gran expansión geográfica.

   Fig. 7.23. Correlación estratigráfica utilizando fósiles-guia.

Hay que notar que un corto periodo en geología puede significar diez millones de años. La mayoría de los fósiles-guía son marinos. Algunos fósiles pueden utilizarse en correlación. La correlación es una técnica para descubrir una conexión temporal entre rocas sedimentarias separadas geográficamente. Observa la Figura 7.23: en la base de la columna 1 aparece el fósil-guía A. Este mismo fósil-guía aparece también en la columna estratigráfica 2. Al ser un fósil-guía, marca la misma edad en ambas columnas; así, se puede saber que aunque las columnas 1 y 2 estén separadas por 250 kilómetros, en su base tienen la misma edad. Este método se denomina correlación.

La diagénesis Fig. 7.24. Región de estabilidad de la diagénesis considerando la temperatura, la profundidad y la presión.

La progresiva acumulación de los sedimentos en los medios sedimentarios hace que éstos se vayan enterrando. Este enterramiento produce transformaciones en los sedimentos.

140

c Curiosidades El primer autor en introducir el término estrato fue Steno en el siglo XVII, que lo define, aplicando los principios de continuidad lateral y horizontalidad, como una capa de roca delimitada por superficies de «roca», con continuidad lateral y equivalentes a una unidad de tiempo de depósito. En 1977, Corrales lo definió como un nivel simple de litología homogénea o gradacional, depositada de forma paralela a la superficie previa o con (…superior al deposito de los materiales), separado de los estratos adyacentes por superficies de erosión, de no sedimentación o cambio brusco del carácter.

Biología y Geología 1 El ambiente petrogenético sedimentario. Formación de rocas sedimentarias.

de c Principio relaciones de corte

7. El ambiente petrogenético sedimentario 7.5 Las rocas sedimentarias

Cualquier sucesión estratigráfica cortada, es más antigua que el material (o estrato) que lo corta. Ejemplo: falla

Se denomina diagénesis al conjunto de transformaciones que se producen en los sedimentos, durante y después del enterramiento, y cuya consecuencia es la litificación o transformación en «piedra» del sedimento. El término diagénesis todos los cambios que tienen lugar en los sedimentos, desde la sedimentación hasta el comienzo del metamorfismo (véase Figura 7.24). Los factores físicos que controlan los procesos diagenéticos son la temperatura y la presión. Los factores químicos son el pH, el contenido en oxígeno y el de algunos elementos químicos.

de c Principio simplicidad

¿Qué transformaciones produce la diagénesis?

  

La compactación es la disminución de volumen del sedimento. Se origina por la presión de carga que aparece como consecuencia del enterramiento, al apilarse sobre ellos nuevos sedimentos. La compactación implica una disminución de la porosidad, por tanto, un empaquetamiento más apretado de los granos, que lleva consigo una expulsión del fluido intersticial (fluido entre los granos del sedimento).



    

     

  

        

   

Los principales cambios que produce la diagénesis son la redistribución de los materiales, que lleva consigo una compactación, la deshidratación y cementación de los sedimentos (véase Figura 7.25).

          

Elaboración propia.

c Curiosidades En 1957, Dumbar y Rodgers editaron el libro Principios de la estratigrafía, donde consideraban que se debía incluir el estudio de:

Actividad resuelta tiempo geológico representadas), por lo que no es muy útil para datar. Por tanto, la roca que contiene el fósil a puede tener cualquiera de las edades representadas. Cuando aparece un fósil de la especie b, al ser más reducido el intervalo de tiempo en el que existió, se puede asignar una edad a la roca en la que se encuentra con mayor precisión.

a. Composición, textura y estructura de las rocas estratificadas y sedimentarias. b. Meteorización, transporte y sedimentación (procesos de modificación). c. Relaciones areales (horizontal) y temporales (vertical) de las rocas estratificadas, así como los sucesos impresos en la estratificación que nos permiten deducir la historia de la roca.

b) ¿Qué edad marca la existencia de la especie b? Este fósil permite asignar a la roca una edad de entre 408 y 360 millones de años, intervalo correspondiente a la unidad 4 o periodo devónico. Este fósil es un ejemplo de fósil-guía.

a) Explica razonadamente si los fósiles a y b son buenos para datar. Como se observa en la figura, la especie a abarca un periodo muy extenso (existió durante las cinco unidades de

c) En el caso de encontrar en la misma roca dos fósiles de las especies c y d, se puede deducir que la roca se formó en la unidad 3 (silúrico, entre 438 y 408 millones de años), ya que es el único momento en el que se solapa la existencia de ambas especies. ¿Qué edad tendrá la roca que contenga fósiles de las especies c y e? Esta roca tendrá una edad entre 505 y 438 millones de años, que corresponde con el desarrollo de la unidad 2 (ordovícico).

1. Serie local

2. Correlación

141

3. Historia

En el sentido estricto, la estratigrafía se encarga del estudio de este último apartado c, que marca los objetivos principales.

141

c Páginas web

Se debe a Ockham, y dice que la teoría o hipótesis más sencilla es la que da la mejor explicación a los hechos.

Fig. 7.25. Principales cambios que produce la diagénesis.

La cementación es la unión de los sedimentos mediante un cemento. Este cemento da coherencia y consistencia a los sedimentos. Una roca será más resistente a la erosión cuanto más cementada esté. ¿De dónde proviene el cemento? Entre los componentes de un sedimento en reposo, circula agua con diversos iones en disolución, que precipitan y unen los sedimentos. Un cemento muy común es de carbonato cálcico (CaCO3); el mineral con esta composición química es la calcita.

La siguiente figura representa el rango de tiempo de aparición de las especies fósiles a, b, c, d y e.

07

cc Medición de planos de estratificación mediante brújula (azimut, buzamiento, rumbo)

En 1977, Corrales y colaboradores definieron la estratigrafía como el estudio e interpretación de los procesos registrados en las sucesiones sedimentarias, que nos permite conocer la disposición sedimentaria, así como establecer la correlación y los sucesos para su ordenación temporal.

Notas

http://www.geofisica.unam.mx/~cecilia/ cursos/brujula2.pdf

165

07

Biología y Geología 1 El ambiente petrogenético sedimentario. Formación de rocas sedimentarias.

c

7. El ambiente petrogenético sedimentario

Lectura

7.6 Clasificación de las rocas sedimentarias

cc Las estructuras orgánicas 7.6 Clasificación de las rocas sedimentarias

Son el conjunto de evidencias tangibles de actividad orgánica, ya sea activa o fósil. Abarca los siguientes grupos:

Una primera clasificación de las rocas sedimentarias viene dada por el tipo de sedimentos que las constituyen. Así, las rocas sedimentarias se dividen en: rocas detríticas y rocas no detríticas o químicas.

• Bioerosión: es la traza o huella orgánica que refleja la actividad mecánica o bioquímica sobre el sustrato. • Bioturbación: refleja el retoque de la fábrica sedimentaria, del sustrato no consolidado. • Bioestratificación: estructura que forman laminación generadas por los organismos. • Bioconstrucción: se debe a la actividad constructiva de organismos, un ejemplo son los arrecifes coralinos.

Rocas sedimentarias detríticas Las rocas detríticas son aquellas que se originan a partir de sedimentos detríticos. El criterio principal para subdividir las rocas detríticas es el tamaño dominante del sedimento que las forma (véase Figura 7.26). Según este criterio, las rocas detríticas se agrupan en ruditas, arenitas o areniscas y lutitas.

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La icnología es el estudio de la bioerosión y la bioturbación, e incluye la descripción, clasificación e interpretación de estas estructuras. La paleoicnología estudia las huellas del pasado y la neoicnología las huellas actuales. a)

Otros términos iconológicos, como huella, traza o icnita, se utilizan para estructuras recientes y fósiles, y pueden aparecer en la superficie o en el interior del sustrato o estrato.

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Fig. 7.26. Clasificación de los rocas detríticas.

Los minerales dominantes en este tipo de rocas son los minerales de las arcillas y el cuarzo. Los minerales de las arcillas son el producto de la meteorización química de los silicatos. Otros minerales menos abundantes son los feldespatos y las micas. A continuación se describen los principales tipos de rocas detríticas ordenadas según el tamaño de los sedimentos que las forman, de mayor a menor.

142 b)

Ruditas Son las rocas detríticas de grano más grueso, donde predominan los clastos de diámetro superior a 2 mm. Es decir, los tamaños que reciben el nombre de grava: canto y bloque. Lo más frecuente es que las ruditas estén mal seleccionadas porque los huecos entre los grandes clastos de grava contienen arena o lodo. El tamaño de los clastos revela la fuerza de las corrientes que los transportaron. El medio que les transportó era de alta energía. Las ruditas se subdividen en conglomerados y brechas (véase Figura 7.27).

Fig. 7.27. Ruditas: a) brecha y b) conglomerado.

• Conglomerados o pudingas: compuestas de clastos redondeados, que indican un transporte fluvial largo, o un retrabajamiento importante por el mar. • Brechas: compuestas por clastos angulosos, que indican ausencia de transporte, un transporte rápido y/o corto, o bien un transporte en hielo glaciar que no ha erosionado sus aristas.

142

Muchas de estas estructuras orgánicas nos sirven como criterio de polaridad para saber si una serie estratigráfica está invertida o no. Elaboración propia.

c Bibliografía recomendada ARCHE, A: Sedimentología: nuevas tendencias, v. I y II, C.S.I.C., Madrid, 1989. CORRALES, I; ROSELL, J; SÁNCHEZ, L; VERA, J A & VILAS, L: Estratigrafía, Rueda, 1977.

166

cc Fenómeno general

HEDBERG, H D: Guía estratigráfica internacional, Reverte, 1980.

Hiatos (huecos) > registro

FRIEDMAN & SANDERS: Principles of sedimentology, Willey & Sons, 1978.

El tiempo del depósito es mucho mayor que el tiempo representado en el registro. Es decir, que el tiempo representado en una sucesión estratigráfica no es fiel a lo ocurrido en la etapa del depósito sino que existen huecos temporales. En resumen, el tiempo de no depósito es mucho mayor que el tiempo de depósito.

SELLEY, R C: An introduction to sedimentology, Academic Press, 1976.

Biología y Geología 1 El ambiente petrogenético sedimentario. Formación de rocas sedimentarias.

07

c Lectura

7. El ambiente petrogenético sedimentario 7.6 Clasificación de las rocas sedimentarias

cc Fases diagenéticas Arenitas o areniscas

a)

c)

b)

Fairbridge, en 1967, distingue tres fases diferentes dentro del proceso diagenético. Son las siguientes:

Las areniscas son rocas detríticas en las que predominan los clastos de tamaño arena, es decir, tamaños de grano comprendidos entre 2 mm y 1/16 mm (véase Figura 7.28).

1. Sindiagenética o diagénesis temprana: se producen cambios contemporáneos a la sedimentación. Se da a profundidades bajas de enterramiento (< 100 m). Implica una importante pérdida de agua que será eliminada lentamente del sedimento y una intensa bioturbación producida por organismos que tratan de aprovechar la gran cantidad de materia orgánica existente. 2. Anadiagénesis o diagénesis media: se da en zonas de enterramiento profundo (> 100 m) y temperaturas superiores a 100 ºC. Implica compactación, eliminación de agua, cementación y formación de nuevos minerales. 3. Epidiagénesis o diagénesis tardía: tiene lugar durante y después de la emersión del material. Implica la formación de nuevos minerales, condicionada por la acción de aguas meteóricas infiltradas. La infiltración de aguas lleva consigo condiciones de oxidación.

Las areniscas se subdividen según su mineralogía y el ambiente donde se han generado. Algunas areniscas son: — Las cuarzoarenitas: son areniscas con un conteni- Fig. 7.28. Observación de arenisca a distintas escalas: a) muestra de mano, b) cuarzo y c) lámina delgada. do mínimo del 95 % de granos de cuarzo. — Las arcosas: son areniscas formadas por cuarzo, feldespatos y micas. — Las calcarenitas: son areniscas constituidas por carbonatos.

Lutitas Las lutitas son un grupo de rocas detríticas compuestas por detritos de tamaño arcilla y limo; es decir, su tamaño de grano es inferior a 1/16 mm (véase Figura 7.29). El tamaño de los sedimentos indica que se produjo un depósito por decantación. En un medio sedimentario tranquilo, de baja energía.

Rocas sedimentarias no detríticas o químicas En este grupo se incluyen diversos tipos de rocas con características y génesis muy diferentes que tienen en común estar formadas por sedimentos químicos. La precipitación del sedimento se produce de dos maneras: mediante procesos inorgánicos, puramente físico-químicos, o mediante procesos orgánicos, que pueden consistir en precipitación bioquímica (también llamada bioinducida) o en la acumulación de restos esqueléticos y materia orgánica. El criterio principal para subdividir estas rocas es la composición mineral (véase Figura 7.30).

Fig. 7.29. Lutita.

  

     

Rocas de precipitación química inorgánica Los procesos inorgánicos generan rocas carbonatadas, evaporíticas y silíceas, en función del material que precipita. • Rocas carbonatadas o carbonatos. Se forman por la precipitación de carbonato cálcico a partir de bicarbonato cálcico disuelto en el agua. Los depósitos que se forman son las estalactitas, las estalagmitas y otras cristalizaciones de cuevas calizas. La reacción que nos muestra cómo se produce la precipitación es: Ca(HCO3)2 + H2O → CO2↑ + CaCO3 ↓ + 2H2O Bicarbonato cálcico Precipitación disuelto en agua de Calcita • Rocas evaporíticas o evaporitas. Con el nombre de evaporitas se incluyen todas las rocas constituidas por minerales formados por la precipitación química a partir de soluciones salinas saturadas (salmueras). Se producen por una fuerte evaporación de las aguas en los medios sedimentarios lacustres (evaporitas lacustres) y marinos (evaporitas marinas). Las evaporitas reciben el nombre del mineral que las constituye, como yeso (CaSO4 2H2O) o halita (NaCl). • Rocas silíceas. Son rocas formadas por la precipitación química de sílice en disolución. Están formadas casi totalmente por sílice (SiO2). Las rocas silíceas reciben varios nombres en función del color y la estructura cristalina de la sílice. Entre ellas, se distinguen: sílex, si es de color gris o marrón; chert, variedad impura de sílex, de tonos variados; y jaspe, si es de color rojizo, por la presencia de óxidos de hierro.

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La diagénesis implica procesos como la compactación, disolución, reemplazamiento, recristalización, autigénesis, cementación y actividad de organismos, que tienen que ligar en más de una de las fases que se acaban de enumerar.

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143

Modificado de: Geología. Una visión moderna de las ciencias de la Tierra, de F Bastida y otros, Trea 2005.

cc La ecuación diagenética



     

Fig. 7.30. Clasificación rocas de precipitación química.

143

El balance de masas de un material en una pequeña caja de sedimento puede ser expresado simplemente como: la diferencia entre lo que entra y lo que sale y lo que es producido o consumido es igual a lo que se acumula en la caja. dCi / dt = - dFi / dx + Σ Ri en donde:

Notas

• Ci = concentración del componente sólido o líquido i en masa por unidad de volumen total de sedimentos (sólido más agua intersticial). • Fi = flujo del componente i en términos de masa por unidad de área del sedimento total por unidad de tiempo. • Ri = tasa de cada reacción diagenética química, bioquímica y radiogénica que afecta a i, en términos de masa por unidad de volumen total y de sedimentos por unidad de tiempo. • S = sumatoria.

167

07

Biología y Geología 1 El ambiente petrogenético sedimentario. Formación de rocas sedimentarias.

c Actividades

7. El ambiente petrogenético sedimentario 7.6 Clasificación de las rocas sedimentarias

1. Completa las siguientes frases en función de los datos que aportan: a)

a. Debido a la baja energía, en los fondos oceánicos se depositan fundamentalmente materiales finos y lo hacen por el mecanismo de __________. b. En los ríos que llevan una carga inferior a su capacidad de carga se produce ______ _____. c. El principal agente que distribuye el material en ambientes de playa será ___________. d. En una serie estratigráfica invertida, los materiales más modernos se encontrarán en ____________.

c Lectura

cc Secuencias estratigráficas

Rocas de precipitación bioquímica o por acumulación de restos esqueléticos La precipitación bioinducida genera rocas carbonatadas, silíceas, fosfáticas y alumino-ferruginosas.

b)

• Rocas carbonatadas. Las rocas carbonatadas se clasifican en calizas, si están formadas por minerales como calcita o aragonito (CaCO3) o dolomías, si el mineral que la forma es la dolomita (CaMg(CO3)2). — Las calizas son rocas carbonatadas con un contenido superior al 50 % en calcita y aragonito. Su tonalidad es muy variada: blanco, gris, ocre, negruzca. Producen efervescencia con ácido clorhídrico. Se originan en muchos medios sedimentarios, tanto continentales como marinos. — Las dolomías son las rocas carbonatadas que contienen más de un 50 % de dolomita. La mayoría de las dolomías se originan mediante la transformación diagenética de las calizas.

c)

Algunas rocas carbonatadas comunes son:

Fig. 7.31. Observación de caliza a distintas escalas: a) muestra de mano, b) calcita y c) lamina delgada en la que se observan fósiles de foramníferos.

En una secuencia, el cambio de facies puede venir dada por el cambio de tamaño de grano, formando secuencias granodecrecientes y granocrecientes.

— Calizas micríticas: formadas por la acumulación de fango carbonatado o micrita. Un fango carbonatado está formado por partículas carbonatadas de tamaño inferior a 4 μm embebidas en agua. — Calizas fosilíferas: constituidas mayoritariamente por acumulación de esqueletos (véase Figura 7.31). Entre ellas se incluyen las calizas arrecifales, formadas por antiguos arrecifes (véase Figura 7.17) o bien restos de esos arrecifes, y las lumaquelas, formadas por conchas de moluscos. — Tobas o travertinos: formadas por precipitación de carbonatos, a partir del bicarbonato cálcico disuelto en el agua, sobre tallos y hojas de plantas, cuyas formas quedan «impresas» en las rocas. — Los estromatolitos: son rocas carbonatadas laminadas, formadas por algunos grupos de algas y bacterias. Las algas forman unos tejidos filamentosos pegajosos, llamados tapices algales, donde quedan atrapados granos de sedimentos.

Secuencia granodecreciente o positiva: el tamaño de grano de las facies disminuye hacia el techo. En materiales terrígenos nos indican pérdida de la capacidad de transporte del fluido.

144

Secuencia granocreciente o negativa: las facies más finas están en la base y las más gruesas en el techo. En terrígenos nos indican un aumento de la capacidad de transporte del flujo.

Fig. 7.32. Microfotografía coloreada de roca silícea con diatomeas fósiles.

No debemos confundir estas secuencias con la granoselección, que es la variación de tamaño de grano que influye a una sola facies.

Rocas organógenas: carbones y petróleo Los arrecifes son estructuras carbonatadas resistentes al oleaje que constituyen un relieve topográfico. Están construidos por organismos coloniales. Actualmente, los arrecifes más abundantes son los construidos por los corales.

También existen distintas secuencias de acuerdo con el espesor del estrato: Secuencia estratocreciente: secuencia donde se superponen estratos cada vez más potentes. Secuencia estratodecreciente: se superponen estratos cada vez más delgados. Las secuencias de tamaños de grano y espesores pueden ir combinadas. Elaboración propia.

c ¿Sabías que…?

cc Una interpretación sobre el vellocino de oro

168

Las rocas organógenas un tipo especial de rocas químicas formadas por la acumulación, descomposición y enterramiento de restos de seres vivos. Pertenecen a este grupo los carbones, el petróleo y el gas natural, a los que se denomina combustibles fósiles. Dicha designación es apropiada porque cada vez que quemamos alguno de estos elementos, estamos utilizando energía solar que fue almacenada por las plantas hace millones de años. De hecho, estamos quemando un «fósil».

144

Esta historia mitológica puede tener, como tantas otras, una base histórica real, pues tanto griegos como romanos, estos últimos expertos mineros, utilizaban pellejos de carnero, a veces clavados en unos maderos, para, sumergidos a contrapelo en los ríos, conseguir que atrapasen el oro de grano muy fino que por su escaso peso no había sido capaz de decantarse en etapas de recuperación anteriores. Las pieles de carnero cubiertas de polvo de oro eran dejadas secar y peinadas para recuperar el preciado mineral. Con este proceso, los romanos conseguían recuperar prácticamente el 100 % del oro que extraían. No sería de extrañar que estas pieles repletas de mineral áureo fuesen objeto de deseo, veneración, fábulas y leyendas para griegos y romanos. Elaboración propia.

En la mitología griega, el vellocino de oro era la zalea del carnero alado Crisomallo. Aparece en la historia de Jasón y los argonautas, quienes partieron en su búsqueda para lograr que éste ocupase justamente el trono de Yolcos en Tesalia.

• Rocas silíceas. Las rocas silíceas de precipitación bioquímica están formadas por la acumulación de restos de organismos. La sílice (SiO2) en solución es fijada por algunos organismos como los radiolarios (protozoos), las diatomeas (algas unicelulares marinas o de agua dulce) (véase Figura 7.32) y algunas esponjas. • Rocas fosfáticas. Se forman por la acumulación de restos de huesos, coprolitos y/o guano. El guano es el nombre que reciben los excrementos de aves marinas o de micromamíferos voladores, como los murciélagos. • Rocas alumino-ferruginosas. Son rocas formadas por la precipitación química de hierro y aluminio. Un tipo concreto de rocas alumino-ferruginosas son las lateritas y las bauxitas relacionadas con formación de suelos.

Biología y Geología 1 El ambiente petrogenético sedimentario. Formación de rocas sedimentarias.

07

c Lectura

7. El ambiente petrogenético sedimentario 7.6 Clasificación de las rocas sedimentarias

cc Texturas • Los carbones: son rocas combustibles carbonosas que contienen más del 50 % de carbono. El carbón se forma por descomposición anaeróbica, compactación y enterramiento de restos vegetales acumulados en turberas y en otras zonas lacustres (véase Figura 7.33). En la descomposición anaeróbica se produce la liberación de carbono (C) de la lignina y la celulosa de los vegetales. Una reacción simplificada sería: Celulosa



Dióxido de carbono + Agua + Metano + Carbono

Durante la diagénesis, se incrementa la proporción de carbono, respecto a otros elementos químicos. Según la intensidad de la diagénesis, se forman los distintos tipos de carbones (véase Figura 7.34).

Los elementos que definen el patrón textural de las rocas detríticas son el tamaño de grano, la selección, la morfología de los clastos y el empaquetamiento.

Las turberas son zonas acuáticas de circulación de agua restringida con mala aireación y con actividad biológica casi reducida a la acción de bacterias anaeróbicas y de algunos hongos.

Información obtenida de: http://www.uam.es/personal_pdi/ciencias/casado/ GEORED/Sedimentarias/prac3.htm

Según la riqueza de carbono, o su capacidad de combustión, los carbones se clasifican en turba, lignito, hulla y antracita (véase Figura 7.35). Los distintos tipos de carbón son de edades distintas. Los de más proporción de carbono son los más antiguos.

cc Morfología de clastos

  

 

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Aunque se pueden medir varios parámetros como la esfericidad, el aplanamiento, etc., el grado de redondez es el dato morfológico de mayor interés, ya que es un dato indicativo de la historia del sedimento. Se distinguen clastos muy redondeados, redondeados, subredondeados, subangulosos, angulosos y muy angulosos.

 

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Fig. 7.33. Turbera en los Pirineos.

Información obtenida de: http://www.uam.es/personal_pdi/ciencias/casado/ GEORED/Sedimentarias/prac3.htm



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Fig. 7.34. Características y génesis de la turba, el lignito y la hulla.

• La turba tiene un contenido medio de carbono del 55 %. Aún conserva las estructuras vegetales. Proporciona entre 3 000 y 4 000 cal/g. Es el carbón más reciente. Desde un punto de vista geológico, la turba no se considera un carbón totalmente formado. • El lignito contiene alrededor del 70 % de carbono. Presenta estructura fibrosa. Proporciona entre 4 000 y 7 000 cal/g. • La hulla con tiene un 80 % de a) b) c) carbono. Es compacta y hojosa. Sobrepasa las 8 000 cal/g. • La antracita contiene más del 90 % de carbono. Compacta, negra, brillante y de fractura concoidea. Genera más de 8 000 cal/g. se considera una roca metamórfica porque ha sufrido presiones y temperaturas Fig. 7.35. Distintos tipos de carbones: a)turba, b)lignito, c)hulla y d)antracita. propias del metamorfismo.

cc Clasificación o selección de tamaños

145

Es la medida de la distribución de tamaños de un sedimento (frecuencia versus clases de tamaño). Una roca con una gran dispersión de tamaños de grano se dice que posee una pobre selección, mientras que una roca bien seleccionada muestra, por tanto, escasa variación en el tamaño de grano. La clasificación es indicativa de la historia del transporte del sedimento.

d)

145

Información obtenida de: http://www.uam.es/personal_pdi/ciencias/casado/ GEORED/Sedimentarias/prac3.htm

cc Empaquetamiento El espacio entre los clastos puede estar ocupado por un cemento (calcáreo, silíceo, ferruginoso o salino) o por material detrítico menor de 30 micras (matriz). El empaquetamiento puede caracterizarse en función del porcentaje de matriz frente al de clastos, observando si la roca presenta una textura grano-sostenida o matriz-sostenida. El empaquetamiento, entre otros factores, es indicativo de la densidad del medio de transporte del sedimento.

cc Tamaño de grano Se establecen tres clases en el tamaño de granos para rocas detríticas: cantos o bloques (> 2 mm), arenas (2 1/16 mm) y limos y arcillas (< 1/16 mm). Información obtenida de: http://www.uam.es/personal_pdi/ciencias/casado/ GEORED/Sedimentarias/prac3.htm

Fig. 7.14. Grano–sostenido.

Fig. 7.15. Matriz–sostenido.

Información obtenida de: http://www.uam.es/personal_pdi/ciencias/casado/GEORED/Sedimentarias/prac3.htm

169

07

Biología y Geología 1 El ambiente petrogenético sedimentario. Formación de rocas sedimentarias.

c

7. El ambiente petrogenético sedimentario

Lectura

7.6 Clasificación de las rocas sedimentarias

cc Diferencias entre calizas y dolomías

• El petróleo: es un tipo de roca combustíble muy especial porque no se encuentra en estado sólido. El petróleo se forma por la descomposición anaeróbica del plancton. Las aguas costeras y de plataforma continental son especialmente ricas en plancton. Algunos factores físico-químicos, como cambios de temperatura o de salinidad, pueden determinar la muerte masiva de cantidades ingentes de microorganismos. Para que los cadáveres de los organismos planctónicos no sean oxidados por las bacterias aeróbicas, es necesario que en cuanto se incorporen al fondo, queden recubiertos por sedimentos de grano fino, limos y arcillas, que constituyen la roca madre del petróleo. Este enterramiento rápido permite la acción de las bacterias anaeróbicas.

Las dolomías se originan como consecuencia de procesos postsedimentarios: las calizas pueden ponerse en contacto con aguas enriquecidas en magnesio, lo que da origen al proceso llamado dolomitización:

En el proceso de transformación de estos restos orgánicos intervienen, además de las bacterias anaeróbicas, la temperatura y la presión.

2 CaCO3 + Mg2+ CaMg (CO3)2 + Ca2+

En el proceso de formación del petróleo se distinguen los siguientes pasos:

Al ser la dolomita más densa y de estructura cristalina más compacta que la calcita, este proceso implica un aumento del volumen de huecos de la roca, es decir, de su porosidad.

Plancton ⇒

Kerógeno ⇒

PETRÓLEO

Junto con el petróleo también pueden encontrarse otros compuestos como son el gas natural, alquitranes y asfaltos. Un tipo de explotación de petróleo es el que tiene lugar en las plataformas petrolíferas (véase Figura 7.36).

También a diferencia de las calizas, texturalmente las dolomías no presentan apenas variabilidad, al tratarse de rocas recristalizadas. Como mucho, pueden preservar relictos texturales de la caliza original.

Actividad resuelta La empresa para la que trabajas como geólogo está considerando explotar los sedimentos de un río para extraer arenas necesarias en la fabricación de vidrio, para lo que se debe estudiar si la explotación de los sedimentos de ese río es rentable para extraer esas arenas. Sabiendo que explotar los sedimentos es rentable si su contenido en arenas es superior al 50 %, ¿aconsejarías realizar esta operación? ¿Qué procedimiento seguirías para tomar esta decisión?

Las dolomías, a diferencia de las calizas, no son solubles en agua, lo que impide el desarrollo de los procesos kársticos sobre ellas. Si tienen una cierta capacidad de almacenamiento de fluidos, relacionada con la porosidad secundaria que desarrollan durante el proceso de dolomitización.

146

Sapropel ⇒

Fig. 7.36. Plataforma petrolífera en Alaska.

La primera tarea que debes realizar es recoger una muestra de los sedimentos a analizar (por ejemplo, 100 g) y clasificarlos por tamaño con la ayuda de un tamiz: así sabrás qué cantidad tienes de grava, arenas, limo y arcilla (véase Figura 7.2). Después, debes establecer qué cantidad en peso tienes de cada tipo de sedimento. Obtienes los siguientes resultados: 28 g de sedimentos de entre 8 y 2 mm de diámetro, es decir, grava; 25 g de sedimentos de entre 2 y 1 mm de diámetro, arenas gruesas; 33 g de sedimentos de entre 1 y 0,062 mm de diámetro, arenas y arenas finas; 14 g de sedimentos de diámetro inferior a 0,062 mm, limo y arcilla.

Las dolomías no dan efervescencia en frío con un ácido diluido [HCl al 10 %], Las calizas sí la dan y eso nos puede ayudar a su identificación. Información obtenida de: http://www.uclm.es/users/higueras/yymm/ YM7.html

Ahora, establece qué porcentaje supone cada uno sobre los 100 g de sedimento recogido, y obtendrás la cantidad de arenas que ese sedimento proporciona. Haz la suma: ¡58 %! Por tanto, es rentable explotar estos sedimentos. Puedes aconsejar su extracción.

Tamaño de grano en milímetros

Peso de la muestra

Porcentaje en peso

8-2 mm (cantos, grava)

28 g

28 %

2-1 mm (arenas gruesas)

25 g

25 %

1-0,062 mm (arenas, arenas finas)

33 g

33 %

14 g

14 %

< 0,062 mm (limos, arcillas)

146

c Lectura

cc Generalidades sobre las arcillas Las arcillas están definidas como hidruros de silicato de grano fino y con una red cristalina arreglada en forma de capas. Las arcillas son los productos más comunes del intemperismo químico de rocas terrestres y reacciones autigénicas que ocurren en el agua de mar. Debido a su estructura cristalina, las arcillas son intercambiadores de iones muy eficaces. Las arcillas poseen una carga neta superficial negativa que les permite absorber cationes y materia orgánica. Lo anterior tiene un gran impacto en la composición química de ríos y agua de mar.

170

La sedimentación de arcillas es un proceso importante de transporte de cationes y materia orgánica a los sedimentos marinos. Las arcillas están siempre presentes en sedimentos marinos de los cuales, en general, representan la mayor parte. El término arcilla también es usado en geología para denotar un tamaño de grano < 2 μm. Caolinita y clorita generalmente se presentan con tamaños de grano superiores a los 2 μm. Información obtenida de: http://iio.ens.uabc.mx/Curso%20Internet%20Miguel%20Angel/2_Arcillas/ Arcillas.htm

Biología y Geología 1 El ambiente petrogenético sedimentario. Formación de rocas sedimentarias.

07

c Actividades

7. El ambiente petrogenético sedimentario 7.7 Yacimientos sedimentarios

2. Basando tus respuestas en la sección transversal geológica de la parte inferior, responde a las siguientes preguntas:

7.7 Yacimientos sedimentarios Son yacimientos minerales relacionados con los procesos externos de meteorización, erosión, transporte y sedimentación que ocurren en la superficie de la Tierra. Se les denomina yacimientos exógenos por estar relacionados con estos procesos geológicos.

Las letras A a la G identifican capas de rocas, y la Q representa una falla. Las líneas W, X, Y y Z son ubicaciones de discordancias. Las rocas no han sido plegadas.

Yacimientos debidos a la meteorización La meteorización puede originar acumulaciones de elementos químicos metálicos y minerales de interés económico, ya que puede concentrar elementos que estaban dispersos en la roca no meteorizada. Esta acumulación se denomina enriquecimiento secundario. La meteorización química elimina los materiales no productivos de la roca en alteración y deja los elementos deseables enriquecidos en la zona superior del suelo. Si la acción de la meteorización tiene lugar durante mucho tiempo, y sobre todo, en zonas donde no actúan otros fenómenos como la erosión, se genera entonces lo que se denomina procesos de intemperismo. Estos procesos tienen una gran importancia económica pues forman yacimientos de minerales explotables. Los más importantes son lateritas y bauxitas.

Aunque el aluminio es el tercer elemento geoquímico más abundante sobre la corteza terrestre, no es común encontrar concentraciones económicamente valiosas de este metal, ya que no se encuentra de forma elemental en la naturaleza, sino combinado formando una gran variedad de minerales. La mayor parte del aluminio aparece en los silicatos, de los que es extremadamente difícil de extraer.

A. ¿Qué roca o característica es la más antigua? 1 - roca A. 2 - falla Q. 3 - roca G. 4 - discordancia Z. B. Las discordancias mostradas en la sección transversal representan 1 - superficies erosionadas que se encuentran enterradas. 2 - ubicaciones de fósiles indicadores. 3 - depósitos de ceniza volcánica. 4 - límites entre la corteza oceánica y la corteza continental.

Lateritas y bauxitas Las lateritas son unos suelos rojos intensamente lavados presentes en los trópicos. Son ricos en óxidos de hierro y aluminio, y provienen de la meteorización química intensa y prolongada de una roca rica en hierro. En los climas cálidos y húmedos de los trópicos, minerales como los feldespatos y las micas se hidrolizan. Los elementos químicos que forman estos silicatos, como calcio, sodio y silicio, son eliminados por lavado o lixiviación, y sólo quedan de ellos óxidos de hierro y aluminio, que son insolubles y no desaparecen con el lavado. El hierro proporciona el color rojo. Algunos de los yacimientos de hierro más importantes del mundo son de este tipo, como los del estado de Minas Gerais, en Brasil. Las bauxitas son unas lateritas de aluminio. Provienen de la meteorización química intensa y prolongada de una roca rica en aluminio. Están compuestas por un agregado de minerales aluminosos en los que el aluminio está en forma de óxidos o hidróxidos (véase Figura 7.37). La gibbsita es el mineral más importante de las bauxitas lateríticas, y su fórmula es: Al (OH)3.

C. El movimiento del lecho rocoso a lo largo de la falla Q con toda probabilidad produjo 1 - blancos en el registro de rocas. 2 - un terremoto. 3 - un flujo de lava volcánica. 4 - zonas de metamorfismo de contacto.

Fig. 7.37. Bauxita.

La bauxita es una de las mejores menas de aluminio. Los países con más reserva de bauxita son Australia, Guinea y Camerún.

147

Yacimientos tipo placer D. ¿Qué roca es más probable que se haya formado en la zona de contacto entre la roca E y la roca F? 1 – obsidiana. 2 – metaconglomerado. 3 – pizarra. 4 – arenisca.

Los placeres son acumulaciones secundarias de minerales. Se originan por la sedimentación de minerales, que previamente han sido liberados y movilizados de yacimientos primarios que se encuentran en el área fuente del sedimento. Estos yacimientos contienen minerales densos, duros y resistentes a la meteorización y al transporte por corrientes de agua, como son el oro, el platino, el diamante y la casiterita (SnO2). Los placeres se forman por selección y acumulación de los minerales en determinada áreas de los ríos, torrentes, playas. Por ejemplo, estos depósitos se pueden acumular en las zonas de los ríos donde la velocidad se reduce y los materiales más densos son sedimentados, a la vez que continúa el transporte del resto. Una gran parte de la producción mineral de oro se obtiene de placeres actuales o fósiles.

147

LEYENDA

A W

Metamorfismo de contacto

B X C D F

Roca ígnea

Roca sedimentaria Y

Z

E

G Q

Actividad obtenida de: The University of the State of New York, Regents High School Examination.

171

07

Biología y Geología 1 El ambiente petrogenético sedimentario. Formación de rocas sedimentarias.

c

7. El ambiente petrogenético sedimentario

Lectura

7.7 Yacimientos sedimentarios

cc El carbón desde el punto de vista estratigráfico

La explotación aurífera de Las Médulas Las Médulas constituye un paisaje artificial formado por la explotación minera a cielo abierto realizada por los romanos durante los siglos I y II d.C. (véase Figura 7.38). Es una explotación minera de oro en un placer fósil.

 

   

 

 

 

 

    

 



Desde el punto de vista estratigráfico, el carbón es una roca sedimentaria organoclástica de grano fino, compuesta esencialmente por restos litificados de plantas, que aparece constituyendo secuencias características que reciben el nombre de ciclotemas.



 

El oro se encuentra disperso en los sedimentos de conos de deyección de antiguos torrentes de edad Miocena. Estos sedimentos están formados por limos, arenas, gravas con oro y cantos. El oro procede de la erosión de yacimientos primarios del área fuente del sedimento. La técnica empleada por los romanos para la explotación del oro fue la llamada por Plinio el Viejo «ruina montium». Consistía en minar todo el aluvión aurífero que querían abatir por medio de una serie de galerías y pozos. A continuación, se introducía agua en tromba, que comprimía el aire del interior y actuaba como un explosivo, derrumbando todo el monte. Después, se continuaba arrojando agua sobre el aluvión derruido, de modo que todo el lodo aurífero era arrastrado hasta los canales de lavado, donde las pepitas de oro más pesadas eran retenidas en el fondo por múltiples e ingeniosos medios, y el resto de las tierras, convertidas en barro y lodo, continuaban su recorrido hasta desaguar en el río Sil.

Utilidad de las rocas sedimentarias

Fig. 7.38. Las Médulas: situación geográfica y vista actual de la explotación.

En el siguiente cuadro resumen (véase Figura 7.39) tienes una síntesis de la utilización actual de las rocas sedimentarias: Materia básica

Utilidades

Industria del petróleo

Petróleo, gas, asfaltos

Fuente de energía

Industria del carbón

Carbón

Fuente de energía

Industria del Yeso

Yeso

- construcción: como aglomerado - decoración: moldes, jarros, figuras - en medicina: para inmovilizar facturas - en odontología: moldes de piezas dentales

Industria de la cerámica

Lutita, caolín, cuarzo, feldespatos

- material de contrucción: ladrillos, tejas - utensilios domésticos: vajillas, tiestos - objetos artísticos - productos industriales : reflactarios

Industria de los áridos

Arena y gravas de diferentes tamaños

- mortero: mezcla de agua, arena y un aglomera dor como cal, cemento o yeso. - hormigon: mezcla de grava, arena, agua y cemento

Industria del cemento

Calizas, arcillas y ciertos elementos correctores

- principal material aglomerador utilizado en la industria de la construcción

Industria de la cal

Caliza

Rocas ornamentales

Caliza

- desinfectante - industria química: obtención de carburo de calcio - agricultura: neutralizar suelos ácidos - construcción: blanquear, formar mortero

- construcción: revestimiento

Fig. 7.39. Cuadro resumen de la utilización de las rocas sedimentarias.

148

Actividad resuelta Si miras a tu alrededor, verás muchos objetos de tu vida diaria formados por aluminio, desde los envases de los refrescos hasta el bastidor de tu bicicleta. ¿Por qué el aluminio es tan utilizado en la actualidad?

Fig. 7.18. Ciclotemas.

La acumulación de restos vegetales se puede producir en el propio medio de vida de las plantas, o en medios distintos al de formación, como deltas, estuarios o albuferas. Esto permite diferenciar carbones autóctonos, formados en el propio medio de vida, y aloctónos, formados en un medio diferente al de vida: la materia vegetal ha sufrido un transporte, más o menos largo. Según el tipo de medio de formación, también se diferencian los carbones límnicos (formados en medios lacustres) y parálicos (formados en un medio marino). Uno de los medios sedimentarios más favorables para la acumulación de materia carbonífera que da origen al carbón son los deltas, cuyas secuencias estratigráficas normales son muy semejantes a las propias de los ciclotemas, constituidas por alternancias de capas de carbón con material arcilloso o arenoso. Información obtenida de: http://www.uclm.es/users/higueras/yymm/ YM9.html#T09Carbon

172

La razón está en el conjunto de propiedades que posee, que hacen de él uno de los metales más versátiles que se conocen.

puede formar láminas muy delgadas sin romperse, por lo que es muy útil para embalaje y recubrimiento de objetos. El metal puro es demasiado suave y débil para soportar deformaciones fuertes, pero esta propiedad mecánica se mejora formando distintas aleaciones con pequeñas cantidades de otros metales, lo que permite su utilización para la construcción de aeronaves y otros vehículos.

Tiene una baja densidad (2,7 g/cm3), por lo que los objetos hechos con este metal son ligeros. Tiene una alta resistencia a la tensión, es decir, puede estirarse o alargarse, y es maleable,

No se corroe y, además, no está involucrado con los sistemas vivos, por lo que se considera inocuo, y es utilizado como envase de productos alimentarios.

148

c Bibliografía recomendada PETTIJOHN, F J: Las rocas sedimentarias, EUDEBA, 2.ª edición, 1968. FOLK, R L: Petrology of sedimentary rocks, Hemphill, Texas, 1980. ADAMS, A E; MACKENZIE W S; GUILFORD, C: Atlas de rocas sedimentarias, Masson, 1997. BLATT, H: Sedimentary petrology, W H Freeman & Company, 2.ª edición, San Francisco, 1992. A E ADAMS, W S MACKENZIE, C GUILFORD; versión española, MARCELIANO LAGO SAN JOSÉ Y ENRIQUE ARRANZ YAGÜE: Atlas de rocas sedimentarias, Masson, Barcelona, 1997. W S MACKENZIE, A E ADAMS; versión española, MARCELINO LAGO SAN JOSÉ Y ENRRIQE ARRANZ YAGÜE: Atlas en color de rocas y minerales en lámina delgada, Manson, Barcelona, 1996.

Biología y Geología 1 Actividades

07

7. El ambiente petrogenético sedimentario Actividades

Actividades finales 1>

¿Qué son los sedimentos? ¿Cómo se clasifican los sedimentos? ¿Cómo se originan?

10>

¿Qué es un estrato? Explica y dibuja sus principales características.

2>

Realiza un histograma con los siguientes datos:

11>

¿Qué son los fósiles? ¿Para qué se utilizan?

12>

¿Cuál es la principal diferencia entre fósil viviente y fósil guía?

13>

Define roca sedimentaria. Haz un cuadro resumen con las principales clases de rocas sedimentarias.

14>

Explica las características de los distintos tipos de carbones. Data de forma relativa estos carbones.

15>

En las explotaciones de carbón, en minas de interior, el mayor enemigo de los mineros ha sido el gas grisú. Hoy en día, a pesar de contar con una tecnología de detección y unos sistemas de aireación de las minas, aún se producen muchas muertes por este gas debido a unas instalaciones deficientes, con mala aireación de las galerías.

Tamaño de grano en mm

Porcentaje en peso

32-16

0

16-8

0

8-4

0

4-2

5

2-1

25

1-0,5

40

0,5-0,25

20

< 0,25

10

Según su tamaño, ¿qué tipos de sedimentos detríticos están presentes? ¿Cuál es el tamaño dominante? ¿Te aventuras a decir el posible medio donde se han depositado? Y si entre el sedimento se hubieran encontrado fragmentos de juncos, ¿confirmarías tu anterior hipótesis?

3> 4> 5>

¿Qué es la decantación? ¿Qué es la meteorización? Enumera los tipos de meteorización.

16>

Enumera y describe las etapas de formación de un suelo. Ilustra tu descripción con una serie de dibujos.

17>

Relaciona los términos de la columna de la izquierda con los términos de la derecha.

Relaciona la meteorización con la formación de suelos y sedimentos.

6>

Explica la meteorización biológica.

7>

¿Qué son los medios sedimentarios? ¿Qué medios continentales son de alta energía?

8>

Haz un esquema que resuma los principales medios sedimentarios.

9>

Busca en enciclopedias o en Internet qué es el gas grisú. Además, investiga en Internet o en hemerotecas, en qué lugar del mundo y en qué mina ha sucedido la última tragedia por este gas.

¿Qué es la diagénesis? ¿Qué transformaciones produce en los sedimentos?

a) Edafología b) Estratigrafía c) Paleontología

1. Fósiles 2. Suelos 3. Estratos

18>

Busca en la biblioteca o en Internet el término «silicosis», y explica su significado.

19>

Explica en qué consiste la desertificación.

20>

Eres un buscador de oro y has encontrado un placer fluvial, pero te interesa encontrar el origen del mineral. ¿Cómo localizarías la roca madre de donde proviene el mineral acumulado en el lecho del río?

149

173

07

Biología y Geología 1 Actividades

7. El ambiente petrogenético sedimentario Actividades

21>

¿Qué características deben tener los minerales para que puedan formar yacimientos de tipo placer?

22>

Explica la génesis de las bauxitas y las lateritas.

23>

¿Qué son los áridos? Nombra los distintos tipos de áridos. ¿Para qué se utilizan?

24>

Lee el siguiente texto sobre el reciclado del aluminio: «En 1960, los envases de aluminio para bebidas eran prácticamente desconocidos, pero a principios de 1970 se habían utilizado más de 1,3 x 103 millones de libras [460g] de aluminio para estos recipientes. La razón de la gran popularidad del uso del aluminio en la industria de las bebidas es que se trata de un metal no tóxico, inodoro, insípido y ligero. Además, es conductor térmico, de modo que el fluido contenido en el recipiente puede enfriarse

PAU Lee el siguiente extracto del artículo aparecido en El País (17-06-2005), y contesta a las preguntas que se formulan al final. «El desierto avanza sobre el planeta. La ONU calcula que la desertificación forzará a 135 millones de personas a abandonar su hogar. La ONU destaca las causas de este problema a nivel mundial: 1. Las políticas que favorecen la sustitución del pastoreo por la agricultura, ya que el 65 % de los suelos secos (no desérticos) son apropiados para pastos, pero no pueden soportar los cultivos. 2. El sobrepastoreo, es decir, un pastoreo excesivo. 3. La falta de propiedad de las tierras por parte de los agricultores. Si los agricultores no disponen del control de las tierras (en régimen de propiedad o de cooperativa), carecen de incentivos para limitarse a prácticas sostenibles. La consecuencia es una explotación excesiva del suelo, que a su vez provoca escasez de agua, vaciado de los acuíferos, erosión y salinización, un conjunto de factores que estimula la desertificación. 4. La globalización. La supresión de las barreras comerciales, con el consiguiente aumento de la producción agrícola con vistas a la exportación, agrava la desertificación.

150

174

con rapidez. Sin embargo, este gran incremento en el uso del aluminio tiente desventajas. En Estados Unidos cada año se desechan más de 3 000 millones de libras de envases metálicos y de hojas del metal. Se generan basureros que cubren grandes extensiones de terreno. La mejor solución para este problema ambiental y la forma de evitar una rápida extinción de un recurso no renovable es el reciclado. La cantidad de energía eléctrica que se necesita para producir 1 mol de aluminio a partir de la bauxita es de 297 kJ, mientras que la energía necesaria para recuperar 1 mol de aluminio por fusión del metal (punto de fusión del metal: 660 ºC) y purificación es de 26,1 kJ». Adaptado de CHANG, R.: Química (6.ª ed.), McGraw-Hill, México D.F., 1999 ¿Cuales son los beneficios económicos del reciclado del aluminio?

5. Las prácticas dañinas en la gestión de las tierras: conflictos entre agricultores, incendios provocados para despejar las tierras o con otros fines, deforestación, malas prácticas agrícolas y contaminación de suelos. 6. El aumento del efecto invernadero que agrava la desertificación. La desertificación agrava el calentamiento: cuanto menos CO2 haya incorporado en forma de masa vegetal, más habrá en la atmósfera aumentando el efecto invernadero.» a) En el sur de España tenemos un problema de desectificación. ¿Qué causas de las señaladas por la ONU tienen mayor repercusión en nuestro país? b) Y en un país del Tercer Mundo, ¿cuáles crees que serán las causas de la desertificación? Centra la pregunta Se plantean cuestiones relacionadas con un texto que habla de la desertificación. Debes recordar Los conceptos que has estudiado en esta unidad referidos a desertización y desertificación. Resuelve la pregunta Lee atentamente el texto y recuerda las causas de desertificación explicadas en esta unidad.

Biología y Geología 1 Investigación científica 1

07

7. El ambiente petrogenético sedimentario Investigación científica

Investigación científica El carbón: energía, medio ambiente y economía «Los combustibles fósiles son recursos energéticos concentrados de alta calidad no renovables. Representan la mayor proporción de la energía consumida en nuestra sociedad. Hasta hace pocos años, su uso era rentable, pero en la actualidad, el petróleo y el gas natural incrementan sus precios día a día, y por esta causa, las miradas energéticas han vuelto al carbón, ya que, por ahora, ni la energía nuclear ni las energías alternativas, como la solar o la eólica, parecen capaces de satisfacer la demanda energética de nuestra sociedad. Pero la extracción y la combustión de suficiente carbón para satisfacer esta demanda tendrían un alto coste: el carbón barato produce cada vez más impactos ambientales. El carbón tienen hoy en día muchos usos, y especialmente como combustible en las centrales térmicas y en la industria del acero. ¿Qué problemas tiene el uso del carbón como fuente de energía? Es una energía contaminante. Genera impactos ambientales en su extracción y en su combustión. En su combustión se generan humos formados por: • Dióxido de azufre (SO2). El azufre contenido en el carbón forma este gas, principal causante de la lluvia ácida y del smog. • Dióxido de carbono (CO2). El carbón produce más dióxido de carbono por unidad de energía que cualquier otro combustible fósil. El CO2 es un gas de efecto invernadero que afecta al clima por atrapar el calor que de otro modo se disiparía en el espacio. • Óxidos de nitrógeno. La alta temperatura de las calderas de las centrales térmicas convierte el nitrógeno del aire en óxidos de nitrógeno, que pueden contribuir a la lluvia ácida y a la formación de ozono a ras del suelo.

• Partículas. Las partículas de carbón pueden perjudicar a las personas con trastornos cardiacos o respiratorios. El diseño de centrales térmicas más eficientes puede minimizar la contaminación generada por la combustión del carbón. La extracción del carbón se lleva a cabo en minas de interior o a cielo abierto. Ambas contaminan, pero los mayores impactos ambientales se generan en las explotaciones a cielo abierto el mineral sin labores subterráneas. Mediante este tipo de explotación se abaratan costes. La estrategia para minimizar el impacto es la restauración del terreno. Actualmente, las empresas mineras están obligadas por ley a restaurar el terreno. Las labores de restauración buscan recuperar los terrenos afectados por las explotaciones mineras. Para una buena restauración se deben seguir varios procesos. Antes de comenzar la explotación se debe recoger y guardar el suelo original. Después de hacer la explotación se debe configurar las escombreras, volver a extender el suelo original y revegetar las plataformas y los taludes realizados. El objetivo de estas actuaciones es conseguir un suelo estable que permita un uso agrícola y forestal a la vez que una integración paisajística de acuerdo con las características del entorno. Todo parece sencillo, pero en la realidad vemos explotaciones cuyas escombreras han colmatado valles fluviales y torrentes, aguas contaminadas y balsas de decantación con aguas negras; en definitiva, paisajes difícilmente recuperables. Se tardará muchos años en recuperar la vegetación y la fauna autóctonas y que el paisaje se acerque al original.»

Adaptado de: APPENZELLER, T.:, «El elevado coste del carbón barato», en National Geographic España (marzo, 2006).

Explotación de carbón a cielo abierto. Explotación por transferencia entre paneles Estercuel-Corta Gargallo (ENDESA).

a) Comenta y explica la paradoja del carbón: «No podemos vivir sin él. Pero, ¿podremos sobrevivir con él?» b) Ventajas e inconvenientes del carbón como combustible fósil.

151

175

07

Biología y Geología 1 Investigación científica 2

Investigación científica 2 LAS ROCAS MÁS VIEJAS DE LA TIERRA @ Experimentos realizados por Nicolás Dauphas, de la universidad de Chicago, han confirmado la naturaleza de algunas rocas encontradas en Groenlandia, las cuales podrían poseer la primera evidencia de vida sobre la Tierra.

oxígeno). Pero la atmósfera en la Tierra primitiva tenía mucho menos oxígeno que en la actualidad. ¿De dónde procedía este gas? La fotosíntesis, un proceso químico que señala la presencia de ciertas bacterias, podría ser la respuesta.

Las muestras estudiadas habían sido hasta ahora muy controvertidas. Algunos científicos habían dicho que dichas rocas contenían rastros de vida que hacían retroceder el registro biológico en la Tierra hasta hace 3 850 millones de años. Otros, en cambio, negaban este extremo, argumentando que las rocas habían existido originalmente en estado fundido, una condición inapropiada para la preservación de evidencias de vida. Pero Dauphas ha mostrado sin ningún tipo de ambigüedad que las rocas son sedimentos que fueron depositados en el fondo de un océano.

Fuente: Noticias de la Ciencia y la Tecnología.

Los microfósiles más antiguos conocidos, procedentes de Australia y no menos controvertidos, son de hace más de 3 400 millones de años. Los científicos han desviado ahora su atención hacia Groenlandia, donde podría haber pistas de actividad biológica incluso más primitiva. La controversia alrededor de las rocas de Groenlandia procede de los cambios que sufrieron a lo largo de la larga historia de la Tierra. En su enterramiento, fueron sometidas a altísimas presiones y temperaturas, que modificaron completamente su química y mineralogía. Los científicos encontraron problemas para determinar si eran ígneas (enfriadas a partir de un estado fundido) o sedimentarias (erosionadas y depositadas por el viento o el agua). Sólo las rocas sedimentarias podrían preservar evidencias de vida. La cuestión quedó finalmente resuelta con el uso de un espectrómetro de masas de última generación, instalado en el Field Museum. Con él se midieron con una alta precisión los isótopos del hierro preservados en las rocas de la costa sudoeste de Groenlandia y de la isla Akilia. Las variaciones en tales isótopos nos informaron sobre el tipo de proceso que formó cada roca, otorgándoles un origen sedimentario. Todas las rocas ígneas de la Tierra tienen una composición isotópica del hierro bastante semejante. En cambio, las procedentes de Groenlandia tenían una gran cantidad de variación. Ahora que sabemos que las rocas son sedimentarias, falta averiguar si efectivamente contienen evidencias de vida primitiva o no. Las primeras pistas, aunque circunstanciales, dicen que sí. Son rocas antiguas que han sido oxidadas (reaccionaron químicamente con

176

Artículo obtenido de: http://www.100cia.com/noticias/print.php? id=1105349568&archive=

Cuestiones sobre el artículo 1. Investiga cuáles son las relaciones isotópicas que diferencian a una roca ígnea y a una sedimentaria. 2. ¿Cuál crees que es la causa para que sólo las rocas sedimentarias sean fosilíferas? 3. Averigua algún indicio que haga suponer que la atmósfera primitiva era reductora, antes de que el oxígeno procedente de la fotosíntesis de organismos vivos la oxidara. 4. Ya que las rocas sedimentarias poseen una textura propia, ¿no podría utilizarse ese criterio para saber si se trata de rocas sedimentarias o no?

Respuestas a las cuestiones 1. La relación isotópica que las diferencia es K/Na. Esta relación es mucho más baja en rocas ígneas y asciende para rocas sedimentarias. 2. Porque a la temperatura a la que cristalizan las rocas ígneas y se transforman las metamórficas es muy superior a la que la materia orgánica es destruida, por lo que no aparecerán fósiles. 3. En rocas datadas de esa edad aparece un mineral llamado uraninita, que es un óxido de uranio muy sensible e inestable ante la presencia de oxígeno. En aquella época se encontraba en superficie y no se alteró, y se conservó hasta nuestros días aislada de este elemento y enterrada a grandes profundidades. 4. Se podría si la roca siguiera siendo sedimentaria, pero la profundidad a la que estuvo enterrada, con sus condiciones de P y T asociadas, la transformaron en una roca metamórfica. Lo interesante es saber que la roca era sedimentaria cuando se formó, no en la actualidad, pues implicaría que el agua ya ejercería su dinámica parecida a la actual y con ella surge la posibilidad de la aparición de vida sobre la Tierra.

Biología y Geología 1 Trabajo de laboratorio 1

07

7. El ambiente petrogenético sedimentario Trabajo de laboratorio

Trabajo de laboratorio Estudio de las rocas sedimentarias Objetivos Observación, descripción y estudio de algunas rocas sedimentarias.

Materiales • Muestras de rocas: — Detríticas: conglomerado, areniscas, lutitas. — No detríticas: caliza, evaporitas, carbones y petróleo.

Procedimiento Observa y describe las distintas rocas según los criterios del siguiente cuadro:

Nombre de la roca sedimentaria

Tipo de roca En las rocas detríticas: • Tamaño mayoritario de sedimentaria: a) Detrítica los sedimentos detríticos b) No detrítica: (tamaño que se observa con – Química mayor frecuencia) – Bioquímica • ¿De qué está compuesta la – Biogénica roca? ¿Qué reconoces? – Fragmentos de otras rocas – Minerales que reconoces – Presencia de fósiles

En las rocas no detríticas • Color • ¿De qué está compuesta? ¿Qué reconoces? – Minerales que reconoces – Presencia de fósiles – Restos de seres vivos en descomposición – Hidrocarburos

Observaciones de interés y utilidades de la roca

Estudio de los sedimentos de una zona geográfica

   

 

Este mapa geológico representa una zona formada por las rocas que aparecen en la leyenda.                 

  

2. ¿Dónde encontrarías materiales más angulosos, en el punto A o en el B? ¿Por qué? 3. Imagina que muestreas el punto A. Recoges 50 g de sedimento, los tamizas y obtienes los siguientes resultados: — — — —





En el mapa aparecen varios ríos que discurren a través de diferentes materiales. Contesta las siguientes cuestiones, que relacionan varios de los conceptos que has estudiado en esta unidad:

Sedimentos de 16-8 mm Ø: 2 g Sedimentos de 8-4 mm Ø: 15 g Sedimentos de 2-1 mm Ø: 15 g Sedimentos de 1-0,25 mm Ø: 10 g

Representa los sedimentos en un histograma, clasifícalos y estima a qué tipo pertenece la mayor parte de la muestra. 4. En relación al mapa geológico, ¿cuáles son las rocas madre de los sedimentos de los puntos A y B? 5. ¿Cómo pueden saber las edades de los sedimentos los autores del mapa geológico?

1. Si tomaras una muestra de los sedimentos del río del punto A, ¿qué tipo de sedimento encontrarías? ¿Y en el B?

152

177

07

Biología y Geología 1 Trabajo de laboratorio 2

Trabajo de laboratorio 2 CORTES DE TERRENO

Respuestas

Objetivo

1. Corte A: no se cumple el principio de superposición, pues éste nos dice que los estratos más modernos de una serie deberían estar situados por encima de los más antiguos, y en el corte aparecen los estratos mas modernos tanto por encima como por debajo de los más antiguos. Corte B: los estratos más antiguos se encuentran situados debajo de los más modernos, pese a que el paquete inferior se encuentre deformado, entonces sí se cumple el principio de superposición. 2. Corte A: los estratos más antiguos son los situados en la parte central del corte, con una edad de 290 millones de años. Corte B: los estratos más antiguos son los situados en la parte baja del corte. El resto de los estratos aparecen colocados según el principio de la superposición. 3. Corte A: primero se formó el estrato que está formado por las calizas de 290 millones de años, y después se fueron depositando sucesivamente la capa de areniscas de hace 280 millones de años, la capa de conglomerados de hace 270 millones de años y, por último, la capa de arcillitas de hace 260 millones de años. Después de que se depositaran todos los sedimentos, se produjo una gran orogenia que plegó toda la secuencia. Esto explica que los materiales que forman la capa situada más abajo y la situada más arriba sean los mismos, y que en el medio haya dos capas de un mismo material, que formaría el núcleo del pliegue. Se trataría de un pliegue sinclinal que tendría la siguiente forma:

Que el alumno se relacione con los procesos sedimentarios y tectónicos asociados y las secuencias sedimentarias generadas por estos procesos.

Material Los cortes que se adjuntan y lápices de colores para realizar los esquemas.

Procedimiento Observa los siguientes cortes del terreno y responde a las cuestiones. arcillas de 260 m.a. conglomerados de 270 m.a. areniscas de 280 m.a. calizas de 290 m.a. areniscas de 270 m.a. conglomerados de 270 m.a. arcillas de 260 m.a.

Corte A

arcillas de 225 m.a. conglomerados de 250 m.a. areniscas de 260 m.a. calizas de 260 m.a. arcilla y arenisca de 280 m.a. calizasde 285 m.a. conglomerados de 300 m.a. Corte B

Cuestiones 1. ¿Se cumple el principio de superposición de estratos en el corte A?, ¿y en el B? ¿Por qué? 2. ¿Cuáles son los estratos más antiguos en el corte A?, ¿y en el corte B? 3. ¿Cómo se ha podido formar la inversión de estratos en el dibujo del corte A? Propón una hipótesis para explicar cómo se produjo dicha inversión. Haz esquemas para apoyar tu explicación.

Conclusión …................................................................................ .................................................................................... ................................................................................... ................................................................................... ...................................................................................

178

Corte B: primero se depositaría el de conglomerado de 300 millones de años, después las calizas de 285 millones de años, las arcillitas y areniscas de hace 280 millones de años, luego las calizas de hace 260 millones de años, después los conglomerados de hace 250 millones de años y, por último, la arcillitas de hace 225 millones de años. Todas las capas se depositaron de modo horizontal. El corte tiene esta forma debido a que cuando sólo estaban formados los estratos de los conglomerados (de 300 millones de años), las calizas (de 285 millones de años) y las arcillitas y areniscas (de 280 millones de años), se produjo una gran orogenia, que hizo que las capas bascularan. A continuación se produciría una etapa de erosión y no depósito y posteriormente, sobre el conjunto, se depositarían siguiendo los principios de superposición de estratos y horizontalidad original el resto de las capas.

Basado en información obtenida de: http://users.servicios.retecal.es/tpuente/cye/cristinamillara/ ejerc10.htm

Biología y Geología 1 Examen

07

Examen Sólo hay una respuesta correcta por pregunta. Si respondes a más de una opción, la pregunta se considerará mal contestada. Cada respuesta bien contestada es 1/3 de punto, y cada una mal contestada restará 0.1 puntos. Aprobará quien supere la nota de 5 puntos. 1. Un sedimento es un material a. procedente de la erosión de otros materiales. b. que ha sido transportado por un agente geológico externo. c. suelto, sino ya sería una roca. d. Todas son correctas.

2. En las rocas sedimentarias, el cemento micrítico es un elemento textural a. terrígeno. b. aloquímico. c. ortoquímico. d. Ninguna es correcta.

3. Cuando la carga de una corriente es menor que la capacidad de esa corriente, se produce a. sedimentación. b. erosión. c. sólo transporte. d. un aumento de la salinidad.

4. A mayor velocidad del fluido, éste tenderá a ser más a. laminar b. lento. c. turbulento. d. Ninguna es correcta.

5. La zona de llanura deltaica se define como a. parte del delta no afectada por las mareas y oleaje de tiempo normal. b. parte del delta sumergida. c. parte del delta emergido. d. Ninguna es correcta.

6. La diferencia entre un ripple y una duna es a. el tamaño. b. la estructura interna. c. el medio sedimentario. d. el clima.

7. Los medios sedimentarios marinos con mayores tasas de sedimentación son a. las llanuras mareales. b. las plataformas continentales. c. los deltas. d. los pelágicos.

8. Un valor alto de φ (>4) en una granulometría, corresponde a tamaños de a. gravas. b. arenas. c. bolos. d. finos.

9. Las caras de avance de un ripple o duna (asimétricos) tienen una pendiente a. mayor que la de la cara de avalancha. b. menor que la de la cara de avalancha. c. igual que la de la cara de avalancha. d. Depende del tamaño del ripple o duna.

10. La definición de textura de las partículas sedimentarias incluye su a. tamaño. b. densidad. c. forma. d. Todas son correctas.

11. En las rocas sedimentarias, los aloquímicos corresponden a a. partículas procedentes de fuera de la cuenca sedimentaria, carbonatadas o no. b. partículas carbonatadas procedentes de la propia cuenca sedimentaria. c. precipitados carbonatados micríticos y esparíticos. d. Ninguna es correcta.

12. Una partícula comienza a moverse en un fluido cuando a. las fuerzas cohesivas y gravitacionales superan a las ascensionales y de arrastre. b. las fuerzas ascensionales y de arrastre superan a las cohesivas y gravitacionales. c. las fuerzas cohesivas y de arrastre superan a las ascensionales y gravitacionales. d. Ninguna es correcta.

Respuestas: 1. d

7. b

2. c

8. a

3. b

9. b

4. a

10. d

5. a

11. a

6. a

12. b

179

08

Biología y Geología 1 La organización de los seres vivos

08 La organización de los seres vivos

1. Niveles de organización de la materia El más humilde organismo, la más simple bacteria, es ya una coalición formada por un número enorme de moléculas.

2. El origen de la vida 3. La base química de la vida

François Jacob 4. La célula

Biología y Geología 1 La organización de los seres vivos

c Identificación de la Unidad En el contenido de la Unidad se trata de que los alumnos sean capaces de imaginar, a través de los diferentes niveles de la materia, cómo se parte de las partículas subatómicas hasta llegar a los seres vivos, las relaciones entre éstos, y su relación con otros seres vivos en el medio en que viven, siguiendo un orden de complejidad creciente. También que, tras analizar la célula como la parte más sencilla que posee vida, los alumnos sean capaces de establecer las diferencias entre los distintos tipos de células y de identificar las principales funciones de éstas como seres vivos.

c Objetivos didácticos 1. Analizar los diferentes niveles en los que puede estructurarse la materia viva, con el fin de facilitar su estudio. 2. Distinguir, desde el primer nivel al último, el aumento de complejidad de los mismos. 3. Reconocer que los seres vivos presentan características que los diferencian claramente de la materia inerte. 4. Identificar a la célula como la unidad estructural y funcional de los seres vivos, reconociendo los diferentes tipos de células y su importancia biológica.

c Contenidos cc Conceptuales

1. Los niveles de organización de la materia. 2. El origen de la vida. 3. La base química de la vida. 4. La célula.

cc Actitudinales 1. Valorar la importancia de que todos los seres vivos estén formados por unidades que son iguales estructural y funcionalmente. 2. Respetar las opiniones de los científicos que establecieron sus teorías, tras un trabajo exhaustivo, y que siguen teniendo actualidad a pesar de que las condiciones de trabajo no coinciden con las actuales. 3. Ser consciente de la importancia de los avances de la ciencia, y del trabajo de muchos hombres y mujeres que contribuye a la mejora de nuestras condiciones de vida.

cc Procedimentales 1. Establecer las características que identifican a los diferentes niveles de organización de la materia. 2. Resolver las actividades propuestas en el texto. 3. Utilizar vocabulario científico necesario. 4. Experimentar en el trabajo de laboratorio: extracción de ADN, observación de tejidos vegetales y del proceso de ósmosis. 5. Rotular dibujos sencillos de las diferentes células y de sus orgánulos, identificando a éstos con la función que realizan. 6. Seleccionar material para algún trabajo relacionado con el contenido de la Unidad, resumirlo, exponerlo y extraer conclusiones del mismo. 7. Analizar alguna noticia de actualidad, de prensa oral o escrita, relacionada también con el contenido de la Unidad.

08

c Metodología 1. Materiales y recursos: • Libro de texto. • Libros de consulta. • Dibujos y esquemas identificativos de las diferentes moléculas o de los diferentes tipos de células. • Imágenes obtenidas con el microscopio electrónico, con el fin de que se familiarice con ellas el alumnado. • Manejo del microscopio óptico. • Actividades recomendadas relacionadas con la Web. 2. Organización de espacio y tiempo: • Indicar si son actividades de aula, de laboratorio, de campo, etcétera. • El tiempo es tarea del departamento o del profesor, ya que hay que tener en cuenta el calendario escolar y el grupo con el que se está trabajando.

c Criterios de evaluación 1. Conocer el orden de complejidad que sigue la materia desde las partículas subatómicas hasta llegar a los organismos, así como las relaciones intraespecíficas e interespecíficas. 2. Comprender la importancia de la célula como la parte más simple que tiene vida. 3. Establecer las diferencias existentes entre los distintos tipos de células. 4. Describir las diferentes funciones que realiza la célula y que la caracteriza como ser vivo. 5. Conocer y aplicar algunas de las técnicas de trabajo utilizadas en la investigación de nuestro planeta por las distintas ramas de la ciencia (geología, botánica, ecología, etcétera). 6. Contrastar diferentes fuentes de información y elaborar informes relacionados con problemas biológicos y geológicos relevantes en la sociedad.

c Materiales didácticos en el CD Esta Unidad es de gran importancia, pero especialmente para aquellos alumnos que continúen los estudios de biología en 2.º de bachillerato. Por la dificultad que tiene para ellos el reconocimiento de moléculas y estructuras, presentamos una gran cantidad de material complementario que consideramos muy útil, tanto para facilitar el trabajo del profesor en el aula, como para que los alumnos puedan comprenderlo más fácilmente y trabajarlo individualmente. Entre el material complementario que presentamos queremos destacar: • Animaciones: entre ellas las relativas a las bases de química orgánica que el alumno debe conocer, la célula y los procesos ligados a la expresión de la información genética. • Numerosas imágenes para apoyar las explicaciones, muchas de ellas pueden servir al profesor para proponer ejercicios o trabajos en el aula a los alumnos. • Actividades de repaso y refuerzo, como crucigramas, sopa de letras, verdadero/falso, etcétera, que servirán al alumno para reforzar conceptos. Se recomienda, por ejemplo en la actividad de sopa de letras, poner como ejercicio la definición de los conceptos que vayan apareciendo.

181

Biología y Geología 1 La organización de los seres vivos

c 154

8.1 Niveles de organización de la materia O: 47% Si: 28% Al: 7,9% Fe: 4,5% Ca: 3,5% Otros: 9,1%

A)

B)

O: 25,5% C: 9,5% H: 63% N: 1,4% Otros: 0,6%

Fig. 8.1. Comparación de los elementos mayoritarios que componen la corteza terrestre (A) y el cuerpo humano (B).

Toda la materia está formada por combinaciones de elementos químicos. La composición de la materia viva y la inerte, sin embargo, es diferente, ya que, aunque comparten algunos elementos, Éstos se encuentran en distintas proporciones (véase Figura 8.1). Así, los cuatro elementos más abundantes de la materia viva, hidrógeno, oxígeno, carbono y nitrógeno, aparecen en menor cantidad en la materia inerte. Abundan estos elementos y no otros porque, entre otras razones, pueden formar enlaces covalentes estables. El carbono es el elemento en torno al cual gira la vida en la Tierra, pero ¿por qué? Si recuerdas de la clase de química, el C puede establecer hasta cuatro enlaces covalentes con otros elementos. Pero, lo más interesante es que también puede unirse a otros C dando lugar a una gran variedad de estructuras (lineales, ramificadas, cíclicas) que forman el “esqueleto” (al cual se unen otros elementos químicos de la mayoría de las moléculas orgánicas (véase Figura 8.2).

Fig. 8.2. Los átomos de C se unen formando una gran variedad de moleculas orgánicas. En el enlace convalente, dos átomos comparten pares de electrones.

Existen estructuras moleculares cuyas características hacen difícil su inclusión en un tipo u otro de nivel: son los virus y los priones.

Recomendación didáctica

Los virus están formados por ácidos nucleicos rodeados de una capa de proteínas. No se mueven, no crecen y sólo son capaces de reproducirse en el interior de una célula a la que infectan. Causan numerosas enfermedades en el ser humano, por ejemplo, la gripe, el SIDA, etcétera.

En la presentación de los niveles de organización se recomienda poner ejemplos que sirvan para entender, de lo más simple a lo más complejo, cómo están hechos los seres vivos. Manejar conceptos como bioelemento, molécula, macromolécula, tejido, ecosistema… e ir asociando cada uno de ellos a algunos ejemplos, servirá para recordar contenidos de 3.º y 4.º de ESO y, al mismo tiempo, dará herramientas para las explicaciones. (Véase Tabla 8.1.)

Los priones son proteínas responsables de enfermedades como el «mal de las vacas locas».

Debido a esta gran variedad de estructuras que puede formar el átomo de carbono, la materia viva presenta una mayor complejidad que la inerte. La materia viva presenta distintos grados de complejidad estructural denominados niveles de organización. Cada uno de ellos se basa en el nivel previo y sirve de base para el siguiente. Así, los elementos que constituyen la materia se unen para formar moléculas, que a su vez se unen para formar estructuras cada vez más complejas, al igual que los elementos básicos que forman un edificio (ladrillos, baldosas,...). Los niveles de organización se dividen en dos grupos: abióticos y bióticos (véase Tabla 8.1). Los niveles abióticos son comunes a la materia viva e inerte. Algunas moléculas aparecen en los dos tipos de materia (como el agua y las sales minerales) y otras únicamente aparecen en la materia viva (como glúcidos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos). Los niveles bióticos sólo aparecen en la materia viva, y es la célula el primer nivel. La complejidad estructural de los organismos se incrementa cuanto mayor es el nivel de organización.

MATERIA INERTE

Es interesante que el alumno sea capaz de recordar los niveles, desde el subatómico hasta el de organismos pluricelulares, pensando en componentes de su propio organismo y siendo capaz de poner ejemplos concretos de cada nivel, utilizando una terminología apropiada.

Subatómico

Abióticos

1. Compara, desde el punto de vista de su composición química y de su complejidad estructural (niveles de organización), una roca como el granito o un protozoo. 2. Define: materia orgánica, materia inorgánica, propiedad emergente, materia viva, nivel de organización. 3. Ordena en una secuencia lógica y construye una frase coherente: a. Nucleótido, gen, carbono, ADN. b. ARN, protozoo, ribosoma, ácido nucleico. c. Tejido, estómago, célula, aparato. d. Población, ardilla, pinar. 4. ¿Qué diferencias existen, desde el punto de vista de su organización, entre un alga y una planta?

8.1 Niveles de organización de la materia

Bióticos

c

8. La organización de los seres vivos

Actividades de ampliación

NIVELES DE ORGANIZACIÓN

08

MATERIA VIVA Partículas subatómicas (protones, neutrones, electrones)

Atómico

Átomos

Molecular

Moléculas inorgánicas (agua, sales minerales, etc.)

Celular Orgánico Poblacional Ecosistema

- Moléculas inorgánicas (agua, sales minerales, etc.) - Moléculas orgánica (glucosas, aminoácidos, etc.) - Macromoléculas (glúcidos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos) - Orgánulos celulares (mitocondrias, cloroplastos, etc.) Célula Organismos unicelulares y pluricelulares Población Ecosistemas

Tabla 8.1.

Conviene dejar muy claro, utilizando ejemplos, que un elemento de un nivel se forma al asociarse, de forma organizada, elementos del nivel anterior.

154

Partículas subatómicas Protón, neutrón, electrón Átomos

Bioelementos: C, H, O, N, P, S…

Moléculas simples

Inorgánicas: H2O, sales minerales Orgánicas: monosacáridos, ácidos grasos, aminoácidos…

Macromoléculas

Disacáridos y polisacáridos, grasas, fosfolípidos, proteínas

Orgánulos celulares

Membrana, ribosomas…

Células

Neurona, espermatozoide, hepatocito…

Tejidos

Epitelial, muscular, nervioso…

Órganos

Estómago, hígado…

Sistemas y aparatos

Digestivo, nervioso

Organismo pluricelular Cualquier animal, vegetal… Población

Manada de lobos…

Ecosistema

Bosque…

Tabla 8.1.

182

c Lectura

cc Los niveles de organización Piensa en cualquier ser vivo, desde el microorganismo más simple hasta el animal más complejo. Está construido según un modelo estructural y de funcionamiento idéntico al de cualquier otro. Todos ellos están formados por los mismos tipos de átomos, por las mismas moléculas y presentan una organización básica semejante: están formados por células; obtienen energía para funcionar a partir de los mismos combustibles, utilizando los mismos procedimientos; se reproducen originando copias de su información genética para formar nuevas células que den lugar a sus descendientes. Es como si todos los seres vivos se hubieran originado a partir de un mismo antecesor, desde el cual han ido apareciendo distintas formas de vida, basadas en las anteriores, pero que se han ido diferenciando con el paso del tiempo, adaptándose a nuevas circunstancias ambientales y adquiriendo nuevas estrategias vitales.

Biología y Geología 1 La organización de los seres vivos

c Actividades de refuerzo

8. La organización de los seres vivos 8.2 El origen de la vida

5. Define los siguientes conceptos: niveles de organización, átomo, molécula, biomolécula. 6. Explica con un ejemplo la siguiente afirmación: el paso de un nivel de organización al siguiente implica un aumento en la complejidad y en la organización de la materia. 7. Nombra los niveles de organización abióticos y bióticos. 8. Ordena según su organización y haz una frase utilizando los siguientes términos: carbono, célula, proteína, tejido epitelial, aminoácido. 9. Agrupa los siguientes términos de tres en tres por niveles, indicando a qué nivel de organización pertenece cada grupo: Bioelemento — Carbono — Célula — Epitelial — Espermatozoide — Intestino delgado — Muscular — Músculo — Nitrógeno — Órgano — Óvulo — Tejido 10. Pon un ejemplo de órgano en plantas e indica algunos tejidos por los que esté formado.

8.2 El origen de la vida A lo largo de los tiempos han sido varias las teorías que han intentado explicar el origen de la vida. Sin embargo, y a pesar de los medios de que dispone hoy en día la ciencia, es imposible conocer con exactitud cómo se originó la vida, ya que se trata de un fenómeno único e imposible de reproducir en un laboratorio.

De la generación espontánea a Pasteur Las primeras ideas documentadas sobre el origen de la vida se remontan a la Grecia clásica, en la que destaca Aristóteles (siglo IV a.C.), quien afirmaba que los seres vivos surgían espontáneamente de la materia sin vida (del mar o del lodo). Esta teoría, conocida como doctrina de la generación espontánea, se mantuvo intacta hasta mediados del siglo XVII, cuando algunos científicos, no conformes con estas explicaciones, empezaron a investigar en este campo. Pero, ¿por qué en esta época se puso en duda una teoría aceptada durante siglos? Una de las principales razones es que cambia la forma de «hacer ciencia», los científicos empiezan a «experimentar» para probar sus teorías, mientras que hasta ese momento la ciencia se había basado fundamentalmente en la «observación». Los primeros experimentos que contradijeron la generación espontánea de los seres vivos los realizó el médico italiano Francesco Redi, en 1668, al demostrar que los gusanos que aparecían en carne putrefacta provenían de huevos depositados por moscas y que no se formaban espontáneamente a partir de la carne (véase Figura 8.3).

Fig. 8.3. Experimento de Redi que contradijo la teoría de la generación espontánea.

Sin embargo, en 1674 Anton Van Leeuwenhoek descubre unos microorganismos a los que denominó animáculos, lo que reaviva de nuevo la teoría de la generación espontánea. Casi cien años después, en 1768, los experimentos de Lazzaro Spallanzani vuelven a poner en duda esta teoría. Éste preparó caldo de carne, lo metió en frascos, los cerró bien y los hirvió durante cierto tiempo para destruir los microorganismos que pudiera haber. Al cabo de unos días comprobó que, mientras los frascos siguieran cerrados, no aparecían microorganismos, por lo que llegó a la conclusión de que no surgían espontáneamente del caldo, sino que provenían del aire.

1

c Páginas web

2

Imagen de la página web de la Universidad Politécnica de Valencia

Sin embargo, algunos científicos de la época que intentaron repetir este experimento observaron que sí aparecían microorganismos al cabo de unos días (probablemente porque no sellaron bien los frascos o utilizaron otras condiciones de tiempo o temperatura), por lo que no aceptaron la teoría de Spallanzani. En 1862, Louis Pasteur demuestra definitivamente que no existe la generación espontánea de los microorganismos y que éstos aparecían por el contacto del caldo con aire (como había supuesto Spallanzani).

155 3

cc Niveles de organización

4

http://www.euita.upv.es/varios/biologia/images/ Figuras tema1/Niveles.gif

Para ello, realizó un ingenioso experimento (véase Figura 8.4): preparó caldo, lo metió en unos matraces con el cuello doblado en forma de S y lo hirvió hasta esterilizarlo, dejando los matraces sin tapar. El caldo del interior permanecía estéril porque los microorganismos presentes en el aire quedaban atrapados en la curvatura del cuello y no podían llegar al caldo. De este modo, si se rompía el cuello o se inclinaba el matraz y el líquido llegaba al cuello, y se ponía derecho de nuevo, al cabo de un tiempo aparecían microorganismos. Pasteur demostró así que la teoría de la generación espontánea era errónea, pero, si los organismos no aparecían de la nada, ¿cómo y en qué momento surgió la vida?

08

cc BioCourse McGraw-Hill Fig. 8.4. Experimento de Louis Pasteur que refutó la teoría de la generación espontánea de los microorganismos.

155

Células A tejidos A óganos A sistema de órganos http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001_saladin/ folder structure/le/m8/s1/index.htm

cc Laurent Martorrell http://www.accreteil.fr/biotechnologies/doc biohum-niveaudorganisation.htm

183

08

Biología y Geología 1 La organización de los seres vivos

c

Páginas web

ccc

El origen de la vida

8. La organización de los seres vivos 8.2 El origen de la vida

cc BioCourse McGraw-Hill Teoría de la evolución química o evolución prebiótica En 1924 el ruso Alexander Oparin, y cuatro años más tarde el inglés John Haldane, trataron de explicar el origen de la vida mediante la teoría de la evolución química o evolución prebiótica.

http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001_gbio/ folder structure/ev/m4/s2/index.htm

Otra teoría sobre el origen de la vida es la panspermia, formulada por Svanté Arrhenius en 1908, que sugiere que la vida llegó a la Tierra procedente de otro planeta en forma de esporas bacterianas. Este origen extraterrestre ya fue propuesto en la Antigüedad (siglo V a.C.) por el científico griego Anaxágoras.

Según esta teoría, la vida pudo surgir a partir de materia inerte, mediante reacciones químicas. De esta manera, al irse enfriando la Tierra, los elementos químicos presentes en ella se combinaron para formar compuestos inorgánicos, que dieron origen a una atmósfera primitiva muy pobre en oxígeno y con grandes cantidades de hidrógeno, metano, amoniaco y vapor de agua. El enfriamiento paulatino de la Tierra permitió el paso del vapor de agua a estado líquido que, tras un largo periodo de lluvias, se fue acumulando y dio lugar a los océanos primitivos. La energía procedente de los rayos de las tormentas, el calor de los volcanes y la intensa luz ultravioleta del Sol a la que estaban sometidos estos mares, permitió la síntesis de moléculas orgánicas (ribonucleótidos, aminoácidos, etc.) a partir de otras inorgánicas disueltas en el agua. Tras millones de años, se fueron acumulando moléculas orgánicas que constituyeron el denominado caldo de cultivo primitivo. Estas moléculas orgánicas pudieron unirse y formar moléculas más complejas, como proteínas o lípidos. Las proteínas pudieron asociarse con los lípidos y formar membranas que, a su vez, formaron estructuras esféricas en cuyo interior quedó atrapado el material genético, a las que Oparín llamó coacervados. Estas moléculas esféricas pudieron evolucionar y originar los primeros seres vivos.

c Biografías

vapor de H2O

cc El origen de la vida y la evolución química 156

Francesco Redi (1626-1698). Médico y biólogo italiano que realizó investigaciones con diversos parásitos y otros animales, que le llevaron a refutar la generación espontánea. Realizó sencillos experimentos que le hicieron famoso y con los que intentó demostrar su teoría. Pasados los años, Louis Pasteur corroboró que los seres vivos sólo se originaban a partir de otros seres vivos. Lázaro Spallanzani (1729-1799). Biólogo y fisiólogo italiano que llevó a cabo investigaciones sobre la teoría de la generación espontánea. Tras varios experimentos demostró que los microbios venían del aire y que podía acabarse con ellos al hervir los alimentos. Su trabajo fue el inicio de lo que demostraría posteriormente Louis Pasteur. Louis Pasteur (1822-1895). Microbiólogo francés que utilizó, por primera vez, el método denominado pasteurización con el fin de destruir microorganismos productores de enfermedades, por ejemplo, en la leche. También trabajó en la fermentación del mosto de la uva y en cómo se transformaba el vino en vinagre. Todo ello le llevó a diseñar una serie de experimentos muy simples que acabaron con la idea de la generación espontánea. Alexander Oparin (1894-1980). Bioquímico nacido en Moscú que desarrolló una teoría sobre el origen de la vida. Expuso en ella que, al inicio de la historia de la Tierra, existía una atmósfera sin oxígeno y que podían haberse originado sustancias orgánicas simples en lo que él llamó el caldo primitivo y que, posteriormente, serían la base de la vida al aumentar de complejidad y evolucionar. También apuntó que los primeros seres vivos fue-

184

Agua en ebullición

Electrodos

Descargas eléctricas

vapor de H2O CH4 NH3 H2

Flujo de agua fría

Desde que se propuso esta teoría han sido muchos los científicos que han intentado demostrarla. Entre ellos destaca Stanley Miller, que, en 1953, consiguió sintetizar aminoácidos en el laboratorio mediante un experimento en el que reprodujo las condiciones de una supuesta Tierra primitiva (véase Figura 8.5). Mediante pruebas similares, otros científicos sintetizaron nucleótidos, azúcares y proteínas formadas por unos pocos aminoácidos. Aunque estos experimentos parecían indicar que la teoría de Oparin era posible, ésta no ha sido aceptada por varios motivos. Por una parte, estudios posteriores han demostrado que la composición de la atmósfera primitiva no era la que Oparin supuso cuando enunció su teoría. Por otra, aún no se ha conseguido sintetizar ningún organismo vivo en laboratorio. Además, no explica cuál fue el primer material genético necesario para reproducirse, si el ARN o el ADN. En este sentido, algunos estudios realizados en el siglo XX (en las décadas de los setenta y los ochenta) mostraron que determinadas moléculas de ARN eran capaces de sintetizar copias de sí mismas. Por esta razón, se piensa que el primer material genético fue el ARN y que, con el tiempo, el ADN, una molécula más estable, reemplazó al ARN como depósito de la información genética. Por otra parte, en los experimentos que se han hecho en laboratorio para sintetizar moléculas simulando la condiciones de la atmósfera primitiva, se han obtenido los componentes del ARN, pero no del ADN. Para algunos investigadores esto es una prueba más de que el ARN fue la primera molécula genética.

Condensador

Compuestos orgánicos en disolución acuosa

A pesar de todo, la teoría de la evolución química es la que está sirviendo de base para los distintos estudios que se realizan hoy sobre el origen de la vida. Fig. 8.5. Mediante este experimento, Miller sintetizó moléculas orgánicas a partir de compuestos inorgánicos sometidos a una fuente de energía.

156

ron, probablemente, heterótrofos. Estos hechos desataron enfrentamientos con sus contemporáneos pero, al pasar el tiempo, fueron aceptados gracias sobre todo a los experimentos con los que Stanley Miller los puso de manifiesto. Stanley Miller (1930-). Químico y biólogo nacido en California (EEUU) que se hizo famoso por el experimento llevado a cabo en 1953 sobre el origen de la vida. Consistió éste en utilizar mezclas gaseosas muy simples, simulando en el laboratorio una atmósfera como la primitiva, con lo que puso de manifiesto que, en esas condiciones, era posible que se originaran moléculas orgánicas con las que pudo originarse la vida.

Biología y Geología 1 La organización de los seres vivos

y análisis c Lectura de texto

8. La organización de los seres vivos 8.3 La base química de la vida

8.3 La base química de la vida

cc Bioquímica: lógica molecular de los organismos vivos

CEO

Como se ha indicado anteriormente, la materia viva presenta, debido a su composición química, mayor complejidad que la materia inerte. La vida es un proceso complejo difícil de definir. De hecho, nadie ha logrado dar una definición muy precisa para el proceso de la vida. Para diferenciar los seres vivos de la materia inerte se tiene en cuenta una serie de características propias exclusivas de los seres vivos. Éstas surgen como consecuencia de la compleja organización de la materia viva.

En el CD y en la CEO (centro de enseñanza on-line) creados para este proyecto podrás encontrar el siguiente material adicional:

Los objetos vivos están compuestos por moléculas inanimadas. Cuando se aíslan estas moléculas y se examinan individualmente, cumplen todas las leyes físicas y químicas que describen el comportamiento de la materia inanimada. Pero, a pesar de ello, los organismos vivos poseen atributos extraordinarios que no muestran los conjuntos de moléculas inanimadas. Si se examinan algunas de estas propiedades especiales, se puede abordar el estudio de la bioquímica con una comprensión mejor de las cuestiones fundamentales. [...]

Enlaces, bibliografía, actividades interactivas (fases de la mitosis, partes de la célula, sopa de letras de bioquímica) y animaciones (replicación, traducción, transcripción, solvatación, osmosis, etc.)

Las caracteristicas de los seres vivos son las siguientes: • Composición química: los seres vivos tienen una composición química característica. Están constituidos en su mayor parte por agua (entre el 60-90 %) (la mayoría de las reacciones químicas que ocurren en los seres vivos tienen lugar en medio acuoso). La parte no acuosa la forman, fundamentalmente, glúcidos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos. • Complejidad y organización: debido a su composición química característica, los seres vivos son más complejos y están más organizados que la materia inerte. • Necesidad de materia y energía: para mantener en orden su compleja organización, los seres vivos necesitan materia y energía, que obtienen del medio que les rodea. Mediante una compleja red de reacciones químicas utilizan esta materia y energía para mantenerse vivos y crear sus propias estructuras.

La materia viva posee diversas características que la identifican. (Características de los seres vivos.)

• Necesidad de catálisis: la catálisis consiste en la aceleración de las reacciones químicas. Es muy importante que las reacciones que se producen en ellos ocurran a la velocidad adecuada. Para ello intervienen ciertas proteínas, denominadas enzimas, que son catalizadores biológicos.

Uno de los atributos más conspicuos de los organismos vivos es que son complicados y muy organizados. Poseen estructuras internas intrincadas y contienen muchas clases de moléculas complejas. [...] Ello contrasta con que la materia inanimada de nuestro entorno, representada por la arcilla, la arena, las rocas y el agua del mar, está constituida usualmente por mezclas al azar de compuestos químicos relativamente simples.

• Mantenimiento de las condiciones internas: las reacciones químicas que suceden en los seres vivos sólo se producen bajo ciertas condiciones muy estrictas; por ello, es necesario mantener constantes esas condiciones en el organismo, proceso que se denomina homeostasis. Un ejemplo de homeostasis es el mantenimiento constante de la temperatura corporal, independientemente de cuál sea la temperatura ambiental. • Crecimiento y desarrollo: debido a que pueden fabrican sus propias estructuras mediante el aporte externo de materia y energía, los seres vivos crecen y se desarrollan. • Respuesta a estímulos: los seres vivos pueden captar estímulos (externos e internos) y responder frente a ellos elaborando una respuesta (función de relación). • Capacidad de reproducción: los seres vivos pueden dar origen a otros seres vivos idénticos o similares a sus progenitores. Para ello, existen unas moléculas que transmiten la información de generación en generación: los ácidos nucleicos. Estas moléculas controlan el crecimiento y el desarrollo de los organismos. • Capacidad de evolucionar: la transmisión de la información contenida en los ácidos nucleicos no es perfecta. Como consecuencia de esto, algunos organismos pueden presentar rasgos distintos a los de sus progenitores que faciliten su adaptación al medio. En este caso, los organismos con esos rasgos sobrevivirán y se desarrollarán más fácilmente que los que no los presentan. Esto es lo que se denomina selección natural (sobreviven los mejor adaptados). De esta forma se produce la evolución.

08

Fig. 8.6. Los seres vivos presentan características que les diferencian claramente de la materia inerte.

157

El atributo más extraordinario de los seres vivos es su capacidad de autorreplicarse, propiedad que puede considerarse como la verdadera quintaesencia del estado vital. Las mezclas de materia inerte no muestran capacidad aparente para desarrollarse y reproducirse en formas idénticas en masa, forma, tamaño y estructura interna, generación tras generación. [...] La lectura completa podrás encontrarla en el CD del profesor.

c Recomendación didáctica Es conveniente hacer ver a los alumnos que el experimento de Miller pretendía reproducir las condiciones (llegada de radiaciones del sol, descargas eléctricas de las tormentas) y la composición de la atmósfera primitiva (H2, CH4, NH3 y H2O, entre otros). Estos compuestos aportarían los cuatro bioelementos principales, por lo que simplemente se quería demostrar que lo que afirmaba Oparin era posible. Esto se confirma por la comprobación de que en los meteoritos también había materia orgánica, lo que demuestra que esas primeras fases de la evolución química se pudieron dar en otros lugares del universo, aunque no necesariamente las condiciones que permitieron la aparición de la vida.

157

El segundo es que cada parte componente de un organismo vivo parece desempeñar un propósito o función específica. Esto es verdad no solamente para las estructuras macroscópicas, tales como el corazón, los pulmones y el cerebro, sino también en las estructuras microscópicas intracelulares, tales como el núcleo. Aun los compuestos químicos, individualmente considerados, existentes en las células, como son sus proteínas y sus lípidos, desempeñan funciones específicas... El tercero de los atributos, que es el que se aproxima más a la esencia del proceso vital, es que los organismos vivos poseen la capacidad de extraer, de transformar y de utilizar la energía de su entorno, ya sea en forma de elementos nutritivos orgánicos o como energía radiante de la luz del sol. Esta energía permite a los organismos vivos el construir y mantener sus propias estructuras, complicadas y ricas en energía, el efectuar el trabajo mecánico de locomoción y llevar a cabo el transporte de materiales a través de las membranas. Los organismos vivos no se hallan nunca en equilibrio consigo mismos o con su entorno. Por otra parte, la materia inanimada no utiliza la energía con el objeto de mantener su estructura o para efectuar trabajo; más bien, cuando se abandona a sí misma, tiende a descomponerse y a alcanzar a lo largo del tiempo un estado más desordenado, llegando a establecer un equilibrio con su entorno.

185

08

Biología y Geología 1 La organización de los seres vivos

c Información complementaria

8. La organización de los seres vivos 8.3 La base química de la vida

cc Los grupos funcionales

Los bioelementos

Puede ser importante, pensando en el curso que viene, que el alumnado vaya familiarizándose con los grupos funcionales y que sea capaz de identificarlos en una biomolécula, conocer sus propiedades y saber en qué biomoléculas orgánicas están presentes.

Los elementos que forman los seres vivos se denominan bioelementos. De todos los elementos químicos conocidos, 70 forman parte de los seres vivos, es decir, son bioelementos. Éstos se clasifican en:

Sodio e hipertensión El sodio es un elemento esencial. Sin embargo, hábitos alimenticios inadecuados hacen que muchas personas ingieran hasta ocho o diez veces más de lo necesario (exceso de sal en las comidas, comidas preparadas, quesos, snack, embutidos...). El exceso de sodio puede producir hipertensión arterial: la sangre circula por las arterias a una presión más alta de lo normal, lo que afecta a las arterias, al corazón y al riñón. Esto puede acarrear infartos, trombosis, piedras en el riñón.

• Bioelementos primarios o macroelementos: son los más abundantes y constituyen aproximadamente el 96 % del total de la materia viva. Son el oxígeno (O), el carbono (C), el hidrógeno (H) y el nitrógeno (N), y en menor proporción, el fósforo (P) y el azufre (S). La principal función de los macroelementos es la formación de biomoléculas. • Bioelementos secundarios: se denominan así porque se presentan en menor proporción que los anteriores. Entre ellos están el calcio (Ca), el sodio (Na), el potasio (K), el magnesio (Mg) y el cloro (Cl). Desempeñan funciones muy variadas en los organismos. Por ejemplo, el calcio interviene en la coagulación de la sangre. • Oligoelementos: se encuentran en concentraciones inferiores al 0,1 %. Entre ellos están el hierro (Fe), el cobre (Cu), el cobalto (Co), el zinc (Zn), el yodo (I) o el flúor (F). Desempeñan funciones muy importantes, de modo que su carencia puede acarrear graves trastornos en el organismo. Así, por ejemplo, el déficit de hierro provoca anemia.

Actividades 1>

c 158

Si pudiéramos meter en un exprimidor el cadáver de un recién fallecido (pongamos por caso el de una persona de 70 kg) y le extrajéramos hasta la última gota de agua corporal, obtendríamos un amasijo de 25 kg de sangre en polvo, huesos, piel, nervios y tejidos deshidratados. Un análisis químico revela que básicamente todos éstos están fabricados con cuatro elementos: carbono (aproximadamente 12,5 kg), oxígeno (5,5 kg), hidrógeno (2 kg) y nitrógeno. Combinándolos adecuadamente, nuestro organismo obtiene los azúcares o hidratos de carbono, las grasas y las proteínas necesarias para su subsistencia. La lectura completa puedes encontrarla en el CD del profesor.

186

90 % 70 %

Las moléculas que forman los seres vivos se denominan biomoléculas. Éstas se diferencian en: inorgánicas (agua y sales minerales) y orgánicas (glúcidos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos). La unión, mediante enlaces químicos, de los bioelementos forma las biomoléculas o principios immediatos.

Biomoléculas inorgánicas No son exclusivas de los seres vivos, sino que aparecen también en la materia inerte. Cuando forman parte de la materia viva desempeñan funciones muy importantes que las hacen necesarias para el desarrollo de la vida. Son el agua y algunas sales minerales.

Esto es un hombre (más un 65 % de agua)

A unos pocos montoncitos de minerales quedaría reducido el cuerpo de una persona de 70 kg si se le despojara de sus principales constituyentes: 45 L de agua, 12,5 kg de carbono, 5,5 kg de oxígeno, 2 kg de hidrógeno, 2 kg de nitrógeno, 2 kg de calcio y 1 kg de fósforo. En proporciones mucho menores estarían: sodio (83/97 g), magnesio (20/28 g), hierro (3/5 g), potasio (115/131 g), cobre (100/150 mg), yodo (20/50 g), cinc (2/3 g), flúor, manganeso, cromo, selenio y molibdeno.

Se sabe que el déficit de Fe provoca anemia, uno de cuyos síntomas es el cansancio o la fatiga. Investiga por qué se produce este síntoma y qué pasaría si en vez de un déficit, hubiera un exceso de Fe en el organismo.

Las biomoléculas

Lectura

cc La organización de los seres vivos. Desde los átomos hasta las células: bioelementos ccc

El Fe forma parte de la hemoglobina. Esta proteína, que se encuentra en los glóbulos rojos, es la encargada de transportar el O en la sangre. De hecho, el O se une a la hemoglobina a través del Fe.

Agua

50 %

20 % Fig. 8.7. El contenido de agua varía de unos organismos a otros.

158

Notas

El agua es esencial para la vida. De hecho, es la molécula más abundante de los seres vivos, y constituye del 60 al 90 % de su peso. Este porcentaje varía según el tipo de organismos (véase Figura 8.7), de la edad (la proporción disminuye a medida que se envejece) y, sobre todo, de la actividad de las células. Así, las formas con vida latente presentan un bajo contenido en agua (20 % en semillas), mientras que tejidos como el muscular o el nervioso, más activos, presentan niveles del 75 y el 85 % de agua, respectivamente.

Biología y Geología 1 La organización de los seres vivos

08

c Actividades de ampliación

8. La organización de los seres vivos 8.3 La base química de la vida

cc Biolementos

El agua interviene en muchas funciones esenciales para el desarrollo de la vida: • Actúa como disolvente: es el medio en el que se desarrolla la inmensa mayoría de las reacciones químicas necesarias para la vida.

11. ¿Qué características químicas comunes al carbono, oxígeno, hidrógeno y nitrógeno hacen que éstos sean especialmente aptos como constituyentes de la materia viva? Relaciona cada propiedad con la ventaja que aporta a los seres vivos. 12. ¿Cuáles son los síntomas de la anemia? Relaciónalos con el papel que desempeña el bioelemento cuyo déficit la provoca y su papel en los seres humanos. 13. ¿Qué es la respiración celular? ¿Por qué se relaciona con la respiración de un organismo?

• Tiene función de transporte: la sangre o la savia, medios encargados del transporte de sustancias en animales y plantas, respectivamente, están formadas en una gran proporción por agua. También las sustancias de desecho se transportan en medios acuosos, como la orina. • Tiene una función bioquímica: interviene como reactivo en muchas de las reacciones químicas que ocurren en el interior celular (por ejemplo, participa en la fotosíntesis). • Tiene una función termorreguladora: amortigua los cambios de temperatura del organismo. Cuando hace calor, el cuerpo humano mantiene constante su temperatura porque parte de ese calor lo pierde al evaporar agua del organismo mediante el sudor. Otros animales, como perros o gatos, mantienen su temperatura corporal jadeando. • Mantiene la forma y la estructura de las células gracias a la presión que el agua del interior celular ejerce frente a presiones del exterior, al igual que el aire de un flotador evita que éste se aplaste si nos sentamos encima.

Actividades 2>

Nuestro organismo tiene que mantener un nivel de hidratación constante para funcionar correctamente, de modo que las pérdidas de agua que se producen han de ser repuestas. Una persona puede vivir más de un mes sin ingerir alimentos, pero apenas unos días sin beber agua. El organismo pierde diariamente, por término medio, en-

cc El agua

tre 2 y 3 litros de agua, aunque este volumen depende de otros factores (clima, actividad física, etc.).

14. ¿Por qué el agua disuelve a compuestos polares? ¿Por qué no es capaz de disolver las sustancias apolares? 15. ¿Qué diferencias hay entre un coloide y una disolución? 16. ¿Qué es el calor específico? ¿Qué es el calor de vaporización? ¿Qué relación tiene esta propiedad física con la función termorreguladora del agua?

Pero ¿cómo se producen esas pérdidas?, y ¿cómo se repone el agua? Investiga qué pasaría si una persona bebiera 7 litros de agua todos los días.

Sales minerales Las sales minerales pueden encontrarse en los seres vivos precipitadas o disueltas. Las sales minerales precipitadas constituyen fundamentalmente estructuras con función esquelética o de sostén, como huesos, caparazones o conchas (véase Figura 8.8). Las sales minerales disueltas se encuentran en forma de iones (Na+, Cl , K+, etc.). Desempeñan principalmente dos funciones: • Mantenimiento del equilibrio osmótico. Para entender esto empezaremos por ver en qué consiste la ósmosis: si se tienen dos disoluciones acuosas con distintas concentraciones de sales separadas por una membrana semipermeable (que deja pasar el agua, pero no las sales), el agua pasará de la disolución más diluida (hipotónica) a la más concentrada (hipertónica) hasta que ambas disoluciones tengan la misma concentración de sales (isotónicas), es decir, hasta alcanzar el equilibrio (véase Figura 8.9a). Las membranas de las células son semipermeables, de modo que si el interior de una célula tiene una concentración de sales distinta a la del medio que la rodea, se producirá una entrada o salida de agua en esa célula. Por ejemplo, si la concentración de sales en el interior de una célula es menor que en el exterior, se produce una salida de agua de la célula, por lo que ésta se encoge. Si la célula llegara a deshidratarse completamente, se produciría la muerte celular por plasmólisis (véase Figura 8.9b).

didácticos c Materiales en el CD y en la CEO

Fig. 8.8. Las sales minerales forman estructuras con función esquelética o de sostén. (Fotografía cedida por Pharmamar.)

Animación: formación de un puente de hidrógeno. Imágenes:

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c

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Lectura

cc El agua La vida sería impensable sin la existencia del agua, hasta nos podemos plantear asentarnos en un lugar distinto a la Tierra si en dicho lugar disponemos de agua. Antiguamente no existían sistemas de refrigeración, y uno de los métodos para conservar los alimentos era deshidratarlos, lo que nos indica que sin agua la actividad biológica se detiene. El agua en el interior de los seres vivos tiene que estar en estado líquido, si el agua se congela la actividad biológica también cesa. Como ves, otra forma de conservar los alimentos. En el interior de los organismos, tanto unicelulares como pluricelulares, el agua forma un medio continuo que permite a cualquier sustancia que reúna las características adecuadas, llegar de un punto a cualquier otro, La vida se originó en el agua y para salir de ella ha sido necesario que los seres vivos fueran capaces de mantener su medio interno húmedo, con independencia del medio externo.

• La molécula de agua. • Moléculas unidas por puentes de hidrógeno. • Acción disolvente del agua sobre los compuestos iónicos.

c Páginas web cc El agua

En estas páginas encontraremos una serie de animaciones sobre diversos aspectos de la estructura del agua y sus propiedades físico-químicas: Los puentes de hidrógeno, animación del St. Olaf College. http://www.stolaf.edu/people/giannini/ fl ashanimat/water/water.swf El agua: estructura de la molécula y disolución de compuestos iónicos, de Laurent Martorell. http://www.ac-creteil.fr/biotechnologies/ doc biochemistry-water.htm

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Biología y Geología 1 La organización de los seres vivos

c

8. La organización de los seres vivos

Actividades de ampliación

8.3 La base química de la vida

17. ¿Qué ocurre cuando tomamos algún alimento muy salado? ¿Cómo restablece el organismo la adecuada concentración de sales? 18. Cuando una persona está hospitalizada se le suele poner un suero en vena. ¿Cuál es la composición de ese suero? ¿Por qué? ¿Qué ocurriría si en vez de suero se le suministrase agua destilada? 19. Los enfermos de riñón se suelen someter a tratamientos de hemodiálisis. ¿Por qué? ¿En qué consiste la hemodiálisis? 20. ¿Qué le ocurre a un organismo cuando se deshidrata? ¿Por qué pueden ser tan graves las deshidrataciones, especialmente en los niños pequeños?

Si, por el contrario, la concentración de sales en el interior de la célula es mayor que en el exterior, entra agua dentro de la célula y ésta se hincha, produciéndose un aumento de la turgencia. Si entra demasiada agua, la célula puede incluso llegar a romperse por turgencia (véase Figura 8.9b). b)

c)

Por lo tanto, el equilibrio osmótico consiste en mantener constante la concentración de sales en el organismo. El pH se define como: pH = log 1/[H+]

Importantes procesos, como la absorción de agua por las raíces de las plantas o la absorción de agua en el intestino, se producen mediante ósmosis.

La escala de pH varía entre 0 y 14. Si el pH es igual a 7, el medio es neutro. Si es menor de 7, ácido, y si es mayor, básico o alcalino. Las sales minerales actúan como sustancias amortiguadoras porque controlan las variaciones de pH al unirse a iones H+ o OH , que son los responsables de que el medio se vuelva más ácido o más básico.

didácticos c Materiales en el CD y en la CEO

a)

Animación: ósmosis. Imágenes: ósmosis. Fig. 8.9. La entrada y salida de agua de las células se produce por: a) procesos de ósmosis. Si la diferencia de concentración de sales entre el medio externo e interno de las células es muy acusada, éstas pueden: b) Hincharse, aumento de la turgencia o encogerse hasta la muerte (plasmolisis) en célula animal, c) mismo procesos en células vegetales.

• Mantenimiento del equilibrio ácido-base: las sales ayudan a mantener constante el pH del organismo actuando como sustancias amortiguadoras. En el ser humano, el pH del organismo es neutro (entre 7,3 y 7,4, para ser más exactos).

160

Las sales minerales intervienen también en otros procesos fisiológicos importantes. Así, por ejemplo, el Ca2+ interviene en la contracción muscular y en la coagulación de la sangre, y el Na+ y el K+, en la transmisión del impulso nervioso.

Actividades

c

3>

Lectura

cc Sales minerales Podría parecer que se trata de las biomoléculas menos importantes, al fin y al cabo son componentes estructurales de los huesos, conchas y caparazones. Sin embargo, su presencia es imprescindible en la sangre, en el plasma intersticial y en los medios intracelulares. Cuando un deportista hace un esfuerzo que le lleva a la deshidratación es imprescindible que reponga rápidamente líquidos, pero no debe ingerir sólo agua, necesita también recuperar sales minerales. Por eso ha de tomar bebidas isotónicas: agua y sales en disolución, con una concentración equilibrada respecto a las sales que debe tener su organismo. La concentración de sales minerales debe mantenerse constante a toda costa, su exceso produce importantes desequilibrios, y deben eliminarse. Pero su déficit también tiene consecuencias desastrosas. El riñón es el órgano capaz de discriminar qué sales deben eliminarse y cuáles deben retenerse en la sangre y, así, ayudar a mantener ese difícil equilibrio que conocemos como homeostasis.

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Los peces de agua dulce viven en un ambiente hipotónico y los de agua salada, en uno hipertónico. Los peces de agua dulce excretan mucha orina y, además, muy diluida. Los peces de agua salada «beben» mucha agua y su orina es escasa y muy concentrada. Explica por qué ocurre esto en cada uno de los casos.

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PAU Pregunta de selectividad: Universidad de Zaragoza. (Septiembre de 2003)

Explique brevemente las funciones biológicas del agua y las sales minerales.

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c Páginas web

Estas páginas muestran: 1. la estructura de la molécula de agua y los puentes de hidrógeno; una tabla relacionando las propiedades del agua, la base química de éstas, y las funciones biológicas con las que se relacionan; por último, un vídeo (en inglés) sobre la transpiración en las hojas y su importancia para el ascenso de la savia bruta. 2. nos muestra el efecto de los ácidos, las bases sobre el agua y una escala de pH. 1.http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001_gbio/folder_structure/ce/m1/s3/index.htm 2.http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001 gbio/folder structure/ce/m1/s4/index.htm Gráficos del mundo: «¿Cómo funciona la hemodiálisis?» http://www.elmundo.es/elmundo/2001/graficos/agosto/semana4/hemodialisis/hemodialisis.html La ósmosis. Esta dirección presenta una animación realizada por Laurent Martorell: http://www.ac-creteil.fr/biotechnologies/doc_osmosis.htm La ósmosis. Esta dirección presenta una animación del St. Olaf College. Se aprecia muy bien el fenómeno de ósmosis y como disuelve el agua a las sales minerales: http://www.stolaf.edu/people/giannini/flashanimat/transport/osmosis.swf

Biología y Geología 1 La organización de los seres vivos

c Actividades de ampliación

8. La organización de los seres vivos 8.3 La base química de la vida

Biomoléculas orgánicas Estas moléculas son caracterísiticas de los seres vivos y se engloban en cuatro grupos distintos: glúcidos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos.

Glúcidos, hidratos de carbono o azúcares Los glúcidos son compuestos químicos formados por C, H y O. Desempeñan dos funciones fundamentales: energética (proporcionan energía para la realización de las funciones vitales) y estructural (forman la pared de células vegetales, caparazones de animales, etcétera). Los glúcidos se clasifican en distintos grupos según su complejidad estructural: monosacáridos, disacáridos y polisacáridos. • Monosacáridos: son los más sencillos; están formados por una sola molécula. Los más importantes son glucosa, fructosa, galactosa, ribosa y desoxirribosa (véase Figura 8.10). — Glucosa: se utiliza fundamentalmente como «combustible» para la obtención de energía. De hecho, es la molécula que más seres vivos utilizan (desde las bacterias hasta el hombre) como combustible energético. — Fructosa, presente en frutas y en la miel, y galactosa, en la leche y en la miel, tienen también función energética. — Ribosa y desoxirribosa: tienen función estructural, ya que forman parte del ARN y del ADN, respectivamente.

08

http://www.um.es/molecula/indice. htm http://www.biorom.uma.es/ contenido/index.html

21. Pon ejemplos de glúcidos que respondan a la fórmula general que justifica su denominación de hidratos de carbono y de otros que no, indicando su nombre y fórmula molecular. ¿Existe algún monosacárido que no responda a dicha fórmula general? Justifícalo. 22. La diabetes es una enfermedad relacionada con la glucosa. Explícalo de forma precisa. 23. ¿A qué se debe la intolerancia de algunas personas a la lactosa de la leche? ¿Por qué se produce una diarrea? 24. Las personas incapaces de digerir la lactosa de la leche, no tienen problemas para digerir el yogur. ¿Por qué? 25. Nuestro organismo es capaz, en general, de mantener una concentración de glucosa constante en el plasma sanguíneo. Explica el mecanismo mediante el cual lo consigue.

c Páginas web

Ejercicio de Laurent Martorell de reconocimiento de monosacáridos y disacáridos. http://www.accreteil.fr/biotechnologies/ doc biochemistry-glucidestructure.htm

161 Fig. 8.10. Estructuras lineal y cíclica de la ribosa y de la glucosa. Los azúcares en disolución suelen formar anillos, ya que así son más estables. Por eso, la glucosa se representa como un hexágono y la pentosa como un pentágono.

• Disacáridos: se forman por la unión de dos monosacáridos, mediante enlaces químicos. Tienen función energética y los más importantes son: sacarosa, lactosa y maltosa.

c Recomendación didáctica cc Función energética y de reserva energética

— Sacarosa: formada por glucosa y fructosa (véase Figura 8.11). Es el azúcar de uso doméstico que se obtiene de la caña de azúcar y de la remolacha. — Lactosa: formada por glucosa y galactosa. Presente en la leche y en derivados lácteos. — Maltosa: formada por dos glucosas unidas.

Es interesante diferenciar entre la función energética de los monosacáridos (su oxidación libera energía Fig. 8.11. Estructura de la sacarosa. en el proceso de respiración celular) de la función de reserva energética de polisacáridos como el al161 midón y el glucógeno, que el ser vivo fabrica para almacenar moléculas energéticas, en este caso, gluLos glúcidos son unas biomoléculas fundamentales para los seres vivos, cosa. En el caso de los polisacáridos, para obtener energía primero hay que más abundantes en la composición de los vegetales que en la de los aniromperlo (hidrolizar) y así liberar los monosacáridos y, a continuación, males. En estos últimos tienen un importante papel estructural, ya que someter a éstos a la respiración celular para obtener energía. la celulosa es un glúcido; pero para todos los seres vivos el combustible ideal es un glúcido, la glucosa. De hecho, al cerebro sólo le sirve la glucosa como fuente de energía. En el hombre, las reservas de glucosa son escasas, por eso es importante desayunar con una buena dosis de glúcidos (cereales, pan, fruta, zumo…) que al digerirlos nos aportarán abundante cc Los glúcidos glucosa, para abastecer al cerebro del combustible que le permitirá trabajar al cien por cien y obtener un buen rendimiento intelectual. Quizá no te resulte muy familiar el término glúcidos, seguro que te suena más la denominación hidratos de carbono. Esta denominación surgió para Para más información ver noticia del final de la Unidad: Glucosa nombrar a unas sustancias orgánicas que en su composición tienen cary energía para el cerebro. bono, hidrógeno y oxígeno en una proporción que llevó a pensar que se trataba de átomos de carbono hidratados. Nada más lejos de la realidad, (http://www.cubiro.com/articulos/salud/salud_desayuno.htm) pero éste no fue el único error de nomenclatura porque ni los glúcidos son hidratos de carbono ni todas las vitaminas son aminas, aunque sí son vitales. A pesar de ello, se trata de denominaciones totalmente arraigadas y aceptadas, contradicciones de la ciencia.

c Lectura

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Biología y Geología 1 La organización de los seres vivos

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8. La organización de los seres vivos

Actividades de ampliación

8.3 La base química de la vida

26. Los seres vivos almacenan sus reservas de glúcidos en forma de polisacárido en vez de como monosacárido. ¿Por qué? 27. ¿Qué es el cáncer de colon? Infórmate acerca de las causas por las que se puede producir. ¿Se puede prevenir de alguna manera?

La celulosa y otros componentes de la pared de células vegetales forman parte de la fibra alimentaria, que engloba todos aquellos componentes de la dieta que no pueden ser digeridos por el organismo al carecer éste de las enzimas necesarias. Al no ser digeridos, pasan por todo el tracto digestivo hasta llegar al colon, donde son eliminados con las heces.

didácticos c Materiales en el CD y en la CEO

La fibra tiene efectos muy positivos en el organismo, ya que se ha relacionado con la prevención del estreñimiento y del cáncer de colon.

• Polisacáridos: se forman mediante la unión de varios monosacáridos. Tienen funciones estructurales y/o de reserva energética: — Con función estructural, están la celulosa y la quitina. La celulosa está formada por la unión de muchas glucosas y forma parte de la pared de células vegetales. La celulosa es la molécula más abundante de la naturaleza, y constituye aproximadamente el 50 % de la materia orgánica. La quitina está formada por la unión de derivados de la glucosa y forma parte del esqueleto externo de los artrópodos. — Con función de reserva energética están el almidón y el glucógeno. Los dos están formados por muchas glucosas unidas. El almidón se encuentra en vegetales, y es muy abundante en cereales, patatas y algunos frutos, como castañas o bellotas. El glucógeno forma reservas energéticas en animales.

Sin embargo, algunos tipos de fibra, consumidos en grandes cantidades, producen efectos negativos, como flatulencia y dolor abdominal (ocurre con la fibra de algunas legumbres).

cc Los glúcidos Imágenes: • • • •

Alfa-glucosa. Beta-glucosa. Glucosa. Ciclación de la glucosa. Fig. 8.12. Aunque el almidón y la celulosa están formados por unidades de glucosa, se diferencian en el tipo de unión que hay entre ellas y en la estructura que presentan. Así, el almidón está ramificado y la celulosa está formada por células lineales de glucosas unidas.

Actividad resuelta Antes de hacer deporte se aconseja tomar alimentos ricos en almidón (por ejemplo, espaguetis, macarrones o patatas), sin embargo el “combustible” utilizado por las células es preferiblemente la glucosa. ¿A qué crees que se debe este consejo?

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El almidón está formado por moléculas de glucosa unidas. Las células sólo pueden utilizar como combustible moléculas sencillas, de modo que, para poder utilizar el almidón, se tienen que romper las uniones que hay entre las moléculas de glucosa para que éstas queden libres.

c Páginas web

Cuando se hace deporte, las células necesitan mucha energía; por lo tanto, precisan de mucha glucosa. Al tomar alimentos ricos en almidón, éste, al producirse la digestión, se va rompiendo y va liberando poco a poco moléculas de glucosa que las células utilizan según las van necesitando. Entonces, ¿no sería mejor tomar mucha glucosa?

En esta dirección de McGraw-Hill podemos ver la formación del enlace o-glucosídico entre la glucosa y la fructosa, para formar sacarosa, y la estructura de algunos polisacáridos. http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001 gbio/ folder_structure/ce/m1/s6/index.htm

Notas

La respuesta es que no. Los niveles de glucosa en sangre se tienen que mantener en un intervalo constante, ya que valores mayores o menores resultan peligrosos. Así, por ejemplo, una bajada de azúcar en sangre, lo que se denomina hipoglucemia, puede causar un coma. Cuando tomamos mucha glucosa, al ser una molécula sencilla, se absorbe rápidamente en el intestino, de modo que el nivel de glucosa en sangre aumenta rápidamente. En ese momento, el organismo pone en marcha mecanismos para retirar glucosa de la sangre hasta llegar a niveles normales. Esto se produce mediante la intervención de una hormona: la insulina. Hay personas en las que estos mecanismos fallan (por ejemplo, por falta de insulina) y aparecen enfermedades como la diabetes mellitus. Además, el exceso de glucosa que se retira de la sangre se transforma, mediante una serie de reacciones químicas, en grasa que se almacena en el tejido adiposo.

162

c Lectura

cc La importancia de la celulosa Seguramente habrás oído hablar de la fibra y de lo importante que es en la alimentación humana. Sin embargo, la fibra no tiene valor nutritivo para nosotros, es decir, no nos sirve como fuente de energía, ni nos aporta materia para construir nuestras macromoléculas, no nos aporta calorías. Pero tiene un alto valor dietético. ¿Qué cómo se entiende esto? Muy sencillo: nosotros no somos capaces de digerir la celulosa, por lo tanto, no podemos asimilar sus componentes y, al no llegar éstos a la sangre, nuestras células no los van a poder metabolizar. Es, en cierto sentido, como si no hubiéramos comido. La presencia de fibra en las heces ayuda a que éstas retengan más agua, así serán más blandas, lo que facilita su evacuación. Siendo esto importante, lo es más el hecho de que al evitar el estreñimiento, ayudan a prevenir el cáncer de colon, ya que, entre otras causas, el cáncer de colon está asociado a dietas ricas en grasas y pobres en fibra.

Elaboración propia.

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Biología y Geología 1 La organización de los seres vivos

c Actividades

8. La organización de los seres vivos 8.3 La base química de la vida

28. Sabes que existen grasas sólidas y grasas líquidas a temperatura ambiente. ¿Qué nombre recibe cada una de ellas? ¿Cuáles son las diferencias estructurales y en cuanto a sus propiedades físicas entre ambos tipos de grasas? 29. ¿Por qué los lípidos son insolubles en el agua? ¿Por qué, sin embargo, se pueden disolver en ciertos disolventes orgánicos? 30. ¿Por qué los fosfolípidos, siendo insolubles en agua, pueden disponerse en forma de bicapa entre dos medios acuosos? 31. Explica las diferencias entre un ácido graso saturado y otro insaturado.

Lípidos Los lípidos están formados principalmente por C, H y O, si bien algunos tipos de lípidos contienen también N, P y S. Se trata de un conjunto de moléculas con estructuras y funciones muy diversas. Sin embargo, tienen en común que se pueden disolver en solventes orgánicos, como la acetona o el cloroformo, pero no en el agua. Los principales grupos de lípidos son los ácidos grasos, grasas y aceites, ceras, fosfolípidos, esteroides y terpenos. Los lípidos más sencillos son los ácidos grasos. Están formados por una cadena de átomos de carbono a los que se unen átomos de H, y por un grupo carboxilo en un extremo (véase Figura 8.13). Los ácidos grasos pueden ser saturados o insaturados. Son saturados cuando los carbonos que forman su estructura se unen mediante enlaces sencillos. Son insaturados cuando algunos de los carbonos de su estructura se unen mediante enlaces dobles. Si sólo aparece un enlace doble, se llaman monoinsaturados, como por ejemplo, el ácido oleico, presente en gran cantidad en el aceite de oliva. Las grasas y aceites están formados por tres ácidos grasos unidos a una molécula de glicerol (un alcohol), por lo que reciben en conjunto el nombre de triglicéridos (véase Figura 8.13). Se diferencian en que, a temperatura ambiente, las grasas son sólidas y los aceites líquidos. Esto se debe a que los ácidos grasos que forman las grasas y los aceites son distintos. Así, las grasas están formadas principalmente por ácidos grasos saturados, mientras que en los aceites predominan los insaturados. Estas diferencias en su estructura afectan a la temperatura a la que se licuan o solidifican.

didácticos c Materiales en el CD y en la CEO

Fig. 8.13. Los ácidos grasos forman la estructura de los triglicéridos (grasas y aceites).

Imágenes:

Los fosfolípidos se parecen a los triglicéridos, ya que están formados por una molécula de glicerol unida a dos ácidos grasos y a una molécula de ácido fosfórico (al que se unen otras moléculas) (véase Figura 8.14). Debido a su composición, los fosfolípidos forman una estructura en la que se diferencian dos extremos: uno, que se denomina «cabeza», lo forma el ácido fosfórico y la molécula que lleva unida; se caracteriza porque es soluble en agua, por lo que se llama «extremo hidrófilo o hidrofílico». El otro, formado por los ácidos grasos, constituye la “cola” de la molécula, y se caracteriza por ser insoluble en agua, por lo que se denomina «extremo hidrófobo o hidrofóbico».

• Los ácidos grasos. • Comportamiento de los ácidos grasos en el agua.

c Lectura

Como se ha indicado anteriormente, los lípidos desempeñan funciones muy diversas: • Estructural: a nivel celular, los fosfolípidos y el colesterol un esteroide desempeñan un importante papel, ya que forman las membranas biológicas. Tanto el interior como el exterior de la célula están formados principalmente por agua. Los fosfolípidos tienen un extremo hidrófobo que, al unirse formando bicapas, aíslan el interior de la célula del exterior (véase Figura 8.15).

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cc Los lípidos Fig. 8.14. Estructura de un fosfolípido.

Se trata de un grupo de biomoléculas especiales, enormemente heterogéneo. Especie de cajón de sastre en el que se ha colocado a aquellas biomoléculas orgánicas que no eran ni monosacáridos ni sus polímeros, ni aminoácidos ni sus polímeros, ni nucleótidos ni sus polímeros. Lo único que tenían en común las biomoléculas orgánicas restantes era su insolubilidad en el agua, fruto de su carácter total o parcialmente apolar.

Fig. 8.15. Disposición de los fosolípidos para formar la bicapa lipídica.

163

c Páginas web

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Los lípidos son unas sustancias muy importantes para los seres vivos, aunque tienen mala prensa: las grasas, el colesterol… Moléculas imprescindibles, sin las cuales no podríamos vivir pero que, como tantas cosas en la vida, cuando se encuentran en exceso son perjudiciales. Elaboración propia.

En las siguientes direcciones de McGraw-Hill se puede ver la estructura de algunos lípidos e información (en inglés) acerca de las vitaminas. En la primera imagen se muestra una tabla con los distintos tipos de vitaminas, así como su papel en el organismo y los alimentos en los que están presentes.

Notas

http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001 saladin/folder structure/le/m3/s4/index.htm http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001 saladin/folder structure/ab/m5/s5/index.htm

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Biología y Geología 1 La organización de los seres vivos

c Actividades de ampliación

8. La organización de los seres vivos 8.3 La base química de la vida

32. ¿Por qué a veces se dice que los esteroides son anabolizantes? ¿Es correcta esa afirmación? 33. De qué manera intervienen la clorofila y el β-caroteno en la fotosíntesis. ¿Cómo se obtiene la energía química en la fase luminosa de la fotosíntesis? 34. El colesterol, ¿es bueno o malo? ¿Por qué? 35. Busca información acerca de cómo se transporta el colesterol a través de la sangre y de por qué el colesterol resulta perjudicial cuando se encuentra en elevadas cantidades en la sangre.

c

Páginas web

ccc

Infografías consumer.es

Por otra parte, estructuras como pelos, plumas, piel, frutos, hojas, etc., están recubiertas de ceras que sirven para dar consistencia y protección externa (impermeabilizante). Algunos órganos internos, como los riñones, están cubiertos de grasa que les protege de los golpes. Las grasas también actúan como aislante térmico. Por eso, algunos animales como focas, ballenas, manatíes, etc., tienen una gruesa capa de grasa que los aísla del frío (en algunas especies de focas, el grosor de esta capa puede ser de hasta 10 cm). • Reserva energética: los lípidos con función de reserva energética son las grasas (en animales) y los aceites (en vegetales). Las grasas se acumulan en el tejido adiposo de los animales, y los aceites, en frutos y semillas de las plantas. Debido a lo energéticas que son las grasas y los aceites (proporcionan 9 kcal/g frente a las 4 kcal/g de los glúcidos), algunos animales y vegetales acumulan grandes reservas de estas moléculas que utilizan cuando es necesario. Por ejemplo, los camellos, en su joroba, acumulan gran cantidad de grasa que utilizan como fuente de energía en la época en que el alimento escasea. Los vegetales acumulan aceites en frutos y semillas (como las aceitunas o las pipas de girasol) que serán utilizados cuando la semilla empiece a germinar para dar lugar a una nueva planta. • Otras funciones: hay lípidos con funciones variadas, por ejemplo: — algunas vitaminas, como la A (participa en la visión), la D (participa en el metabolismo del calcio) o la K (interviene en la coagulación de la sangre); — hormonas sexuales, por ejemplo, la testosterona, que controla la producción de espermatozoides; — pigmentos que actúan en la fotosíntesis (captando la energía del sol), como los carotenoides; — los ácidos biliares que actúan, al igual que el jabón, dispersando las grasas y favorecen así su absorción en el intestino.

cc A vueltas con el colesterol http://www.consumer.es/web/es/salud/infografias/swf/colesterol.swf

A vueltas con el colesterol El colesterol es necesario para el organismo, ya que forma parte de las membranas biológicas. Sin embargo, un exceso del mismo puede acumularse en las arterias formando depósitos. Estos depósitos dificultan la circulación de la sangre e incluso pueden llegar a taponar totalmente una arteria, con el riesgo que conlleva (por ejemplo, un infarto).

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El colesterol se encuentra presente en gran cantidad en alimentos de origen animal (huevos, carne, etc.), pero no en vegetales.

Actividades 5>

c Escenarios de error

cc Alimentos que contienen grasas de origen vegetal. Grasas y colesterol Las grasas que contienen ácidos grasos saturados inducen al hígado a fabricar colesterol, lo que puede generar problemas cardiovasculares por ello son más sanas las grasas insaturadas. Se suele decir que las grasas de origen vegetal son más sanas que las de origen animal, lo cual no es del todo cierto, ya que ello depende de los ácidos grasos que contengan las grasas. Del análisis de la tabla se pueden extraer conclusiones muy interesantes. Dentro de los ácidos grasos insaturados distinguimos los mono y los poliinsaturados. Estos últimos son esenciales, es decir, no los podemos fabricar pero nos son imprescindibles, por lo que es importante que estén presentes en nuestra alimentación.

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Cuando se produce un vertido de petróleo al mar, las aves que se impregnan de esta sustancia corren un grave peligro si no son tratadas a tiempo. Aparte de los efectos tóxicos producidos por los componentes del petróleo, la estructura de las plumas se rompe, de modo que pierden su capacidad de volar. Además, las plumas pierden sus propiedades impermeabilizantes. ¿Sabes por qué? ¿Qué consecuencias puede tener esto sobre las aves?

6>

Algunos animales, como los osos, almacenan durante el verano y el otoño grandes cantidades de energía en su organismo que consumen durante la hibernación (estado de letargo en el que pasan el invierno). De los dos tipos de moléculas que existen para almacenar energía, ¿cuál utilizarán?, ¿por qué?

164

Ácidos grasos saturados Grasa de coco Mantequilla Leche Grasa de palma Carne de cerdo Huevo Carne de pollo Pescado azul Aceite de oliva Aceite de girasol Aceite de maíz

Ácidos grasos monoinsaturados

Ácidos grasos poliinsaturados

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Obsérvese que las grasas que más se utilizan en repostería industrial son las de coco y de palma, con elevadas proporciones de ácidos grasos saturados.

Biología y Geología 1 La organización de los seres vivos

c Actividades de ampliación

8. La organización de los seres vivos 8.3 La base química de la vida

Proteínas

36. Explica y representa la formación de un dipéptido, y señala el enlace peptídico. 37. ¿De qué manera influye la secuencia de aminoácidos en las demás estructuras de las proteínas? 38. ¿Qué relación guarda la información de un gen con la proteína que codifica? 39. ¿Qué es una mutación génica? ¿Qué consecuencias puede tener? ¿Por qué? 40. Describe el procedimiento de obtención del yogurt a partir de la leche. Justifica el cambio de aspecto que sufre la leche al transformarse en yogur. 41. ¿Qué son los anticuerpos? ¿Qué células los fabrican? ¿Cuál es su función? 42. El catabolismo de los aminoácidos produce amoníaco, ¿por qué? ¿Cómo se deshace nuestro organismo de ese desecho?

Las biomoléculas orgánicas más abundantes en los seres vivos son las proteínas. Estructuras tan diferentes como el pelo, las uñas o las telas de araña están formadas por proteínas. En cuanto a su composición, están formadas, fundamentalmente, por C, O, H y N, y pueden contener también S y, con menor frecuencia, otros elementos (Cu, Mg). Respecto a su estructura, están formadas por aminoácidos unidos entre sí, que se caracterizan por poseer, unidos a un átomo de carbono, un grupo amino, un grupo carboxilo, un hidrógeno y un grupo variable característico de cada aminoácido (véase Figura 8.16). De los aminoácidos que se conocen, 20 tipos comunes forman las proteinas. Éstos se combinan para dar lugar a infinidad de proteínas distintas, al igual que las letras del alfabeto se combinan para formar palabras. Las proteínas, además de formar estructuras, desempeñan otras muchas funciones: • Estructural: a nivel celular constituyen estructuras como la membrana plasmática o constituyen estructuras como el citoesqueleto, cilios y flagelos. Además, forman estructuras como el pelo, las uñas, el colágeno de los cartílagos, etcétera. • Transportadora: las proteínas actúan como vehículos de transporte. Por ejemplo, la hemoglobina transporta el oxígeno en la sangre desde los pulmones a los tejidos.

Fig. 8.16. a) Estructura general de un aminoácido; b) estructura del aminoácido alanina.

Otro ejemplo son algunas de las proteínas que forman parte de la membrana plasmática y que facilitan que determinadas sustancias, por ejemplo, un aminoácido, atraviesen la membrana y entren en el interior de la célula. • Enzimática: una de las características de los seres vivos es la necesidad de catálisis, que consiste en la aceleración de las reacciones químicas, para que se produzcan a una velocidad adecuada. Esta función la llevan a cabo las enzimas, que se definen como biomoléculas con actividad catalítica o biocatalizadores. Resultan imprescindibles para la vida, ya que actúan favoreciendo la inmensa mayoría de las reacciones químicas que tienen lugar en los seres vivos (por ejemplo, la digestión de los alimentos). Pero, ¿cómo actúa una enzima? Para catalizar una determinada reacción química la enzima se une a la sustancia que quiere modificar, que recibe el nombre de sustrato. Las enzimas llevan a cabo diversas modificaciones, como romper enlaces químicos o formar nuevos enlaces. Por ejemplo, para desdoblar la lactosa en glucosa y galactosa, la enzima lactasa se une al disacárido y favorece la ruptura del enlace químico que une ambos monosacáridos.

08

didácticos c Materiales en el CD y en la CEO

¿Sabías que las enzimas se utilizan para el blanqueo de pantalones vaqueros lavados a la piedra?

Imágenes:

Para ello se utilizan unas enzimas llamadas celulasas, que degradan el tinte (azul índigo) que da el color a los pantalones vaqueros y los dejan como si estuvieran lavados a la piedra.

• Grupos funcionales. • Fórmula general de los aminoácidos.

c Páginas web

Una de las propiedades de las enzimas es que son específicas para cada tipo de reacción, es decir, tienen especificidad por un sustrato determinado. Así, siguiendo con el ejemplo anterior, la lactasa sólo actúa sobre la lactosa. En nuestro organismo se conocen actualmente alrededor de 500 enzimas diferentes.

165

En la siguiente dirección de McGraw-Hill se puede ver la formación del enlace peptídico y las estructuras de las proteínas (primaria a cuaternaria).

• Hormonal: algunas proteínas tienen función hormonal o reguladora, por ejemplo, la insulina, que participa en el metabolismo de los glúcidos, y la hormona del crecimiento. • Inmunitaria: los anticuerpos son proteínas que se sintetizan cuando aparecen sustancias extrañas en el organismo.

http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001_saladin/ folder structure/le/m3/s5/index.htm

• Contráctil: la actina y la miosina del músculo son las responsables de la contracción muscular. Así, nosotros podemos caminar o un ave volar gracias a la acción de las proteínas.

165

c Lectura

cc Cuando las proteínas no funcionan La hemoglobina es imprescindible para que el oxígeno llegue a las células y así puedan obtener energía; el colágeno forma parte de numerosos tejidos conectivos y la lactasa sólo es necesaria en el intestino delgado.

Generalizando, podríamos decir que las proteínas forman la estructura de nuestro organismo, tanto dentro como fuera de las células, y que regulan su funcionamiento.

Una hemoglobina alterada puede provocar anemia falciforme; un colágeno insuficiente o alterado puede provocar osteogénesis imperfecta; y el déficit de lactasa, intolerancia a la lactosa de la leche.

Cuando una proteína no se fabrica correctamente, o simplemente no se fabrica, las consecuencias se manifestarán en el organismo, aunque depende de qué proteína se trate y del papel que ésta juegue.

Elaboración propia.

No es lo mismo que no fabriquemos, o lo hagamos incorrecta o insuficientemente, una proteína como el colágeno o la hemoglobina, que son proteínas de gran trascendencia para todo el organismo, a que no fabriquemos suficiente lactasa, que es un enzima necesario para digerir la lactosa de la leche.

193

08

Biología y Geología 1 La organización de los seres vivos

c Actividades de ampliación

8. La organización de los seres vivos 8.3 La base química de la vida

cc Los enzimas

Una caraterística importante de las proteinas es que son específicas o propias para cada especie, e incluso para cada individuo. Ésta es la razón de que se produzcan rechazos en los trasplantes de órganos, ya que el organismo reconoce las proteínas que forman ese órgano como extrañas y reacciona frente a ellas fabricando anticuerpos.

43. Define enzima. ¿Qué quiere decir que los enzimas son biocatalizadores? ¿Qué otros biocatalizadores conoces? 44. ¿Sería posible la vida sin enzimas? Justifica tu respuesta. 45. ¿Afecta la temperatura a la actividad de un enzima? ¿Por qué?

Las proteínas presentan una importante propiedad: la desnaturalización. Los aminoácidos que constituyen una proteína se unen en largas cadenas que se pliegan formando estructuras tridimensionales. Esta estructura, necesaria para que la proteína desempeñe sus funciones, se puede perder (desnaturalización)si se ven expone a temperaturas elevadas o a la acción de determinados compuestos (por ejemplo, un ácido), con lo que pierde también su función. Es lo que ocurre, por ejemplo, al freir o cocer un huevo. Para evitar la desnaturalización de las proteinas del organismo, este ha de mantener las condiciones internas de ph y temperatura (homeostasis).

c Páginas web

Actividades 7>

Animación del Laurent Martorell sobre la actividad de un enzima y la especificidad enzimática. http://www.accreteil.fr/biotechnologies/doc biochemistry-enzymosubstrat.htm

Cuando comemos, estamos aportando nutrientes al organismo (glúcidos, lípidos, proteínas). Si tomamos pan, arroz, mantequilla, pescado, patatas, un filete, o galletas, ¿qué nutrientes estamos ingiriendo mayoritariamente en cada caso?

Para que un ser vivo herede las características de sus progenitores, existen unas moléculas encargadas de transmitir esa información: los ácidos nucleicos. Estas moléculas, constituidas fundamentalmente por C, H, O, N y P, se forman mediante la unión de moléculas más pequeñas: los nucleótidos (véase Figura 8.18). Los nucleótidos están formados por la unión de un azúcar, que puede ser ribosa o desoxirribosa, una molécula de ácido fosfórico y una base nitrogenada. Estas bases nitrogenadas son cinco: adenina (A), timina (T), guanina (G), citosina (C) y uracilo (U) y pertenecen a dos grupos distintos en función de su estructura. Así, adenina y guanina son bases púricas; y citosina, timina y uracilo, bases pirimidínicas.

Animación del St. Olaf College que muestra cómo los enzimas facilitan la interacción entre sustratos, posibilitando su encuentro y, por tanto, la reacción que catalizan: http://www.stolaf.edu/people/giannini/flashanimat/ enzymes/prox-orien.swf

Existen dos tipos de ácidos nucleicos, ADN y ARN, que se diferencian tanto en su composición como en las funciones que desempeñan. En cuanto a su composición, presentan diferencias en el azúcar que forma su estructura, desoxirribosa en el ADN y ribosa en el ARN; y en las bases nitrogenadas, la T sólo aparece en el ADN y el U sólo en el ARN, mientras que las otras tres (C, G y A) aparecen en los dos. El ARN está formado, generalmente, por una cadena sencilla de nucleótidos. El ADN está formado por dos cadenas de nucleótidos enfrentadas entre sí por sus bases nitrogenadas, quedando siempre la T frente a la A y la G frente a la C. Esta doble cadena se enrolla sobre sí misma y forma una estructura denominada de doble hélice (véase Figura 8.17).

c Lectura

cc Los ácidos nucleicos «Cualquier árbol podría leer mi código genético.» Esta frase puede resultar desconcertante o, simplemente, predicción de futuro. La escribió Carl Sagan a finales de los noventa. Muchos la hemos oído en un hermoso vídeo de la serie “Cosmos” que trata de los mecanismos de la evolución y el origen de la vida. Puedes encontrar esta lectura completa en el CD del profesor.

Si pones un poco de leche en un vaso y añades unas gotas de limón o vinagre, observarás que se forman unos coágulos de aspecto blanquecino (lo que se denomina aspecto de «leche cortada»). ¿Qué crees que ha pasado?

Ácidos nucleicos

Animación del Northland College que muestra algunos aspectos de la especificidad enzimática y de la actuación de los inhibidores. http://www.northland.cc.mn.us/biology/Biology1111/animations/enzyme.swf

166

8>

Fig. 8.17. Estructura de doble hélice del ADN y de un nucleótido cuya base nitrogenada es la adenina.

En cuanto a las funciones, el ADN es el portador y el transmisor de la información genética. La información que contiene el ADN, se encuentra en la secuencia de bases nitrogenadas que lo forman, es decir, en el orden en el que éstas se disponen, que funciona como un código que la célula traduce en la secuencia de aminoácidos que constituyen las proteínas. El ADN transmite la información genética porque es capaz de duplicarse, es decir, de hacer copias de sí mismo que se transmiten de generación en generación.

166

c Lectura

cc Los enzimas ¿Alguna vez has pensado por qué cuando echas agua oxigenada sobre una herida se producen burbujas? ¿Por qué el agua oxigenada no burbujea en el frasco y sí en contacto con la herida? ¿Burbujeará si la echas directamente en la piel que no tiene ninguna herida? Las células tienen un enzima que les permite descomponer el peróxido de hidrógeno, esta sustancia es un subproducto del metabolismo que resulta tóxica para ella. Interesante mecanismo de destoxificación. Si produces una sustancia tóxica, y no la puedes descomponer, o no te puedes deshacer de ella, te acabará envenenando, en cambio, si eres capaz de descomponerla en otra sustancia menos tóxica, podrás sobrevivir. ¿Tendrá esto que ver con la selección natural? Date cuenta de que una gota de agua oxigenada puede estar muchos años dentro del frasco sin sufrir ningún tipo de cambio. Si la echas en una herida, o sobre un trozo de patata sin piel, o directamente sobre un trozo de carne, la reacción química es automática. Así actúan los enzimas, acelerando específicamente las reacciones que catalizan, o posibilitando que una reacción química se produzca de forma espontánea en las condiciones celulares.

194

Biología y Geología 1 La organización de los seres vivos

c Actividades

8. La organización de los seres vivos 8.3 La base química de la vida

La secuencia de bases del ADN es única para cada individuo. Como las proteínas se forman a partir de la información que contiene el ADN, éstas también son características de cada organismo.

cc Ejercicios de asociación de conceptos

En 1984, el británico Alec Jeffreys hizo un gran descubrimiento, la denominada huella digital genética, al comprobar que el ADN es único para cada individuo, al igual que las huellas digitales.

En cuanto al ARN, es el responsable de la síntesis de proteínas. Para ello, la información contenida en el ADN se copia en forma de ARN, proceso que recibe el nombre de transcripción. Después la secuencia de bases del ARN se «traduce» en la secuencia de aminoácidos de las proteínas.

46. Asocia los siguientes conceptos de tres en tres de la forma más coherente posible. A continuación construye una frase en la que utilices los tres conceptos asociados.

Este descubrimiento se aplica en criminología, medicina forense, pruebas de paternidad, conservación de la biodiversidad de especies, etcétera.

Por lo tanto, los seres vivos heredan las característitcas de sus progenitores a partir de la información contenida en el ADN que, utilizando como intermediario el ARN, se traduce en proteínas, que son las responsables de las características de los organismos.

Anemia — Biocenosis — Bioelemento — Biotopo — Celulosa — Digestión — Ecosistema — Estómago — Fe — Hemoglobina — Hepatocito — Insulina — Leucocito — Neurona — Órgano

Actividades 9>

Como sabes, el ADN está formado por una doble cadena. Si las bases nitrogenadas de una de las cadenas son las siguientes: ATTGGCAGTCGCGTAATGCATGC, ¿qué bases aparecerán en la otra cadena?

10>

Los polímeros son moléculas formadas por unidades más sencillas, llamadas monómeros, que se repiten. En este sentido, ¿cuáles de las principales biomoléculas que conoces son polímeros?

ADN — Agua — ARN — Bicapa — Desoxirribosa — Disolvente — Fosfolípidos — Hemoglobina — Membrana — Oxígeno — Polar — Ribosa — Sangre — Timina — Uracilo

Actividad resuelta La etiqueta de un producto comprado en el supermercado indica la siguiente composición: Composición nutricional por 100 g: – Proteínas 15 g – Hidratos de carbono 58 g – Grasas 11 g ¿Cuántas kcal estaremos ingiriendo si tomamos 125 g de este alimento? Para calcular las kcal que aporta un alimento hay que saber el tipo y la cantidad de biomoléculas que hay en él. En el etiquetado de los alimentos se indica el tipo de biomoléculas (proteínas, glúcidos y grasas) y la cantidad que hay de cada una de ellas por cada 100 g de alimento. Conocemos las kcal que aporta 1 g de cada una de estas biomoléculas: 1 g de proteínas = 4 kcal; 1 g de glúcidos = 4 kcal; y 1 g de grasa = 9 kcal. Por lo tanto, para calcular las kcal que aporta una cantidad determinada de un alimento sólo hay que multiplicar. Por ejemplo, si comemos 3 g de glúcidos, habremos ingerido 3 g x 4 kcal/g = 12 kcal. En esta actividad se pide calcular la energía que aportan 125 g de un alimento. Lo primero que se hace es calcular cuántos gramos de cada tipo de biomoléculas tomamos al comer 125 g de alimento: como sabemos la composición para 100 g de ese alimento, calculamos su composición para 125 g:

c PAU

– Proteínas: Si en 100 g de alimento hay 15 g de proteínas, en 125 g de alimento habrá X g de proteínas

ccc

x = 125 × 15 = 18,75 g de proteínas 100 – De la misma manera, calculamos la cantidad de glúcidos y grasas: 125 × 58 = 72,50 g de glúcidos; 125 × 11 = 13,75 g de grasas 100 100 Como sabemos la energía que aporta 1 g de cada tipo de biomoléculas, calculamos la energía que aportan todos esos gramos que tomamos: 18,75 g de proteínas x 4 kcal/g = 75 kcal; 72,5 g de glúcidos x 4 kcal/g = 290 kcal; 13,75 g de grasas x 9 kacl/ = 123,75 kcal. Sumamos lo que aporta cada tipo de biomoléculas y sabremos el total de kcal que proporcionan 125 g de alimento: 75 kcal + 290 kcal + 123,75 kcal = 488,75 kcal

c Materiales didácticos en el CD y en la CEO Imágenes:

Bases nitrogenadas 1. Bases nitrogenadas 2. Formación de un nucleótido. Replicación. Transcripción. Del gen a la proteína.

• ARN transferente. • Código genético.

Animaciones: • • • •

Replicación. Transcripción. Traducción. Vectores de energía (el ATP).

c Páginas web

Animaciones del St. Olaf College. Transcripción de un gen. http://www.stolaf.edu/people/giannini/fl ashanimat/molgenetics/transcription.swf Traducción de un ARNm. http://www.stolaf.edu/people/giannini/fl ashanimat/molgenetics/translation.swf

Galicia

Contesta verdadero (V) o falso (F) en el recuadro correspondiente. Recuerda que una respuesta mal resta una que esté bien.

167

• • • • • •

08

1. En el proceso de plasmolisis las células se deshidratan. 2. La pared celular de las bacterias está formada por celulosa. 3. La membrana plasmática de las células eucariotas vegetales contiene celulosa. 4. La lactosa es un monosacárido de la leche. 5. Los aminoácidos se unen mediante enlaces glucosídicos para formar proteínas. 6. La estructura primaria de una proteína es su secuencia de aminoácidos. 7. Las moléculas de agua se unen mediante puentes de hidrógeno. 8. El glucógeno es un polisacárido de reserva animal. 9. La oxidación completa de la glucosa genera agua y oxígeno. 10. El agua tiene un calor específico muy elevado. 11. Los sistemas tampón sirven para mantener el pH constante. 12. Los enzimas aceleran las reacciones químicas reduciendo la energía de activación. 13. Los fosfolípidos son uno de los componentes de la membrana. 14. Pasteur fue un eminente científico que demostró que la teoría de la generación espontánea era falsa. 15. El enlace peptídico se realiza entre dos aminoácidos.

167

Solución 1. Verdadero. 2. Falso. 3. Falso 4. Falso. 5. Falso. 6. Verdadero. 7. Verdadero. 8. Verdadero. 9. Falso. 10. Verdadero. 11. Verdadero. 12. Verdadero. 13. Verdadero. 14. Verdadero. 15. Verdadero.

195

08

Biología y Geología 1 La organización de los seres vivos

c

8. La organización de los seres vivos

Actividades de ampliación

8.4 La célula

cc El microscopio

8.4. La célula En los apartados anteriores se han visto las características que definen la vida, así como los constituyentes de los seres vivos (bioelementos y biomoléculas). Estas moléculas se unen y se organizan hasta constituir la unidad de vida más pequeña que existe: la célula.

47. Identifica las partes señaladas en el microscopio de la figura.

La teoría celular Los primeros conocimientos sobre la estructura de las células se remontan a 1665, cuando el inglés Robert Hooke, examinando un trozo de corcho al microscopio, observó que estaba dividido en «celdillas» a las que denominó células. Con el perfeccionamiento de los microscopios, fueron surgiendo nuevos descubrimientos. Así, en 1831, el botánico Robert Brown descubrió el núcleo, y en 1839, Evangelista Purkinje describió el medio interno de las células, al que denominó protoplasma.

48. Dibuja una célula animal, nombra y señala sus partes y di la función de cuatro de ellas. 49. ¿Cómo se calculan los aumentos de un microscopio? 50. ¿Qué es el poder de resolución de un microscopio?

c

Tras estudiar en profundidad las células durante años, Matthias Schleiden y Theodor Schwann formularon en 1839 la teoría celular, que decía que todos los seres vivos estaban constituidos por células. Esta teoría se completó en 1855 gracias a los estudios de Rudolf Virchow, quien estableció que toda célula procede de otra célula (omnis cellula e cellula). La consolidación definitiva de la teoría celular se produjo en 1937 mediante la construcción, por los físicos Ruska y Borries, del primer microscopio electrónico, que permitió la observación de los distintos orgánulos celulares. Actualmente, la teoría celular establece que la célula es la unidad vital, morfológica, fisiológica y genética de todos los seres vivos:

Páginas web

• vital porque es la estructura mínima de la que emergen las propiedades vitales; Procariota: del griego pro, ‘antes’, y kariote, ‘núcleo’.

Animación de Laurent Martorell sobre el reconocimiento de las partes del microscopio óptico. http://www.accreteil.fr/biotechnologies/doc_biocell-microscoparts.htm

168

Eucariota: del griego eu, ‘cierta’, y kariote, ‘núcleo’.

• fisiológica porque genera y mantiene las reacciones químicas que posibilitan las funciones vitales; • genética porque mantiene y transmite los caracteres específicos a la vez que es susceptible de mutar.

Imagen de BioCourse–McGraw-Hill que nos muestra la estructura de una célula procariota. http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001 gbio/folder_structure/di/m3/s1/index.htm

c

• morfológica porque los seres vivos están constituidos por una o más células;

Tipos de células Según su complejidad estructural, existen dos clases de células: procariotas y eucariotas. Las principales diferencias entre ellas son:

Materiales didácticos en el CD y en la CEO

• La presencia en eucariotas de una envoltura nuclear que rodea al material genético. En procariotas no existe esta envoltura y su material genético está disperso por el citoplasma (véase Figura 8.18).

Animación: estudiando la célula. Esta animación

• Presencia de orgánulos celulares: en procariotas sólo aparecen ribosomas. En eucariotas aparecen numerosos orgánulos especializados en funciones concretas, lo cual es una ventaja, ya que la realización de esas funciones se lleva a cabo de una forma más eficiente.

presenta una figura sencilla de la célula; al hacer clic con el ratón sobre cada orgánulo, aparece una descripción del mismo. Identifica, también, las distintas partes de la célula animal y de la célula vegetal.

Fig. 8.18. Célula procariota.

168

c Lectura cc La célula

La célula es la estructura más simple dotada de vida propia o, lo que es lo mismo, la célula es un ser vivo que realiza las funciones de nutrición, relación y reproducción. Sin embargo, no todas las células son iguales, las hay más complejas y más sencillas. Incluso dentro de un mismo organismo hay muchos tipos de células diferentes. ¿Cómo es posible que mi organismo presente células diferentes, si todas ellas poseen la misma información genética? Es cierto que poseen la misma información genética, ya que derivan todas del mismo cigoto. Sin embargo, unas células tienen una estructura determinada y sirven para una función particular; otras son estructuralmente diferentes y realizan otra función. Piensa en una neurona que transmite impulsos nerviosos, una célula muscular que se contrae o una célula epitelial que recubre y protege.

196

La información genética de una célula es como la información contenida en el disco duro de un ordenador. Dos ordenadores pueden tener exactamente los mismos programas y el mismo sistema operativo para funcionar, sin embargo, es posible que no se utilicen los mismos programas en los dos, incluso, muchos archivos de un determinado programa pueden no ser utilizados por unos usuarios y sí por otros. Algo así ocurre con las células de nuestro organismo. Una célula posee toda la información que necesita el organismo completo, pero sólo utiliza la que necesita para adquirir la estructura que le permitirá realizar la función a la cual está destinada.

Elaboración propia.

Biología y Geología 1 La organización de los seres vivos

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c Páginas web

8. La organización de los seres vivos 8.4 La célula

cc Célula procariota y eucariota

• Presencia en procariotas de una pared celular rodeando a la membrana plasmática. En eucariotas, esta pared aparece en células vegetales y algunos organismos como vegetales, hongos y algas, pero su estructura y composición es distinta a la de procariotas.

ccc

• En cuanto al tamaño, las células procariotas son mucho más pequeñas que las eucariotas.

The Life Wire

http://bcs.whfreeman.com/thelifewire/

El tipo celular procariota forma las bacterias. El tipo eucariota forma el resto de los organismos (animales, plantas, protoctistas y hongos).

• Tamaños relativos desde los átomos a los organismos: indica qué estructuras se pueden observar con el microscopio óptico y electrónico. (Chapter 4, figura 4.2.) • Célula procariota. (Chapter 4, figuras 4.5 y 4.6.) • Estructura de la célula eucariota animal: presenta una figura y algunos de sus orgánulos vistos al microscopio electrónico. (Chapter 4, figuras 4.7 left y right.)

Célula eucariota Las células eucariotas pueden ser de dos tipos: animales o vegetales (véase Figura 8.22). La estructura básica de toda célula eucariota consta de membrana, citoplasma y núcleo. Ambos tipos celulares, animales y vegetales, presentan determinados orgánulos que las caracterizan, como los centriolos (en células animales) y los cloroplastos (en células vegetales).

Membrana plasmática Constituye el límite externo de la célula delimitando su territorio. Está formada por una bicapa de fosfolípidos y por proteínas (véase Figura 8.19). Constituye una verdadera barrera selectiva capaz de controlar el intercambio de sustancias entre el interior y el exterior celular.

cc La membrana

Las células vegetales presentan, rodeando a la membrana plasmática, una cubierta denominada pared celular, que está formada básicamente por celulosa, y su principal función es proteger y dar forma a las células vegetales.

ccc

BioCourseMcGraw-Hill

Figura de la membrana plasmática, con sus componentes y diversas actividades de reconocimiento de las partes de la membrana. http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001_gbio/folder structure/ce/m3/s1/index.htm Imágenes de repaso de la ósmosis, con un vídeo (realPlayer) y un ejercicio interactivo. http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001_gbio/folder structure/ce/m3/s3/index.htm Vídeo e imágenes de la exocitosis y la endocitosis. http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001 saladin/ folder_structure/le/m5/s7/index.htm

La citología (del griego citos, ‘célula’ y logos, ‘estudio, tratado’) es la ciencia que estudia la estructura y funciones de las células.

Fig. 8.19. Estructura de la membrana plasmática.

169

Citoplasma

c Unidades de medida

Constituye la parte de la célula que se encuentra entre la membrana plasmática y el núcleo. Está formado por filamentos proteicos que, a su vez, componen el citoesqueleto y por una serie de orgánulos rodeados de membranas, todo ello disperso en una matriz acuosa. Esta matriz se denomina citosol y es donde se llevan a cabo muchas de las reacciones químicas que tienen lugar en la célula. El citoesqueleto da forma a la célula, soporte a los orgánulos, interviene en la división celular y es el responsable de los movimientos celulares.

169

c Otros aspectos de la teoría celular Unidad fisiológica, ya que todas las células funcionan de una manera bastante semejante. Su información está contenida en genes que se expresan de una forma muy parecida, siguiendo el mismo mecanismo para la síntesis de proteínas. Obtienen la energía siguiendo procesos que son comunes para la mayor parte de los tipos celulares y fabrican macromoléculas estructurales, reguladoras y de reserva mediante reacciones de condensación o polimerización. Las reacciones celulares están catalizadas por enzimas. Unidad morfológica. Aunque existen distintos tipos celulares, dentro de cada tipo todas las células presentan gran cantidad de coincidencias estructurales, ya que desde este punto de vista tienen muchos aspectos en común.

Micra o micrómetro (μ): equivale a la milésima parte de un milímetro. Nanómetro (nm): equivale a la milésima parte de la micra, por tanto, a la millonésima parte del milímetro. Amstrong (Å): equivale a la décima parte del nm.

c Glosario Citología. Ciencia que estudia las células, tanto su estructura como su funcionamiento. Eucariota. Célula que posee un núcleo definido; en él se encuentra el material genético rodeado de una membrana nuclear. Además posee orgánulos de membrana en su citoplasma. Todos los seres vivos, excepto las bacterias, son eucariontes. Poder de resolución. Propiedad de un microscopio para poder distinguir dos puntos que estén muy cerca el uno del otro. Procariota. Célula que no posee un núcleo definido. Presenta un cromosoma circular. No posee orgánulos de membrana en su interior.

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08

Biología y Geología 1 La organización de los seres vivos

c

8. La organización de los seres vivos

Actividades de refuerzo

8.4 La célula

cc La célula

Los orgánulos que se encuentran en el citoplasma son los siguientes: • Ribosomas: pequeños orgánulos formados por la unión de ARN y proteínas. Aparecen libres en el citosol o unidos a la membrana del retículo endoplasmático. Su función es llevar a cabo la síntesis de proteínas.

51. Indica la función de los siguientes orgánulos: centriolos, lisosomas, vacuolas. 52. Indica semejanzas y diferencias entre mitocondrias y cloroplastos. 53. Define: estroma, tilacoides, clorofila.

• Retículo endoplasmático (RE): está constituido por un conjunto de membranas que forman una red de tubos y sáculos aplanados interconectados por todo el citoplasma. El RE puede ser de dos tipos: rugoso (con ribosomas adosados en su cara externa) y liso. En el RE se realiza la síntesis y el transporte de lípidos y proteínas. El estudio de las células

c Páginas web

Debido al pequeño tamaño de las células, no es posible visualizarlas a simple vista, por lo que para su estudio se han diseñado aparatos capaces de ampliar el tamaño de sus imágenes. Se trata de los microscopios, que son, fundamentalmente, de dos tipos: óptico y electrónico.

cc Estructuras celulares En esta web accederás a imágenes de microscopía electrónica y figuras de los orgánulos. Son útiles para explicar su estructura y funcionamiento. RYF: representación y fotografía al microscopio electrónico.

El microscopio electrónico tiene mayor poder de resolución que el óptico, lo que permite visualizar estructuras celulares de menor tamaño.

The Life Wire: http://bcs.whfreeman.com/ thelifewire/ Chapter 4)

Ribosomas

Fig.4.7 right. célula vegetal; ribosomas, tanto libres como asociados a las membranas del retículo, y fotografía al microscopio electrónico de un polirribosoma.

Aparato de Golgi

Fig. 4.12: salida de materiales del retículo endoplasmático rugoso, tránsito por el aparato de Golgi y secreción por exocitosis.

Mitocondrias

Fig. 4.14: RYF

Lisosomas Vacuolas

Fig. 8.20. El microscopio electrónico permite visualizar pequeñas estructuras, como la mitocondria que aparece en esta imagen.

Fig. 4.15: RYF

Centriolos

Fig. 4.7 left: se pueden ver representados los centriolos, y una fotografía al microscopio electrónico.

Notas

• Vacuolas: orgánulos encargados de digerir y de almacenar nutrientes, sustancias de desecho, etc. En las células vegetales su función es regular la presión osmótica. Para ello, existe una gran vacuola en el centro de la célula que puede llegar a ocupar hasta el 90 % de la mismas. • Plastos: son exclusivos de células vegetales. Pueden ser: cromoplastos (acumulan pigmentos), amiloplastos (acumulan almidón) y cloroplastos. Los cloroplastos son los más impotantes. Están rodeados de una doble membrana. El interior, llamado estroma, contiene unas estructuras membranosas con forma de saco denominadas tilacoides, que cuando están apilados reciben el nombre de grana. En la membrana de los tilacoides está la clorofila. Esta molécula es capaz de captar la energía de la luz solar, gracias a la cual los cloroplastos transforman la materia inorgánica en orgánica, proceso conocido como fotosíntesis. En el estroma hay (como en las mitocondrias) ADN, ARN y ribosomas. • Centriolos: aparecen en células eucariotas, excepto en vegetales superiores. Son estructuras proteicas de forma cilíndrica dispuestas entre sí perpendicularmente. Están cerca del núcleo y constituyen el centrosoma. El centrosoma está formado por los centriolos y una zona amorfa que los rodea de la que parten unos filamentos proteicos denominados microtúbulos.

Fig. 4.13: lisosomas: primarios y secundarios en la digestión celular. Fig. 4.20: vacuola (fotografía al microscopio electrónico).

Cloroplastos

• Mitocondrias: orgánulos ovalados limitados por dos membranas, externa e interna, separadas por el espacio intermembranoso. La interna tiene unos pliegues que penetran hacia el interior formando unas estructuras llamadas crestas. El espacio limitado por la membrana interna se denomina matriz, donde hay pequeñas cantidades de ADN, ARN y ribosomas. La principal función de las mitocondrias es la obtención de energía para mantener las funciones vitales de la célula, proceso conocido como respiración celular, que consiste en la oxidación de la materia orgánica. • Lisosomas: vesículas rodeadas de membrana que contienen enzimas digestivas. Se forman a partir del aparato de Golgi y su principal función es digerir sustancias alimenticias, moléculas que ya no son necesaias para la célula y orgánulos defectuosos o que no funcionan adecuadamente (como cloroplastos o mitocondrias).

Retículo enFig. 4.11: RYF doplasmático

170

• Aparato de Golgi: se origina a partir del retículo endoplasmático. Está formado por una pila de sacos aplanados rodeados de vesículas, limitadas por una membrana, que se desprenden de él. Sus principales funciones son la modificación de sustancias sintetizadas en el RE, la secreción de sustancias al exterior celular, por medio de las vesículas que atraviesan la membrana plasmática, y la formación de membranas y de orgánulos celulares, por ejemplo, lisosomas.

Los centriolos son los responsables de la organización del citoesqueleto, es decir, controlan la forma y el movimiento de las células (a partir de ellos derivan cilios y flagelos). Participan, además, en la división celular.

170

c Escenarios de error

cc ¿Todas las células vegetales tienen cloroplastos? ¿Presentan las células vegetales mitocondrias? Las mitocondrias son orgánulos presentes en las células eucariotas, tanto animales como vegetales, no olvides que estas últimas realizan respiración celular, como las animales. En cuanto a los cloroplastos: en los vegetales superiores, reino metafitas, sólo están presentes en las células fotosintéticamente activas, es decir, las del parénquima clorofílico, que se localizan en las partes verdes, junto a otros tejidos cuyas células no tienen cloroplastos porque no intervienen en la fotosíntesis, pero pueden tener otro tipo de plastos, por ejemplo amiloplastos, cromoplastos, etcétera.

198

Biología y Geología 1 La organización de los seres vivos

08

c Páginas web

8. La organización de los seres vivos 8.4 La célula

cc ¿Qué es la amniocentesis y cómo se realiza?

Núcleo Es el centro de control de la célula, ya que contiene el material genético. Está limitado por la envoltura nuclear, formada por dos membranas, una externa y otra interna, que contienen una serie de poros que comunican el núcleo con el citoplasma. En el interior del núcleo están la cromatina, estructura de apariencia granular formada por ADN y proteínas; y el nucleolo, región donde se produce la síntesis de ribosomas (véase Figura 8.21).

Gráficos consumer.es http://www.consumer.es/web/es/salud/infografias/ swf/amniocentesis.swf

Cuando la célula se divide, la cromatina se condensa y origina unas estructuras independientes, los cromosomas, formados por la unión de ADN y proteínas; estas últimas tienen la función de mantener la estructura de los cromosomas.

núcleo

mitocondria

cc Cromosoma 21 y el síndrome de Down

cromatina citoplasma

Gráficos El Mundo Salud http://www.elmundo.es/noticias/2000/graficos/ mayo/semana2/cromosoma.html

Fig. 8.21. El núcleo celular aloja el material genético.

Actividades 11>

12>

Si examinas al microscopio células musculares de un deportista, observarás que tienen más mitocondrias, y de mayor tamaño, que las de una persona que apenas hace deporte. ¿Por qué? Gracias al citoesqueleto, las células pueden adoptar diferentes formas. ¿Crees que las células vegetales, al tener pared celular, necesitan esta estructura?

13>

cc El núcleo celular

PAU Acceso Universidades Públicas Comunidad de Madrid.Junio de 2005:

171

Las siguientes páginas nos permiten acceder a imágenes de microscopía electrónica y contienen figuras muy claras de los distintos orgánulos. Pueden ser muy útiles para explicar la estructura y el funcionamiento de los orgánulos.

Con relación a la célula: a) defina la célula; b) cite los componentes comunes de las células procariotas y eucariotas; c) cite dos componentes exclusivos de las células eucariotas.

The Life Wire: http://bcs.whfreeman. com/thelifewire/ (Chapter 4) 171

c ccc

2

PAU

3 4

1

5

Galicia, junio 2004

La figura es una representación esquemática típica de una célula eucariota. A) Pon nombre a las estructuras señaladas con un número. B) ¿Es una célula animal o vegetal? Justifica la respuesta. C) Describe brevemente la función de las señaladas con los números 1, 2, 9 y 10.

6 7 8 10

El núcleo celular

Figura 4.9: representación muy detallada y fotografía al microscopio electrónico en la que se aprecia la envoltura nuclear, la cromatina y el nucleolo. Figura 4.10: núcleo interfásico y cromosoma vistos al microscopio electrónico.

4 9

Solución A) 1.- Cloroplastos. 2.- Mitocondrias. 3.- Vacuola. 4.- Ribosomas. 5.- Retículo endoplasmático liso. 6.- Retículo endoplasmático rugoso. 7.- Nucleolo. 8.- Cromatina (también podría identificarse como nucleoplasma). 9.- Aparato de Golgi. 10.- Pared celular. B) Vegetal. Presencia de pared celular, una gran vacuola y cloroplastos. C) 1.- Cloroplastos: realizar la fotosíntesis. 2.- Mitocondrias: obtener la energía de la célula. 9.- Interviene en la secreción de sustancias, formación de lisosomas y renovación y crecimiento de la membrana plasmática. 10.- Ayuda a mantener la forma celular y evita la rotura de la célula cuando se encuentra en un medio hipotónico.

199

08

Biología y Geología 1 La organización de los seres vivos

c ccc

8. La organización de los seres vivos

PAU

8.4 La célula

Galicia, junio 2004

1. La figura es una fotografía hecha con el microscopio electrónico de transmisión de un orgánudo de una célula eucariota. ¿De qué orgánulo se trata? ¿Es posible observarlo con el microscopio óptico? Justifica la respuesta.

ccc

Galicia, septiembre 2002

2. La figura es una representación tridimensional de un orgánulo típico de las células eucariotas. a) Pon nombre a diez de las once estructuras señaladas. b) Describe brevemente la función de las señaladas con los números 4, 5, 6, 7, 9 y 10.

172

2

1

3 4

11

5 10

6 9

8

Fig. 8.22. Estrutura de las células animal y vegetal. Principales semejanzas y diferencias.

7

172

Solución Actividad 1 Se trata de un cloroplasto, lo podemos deducir por su forma ovoide y por la abundancia de sacos apilados en su interior, los grana formados por pequeños tilacoides unos encima de otros. Es posible verlo al microscopio óptico, ya que tienen un tamaño equivalente al de las bacterias y mitocondrias (las bacterias es fácil que los alumnos las puedan observar al microscopio óptico); además la referencia de la figura (0,5 μm) nos indica que su tamaño es superior al poder de resolución del microscopio óptico (0,2 μm).

200

Actividad 2 a. 1. Espacio intermembrana. 2. Membrana nuclear externa. 3. Membrana nuclear interna. 4. Retículo endoplasmático liso. 5. Retículo endoplasmático rugoso. 6. Cromatina. 7. Nucleolo. 8. Lámina nuclear. 9. Poro nuclear. 10. Ribosomas. 11. Nucleoplasma. b. 4. Retículo endoplasmático liso: síntesis, almacenamiento y transporte de lípidos. 5. Retículo endoplasmático rugoso: síntesis, almacenamiento y transporte de proteínas, fundamentalmente de membrana y de secreción. 6. Cromatina: contener la información genética. 7. Nucleolo: en él se originan las subunidades constituyentes de los ribosomas. 9. Poro nuclear: regula el paso de macromoléculas entre el nucleoplasma y el citosol. 10. Ribosomas: síntesis de proteínas.

Biología y Geología 1 La organización de los seres vivos

08

c Páginas web

8. La organización de los seres vivos 8.4 La célula

cc BioCourse McGraw-Hill Funciones básicas de las células

ccc

La célula es la unidad de vida más pequeña, ya que es capaz de realizar por sí sola todas las funciones que caracterizan a un ser vivo, es decir, puede relacionarse, nutrirse, reproducirse y evolucionar.

La membrana

Esta figura presenta orgánulos citoplasmáticos de membrana sencilla, así como un ejercicio de identificación de los mismos. http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001_gbio/folder structure/ce/m2/s4/index.htm

Función de relación Las células pueden percibir cambios del medio externo que las rodea y responder frente a ellos. Cualquier factor que le provoque irritación y excitación constituye un estímulo. Éstos, ya sean físicos (cambios de temperatura, luz, presión, etc.) o químicos (sustancias tóxicas, etc.), provocan una respuesta por parte de la célula, que puede ser:

Figura de mitocondrias, cloroplastos y explicación sencilla de su origen. http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001 gbio/folder_structure/ce/m2/s5/index.htm

• Estática: la célula no se mueve, sino que reacciona formando una estructura protectora y pasando a vida latente hasta que las condiciones vuelven a ser favorables. Esta respuesta se da en algunas formas de vida unicelulares. • Dinámica: la célula reacciona efectuando un movimiento de desplazamiento llamado tactismo (en el que interviene el citoesqueleto). Estos movimientos pueden ser ameboideos, vibrátiles o contráctiles.

cc St. Olaf College

— En los movimientos ameboideos, la célula emite un falso pie o pseudópodo, producto del desplazamiento del citoplasma hacia el lado de donde sale el pie. Se da en organismos unicelulares que no tienen una membrana rígida, como las amebas. — Los movimientos vibrátiles se producen en células que tienen cilios o flagelos (como los espermatozoides). — Los movimientos contráctiles provocan el acortamiento de la célula (por ejemplo, en las células musculares).

Animaciones Síntesis de proteínas de membrana y de secreción. http://www.stolaf.edu/people/giannini/flashanimat/cellstructures/endomembrane%20protein%20s ynthesis.swf

Función de nutrición

La nutrición es el proceso mediante el cual la célula incorpora nutrientes del exterior, los transforma para obtener energía, que utilizará para realizar sus funciones, y, finalmente, elimina las sustancias de desecho.

El proceso de nutrición se lleva a cabo en varias etapas: ingestión, digestión, metabolismo y excreción de las sustancias de desecho.

Ingestión

173

Fig. 8.23. El desplazamiento de las células se puede realizar mediante pseudópodos, cilios o flagelos.

La ingestión es la captura de nutrientes por parte de la célula.

Los nutrientes pueden entrar en la célula de varias formas: • A través de la membrana plasmática: ésta tiene permeabilidad selectiva, es decir, sólo van a pasar los nutrientes que ella permita. Así, moléculas como el H2O, el O2 y el CO2, atraviesan la membrana fácilmente. En otros casos, la entrada en la célula se produce gracias a algunas proteínas de la membrana que actúan como transportadores específicos para determinadas sustancias (por ejemplo, glucosa o aminoácidos).

cc McGraw-Hill 173

Animación que describe la formación de lisosomas y el proceso de digestión celular: http://highered.mcgrawhill.com/olc/dl/120067/ bio01.swf

c Materiales didácticos en el CD y en la CEO

Estos ejercicios interactivos consisten en asociar el nombre del orgánulo a la figura correspondiente de la célula y permiten comprobar los aciertos, así como corregir los errores cometidos.

Ejercicios • Ejercicio de identificación de estructuras de la célula animal. • Ejercicio de identificación de estructuras de la célula vegetal.

c Glosario

Cilio. Estructura presente en algunas células que le sirve para desplazarse. Es similar al flagelo, pero de tamaño más corto. Flagelo. Estructura presente en algunas células, similar al cilio pero de tamaño más largo. La célula los utiliza para su desplazamiento. Orgánulo. Estructura que poseen las células u organismos unicelulares, en la que se lleva a cabo una función determinada.

201

08

Biología y Geología 1 La organización de los seres vivos

c Actividades de refuerzo • Mediante endocitosis: ocurre en algunas formas de vida libre, como protozoos. Consiste en la ingestión de partículas grandes, que no pueden atravesar la membrana, mediante la invaginación de la membrana plasmática hacia el interior de la célula formando unas bolsas, llamadas vacuolas alimenticias, que atrapan el alimento y lo introducen (véase Figura 8.24).

54. Define los siguientes conceptos: nutrición celular, estímulo, respuesta. 55. Nombra los mecanismos mediante los que captan su alimento un ser unicelular autótrofo y otro ser unicelular heterótrofo.

• Mediante fagocitosis: se trata de un proceso especial de endocitosis en el que se engullen partículas de gran tamaño. Así es como, por ejemplo, los leucocitos (células del sistema inmunológico) eliminan bacterias nocivas, ya que, una vez engullidas, son digeridas en su interior.

c PAU ccc

Cataluña, septiembre 2002

Entre los enunciados siguientes hay algunos errores. Identifícalos y explica por qué razón no se consideran acertados los enunciados.

174

Fig. 8.24. Mediante la endocitosis, la célula ingiere partículas grandes que no pueden atravesar la membrana por otros medios.

Los nutrientes que necesita la célula pueden ser orgánicos (como glúcidos o lípidos) e inorgánicos (CO2, O2, H2O, sales minerales). Ambos son necesarios, aunque no todas las células ingieren nutrientes de ambas clases; algunas, como la células de las raíces de las plantas, sólo ingieren nutrientes inorgánicos. Para mantener sus estructuras y obtener energía, las células necesitan sustancias orgánicas. Según dónde obtengan esa materia orgánica que necesitan, se diferencian dos tipos de nutrición: autótrofa y heterótrofa. Las células autótrofas sólo ingieren sustancias inorgánicas y a partir de ellas sintetizan la materia orgánica que necesitan, es decir, fabrican su propio alimento. Para ello necesitan energía, que obtienen, normalmente, de la luz del sol (fotosíntesis), o de determinadas reacciones químicas (quimiosíntesis). Las células heterótrofas ingieren nutrientes orgánicos e inorgánicos, ya que no pueden fabricar su alimento.

a. La difusión a través de la membrana es un mecanismo de transporte activo. b. A través de endocitosis, las células incorporan material del medio extracelular. c. Los centriolos son orgánulos formados por microtúbulos, propios de las células animales y vegetales. d. Los cromosomas son estructuras nucleares que pueden observarse a lo largo de todo el ciclo celular. e. Las células vegetales disponen de cloroplastos para realizar la fotosíntesis, pero no de mitocondrias, que son propias de las células animales.

Digestión

Solución a. Falso, porque el transporte a través de la membrana es pasivo. b. Verdadero. c. Falso, porque los centriolos sí están formados por microtúbulos, pero son propios de las células animales. d. Falso, ya que los cromosomas no se observan durante la interfase, si no cuando la célula se está dividiendo. e. Falso, ya que las mitocondrias están presentes en todo tipo de células eucariotas.

c

Glosario

Homeostasis. Regulación del medio interno de los seres vivos para que se mantenga estable.

Notas

202

174

c Páginas web Animaciones del Northland College. Estructura y funcionamiento de cilios y flagelos http://programs.northlandcollege.edu/biology/Biology1111/animations/flagellum.swf

Biología y Geología 1 La organización de los seres vivos

08

c Páginas web

8. La organización de los seres vivos 8.4 La célula

cc The Life Wire El metabolismo se divide en catabolismo y anabolismo.

Capítulo (chapter) 5. Figura 5.16: la endocitosis al microscopio electrónico. http://bcs.whfreeman.com/thelifewire/

• El catabolismo es el conjunto de reacciones químicas por las cuales la materia orgánica (glucosa, grasas, etc.) se descompone en moléculas más sencillas (CO2, amoniaco, etc.). Durante este proceso se libera energía, que es utilizada por la célula para desempeñar sus funciones (reproducción, síntesis de nuevas moléculas, etc.). Son procesos catabólicos la respiración que se lleva a cabo en las mitocondrias y la fermentación. • El anabolismo es el conjunto de reacciones químicas mediante las cuales la célula construye moléculas orgánicas complejas a partir de moléculas sencillas y mediante el aporte de energía. En todos los seres vivos, autótrofos y heterótrofos, las moléculas orgánicas complejas (como polisacáridos, proteínas, etc.) se forman a partir de moléculas orgánicas sencillas (como glucosa o aminoácidos) mediante la energía procedente de las reacciones del catabolismo. En los organismos autótrofos, además, se da otro tipo de reacciones en las que se construyen moléculas orgánicas sencillas a partir de moléculas inorgánicas. Procesos de este tipo son la fotosíntesis (que se realiza en los cloroplastos) y la quimiosíntesis. El catabolismo y el anabolismo no son procesos independientes ya que la energía que se obtiene en el primero de ellos se utiliza en el segundo. Pero, ¿cómo se transmite esta energía? A través de una molécula: el ATP (adenosín trifosfato). Se trata de un nucleótido formado por ribosa, adenina y tres moléculas de ácido fosfórico. Estas últimas se unen entre sí mediante enlaces de alta energía. De este modo, cuando se rompe uno de estos enlaces, el ATP se convierte en ADP (adenosín difosfato) y una molécula de ácido fosfórico, al tiempo que se libera mucha energía (la misma que necesitó para formar el enlace) (véase Figura 8.26). Así, gracias al ATP, la energía puede transportarse donde la célula la necesite.

Catabolismo

A

P P

Quimiosíntesis: Conjunto de reacciones químicas que producen la formación de materia orgánica a partir de inorgánica y mediante la energía procedente de la oxidación de compuestos inorgánicos.

En

erg ía

ATP

+P rgía

Ene

Animación sencilla de la fagocitosis, digestión celular y defecación. http://www.stolaf.edu/people/giannini/ flashanimat/cellstructures/phagocitosis.swf

En

A

Anabolismo

P P P ía rg

e En

cc Sant Olaf College Fotosíntesis: Conjunto de reacciones químicas que producen la formación de materia orgánica a partir de inorgánica y mediante la energía procedente de la luz solar.

erg ía

APD + Pi

Fig. 8.26. El ATP actúa como mediador energético entre los procesos de catabolismo y anabolismo.

cc McGraw-Hill

Excreción

Animaciones: endocitosis y exocitosis. http://highered.mcgrawhill.com/olc/dl/120068/ bio02.swf

Finalmente, la célula elimina los nutrientes que no ha utilizado y los productos de desecho que se forman durante el metabolismo, proceso que recibe el nombre de excreción.

175

Los compuestos de desecho son expulsados de la célula mediante vacuolas, por exocitosis, o atravesando la membrana plasmática (como, por ejemplo, el CO2 resultante de la respiración).

Actividades 14>

¿Qué papel desempeña el ATP en el metabolismo?, ¿cómo actúa? Dibuja un esquema en el que se indique cómo se relaciona el ATP con los distintos tipos de metabolismo.

175

c ccc

PAU Madrid, junio 2005

Con relación a la célula: a. Define la célula. b. Cita los componentes comunes de las células procariotas y eucariotas. c. Cita dos componentes exclusivos de las células eucariotas.

ccc

La Rioja, junio 2001

Copia la tabla en la hoja del ejercicio y completa el siguiente cuadro: Las soluciones están con letra cursiva.

Nombre

Función en los seres vivos

Tipo de compuesto químico

Localización

ALMIDÓN

Energética

Glúcido, polisacárido

Células vegetales (amiloplastos)

COLESTEROL

Estructural

Lípido, insaponificable, esteroide

Membranas celulares animales

HIERRO

Transporta oxígeno en la sangre

Oligoelemento

En la hemoglobina

INSULINA

Hormonal

Proteína

En la sangre

CERAS

Protectora

Lípido, saponificable

En tallos y hojas

Solución a. Es la estructura más simple dotada de vida propia. b. Membrana plasmática, citoplasma, ácidos nucleicos (ADN y ARN) y ribosomas. c. Pueden ser: núcleo, aparato de Golgi, cloroplastos, mitocondrias, retículo endoplasmático, lisosomas, etcétera.

203

08

Biología y Geología 1 La organización de los seres vivos

c

8. La organización de los seres vivos

Actividad resuelta

8.4 La célula

56. Completa la tabla sobre la digestión celular Función de reproducción

Macromolécula

Moléculas resultantes de la digestión

Tipo de enlace que se rompe

Proteína

Aminoácidos

Peptídico

Polisacárido

Monosacárido

O-glucosídico

Grasa

Ácidos grasos y glicerina

Éster

Ácido nucléico

Nucleótidos

Fosfodiéster

Las células pueden dividirse y reproducirse dando lugar a nuevas células hijas con características semejantes a las de sus progenitoras. Para ello, la célula que se divide duplica su material genético, de modo que las células hijas resultantes tengan la misma información genética que la célula madre. A lo largo de su vida, la célula pasa por dos etapas diferentes: la interfase y la división celular, que constituyen en conjunto el denominado ciclo celular (véase Figura 8.27). • Interfase: abarca la mayor parte de la vida de la célula. Durante la misma, la célula desarrolla una actividad normal, es decir, se nutre, se relaciona, crece y se especializa. En esta etapa el ADN se encuentra en forma de cromatina. Pero, a partir de un momento dado, la cromatina empieza a condensarse y se duplican el ADN y los centriolos que forman el centrosoma; es entonces cuando la célula empieza a prepararse para la división.

c Actividades 57. ¿Qué representan las figuras?

Fig. 8.27. Etapas del ciclo celular.

d

Mitosis

a

1 b

c

• División celular: proceso por el cual una célula madre va a dar origen a dos células hijas. Comprende dos fases o etapas: la mitosis y la citocinesis.

Es la etapa de la división celular en la que tiene lugar la división del núcleo. En la mitosis se distinguen cuatro fases (véase Figura 8.30):

4 g

2

• Profase: en esta etapa, la más larga de la mitosis, el ADN duplicado en la interfase se condensa para formar los cromosomas. Éstos están constituidos por dos cromátidas, que tienen exactamente la misma información genética, unidas por un punto llamado centrómero.

3 8 6

7 f

e 5

CO2

CO2

En

El ciclo celular está regulado por una serie de mecanismos de control. Si estos mecanismos fallan, las células se reproducen sin control y dan lugar a la aparición de tumores.

176

Por otra parte, se produce la disgregación del nucleolo y la rotura de la membrana nuclear. Además, cada par de centriolos (duplicados en la interfase) se dirige a un extremo de la célula, y quedan unidos por un conjunto de microtúbulos que constituyen el huso acromático, encargado de la separación de los cromosomas. • Metafase: los cromosomas (unidos a los microtúbulos del huso acromático a través del centrómero) se desplazan hacia la zona media de la célula y forman la denominada placa ecuatorial. • Anafase: las cromátidas hermanas se separan y migran hacia polos opuestos de la célula. Esto sucede así porque los microtúbulos del huso acromático empiezan a acortarse de modo que van separando las cromátidas de los cromosomas y tirando de ellas hacia un polo u otro de la célula. • Telofase: cuando las cromátidas han llegado al polo correspondiente, empieza a formarse de nuevo la membrana nuclear. Las cromátidas se descondensan y los nucleolos aparecen de nuevo. De este modo, cada célula hija resultante contiene la misma información genética que la madre.

c

Materiales didácticos en el CD y en la CEO

cc Vectores de energía Animación:

176

c

Escenarios de error

cc Defecación/Excreción/Secreción La excreción es la eliminación de los desechos del metabolismo, especialmente del catabolismo. En el nivel celular, se expulsan a través de la membrana, CO2 y NH3 (por difusión) y H20 (por ósmosis). A nivel de organismo, la mayor parte de los productos de excreción son eliminados por los riñones. La excreción la realizan tanto los seres autótrofos como los heterótrofos. La defecación es la eliminación de los desechos de la digestión. A nivel celular consiste en la expulsión, por exocitosis, del contenido de una vacuola fecal; al fusionarse la membrana de la vacuola con la membrana plasmática se liberan directamente al exterior los desechos de la digestión. A nivel de organismo, consiste en la eliminación de las heces fecales a través del ano. La secreción se diferencia de las anteriores en que lo que se expulsa son sustancias útiles; a nivel celular se segrega el contenido de vesículas de secreción procedentes del aparato de Golgi al exterior, por exocitosis. Secreción y defecación tienen lugar mediante el mismo mecanismo.

204

Biología y Geología 1 La organización de los seres vivos

08

c Páginas web

8. La organización de los seres vivos 8.4 La célula

cc Laurent Martorell Citocinesis

Vídeo: Mitosis http://www.accreteil.fr/biotechnologies/doc_biocell-videomitosis.htm

Consiste en la división del citoplasma y tiene lugar durante la telofase. Este proceso es distinto en células animales y vegetales (véase Figura 8.28). En células animales se produce un estrechamiento, en la zona media de la célula, que se va haciendo más pequeño hasta separar la célula en dos células hijas. Las células vegetales no se pueden estrechar porque tienen la pared celular, por lo que el citoplasma se divide gracias a la formación de una nueva pared celular en la zona central de la célula. Existe un tipo de división celular especial, la meiosis, que tiene lugar en células implicadas en la reproducción sexual.

Meiosis

Fig. 8.28. Proceso de citocinesis en células animales (a) y vegetales (b).

La meiosis es un tipo de división celular en el que las células que se forman tienen la mitad de cromosomas que la célula madre (véase Figura 8.30). El número de cromosomas de una célula se denomina número diploide, se designa como 2n y es característico para cada especie (por ejemplo, para el ser humano es 46). Sin embargo, las células implicadas en la reproducción sexual tienen la mitad de cromosomas, es decir, n cromosomas, lo que se denomina número haploide. En la reproducción sexual se produce la unión de dos células sexuales, los gametos, para formar una nueva célula, el cigoto, a partir de la cual se desarrollará un nuevo individuo. Por lo tanto, si los gametos tuvieran 2n cromosomas, cada nueva generación tendría el doble de cromosomas. Para que esto no ocurra, las células sexuales son haploides, de modo que, al unirse, darán origen a un nuevo individuo diploide.

Cromosomas homólogos: Las células diploides tienen dos series de cromosomas (procedentes del padre y de la madre) que se emparejan de dos en dos, por lo que reciben el nombre de cromosomas homólogos. Las células haploides sólo tienen una serie de cromosomas.

cc The Life Wire

La meiosis comienza con la duplicación del ADN. Después se suceden dos divisiones celulares: la primera división meiótica, en la que el número de cromosomas se reduce a la mitad, y la segunda división meiótica, que es una mitosis normal.

Figuras: http://bcs.whfreeman.com/thelifewire/ Capítulo (chapter) 9 Figura 9.2: la división celular de una bacteria. Figura 9.3: representación del ciclo celular. Figura 9.5: cromosoma metafísico visto al microscopio electrónico. Figura 9.8: (left) y (right): esquemas y microfotografías de las fases de la mitosis. Figura 9.10: representaciones de la citocinesis.

• Primera división meiótica: se distinguen las siguientes etapas: — Profase I. Es la etapa más larga y compleja de la meiosis. El principio es como en la mitosis, es decir, el ADN se condensa y se forman los cromosomas. A partir de ahí sucede algo que no pasaba en la mitosis: los cromosomas homólogos se aparean longitudinalmente y se forman cromosomas dobles o bivalentes entre los cuales se produce un fenómeno denominado sobrecruzamiento o entrecruzamiento (véase Figura 8.29). Este fenómeno consiste en el intercambio de genes entre los cromosomas homólogos, lo que incrementa la variablidad genética de los descendientes. Los puntos en los que se produce este intercambio se llaman quiasmas. El resto de los fenómenos que suceden en esta etapa son los mismos que en la mitosis, de modo que al final de esta fase se ha formado el huso acromático. Fig. 8.29. En el sobrecruzamiento o entrecruzamiento — Metafase I. Durante esta fase los bivalentes se sitúan en el plano ecua- se produce el intercambio de material genético entre torial del huso acromático unidos a los microtúbulos a través de los cen- cromosomas homólogos. trómeros. — Anafase I. Los cromosomas homólogos que forman los bivalentes se separan y se dirigen a cada uno de los polos de la célula. ¿Te has fijado en qué se diferencia esta etapa de la anafase de la mitosis? En la mitosis migraban a los polos las cromátidas hermanas, pero en la anafase I de la meiosis migran cromosomas homólogos. — Telofase I. Al igual que en la telofase de la mitosis, en esta etapa se forman las membranas y se divide el citoplasma.

177

cc Sant Olaf College Animación sencilla y muy clara de la mitosis. http://www.stolaf.edu/people/giannini/flashanimat/celldivision/crome3.swf 177

cc BioCourseMcGraw-Hill

c Lectura

Ciclo celular, mitosis, figura y vídeo, citocinesis y ejercicio interactivo. http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001_saladin/ folder structure/le/m7/s4/index.htm

Todas las células de nuestro organismo, excepto los gametos, son genéticamente iguales y diploides, pues proceden del cigoto que resultó de la unión de un espermatozoide y un óvulo, ambos haploides, con la información genética que hemos heredado de nuestro padre y de nuestra madre.

cc McGraw-Hill: mitosis y citocinesis

La mitosis es un proceso fundamental, cuyo fin es originar células genéticamente idénticas. Sirve como método de reproducción en seres unicelulares y en seres pluricelulares de reproducción asexual. En nuestro caso, la mitosis ha sido especialmente importante durante el desarrollo embrionario y el crecimiento. En la edad adulta, aunque no se crezca, se siguen formando nuevas células que sustituyen a las que van muriendo, en ello consiste la renovación celular. Por ejemplo, a partir de las células madre hematopoyéticas (formadoras de células sanguíneas), se originan todas las células de la sangre; han hecho falta, en este caso, además de divisiones celulares por mitosis que han originado células hijas genéticamente idénticas, procesos de diferenciación o especialización celular, que permiten que células genéticamente idénticas adopten una estructura y una manera de funcionar adaptada a la función que van a realizar.

Animaciones:

cc Células somáticas y células sexuales

http://highered.mcgrawhill.com/olc/dl/120073/ bio14.swf

205

08

Biología y Geología 1 La organización de los seres vivos

c ccc

8.4 La célula

Castilla y León, septiembre 2001

Con respecto a la división celular: a) Define mitosis y meiosis. b) Nombra las fases de la mitosis. c) Describe la metafase. d) ¿Todas las células pueden dividirse por meiosis? Razona la respuesta.

Solución a) La mitosis es un tipo de división celular en la que las células que se forman tienen el mismo número de cromosomas que la célula madre, y la meiosis es un tipo de división celular en la que las células hijas tienen la mitad de cromosomas que la célula madre. b) En la mitosis se distinguen cuatro fases: profase, metafase, anafase y telofase. c) En la metafase los cromosomas se disponen en la zona media de la célula unidos a los filamentos del hueso acromático, formado la denominada placa ecuatorial. d) Las células del cuerpo (somáticas) se dividen por mitosis y sólo las reproductoras (gametos), que deben tener la mitad de cromosomas que la célula madre una vez que se dividen, se han formado por meiosis.

178

8. La organización de los seres vivos

PAU

c Páginas web cc La mitosis

Así, al final de la primera división meiótica se han formado dos células hijas idénticas con n cromosomas y con dos cromátidas cada una, es decir, dos células haploides. Tras la primera meiosis se produce una pequeña interfase en la que no se produce duplicación del ADN y empieza la segunda división meiótica. • Segunda división meiótica: es igual que una mitosis normal que tiene por objeto separar las cromátidas hermanas que, tras la primera división meiótica, permanecían unidas. Las etapas de esta división se denominan profase II, metafase II, anafase II y telofase II para diferenciarlas de las de la división anterior y sufren los mismos procesos que en las etapas que se han visto para la mitosis. El resultado final de la meiosis es que a partir de una célula madre con 2n cromosomas se han formado cuatro células hijas con n cromosomas.

Fig. 8.30. Esquema general de la mitosis y de la meiosis.

Animaciónes:

Actividades

La mitosis de John Kyrk. http://www.johnkyrk.com/mitosis.html La mitosis de Cells Alive. http://www.cellsalive.com/mitosis.htm

cc La meiosis ccc

15>

PAU Acceso a Universidades Públicas Comunidad de Madrid. Junio 2006:

Con relación al proceso meiótico de un organismo 2n = 6: a) ¿cuándo se produce la formación de bi-

178

Bio CourseMcGraw Hill

Meiosis, detalle del proceso y vídeo. http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001 gbio/folder structure/ge/m1/ s5/index.htm Recombinación entre cromosomas homólogos. http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001 saladin/folder structure/re/m1/ s3/index.htm

c Lectura

cc La recombinación Puedes encontrar una lectura sobre la recombinación en el CD del profesor.

206

valentes?, explique brevemente en qué consiste; b) haga un esquema de la anafase II; c) explique el significado biológico de la meiosis.

c Escenarios de error

cc Mitosis/División mitótica El término mitosis o cariocinesis hace referencia a la división del núcleo (cario-núcleo, cinesis-división) y tiene como resultado una célula con dos núcleos. Cuando hablamos de división mitótica nos referimos a la mitosis y a la citocinesis (división del citoplasma o de la célula en dos). Esta división incluye la profase, metafase, anafase, telofase y, por último, la citocinesis, que no es en sí misma una fase de la mitosis.

Biología y Geología 1 La organización de los seres vivos

c PAU

8. La organización de los seres vivos 8.4 La célula

ccc

Las teorías sobre el origen de la vida tratan de explicar cómo se originaron las primeras formas de vida. Sin embargo, basta con mirar a nuestro alrededor para ver la gran diversidad de organismos que habitan la Tierra (plantas, animales, bacterias…). Si todos ellos descienden de esas primitivas formas de vida, ¿cómo explicar tanta diversidad? Se explica en función de una de las características más importantes que definen la vida: la capacidad que tienen los seres vivos de evolucionar, es decir, de variar sus estructuras para adaptarse al medio en el que viven. Así, se piensa que las primeras formas de vida eran procariotas, al presentar menor complejidad, y que se alimentaban de moléculas orgánicas presentes en el medio, por lo que eran heterótrofas. Además, vivían en un ambiente en el que apenas había oxígeno, es decir, eran anaerobias.

Identifica los errores que hay en este diálogo y justifica por qué son errores.

Seguramente, el número de organismos fue creciendo de modo que los nutrientes orgánicos comenzaron a disminuir. Los organismos empezarían a competir por el alimento. Probablemente muchos murieron, otros sobrevivieron y algunos pudieron adaptarse y adquirir la capacidad de utilizar la luz del sol y el CO2 para fabricar alimentos, es decir, surgen los organismos autótrofos y aparece la fotosíntesis.

Solución Las células de nuestro cuerpo (somáticas) se reproducen por mitosis y las células reproductoras (gametos) se originan por meiosis. Todas las células que forman nuestro cuerpo tienen la misma información genética, pero no expresan los mismos genes, y así las células adquieren formas y funciones distintas.

Se desarrollaron varias clases de bacterias fotosintéticas, las más importantes son las cianobacterias. Como consecuencia de la fotosíntesis, se empezaría a liberar oxígeno que se iría acumulando en la atmósfera. Para algunos organismos el oxígeno resultaría tóxico, pero otros adquirírían la capacidad de utilizarlo, y aparecerían así los procesos de respiración aeróbica actuales, en los cuales se libera CO2 que, a su vez, sería utilizado por los organismos fotosintéticos. El análisis de algunas rocas sugiere que el oxígeno se empezó a acumular en la atmósfera hace unos 2 000 millones de años.

c Glosario La simbiosis es una interacción entre dos o más organismos. Puede ser de varios tipos: • mutualismo (ambos organismos se benefician); • comensalismo (se beneficia uno pero sin perjudicar al otro); • y parasitismo (uno se beneficia a costa de perjudicar al otro). En el caso de la teoría endosimbiótica, se entiende que esta asociación resultaría beneficiosa para ambos organismos.

Fig. 8.31. Según la teoría endosimbiótica los organismos, eucariotas surgieron a partir de los procariotas.

179

cc Fases de la meiosis

Cataluña, septiembre 2004

Dos alumnos de segun,do de bachillerato, Marc y Laia, se encuentran para estudiar biología. Los dos tienen algunas dudas que se plantean en el siguiente diálogo: Marc: ¿Todas nuestras células pueden hacer la división celular por meiosis? Laia: No, por meiosis no, todas la hacen por mitosis. Marc: Tengo otra duda: todas mis células no tienen la misma información genética, ¿verdad? ¡Como una neurona y una célula muscular son tan diferentes...!

Evolución celular

A partir de los organismos procariotas se formaron los eucariotas. Esto lo ha explicado la teoría endosimbiótica (véase Figura 8.31), formulada por la bióloga estadounidense Lynn Margulis. Según esta teoría, algunas células procariotas, no fotosintéticas, pudieron volverse depredadoras, es decir, se alimentaban engullendo a otros organismos mediante procesos de fagocitosis. Probablemente, estos depredadores no podrían digerir adecuadamente a sus presas, de modo que, en algunos organismos se pudo establecer una relación de simbiosis entre la presa y el depredador. Las células atrapadas se fueron especializando en diferentes funciones y dieron lugar a distintos orgánulos celulares, como, por ejemplo, las mitocondrias (antiguas bacterias aeróbicas) y los cloroplastos (antiguas bacterias fotosintéticas). Aunque no se han encontrado restos fósiles que apoyen esta teoría, el hecho de que tanto las mitocondrias como los cloroplastos posean su propio material genético puede evidenciar que sucedió así.

08

cc Comparación meiosis-mitosis

http://highered.mcgraw-hill.com/olc/dl/ 120074/bio19.swf http://highered.mcgraw-hill.com/olc/dl/ 120074/bio17.swf

Citocinesis. División del citoplasma. Cromosoma homólogo. Cromosomas que pueden tener diferente información, pero que codifican para los mismos caracteres. Meiosis. Tipo de división celular en el que, al final del proceso, se originan cuatro células hijas con la mitad de cromosomas (n) que la célula original. Mitosis. Tipo de reproducción celular en el que, al final del proceso, se originan dos células hijas idénticas (2n) a la célula original. Quiasma. Cruzamiento que puede originarse entre las cromátidas de cromosomas homólogos durante la primera división de la meiosis. Sobrecruzamiento. Proceso en el que se puede intercambiar material genético entre las cromátidas de cromosomas homólogos.

179

c Páginas web Sant Olaf College. Animación sencilla de la meiosis. http://www.stolaf.edu/people/giannini/flashanimat/celldivision/meiosis.swf

Sumanas, Inc. Animaciones: Mitosis: http://www.sumanasinc.com/webcontent/ anisamples/majorsbiology/mitosis.html Meiosis: http://www.sumanasinc.com/webcontent/ anisamples/majorsbiology/meiosis.html

207

08

Biología y Geología 1 La organización de los seres vivos

c ccc

8. La organización de los seres vivos

PAU

8.4 La célula

Valencia, septiembre 2002 Según algunos investigadores, las colonias serían seres multicelulares, y se diferenciarían de los pluricelulares en que, en estos últimos, sí hay un verdadero reparto de funciones entre las células que los forman.

a) Cita las diferencias estructurales entre una célula animal y una vegetal. b) Explica el origen evolutivo de mitocondrias y cloroplastos.

Para otros investigadores, sin embargo, los términos multi y pluricelular son sinónimos.

Solución a)

ANIMAL

VEGETAL

Centriolos No No Más mitocondrias Vacuolas pequeñas e inestables

No Cloroplastos Pared celular de celulosa Menos mitocondrias Gran vacuola en células maduras

Imagina que eres un científico y un día, de camino al trabajo, observas que las cebollas de dos huertos contiguos tienen una considerable diferencia de tamaño. Preguntas a los dueños sobre el tratamiento que le dan a su huerto: uno dice que añade el abono X y otro el abono Y. Te fijas en la composición de los abonos y ves que sólo difieren en un componente: Z. Sospechas que Z es el responsable de ese mayor crecimiento. Aplicando el método científico, ¿cómo demostrarías tus sospechas? El método científico consta de cuatro etapas: observación, planteamiento de hipótesis, experimentación y conclusión. En este caso, la observación es la que indica el enunciado, es decir, que unas plantas crecen más que las otras y que la diferencia es el tipo de abono, puesto que el suelo es el mismo. Ante esta observación se plantea la hipótesis: el mayor crecimiento de las plantas se debe al componente Z. Es más, sospechas que Z actúa estimulando la mitosis. Tras el planteamiento de la hipótesis se planifica el trabajo experimental. En este caso, se podría, por ejemplo, plantar semillas de cebolla en varios semilleros (cada uno perfectamente identificado) a los que se hayan añadido distintas cantidades del compuesto Z. Es importante realizar más de una prueba para estar seguros de los resultados. También es importante poner controles, en este caso semilleros que no llevan añadido el compuesto Z. Éste es un ejemplo de los análisis que se podrían realizar:

b) Según la teoría endosimbiótica de Lynn Margulis, las mitocondrias se originaron a partir de bacterias aerobias que se asociaron por simbiosis a otras células procarióticas, y los cloroplastos proceden de una célula fotosintética similar a las cianobacterias actuales.

C1

A1

A2

A3

B1

1 g/compuesto Z/g suelo

B2

B3

D1

5 g/compuesto Z/g suelo

D2

D3

10 g/compuesto Z/g suelo

Longitud de la planta (mm) Tiempo de cultivo

Compuesto Z (g/g de suelo)

C1

C2

C3

A1

A2

A3

B1

B2

B3

D1

D2

D3

1 5 10

Con el experimento anterior estudiaríamos lo que ocurre a nivel macroscópico, es decir, veríamos si el componente Z provoca o no el mayor desarrollo de la planta. Pero para comprobar lo que está ocurriendo a nivel microscópico, es decir, a nivel de la célula, ya que sospechábamos que Z estimulaba la mitosis, se harían otras pruebas. Por ejemplo, se podrían cultivar células en placas. Las células, animales o vegetales, pueden cultivarse en placas y así visualizarse al microscopio, o analizar con pruebas bioquímicas, los efectos de la adición de determinados compuestos. En este caso tendríamos cultivos en placas a los que no añadiríamos nada (controles) y otros con distintas cantidades de compuesto Z (al igual que hicimos con los semilleros); así veríamos, con ayuda de un microscopio, lo que ocurre con la mitosis. Finalmente, analizaríamos los resultados obtenidos para aceptar o rechazar la hipótesis planteada, es decir, si Z es capaz o no de estimular la mitosis.

Animación Sumanas, Inc.: esta animación explica de forma muy clara el origen de las mitocondrias y cloroplastos. http://www.sumanasinc.com/webcontent/anisamples/nonmajorsbiology/organelles.html 180

Notas

208

C3

Observamos lo que ocurre y anotamos todos los resultados. Para ello es importante diseñar una hoja adecuada de toma de datos. En este caso, por ejemplo, se podría anotar a determinados intervalos de tiempo cuál es la longitud de la planta (también podría haber sido el peso seco, o, incluso, varios parámetros). Aquí tienes un ejemplo de cómo podría ser una hoja de toma de datos.

cc La teoría de la endosimbiosis

http://bcs.whfreeman.com/thelifewire/ Capítulo (chapter) 28 Figura 28.2: la figura muestra el origen de las membranas internas (compartimentalización). Figura 28.3: compartimentalización y origen de mitocondrias y cloroplastos por endocitosis.

C2

Control: sin compuesto Z

c Páginas web

cc The Life Wire

Debido a que la vida se originó en los océanos primitivos, se piensa que los primeros organismos pluricelulares evolucionaron en el mar para, posteriormente, invadir la tierra. Así, gracias a la evolución, fue aumentando la biodiversidad.

Actividad resuelta

Núcleo más o menos central Núcleo excéntrico

180

A partir de estas primeras formas de vida eucariotas surgirían los primeros organismos pluricelulares, formados por la unión de muchas células formando colonias. En las colonias cada organismo trabaja para sí mismo, es decir, no hay un reparto del trabajo. Según las células se van especializando en realizar determinadas funciones o trabajos, aparecen los tejidos, que serán las estructuras de los primeros organismos pluricelulares, como las esponjas. A medida que los organismos se van complicando, surge la necesidad de crear estructuras más especializadas, como órganos, aparatos y sistemas.

Biología y Geología 1 Actividades

08

8. La organización de los seres vivos Actividades

Actividades finales 1>

¿Qué diferencia a la materia inerte de la viva? ¿A qué se deben esas diferencias? ¿Cómo definirías la vida?

2>

Los bioelementos se clasifican en primarios, secundarios y oligoelementos. ¿En qué se basa esta clasificación? ¿Son todos igual de importantes?

3>

Haz un esquema en el que se indique cuáles son las biomoléculas que forman la materia viva y qué funciones desempeñan. ¿Cuál es la más energética?

4>

Respecto a la siguiente secuencia de bases nitrogenadas: ACGACGUAGGCUGCGA.

5>

7>

En relación al metabolismo: a) ¿Qué se entiende por metabolismo? b) ¿Qué características presentan el anabolismo y el catabolismo?

8>

En relación al anabolismo, ¿qué semejanzas y diferencias presentan las células con nutrición autótrofa y heterótrofa?

a) ¿Qué tipo de ácido nucleico es? ¿Por qué? b) ¿Cuáles son las principales funciones de los ácidos nucleicos?

9>

¿Qué es la citocinesis? ¿Se produce igual en células animales y vegetales? Dibuja cómo es este proceso en cada tipo de célula y explica por qué sucede así.

Indica los nombres de las estructuras y orgánulos señalados con números en la siguiente figura.

10>

Dibuja la anafase de la mitosis y la anafase I de la meiosis, ¿en qué se diferencian?

11>

Manolo acaba de empezar a trabajar en un vivero de plantas. Su jefe le manda cuidar unos rosales que están en unas macetas. Manolo piensa que les vendría bien un abonado y para ello coge un saco de sales minerales, añade en cada maceta una cantidad de sales cinco veces superior a lo que indican las instrucciones del fabricante (pensando que es lo mejor para las plantas) y las riega. Al cabo de unos días observa horrorizado que los rosales se han secado. ¿Qué crees que ha pasado?

12>

¿Qué le ocurriría a un individuo que sufriera alteraciones en la división meiótica por las que no fuera capaz de producir gametos haploides?

13>

El alcohol es una molécula que proporciona 7 kcal/g, pero no aporta ningún nutriente beneficioso, por lo que se denominan «calorías vacías». Las grasas aportan 9 kcal/g, mientras que glúcidos y proteínas proporcionan 4 kcal/g. Partiendo de estos datos, ¿por qué en las dietas de adelgazamiento lo primero que se prohíbe es el alcohol? ¿Crees que sería adecuada la prohibición total de comer grasas? ¿Por qué?

14>

Las mitocondrias y los cloroplastos están rodeados de dos membranas. ¿Podría explicarse esto desde el punto de vista de la teoría endosimbiótica?

15>

Explica, ayudándote de un dibujo, la relación que existe entre el retículo endoplasmático, el aparato de Golgi y los lisosomas.

a) Indica de qué tipo de célula se trata y por qué. b) ¿Qué funciones desempeñan en la célula cada una de las estructuras señaladas? c) Señala cuáles son las principales diferencias entre una célula animal y una vegetal.

6>

a) ¿De qué orgánulo se trata? b) Señala los nombres de las distintas partes que lo forman.

La siguiente figura se corresponde con un orgánulo presente en células eucariotas:

181

209

08

Biología y Geología 1 Actividades

8. La organización de los seres vivos Actividades

16>

Las siguientes figuras se corresponden con distintas etapas de un proceso de división celular. Ordénalas, indica de qué proceso se trata y qué está ocurriendo en cada caso.

17>

La siguiente imagen es una fotografía de una célula realizada con un microscopio electrónico. Dibuja lo que ves en la fotografía e indica qué estructuras se observan y de qué tipo de célula se trata.

Universidades de la Generalitat Valenciana: Junio de 2003 ¿Qué procesos se representan en la figura siguiente?: Nombra los elementos señalados y explica brevemente el proceso en que participan. ¿Qué papel juega este proceso en el sistema de defensa del organismo? Centra la pregunta La figura representa una célula en la que se ve una serie de estructuras rodeadas de membrana. Además, se observa que la membrana externa de la célula se deforma para englobar algo, introducirlo dentro, modificarlo y expulsar algo al exterior. Debes recordar Tipos de orgánulos celulares rodeados de membrana y estructura y funciones de los mismos: nutrición celular, en particular el proceso de digestión. Resuelve la pregunta Los elementos de la figura son: (1) aparato de Golgi, (2)

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210

18>

El ADN, presente en el núcleo de células eucariotas, es nuestra “huella genética”. Imagina que trabajas en el laboratorio de la policía científica y te llevan a analizar un fragmento de cabello sin raíz que se ha encontrado en la escena de un crimen, ¿se podría descubrir quién ha sido el asesino?

19>

La cola de los espermatozoides contiene una gran cantidad de mitocondrias, ¿cuál es la razón?

lisosomas, (3) fagocitosis celular, (4) vacuola alimenticia, (5) vacuola digestiva, (6) vacuola fecal y (7) exocitosis celular. La figura representa la digestión celular. Se ve cómo se forman los lisosomas a partir del aparato de Golgi, cómo se produce la fagocitosis y cómo la célula digiere la materia que ha ingerido. Recuerda que tendrías que explicar lo que sucede en cada uno de los pasos del proceso de fagocitosis, es decir: — en cuanto a los lisosomas: qué son, cómo se forman, cuál es su función. — en cuanto a la fagocitosis: por qué y cómo se produce. — en cuanto al proceso de digestión en sí: cómo se produce. — en cuanto al proceso de excreción: cómo se produce. Con respecto al papel que este proceso desempeña en el sistema de defensa del organismo, recuerda que los leucocitos eliminan bacterias patógenas mediante fagocitosis.

Biología y Geología 1 Investigación científica 1

08

8. La organización de los seres vivos Investigación científica

Investigación científica Lo han bautizado «Hatena», ‘misterio’ en japonés Científicos japoneses encuentran un microbio mitad planta, mitad animal Madrid.- Un organismo que trae de cabeza a la comunidad científica internacional ha sido encontrado en una playa nipona por un equipo de investigadores de la Universidad japonesa de Tsukuba. Hatena (‘misterio’ en japonés) es mitad vegetal —hace fotosíntesis, como las plantas— y mitad depredador —come algas, como otros animales. Según el estudio, que publica la revista Science, el equipo de investigadores encontró el microbio unicelular en una playa del Departamento de Wakayama. Al observarlo con un microscopio, pudieron ver que el microorganismo era capaz de dividirse en dos células, una de ellas «carnívora» y otra «herbívora». El microbio original es de color verde y está compuesto por algas. Cuando se divide en dos células, una de ellas se queda con todas las algas y permanece de color verde, mientras que la otra se vuelve incolora.

tras que la célula verde usa las algas que tiene en su interior para llevar a cabo la fotosíntesis y producir energía. Los científicos han asegurado que este nuevo organismo —tan raro que se ha quedado con ese nombre, Hatena— parece ser capaz de realizar procesos de endosimbiosis, una asociación estrecha entre dos especies, en la que los individuos de una residen dentro de las células de la otra, creando una nueva forma de vida. Los investigadores creen que así es como muchas de las plantas y animales que hay hoy en día sobre la Tierra evolucionaron. De hecho, son muchos los que opinan que los cloroplastos, las pequeñas «factorías solares» que residen dentro de las plantas, fueron en un principio organismos separados. Ésta es la primera vez que un equipo científico consigue describir los cambios que se producen tanto en el organismo huésped como en el que es absorbido.

Esta última célula desarrolla un órgano similar a nuestra boca, que utiliza para capturar y «comer» vegetales, mien-

Extraído de elmundo.es (Ciencia/Ecología). 18-10-2005

a) ¿Cómo explicarías las características de este organismo desde el punto de vista de la teoría endosimbiótica? b) ¿Por qué el texto se refiere a los cloroplastos como «factorías solares»?

183

211

08

Biología y Geología 1 Investigación científica 2

Investigación científica 2 GLUCOSA Y ENERGÍA PARA EL CEREBRO Quien no desayuna se come sus propios músculos Aunque asombre a algunas personas, del desayuno depende la memoria y la capacidad de aprender y de concentrarse. Esto ocurre porque en el cerebro, el equilibrio o desequilibrio de sustancias como la dopamina y la serotonina estimula o adormece nuestra capacidad de concentrarnos y de atender. Los niveles de esas sustancias cerebrales dependen, minuto a minuto, de lo que hemos comido. Un desayuno capaz de mantenernos despiertos, alerta e inteligentes debe contener suficientes proteínas, además de carbohidratos. De lo contrario, no cumplirá su efecto positivo. Como se sabe, en las mañanas nuestra capacidad de atención, de concentración y de alerta depende, especialmente, de que haya un aporte continuo de azúcar (glucosa) al cerebro, en vista de que ese órgano no posee ningún sistema para almacenar combustible, y debe tomar pequeñas cantidades de glucosa de la sangre para poder funcionar. Durante el sueño nocturno, el azúcar de la sangre se mantiene estable gracias a que el hígado produce glucosa, pero en las mañanas —de acuerdo con los ritmos circadianos de nuestro cuerpo— entran en funcionamiento otros sistemas hormonales y los niveles de glucosa sanguínea (y por tanto el alimento de nuestro cerebro) dependerán de lo que comamos. De manera que de los alimentos que incluimos al despertar dependerá el rendimiento escolar, la capacidad de concentración, la capacidad de analizar la información y de evocar los conocimientos aprendidos. Ya lo hemos dicho: un desayuno lleno de azúcares o harinas, en vez de mantener estables los niveles de glucosa ocasiona una bajada de azúcar a media mañana. Eso significa que darle al niño sólo pan, arepas, galletas, cachitos, avena, mermelada, jugo de naranja, refrescos, café o té con azúcar, no funciona. Estos deben ir acompañados o rellenos con leche, queso, jamón, pechuga de pollo o de pavo, en fin, proteínas, las cuales, en el hígado, se van transformando en pequeñas cantidades de azúcar que pasan gradualmente a la sangre. De esta manera, el cerebro tiene combustible continuo durante muchas horas. Además, las proteínas estimulan directamente la síntesis de adrenalina y dopamina en el cerebro, las cuales elevan nuestra atención y capacidad de estar alerta. Si nuestro hijo —por inapetencia o porque no le gusta— desecha el queso, o las rebanadas de pollo, jamón o pechuga, sobrevendrán dificultades en su cuerpo: se producirá una violenta elevación del azúcar sanguíneo, que estimula la producción de insulina y se producirá una abrupta baja de azúcar cerca de dos horas después de haber terminado de desayunar. Es decir, perderá capacidad de concentración y rendimiento. Siempre habrá que insistir con los hijos en que, aunque ingieran poco, al menos consuman alimentos ricos en proteínas, como leche y pollo, entre otros, pues si se llenan sólo de harinas (papas, pan, arroz, maicena, avena, cebada), engordarán, pero no estarán atentos ni fuertes. Por lo demás, se ha comprobado que, en general (adultos y niños), quienes consumen únicamente azúcares

212

en el desayuno (café y galletas, por ejemplo), cuando llegan a la hora del almuerzo sufrirán otra baja de azúcar en sangre, pasadas dos horas, por más proteínas que allí ingieran. La falta de proteínas en el desayuno es irrecuperable y por más que se coman a otras horas ya no habrá manera de encender la mente. Una buena razón para desayunar es el beneficio intelectual que recibimos. Otra razón es el daño que provocamos en nuestro cuerpo con el ayuno mañanero. Imaginemos el proceso. Suena el despertador y el cerebro empieza a preocuparse: “Ya hay que pararse y nos comimos todo el combustible.” Llama a la primera neurona que tiene a mano y manda mensaje a ver qué disponibilidad hay de glucosa en la sangre. Desde la sangre le responden: “Aquí hay azúcar como para 15 a 20 minutos, nada más.” El cerebro hace un gesto de duda, y le dice a la neurona mensajera: “De acuerdo, vayan hablando con el hígado a ver qué tiene en reserva.” En el hígado consultan la cuenta de ahorros y responden que “a lo sumo la cosa llegan a 20 o 25 minutos, y sin IVA”. En total no hay sino cerca de 290 gramos de glucosa, es decir, alcanza para 45 minutos, tiempo en el cual el cerebro ha estado rogándole a todos los santos a ver si se nos ocurre desayunar. Si estamos apurados o nos resulta insoportable comer en la mañana, el pobre el órgano tendrá que ponerse en emergencia: “Alerta máxima: nos están tirando un paquete económico. Cortisona, mija, sáquele lo que pueda a las células musculares, los ligamentos de los huesos y el colágeno de la piel.” La cortisona pondrá en marcha los mecanismos para que las células se abran cual cartera de mamá comprando útiles, y dejen salir sus proteínas. Éstas, pasarán al hígado para que las convierta en glucosa sanguínea. El proceso continuará igualito hasta que volvamos a comer. Como se verá, quien crea que no desayuna se está engañando: se come sus propios músculos, se auto devora. La consecuencia es la pérdida de tono muscular, y un cerebro que, en vez de ocuparse de sus funciones intelectuales, se pasa la mañana activando el sistema de emergencia para obtener combustible y alimento. ¿Cómo afecta eso nuestro peso? Al comenzar el día ayunando, se pone en marcha una estrategia de ahorro energético, por lo cual el metabolismo disminuye. El cerebro no sabe si el ayuno será por unas horas o por unos días, así que toma las medidas restrictivas más severas. Por eso, si la persona decide luego almorzar, la comida será aceptada como excedente, se desviará hacia el almacén de «grasa de reserva» y la persona engordará. La razón de que los músculos sean los primeros utilizados como combustible de reserva en el ayuno matutino se debe a que en las horas de la mañana predomina la hormona cortisol, que estimula la destrucción de las proteínas musculares y su conversión en glucosa. Extraído de: http://www.cubiro.com/articulos/salud/salud desayuno.htm

Biología y Geología 1 Trabajo de laboratorio 1

08

8. La organización de los seres vivos Trabajo de laboratorio

Trabajo de laboratorio una batidora. De este modo conseguiremos romper muchas de las células.

Extracción de ADN Introducción La extracción de ADN a partir de tejidos es una técnica ampliamente utilizada en laboratorios de investigación o en medicina forense. En el campo de la investigación, es el primer paso para, por ejemplo, el estudio de enfermedades genéticas. En cuanto a la medicina forense, nos va a permitir identificar a un individuo de manera inequívoca, puesto que el ADN es nuestra huella genética. El proceso de extracción que se va a realizar en esta práctica está muy simplificado respecto al desarrollo real en un laboratorio de investigación, de modo que el ADN que se obtenga no será muy puro, sino que estará unido a proteínas. El ADN se encuentra en el núcleo celular, de modo que habrá que romper las membranas plasmática y nuclear para liberar el ADN y conseguir así aislarlo.

Objetivo Esta práctica tiene como objetivo no sólo la extracción de ADN, sino también comprender el porqué del proceso y la finalidad y aplicaciones que éste puede tener.

Se cogen unos 5 ml del batido de cebolla, se pasan a un tubo de ensayo y se mezclan con unos 10 ml de la disolución que se ha preparado al principio, agitando bien durante unos minutos. El detergente que lleva esta disolución se añade para romper las membranas celulares (tanto la plasmática como la nuclear), mientras que las sales se añaden para facilitar la disolución del DNA. Se pasa la muestra a través de un filtro de cafetera para eliminar los restos sólidos. Del filtrado obtenido se separan unos 5 ml, se pasan a un tubo de ensayo y se añaden lentamente 10 ml de etanol (para precipitar el etanol) al 96 %, muy frío, dejándolo resbalar por las paredes del tubo de modo que se forme una capa encima del filtrado. Se deja reposar durante unos 3 minutos hasta que aparece una zona turbia entre las dos capas. Se introduce una varilla de vidrio en el tubo de ensayo (a la altura de la separación de las dos fases) y se agita suavemente. El ADN tiene afinidad por el vidrio, de modo que quedará adherido a la varilla, pudiéndose observar en el extremo de la misma una especie de hebras muy finas de color blanco.

Materiales necesarios – – – – – – –

Una cebolla Una batidora Una probeta Un vaso de precipitados Dos tubos de ensayo Filtros de café Agua (destilada o mineral)

– Sal de mesa al 12 % de concentración – Bicarbonato sódico – Detergente líquido (o SDS) – Alcohol de 96º (muy frío) – Varilla de vidrio

Procedimiento Se prepara una disolución que contenga 60 ml de agua destilada, 0,75 g de cloruro sódico (sal común), 2,5 g de bicarbonato sódico y 2,5 ml de detergente líquido (por ejemplo, lavavajillas) y se mantiene en disolución en frío (en la nevera o en un baño con hielo). Se coge una cebolla pequeña, se corta en pedazos, se mezcla con un poco de agua y se bate bien con

Resultados Escribe en tu cuaderno de prácticas las observaciones realizadas a lo largo del proceso de extracción.

Conclusiones En el texto de introducción de esta práctica se indica que, debido a la simplicidad del proceso de extracción, el ADN que se obtenga estará unido a proteínas. Explica, de forma razonada, por qué ocurre esto. ¿Qué aplicaciones crees que puede tener la extracción de ADN? ¿Sería posible hacer esta práctica con otro tipo de tejido? ¿Y con un trozo de uña o un pelo? Razona la respuesta.

184

213

08

Biología y Geología 1 Trabajo de laboratorio 2

Trabajo de laboratorio 2 ÓSMOSIS La ósmosis es el paso de sustancias entre dos disoluciones de diferente concentración, separadas por una membrana semipermeable, hasta que se igualan las concentraciones de ambas.

Objetivo Poner de manifiesto el proceso de ósmosis.

Cuestiones 1. ¿Qué observas? Se produce una plasmólisis ya que la disolución de NaCl (4 %) es hipertónica respecto al contenido de la vacuola.

Material

2. ¿Qué observas ahora? llenan de agua, ya que el medio externo ahora es hipotónico, hasta hincharse. Es decir, se origina una turgencia.

Cebolla / Escalpelo / Pinzas finas / Aguja enmangada / Porta y cubreobjetos / Vidrio de reloj / Solución de NaCl (4% y 6%) / Agua destilada / Microscopio

Conclusión

Procedimiento 1. Toma de una hoja de la cebolla, una vez partida ésta, uno de los trocitos con el escalpelo. De éste se extrae un poquito de la epidermis de su cara interna, la que separa a dos hojas en el bulbo. 2. Introduce el trocito de epidermis en un vidrio de reloj que contenga solución de NaCl (4 %), sácalo, ayudándote de la aguja enmangada, y extiéndelo sobre el portaobjetos. 3. Pon sobre la preparación un cubreobjetos. Obsérvala al microscopio. 4. Contesta a la cuestión n.º 1.

214

5. Introduce otro fragmento de epidermis en un vidrio de reloj que contenga agua destilada. Procede como en el caso anterior. 6. Contesta a la cuestión n.º 2.

…......................................................................................... ............................................................................................. ............................................................................................. ............................................................................................. ............................................................................................. ............................................................................................. ............................................................................................. ............................................................................................. ............................................................................................. ............................................................................................. ............................................................................................. ............................................................................................. ............................................................................................. .............................................................................................

Biología y Geología 1 Examen

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Examen 1. Indica tres razones de por qué el C es el elemento en torno al cuál gira la vida en la Tierra.

2. Explica dos razones por las cuáles se cree que fue el ARN el primer material genético.

3. De los siguientes bioelementos, indica a qué grupo de clasificación pertenecen: Co, Ca, N, Na, Zn, H, Cl e I.

c. Tal y como se encuentra en el agua y en el aire, es fácil de incorporar por los autótrofos y de éstos a los diferentes niveles tróficos.

2. a. Porque algunos estudios demostraron que, determinadas moléculas de ARN podían hacer copias de sí mismas. b. Además, en experimentos llevados a cabo en el laboratorio para sintetizar moléculas, simulando las condiciones de la atmósfera primitiva, se obtuvieron componentes del ARN y no del ADN, lo que ha llevado a pensar a algunos autores que aquél fue la primera molécula genética.

4. Completa el siguiente cuadro:

GLÚCIDO

GRUPO

CARACTERÍSTICAS / FUNCIÓN

Ribosa y desoxirribosa

Monosacáridos

Forman parte del ARN y del ADN. Estructural.

Lactosa

Disacáridos

Formada por glucosa + galactosa. Presente en la leche.

Fructosa

Monosacáridos

Presente en frutas y en miel.

Celulosa

Polisacárido

Constituida por la unión de muchas glucosas. Forma parte de la pared de células vegetales.

Almidón

Polisacárido

Formado por muchas glucosas unidas. Es reserva vegetal.

Maltosa

Disacárido

Formada por glucosa + glucosa.

5. Explica de los fosfolípidos: a. Composición química. b. ¿Por qué forman parte de la doble membrana celular?

6. Indica dos diferencias y dos analogías entre las mitocondrias y los plastos.

7. ¿Cuál es la diferencia entre nutrición autótrofa y heterótrofa? Pon un ejemplo de ser vivo con nutrición autótrofa y otro con nutrición heterótrofa.

8. Indica dos diferencias fundamentales entre catabolismo y anabolismo.

9. ¿Qué explica la teoría endosimbiótica de Lynn Margullis?

Respuestas: 1. a. Es un elemento ligero. b. Puede formar enlaces covalentes consigo mismo y con los demás elementos para formar moléculas.

3. a. Primarios: N y H b. Secundarios: Ca, Na y Cl c. Oligoelementos: Co, Zn e I

5. a. Glicerol + dos ácidos grasos + ácido fosfórico (al que se unen otras moléculas). b. Porque en su estructura se diferencian dos extremos: la «cabeza» (ácido fosfórico y la molécula que lleva unida), que es hidrofílico o que siente atracción por el agua. El otro, formado por los ácidos grasos, o «cola» es hidrófobo y huiría del agua.

6. a. Diferencias: limitados ambos orgánulos por dos membranas y que contienen, a su vez, pequeñas cantidades de ADN, ARN y ribosomas. b. Diferencias: las mitocondrias están presentes en todos los tipos de células eucariotas y los cloroplastos son exclusivos de las vegetales. Las mitocondrias intervienen en la respiración celular y las mitocondrias lo hacen en el proceso de la fotosíntesis.

7. a. Autótrofos: fabrican su propio alimento. Ej. Los vegetales verdes. b. No pueden fabricar su propio alimento. Ej. Los animales.

8. a. Catabolismo: proceso por el cual la materia orgánica compleja se descompone en moléculas más sencillas, y que durante su desarrollo se libera energía. b. Anabolismo: oroceso por el cual las células construyen moléculas orgánicas complejas a partir de moléculas orgánicas sencillas, y que para ello necesitan energía.

9. Que las células eucariotas se originaron a partir de organismos procariotas existentes. Así, algunas de aquellas células procariotas por medio de fagocitosis engulleron a otras células procariotas y que, al no poder digerir adecuadamente a sus presas, se estableció entre ambas una relación de simbiosis. Así, la simbiosis con antiguas bacterias aeróbicas originó a las mitocondrias, y con antiguas bacterias fotosintéticas dió lugar a los cloroplastos. Dicha teoría se basa en el hecho de que los dos tipos de orgánulos poseen su propio material biológico.

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Biología y Geología 1

Organismos unicelulares y pluricelulares

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Organismos unicelulares  y pluricelulares

Toda criatura viva debe ser contemplada como un microcosmos, un pequeño universo formado por una hueste de organismos que se propagan, inconcebiblemente menudos y tan numerosos como las estrellas en el cielo. Charles Darwin

1. Organismos unicelulares y pluricelulares 2. Funciones básicas en los organismos 3. Estructuras básicas en los organismos pluricelulares

Biología y Geología 1

Organismos unicelulares y pluricelulares

c Identificación de la Unidad En el contenido de la Unidad se pretende que los alumnos puedan conocer, de forma sencilla, la importancia de que células iguales sean capaces de unirse y realizar un trabajo en común a expensas de modificarse ellas mismas o perder alguna de sus funciones. Además, que agrupaciones de estos tejidos definen a los diferentes órganos y, por último, que la unión de éstos determinará la estructura de los aparatos y sistemas que componen a los animales pluricelulares.

c Objetivos didácticos   1. Conocer que los organismos pluricelulares están compuestos por muchísimas células que cooperan en la formación de tejidos, órganos y aparatos que, a su vez, realizan funciones determinadas, para lo que han tenido que adaptarse ellas mismas.   2. Analizar las funciones básicas de los organismos, que comprenden: la nutrición, relación y reproducción de los mismos.   3. Distinguir que cuanto más evolucionado es un organismo más especializadas están sus células en la realización de una función concreta, aspecto que favorecerá a que los seres vivos se adapten a los cambios del medio y evolucionen mejor.

c Contenidos cc Conceptuales   1.  Organismos unicelulares y pluricelulares. •  La diferenciación celular.   2.  Funciones básicas de los organismos. •  Función de nutrición. Diversidad en la nutrición. •  Funciones de relación. • Función de reproducción. Diversidad en la reproducción: asexual y sexual. •  Los ciclos biológicos.   3.  Estructura básica de los organismos pluricelulares. • Tejidos vegetales: —  Tejidos meristemáticos. —  Tejidos parenquimáticos. —  Tejidos protectores. —  Tejidos de sostén. —  Tejidos conductores o vasculares. —  Tejidos secretores. —  Órganos vegetales: la raíz, el tallo y la hoja. •  Tejidos animales. —  Tejido epitelial: de revestimiento y glandular. —  Tejido conectivo: conjuntivo, adiposo, cartilaginoso, óseo y hematopoyético. —  Tejido muscular: liso, estriado y cardiaco. —  Tejido nervioso: neuronas y células gliales. —  Órganos, aparatos y sistemas en animales.

cc Actitudinales

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  2. Apreciar los avances de la ciencia en el campo de la histología, gracias al trabajo de científicos que se dedican a ello.   3. Actuar siempre con sentido crítico a la hora de dar una opinión sobre algún aspecto de la Unidad, y saber respetar las opiniones de otros compañeros.

cc Procedimentales   1. Describir las características que identifican a los diferentes tipos de tejidos, tanto animales como vegetales.   2. Resolver las actividades propuestas en el texto.   3. Utilizar el vocabulario científico que sea necesario a la hora de expresar contenidos.   4. Experimentar en el trabajo de laboratorio: observación de tejidos vegetales y observación de tejidos animales.   5. Rotular dibujos sencillos de los diferentes tipos de tejidos o de las células que los constituyen, identificando a aquéllos con la función que realizan.   6. Elegir material para algún informe que tenga relación con el contenido de la unidad, leerlo, resumirlo y extraer conclusiones del mismo.   7. Comentar alguna noticia de actualidad, de prensa oral o escrita, que tenga relación con el contenido de la Unidad.

c Metodología   1. Materiales y recursos: •  Libro de texto y de consulta. • Dibujos, transparencias, diapositivas y esquemas identificativos de los diferentes tipos de tejidos, así como de las funciones básicas que realiza la célula. •  Actividades recomendadas relacionadas con la Web.   2. Organización de espacio y tiempo: • Indicar si son actividades de aula, de laboratorio, de campo, etcétera. • El tiempo es tarea del departamento o del profesor, ya que hay que tener en cuenta el calendario escolar y las actividades programadas por el centro.

c Criterios de evaluación   1. Distinguir en esquemas o imágenes de microscopía los diferentes tipos de tejidos.   2. Establecer las diferencias que existen entre los distintos tipos de ciclos biológicos, haciendo hincapié en el momento en que se lleva a cabo la meiosis en cada uno de ellos.   3. Describir las diferentes funciones que realizan los tejidos en el ser vivo, tanto animal como vegetal.   4. Explicar e identificar las características de los principales tejidos animales y vegetales.   5. Conocer y aplicar algunas de las técnicas de trabajo utilizadas en la investigación de diversos aspectos de nuestro planeta (geología, botánica, ecología, etcétera).   6. Contrastar diferentes fuentes de información y elaborar informes relacionados con problemas biológicos y geológicos relevantes en la sociedad.

  1. Ser consciente de la importancia que tiene el conocer la anatomía y fisiología de los diferentes tipos de tejidos.

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Organismos unicelulares y pluricelulares

9. Organismos unicelulares y pluricelulares

c

Actividades de ampliación

9.1 Organismos unicelulares y pluricelulares

1.  ¿Qué es la diferenciación celular? Pon un ejemplo. 2.  D   ecimos que las células musculares y las células nerviosas están muy diferenciadas o especializadas. Investiga el porqué. 3.  ¿  Cómo es posible que células del cuerpo de un mismo individuo tengan formas y funciones tan diferentes?

  9.1  Organismos unicelulares y pluricelulares Todos los seres vivos están formados por células. Éstas pueden ser de dos tipos: procariotas o eucariotas; así, los seres vivos se engloban en dos grandes grupos según estén formados por uno u otro tipo de células: • Organismos procariotas: son siempre unicelulares (están formados por una sola célula) y constituyen el numerosísimo grupo de las bacterias. • Organismos eucariotas: pueden ser unicelulares, como los protozoos, o pluricelulares (formados por muchas células).

c Lectura

Algunos organismos eucariotas unicelulares viven unidos formando colonias; éstas se caracterizan porque sus individuos son independientes, es decir, cada uno trabaja para sí mismo y si se separa del grupo puede originar una nueva colonia. Existen colonias más evolucionadas, como las algas del género Volvox, en las que existe cierto reparto de las funciones entre los organismos (por ejemplo, células especializadas en la reproducción). Estas colonias se consideran intermedias entre las formas unicelulares y las pluricelulares.

cc Los espermatozoides, un ejemplo de diferenciación celular

Los seres vivos pluricelulares son los más evolucionados. Están formados por muchas células especializadas en la realización de determinadas funciones. Se caracterizan porque no pueden vivir de forma independiente, sino que han de hacerlo en coordinación con todas las células que forman el organismo; de manera que, al especializarse en una función, pierden la capacidad de realizar otras y sólo sobreviven formando parte de un todo.

Los espermatozoides son un tipo de células muy especiales, ya que su diseño está totalmente adecuado a su papel o función biológica. Recuerda lo que escribía Lehninger en relación a las características de los seres vivos: «el segundo (de sus atributos) es que cada parte componente de un organismo vivo parece desempeñar un propósito o función específica.»

186

Si nos fijamos en la estructura de un espermatozoide, podemos concluir que todo está orientado a la realización de su función: su largo flagelo le permite desplazarse desde la vagina a las trompas, para poder llegar hasta el óvulo; las abundantes mitocondrias de su parte intermedia son necesarias para obtener la energía que le permitirá realizar esa larguísima travesía; los enzimas digestivos contenidos en la parte frontal de su cabeza, el acrosoma, son imprescindibles para que una vez en contacto con el óvulo sea capaz de perforar sus envueltas para fecundarlo; por último, es de resaltar su núcleo haploide, que contiene un solo juego de cromosomas para, tras fecundar al óvulo, originar un cigoto cuyo núcleo diploide contiene toda la información que corresponde al nuevo individuo que se originará en el proceso de desarrollo embrionario.

Cuanto más evolucionado es un organismo, mayor es la especialización de sus células (véase Figura 9.1); y cuanto más especializadas están las células en una función, más eficazmente la llevarán a cabo, lo que va a favorecer la adaptación de los organismos frente a los cambios que se produzcan en el medio, es decir, su evolución. Por ejemplo, un organismo con un sistema nervioso más especializado puede captar antes una señal de peligro, de modo que tendrá más tiempo para reaccionar y, por tanto, más posibilidades de sobrevivir. Este proceso de especialización de las células se denomina diferenciación celular. Fig. 9.1.  Cuanto más evolucionado está un animal, mayor es el grado de especialización de sus células.

La diferenciación celular La diferenciación celular es el proceso de especialización de las células para la realización de una función determinada.

Se denominan totipotentes las células con capacidad de dar lugar a un nuevo organismo completo. A partir de un momento del desarrollo, las células se vuelven pluripotenciales, es decir, son capaces de diferenciarse en cualquier tipo celular pero no pueden dar lugar a un organismo completo. Las células con esta capacidad se denominan células madre.

Los organismos pluricelulares se forman a partir de una célula inicial, el cigoto, que se divide mediante mitosis sucesivas. En las primeras divisiones se forman células totipotentes, pero, en etapas tempranas del desarrollo las células que se originan se especializan en una función, y dan lugar a distintos grupos celulares (células nerviosas, musculares...). Las células que forman un organismo pluricelular contienen la misma información genética ya que todas provienen del cigoto. Pero, cuando las células se diferencian, en cada tipo celular se expresan o «traducen» determinados genes. Se forman así ciertas proteínas, que son las responsables de que las células diferenciadas presenten características metabólicas y estructurales acordes con la función o «trabajo» que van a desempeñar. Las células especializadas en una misma función se agrupan para formar tejidos; a su vez, distintos tejidos forman un órgano, y los órganos que colaboran entre sí para desempeñar una función constituyen los aparatos o sistemas.

186

Pero lo más llamativo es que el espermatozoide es el resultado de la transformación de una célula totalmente diferente a él, la espermátida, célula haploide originada por meiosis, la cual ha sufrido una serie de profundos cambios que la habilitan para su función biológica; ya no se trata de una espermátida, sino de un espermatozoide.

c Lectura

Elaboración propia.

Existen dos grupos de mohos mucilaginosos: los plasmodiales y los celulares.

cc El fascinante caso de los mohos mucilaginosos Los mohos mucilaginosos, también llamados mohos deslizantes, pertenecen al grupo de los protistas fungoides.

Puedes encontrar esta lectura completa en el CD del profesor.

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Organismos unicelulares y pluricelulares

9. Organismos unicelulares y pluricelulares

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c Glosario

9.2 Funciones básicas en los organismos

Consumidor. Organismo que no es capaz de transformar la materia inorgánica en orgánica, por lo que debe alimentarse de otros organismos. Heterótrofo. Desintegrador  (descomponedor). Organismo que obtiene energía al descomponer químicamente restos de animales y plantas. Ejemplo: algunas bacterias y hongos. Productor. Ser vivo capaz de formar sustancias orgánicas a partir de inorgánicas. Son las plantas y algunas bacterias fotosintéticas.

  9.2   Funciones básicas en los organismos En nuestro planeta vive una gran diversidad de seres vivos que ocupan lugares muy distintos (climas fríos o cálidos, aguas dulces o saladas, anclados al suelo, etcétera). Todos los seres vivos son capaces de realizar las funciones vitales que caracterizan la vida: nutrición, relación y reproducción. Sin embargo, a lo largo de la evolución los organismos se han ido adaptando al medio en el que viven, de modo que han seguido distintas estrategias para realizar sus funciones vitales.

  Diversidad en la nutrición La función de nutrición es el proceso por el cual los seres vivos obtienen la materia y la energía que necesitan para formar sus propias estructuras y realizar sus funciones vitales.

c Lectura

Hay dos tipos básicos de nutrición, autótrofa y heterótrofa, en función de las cuales los organismos se clasifican en dos grandes grupos: autótrofos y heterótrofos. Entre ellos se establecen una serie de relaciones alimentarias o tróficas, de modo que unos se alimentan de otros formando la denominada red trófica o alimentaria (véase Figura 9.2).

cc Los niveles tróficos o ¿cómo consiguen los seres vivos los bioelementos que necesitan?

Los organismos autótrofos son aquellos que fabrican su propio alimento, ya que forman materia orgánica a partir de inorgánica. Por esta razón se denominan productores. Los organismos heterótrofos se alimentan de materia orgánica ya elaborada, puesto que ellos no la pueden sintetizar. Se engloban principalmente en dos grupos: consumidores y descomponedores. Los consumidores, a su vez, pueden alimentarse de los productores (por ejemplo, una vaca que come hierba) o de otros consumidores (por ejemplo, un gato que come ratones). Los descomponedores se alimentan de la materia orgánica de productores y consumidores y la transforman en materia inorgánica que será utilizada de nuevo por los productores.

Todos los seres vivos necesitan materia orgánica, (monosacáridos, ácidos grasos, aminoácidos, bases nitrogenadas…); a partir de ella fabrican sus propias macromoléculas (anabolismo) y obtienen la energía (catabolismo) necesaria para realizar sus funciones vitales y el anabolismo.

Funciones de relación Mediante la función de relación los organismos captan estímulos del exterior (como la luz), en el caso de los pluricelulares también de su interior (por ejemplo, el dolor o la sensación de hambre), y responden frente a ellos elaborando una respuesta.

Fig. 9.2.  Relaciones  entre  los  organismos  que  forman la red trófi ca o alimentaria.

Los organismos pluricelulares necesitan que sus células actúen de forma coordinada para que su organismo funcione como un todo y elabore una respuesta adecuada frente a un determinado estímulo. Para ello, a lo largo de la evolución, han desarrollado sistemas de comunicación y de coordinación entre sus células. Estos sistemas son el endocrino y el nervioso, y están especialmente desarrollados en los organismos más evolucionados.

Actividades 1>

Seguramente conoces muchas personas a las que las muelas del juicio les han provocado grandes dolores y problemas y muchas a las que ni siquiera les han salido. Se piensa que estas piezas dentales están desapa-

reciendo como consecuencia de la evolución humana. ¿A qué crees que es debido? ¿Qué importancia pudieron tener en el pasado en la nutrición humana? Debátelo con tus compañeros.

187

formadores en su metabolismo oxidan nitratos y sulfatos, y así continúa el ciclo del nitrógeno y del azufre en la naturaleza.

cc Los niveles tróficos Los organismos que obtienen la materia y la energía del mismo modo en un ecosistema pertenecen al mismo nivel trófico, de tal manera que cada nivel constituye un eslabón en la cadena o en la red alimentaria.

NIVEL TRÓFICO

NUTRICIÓN

EJEMPLOS

Productores

Autótrofa fotosintética

Plantas, algas, cianobacterias…

Consumidores primarios

Heterótrofa

Herbívoros

Consumidores secundarios

Heterótrofa

Carnívoros

Descomponedores

Heterótrofa

Hongos, bacterias heterótrofas

Transformadores

Autótrofa quimiosintética

Bacterias quimiosintéticas

¿Cómo obtienen los seres vivos esa materia orgánica sencilla? Unos, a partir de moléculas inorgánicas, aprovechando la energía del sol o la energía que obtienen oxidando moléculas inorgánicas (fotosintéticos y quimiosintéticos). Otros, alimentándose de otros seres vivos o sus restos (heterótrofos).Lo que los seres fotosintéticos obtienen por fotosíntesis, los heterótrofos lo obtienen por digestión de las macromoléculas de su alimento; por lo que los heterótrofos somos parásitos de los autótrofos.

187

Pero todos los seres vivos necesitamos que nuestro alimento contenga todos los bioelementos precisos, bien sea formando parte de moléculas inorgánicas (autótrofos), o formando parte de moléculas inorgánicas y orgánicas (heterótrofos). ¿Cómo obtienen los seres vivos los bioelementos que necesitan?: los productores (autótrofos fotosintéticos) los consiguen en forma de materia inorgánica (sulfatos, nitratos, fosfatos, anhídrido carbónico y agua) a partir de la cual fabrican sus propias biomoléculas orgánicas, mediante la fotosíntesis; los consumidores (heterótrofos) obtienen la materia orgánica alimentándose de productores o de otros consumidores; los descomponedores transforman la materia orgánica de los productores y consumidores en materia inorgánica, que los transformadores (bacterias quimiosintéticas) transforman en materia inorgánica útil para los productores. Las bacterias quimiosintéticas juegan un papel importantísimo en la naturaleza, ya que en el proceso de descomposición de la materia orgánica se obtienen algunas sustancias que los productores no pueden utilizar, como son el NH3 y el SH2. Los trans-

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Biología y Geología 1

Organismos unicelulares y pluricelulares

9. Organismos unicelulares y pluricelulares

c

Actividades de refuerzo

9.2 Funciones básicas en los organismos

4.  I  ndica las diferencias entre células procariotas y eucariotas. 5.  D   efine: haploide, cigoto, gameto, célula somática.

Células madre

  Diversidad en la reproducción Mediante la reproducción, los organismos forman nuevos seres iguales o semejantes a sus progenitores, asegurando así la perpetuación de las especies. La reproducción puede ser de dos tipos: asexual y sexual.

  Reproducción asexual Mediante la reproducción asexual o vegetativa un único individuo da lugar a nuevos organismos por mitosis, de modo que son genéticamente idénticos, es decir, son clones.

didácticos c Menateriales el CD y en la CEO

En organismos unicelulares hay diferentes tipos de reproducción asexual (véase Figura 9.3): • Bipartición: los organismos se dividen mediante un típico proceso de mitosis y dan lugar a dos nuevos individuos que presentan el mismo tamaño. Así se reproducen organismos como las amebas.

Animación: identificando ciclos y modalidades reproductoras.

• Gemación: se forman células hijas de distinto tamaño debido a que, durante la mitosis, se forma una yema o evaginación en el organismo progenitor hacia el que migra uno de los núcleos. Así, cuando esta yema se separa, se forman dos células, una mayor que otra. La gemación es típica de las levaduras. • División múltiple: se forman varias células hijas. Para ello, el núcleo de la célula madre se divide varias veces por mitosis, y se forman varios núcleos entre los que se reparte el citoplasma y que se rodean de membrana. Finalmente, la célula madre se rompe y libera al exterior todas las células hijas. Se da en algunas algas unicelulares y en ciertos protozoos.

Células hijas Mecanismos de reproducción asexual en organismos unicelulares Fig. 9.3.  Mecanismos de reproducción asexual  en organismos unicelulares.

188 Este ejercicio permite repasar los ciclos biológicos, tipos de reproducción asexual. Permite comprobar el número de aciertos.

Imágenes: • • • •

Bipartición. Gemación. División múltiple. Reproducción sexual.

Las células diploides tienen dos copias de cada cromosoma y se designan como 2n. Las células haploides tienen una copia de cada cromosoma y se designan como n.

• Ciclo haplonte. • Ciclo diplonte. • Ciclo diplohaplonte.

Los animales y los vegetales también pueden reproducirse asexualmente. La reproducción asexual tiene la ventaja de que es un proceso rápido, sencillo y muy rentable, ya que a partir de un solo individuo se originan numerosos descendientes.

  Reproducción sexual La reproducción sexual se realiza mediante la fecundación, que consiste en la unión de unas células especializadas, los gametos, procedentes generalmente de dos progenitores. Los gametos son haploides y al unirse dan lugar a una célula diploide, el cigoto, que tras varias multiplicaciones mitóticas generará un nuevo organismo. Este tipo de reproducción requiere mucha energía (para la formación de los gametos), es más lento y produce menor número de descendientes que la reproducción asexual. Sin embargo, incrementa la variabilidad genética de los organismos al llevar genes procedentes de individuos distintos, lo que supone una clara ventaja evolutiva: las nuevas combinaciones de genes pueden dar lugar a la aparición de nuevos rasgos que permitan a los organismos adaptarse y sobrevivir a cambios del medio, es decir, favorece la evolución. Los gametos son de dos tipos, masculinos y femeninos, lo que determina el sexo de los organismos. Los organismos con sexos separados se llaman unisexuales, en el caso de animales, o dioicos, en el caso de plantas. Los organismos en los que un mismo individuo puede formar gametos de dos tipos se denominan hermafroditas o monoicos. La mayoría de plantas con flores son hermafroditas, igual que algunos animales, como el caracol. Los gametos, al ser haploides, se forman mediante meiosis. Según en qué momento de la vida de un organismo se produce ésta, los seres vivos presentan distintos ciclos biológicos.

188

c PAU ccc Madrid, junio 2004

Ejercicios:

• Verdadero o falso: reproducción sexual. • Respuesta múltiple: organización de los seres vivos. • Rellenar huecos: de las células a los sistemas. Diversidad de la nutrición. • Relación: ciclos biológicos y reproducción.

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Considerando el proceso meiótico: a)  ¿  Puede una célula haploide sufrir meiosis? Razona la respuesta. b)  ¿Podría un organismo haploide sufrir meiosis en alguna parte de su ciclo? Razona la respuesta. Solución: a)  No, no puede sufrir meiosis porque en este tipo de reproducción el número de cromosomas se reduce a la mitad y se originan cuatro células haploides (n). Por tanto, si la célula ya es haploide, no podrá sufrir la meiosis. b)  S  í, porque en un individuo haploide (n) en algún momento de su ciclo biológico, como en el caso de los organismos haplontes, el cigoto es diploide (2n) y sufrirá meiosis (M!) y las células del organismo serán haploides (n).

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Organismos unicelulares y pluricelulares

9. Organismos unicelulares y pluricelulares

c Actividades

9.2 Funciones básicas en los organismos

 6.  ¿  Qué ventajas tiene un individuo diploide frente a otro haploide? Pon ejemplos.

  Los ciclos biológicos El ciclo biológico de una especie con reproducción sexual es el conjunto de acontecimientos que tienen lugar desde que se forma un cigoto hasta que éste se origina de nuevo. Existen tres tipos de ciclos biológicos (véase Figura 9.4):

c Glosario

• Ciclo haplonte: La meiosis ocurre justo después de formarse el cigoto, que es la única fase diploide, por lo que la mayoría del tiempo los organismos son haploides. Se da en organismos poco evolucionados, como en algunas algas y hongos unicelulares. • Ciclo diplonte: La meiosis se produce sólo en células que van a originar gametos, de modo que los organismos son diploides y únicamente son haploides las células encargadas de la reproducción. Se da en todos los animales, así como en algunos tipos de algas, hongos y en muchos protozoos. • Ciclo diplohaplonte: Es una combinación de los dos ciclos anteriores. A partir de un organismo adulto diploide, llamado esporofito, se forman por meiosis unas células, que no son gametos, llamadas meiosporas. A partir de las meiosporas se forman organismos haploides llamados gametofitos. Estos últimos dan lugar a los gametos que, en este caso, no se forman mediante meiosis, ya que los gametofitos son haploides. La unión de los gametos daría lugar de nuevo al esporofito, con lo que empezaría otra vez el ciclo. En el ciclo diplohaplonte se produce lo que se conoce como alternancia de generaciones, ya que se alternan dos tipos de organismos adultos: uno diploide, el esporofito, que se reproduce asexualmente, y otro haploide, el gametofito, que se reproduce sexualmente. Este ciclo se da en las plantas, muchas algas y algunos hongos. Los organismos más evolucionados presentan un ciclo diplonte, y en el caso de las plantas, cuyo ciclo es diplohaplonte, las más evolucionadas pasan la mayor parte de su vida como esporofito. Por lo tanto, cuanto más evolucionado está un organismo más tiempo de su vida transcurre en fase diploide, porque, evolutivamente hablando, esta fase es más ventajosa. En ella se tienen dos copias de cada cromosoma, una procedente del padre y otra de la madre, de modo que si uno de ellos se altera (por ejemplo, por una mutación), le queda otro con la información genética correcta. Por esta razón, es muy probable que el ciclo diplonte haya evolucionado a partir del ciclo de vida haplonte. Fig. 9.4.  Ciclos biológicos.

Actividad resuelta Los hermanos de padre y madre pueden o no parecerse, pero, excepto en el caso de los gemelos, nunca son iguales. Si ambos proceden de gametos producidos por los mismos individuos, ¿por qué razón no puede haber dos hermanos iguales? Dos hermanos, nacidos en partos distintos no se parecen debido a la variabilidad genética que se produce en la reproducción sexual, a la cual contribuyen la meiosis y la reproducción en sí. La meiosis contribuye a la variabilidad genética de dos maneras. En primer lugar, cuando en la anafase I los cromosomas homólogos se separan hacia los polos, éstos migran al azar, independientemente de que provengan del padre o de la madre. En segundo lugar, el intercambio de genes que tienen lugar en el sobrecruzamiento se produce también al azar. Estos dos procesos combinados hacen que sea prácticamente imposible que una persona produzca dos gametos iguales. Además, como los nuevos individuos se originan debido a la unión de dos células haploides procedentes de dos progenitores distintos, la variabilidad genética se incrementa aún más. Por estas razones es prácticamente imposible que haya dos personas iguales en el mundo.

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c PAU ccc La Rioja, septiembre 2000

a)  ¿  Qué significa que un organismo tenga un ciclo vital diplonte?, ¿y haplonte? Pon un ejemplo de cada uno de ellos. ccc Murcia, septiembre 2004

b)  D   iferencias en la división celular entre las células vegetales y animales. Bipartición. Gemación. División múltiple.

Soluciones

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a)  E  n los diplontes la meiosis (M!) se produce cuando se forman los gametos. Es decir, es gamética. Ej. El hombre. En los haplontes la meiosis (M!) se lleva a cabo después de formado el cigoto, tras lo cuál se producen esporas. Es cigótica. Ej. Los hongos.

Bivalente  o  tétrada. Estructura formada, en la meiosis, profase I, al emparejarse los cromosomas homólogos y alinearse éstos gen a gen. Cigoto. Célula 2n resultante de la fusión de los gametos n en la reproducción sexual. Célula germinal. Célula 2n. Origina gametos n. Célula somática. Célula de un animal o planta que no produce gametos. Clon. Células originadas por reproducción asexual, genéticamente idénticas. Dioico. Organismo que tiene flores masculinas y femeninas en individuos diferentes. Organismo que tiene los sexos separados. Diplohaplonte. Ser vivo cuyo ciclo biológico presenta alternancia de generaciones, una haploide y otra diploide. Esporofi to. Forma diploide de las plantas que tienen un ciclo reproductor alternante y que forma esporas. Gameto. Célula haploide (n) que, al fusionarse con otro gameto, da lugar al cigoto. Homólogo. Cromosomas que contienen genes que codifican para los mismos caracteres. Meiospora. Esporas producidas en el esporofito por meiosis. Monoico. Que posee flores femeninas y masculinas separadas, pero en la misma planta. Quiasma. Punto en el que se entrecruzan dos cromátidas homólogas en un bivalente o tétrada, formando una X. Sobrecruzamiento.  Recombinación en la meiosis, con intercambio de información entre dos cromátidas homólogas al cruzarse entre sí en un punto (o quiasma). Unisexual. Organismo que tiene sólo órganos reproductores masculinos o femeninos.

189

b)  D   ivisión celular. Al carecer de centrosoma, las células vegetales forman el huso a partir de unas zonas densas situadas en el citoplasma. Varía la división del citoplasma o citocinesis. En las células animales se produce un estrechamiento en la zona media de la célula, que hace que al final las células originadas se separen al estrangularse el citoplasma. Las células vegetales, como tienen la pared celular, no se pueden estrechar, por lo que el citoplasma se divide gracias a la formación de una nueva pared en el ecuador de la célula. Bipartición. Los organismos unicelulares, como los protistas, se dividen por reproducción asexual de este tipo, que consiste en un típico proceso de mitosis originando dos nuevos individuos que tienen el mismo tamaño. Gemación. Se forman dos células hijas de diferente tamaño ya que, durante la mitosis se forma una yema en la célula madre, hacia la que se dirige uno de los núcleos. Cuando se separa, origina dos células de diferente tamaño. Ejemplo: las levaduras (hongos). División múltiple. Se forman varias células hijas. El núcleo de la célula madre se divide varias veces por mitosis, formando varios núcleos que se rodean de citoplasma y membrana, cuando la célula progenitora se rompe, libera células formadas. Ejemplo: algunas algas unicelulares.

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Biología y Geología 1

Organismos unicelulares y pluricelulares

9. Organismos unicelulares y pluricelulares

c

Actividades

9.3 Estructuras básicas en los organismos pluricelulares

 7. ¿Cómo se produce el crecimiento secundario de una planta?  8. ¿Por qué las hojas y plantas herbáceas son de color verde, si el tejido más externo no es el parénquima clorofílico?  9. ¿Qué son las yemas? ¿Qué importante tejido abunda en su interior?

9.3  Estructuras básicas en los organismos pluricelulares Como se ha indicado anteriormente, los organismos pluricelulares están formados por células diferenciadas que se organizan para formar tejidos, órganos y aparatos o sistemas. Los sistemas o aparatos que funcionan de manera conjunta y coordinada constituyen un organismo pluricelular capaz de realizar las funciones vitales.

c Páginas web

La histología es la ciencia que estudia los tejidos.

  Tejidos vegetales

cc Biocourse McGraw-Hill Figuras

Meristemos, distribución a lo largo de la planta y tipos: http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001_gbio/folder_structure/pl/m1/s1/index.htm

http://www.biologia.edu.ar/plantas/ indplantas.htm http://www.euita.upv.es/varios/ biologia/programa.htm

La actividad del cambium. Crecimiento primario y secundario, anillos de crecimiento. Imágenes y vídeo: http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001_gbio/folder_structure/pl/m3/s1/index.htm

Sólo las plantas superiores (cormofitas), que son las más evolucionadas, presentan verdaderos tejidos. Éstos se clasifican en: meristemáticos, parenquimáticos, protectores, de sostén, conductores o vasculares y secretores.

  Tejidos meristemáticos

Las células que forman estos tejidos, llamados meristemos, son pequeñas, tienen un núcleo grande y una pared celular muy fina.

http://bcs.whfreeman.com/thelifewire/ Capítulo (chapter) 35 Figura 35.13: distribución de los meristemos en la planta.

Los meristemos son de dos tipos: • Meristemos primarios: son responsables del crecimiento en longitud y provienen de células del embrión. Diferenciamos meristemos apicales si se localizan en los extremos de raíces, tallos, yemas o brotes (véase Figura 9.5) y meristemos intercalares, localizados en la base de las ramas. • Meristemos secundarios o laterales: son responsables del crecimiento en grosor. Sus células proceden de otras adultas que han recuperado la capacidad de multiplicarse. Se forman a partir del primer año de vida del vegetal y son de dos tipos:

c Lectura cc Cuando Hooke «creyó» descubrir la célula. Robert Hooke 1635-1703

Las plantas son seres autótrofos que han evolucionado a partir de algas unicelulares. Estos primeros organismos vegetales vivían en el mar, del que tomaban los nutrientes necesarios. Con el paso del tiempo, las plantas conquistaron el medio terrestre, pero para sobrevivir en él tuvieron que adaptar sus estructuras. Al pasar de un medio acuático a uno aéreo necesitaban elementos que las mantuvieran erguidas y que las protegieran de la desecación, y estructuras adecuadas para nutrirse y reproducirse. El desarrollo de estas estructuras fue posible gracias a la diferenciación celular y a su agrupación en tejidos y órganos.

Gracias a ellos las plantas crecen en grosor y en longitud durante toda su vida. Esto es posible porque las células meristemáticas se multiplican de forma continua y se diferencian, lo que da lugar a los demás tejidos de la planta.

cc The Life Wire 190

Las plantas y los animales son los únicos seres vivos que presentan verdaderos tejidos y órganos, cuyas principales características se estudian a continuación.

— Cambium vascular: se encuentra entre los vasos conductores de la planta y se encarga de la formación de nuevos vasos.

Fig. 9.5.  Meristemo primario.

— Cambium suberoso o felógeno: se localiza bajo la epidermis. Crece hacia el exterior del vegetal formando una capa protectora externa llamada súber, y hacia el interior formando nuevas células de parénquima.

190

Estudiando la corteza de un alcornoque con un rudimentario microscopio observó pequeñas celdillas poliédricas, a las que llamó células, sin caer en la cuenta de que lo que veía eran los huecos antes ocupados por los citoplasmas de las células vivas del corcho que, en su proceso de diferenciación, impregnaron la pared de suberina, volviéndose impermeables y, como consecuencia, muriendo. Sin embargo, este proceso tan especial de diferenciación «hasta la muerte», genera un tejido impermeable, que protege al vegetal de la desecación y de agresiones externas, y también lo aísla térmicamente. Elaboración propia.

Fig. 9.6. Células (celdillas) en el corcho.

222

Fig. 9.7. Microscopio utilizado por Robert Hooke.

Biología y Geología 1

Organismos unicelulares y pluricelulares

9. Organismos unicelulares y pluricelulares

09

c Páginas web

9.3 Estructuras básicas en los organismos pluricelulares

Figuras

Curso de anatomía vegetal. Facultad de Ciencias Agronómicas. Universidad de Chile.

  Tejidos parenquimáticos Forman la mayor parte del cuerpo de los vegetales y realizan en algunos casos funciones relacionadas con la nutrición (fotosíntesis, almacenamiento de reservas, etcétera).

Página inicio: http://mazinger.sisib.uchile.cl/repositorio/ww/ ciencias_agronomicas/anatomia-vegetal/index.html

Están formados por células poco diferenciadas que presentan actividad meristemática bajo ciertas condiciones (por ejemplo, originan nuevas células si la planta sufre un corte). Según la función que realizan, se clasifican en los siguientes tipos: • Parénquima clorofílico (véase Figura 9.6a): en él se realiza la fotosíntesis, por lo que sus células presentan muchos cloroplastos. Se localiza bajo la epidermis de hojas y tallos verdes. Es de dos tipos: parénquima en empalizada, células con forma de prisma dispuestas paralelamente sin apenas espacio entre ellas, y parénquima lagunar, células redondeadas con grandes espacios entre ellas.

Página inicio → Índice de fotos → Tejidos de crecimiento primario: • • • • • •

• Parénquima de reserva (véase Figura 9.6b): sirve para almacenar sustancias de reserva, por ejemplo almidón, por lo que sus células presentan una gran vacuola. Se encuentra en algunas raíces (zanahoria), tallos (patata), semillas (cereales) y frutos (como la manzana). • Parénquima acuífero (véase Figura 9.6c): formado por células que pueden almacenar gran cantidad de agua. Es característico de un tipo de plantas, llamadas xerófitas, que están adaptadas a vivir en climas secos, como los cactus. • Parénquima aerífero: formado por células que se encuentran separadas por grandes espacios intercelulares entre los que se almacena aire. Es propio de plantas acuáticas que, gracias a ese aire, flotan en el agua.

Meristemo. Epidermis. Parénquima. Colénquima. Esclerénquima. Tejidos vasculares primarios.

Fig. 9.6.  Distintos tipos de parénquima: a) clorofílico; b) de reserva; c) acuífero.

Actividades 2>

Si observas células meristemáticas al microscopio, verás que tienen bastantes ribosomas y menos retículo endoplasmático que otras células ya diferenciadas. Teniendo en cuenta cuál es la función del tejido me-

ristemático y de estos orgánulos, ¿por qué crees que las células meristemáticas tienen estas características? ¿Qué otras características presentan estas células en relación con su función?

191

  Tejidos protectores Su función es proteger al vegetal, por lo que recubren toda la superficie externa de la planta. Los dos tipos principales son el tejido epidérmico y el tejido suberoso.

Fig. 9.8. Imágenes parénquima, según su forma. Parénquima típico.

Tejido epidérmico Recubre todo el vegetal (hojas, flores, frutos, semillas, tallos y raíces) formando la epidermis, cuyas funciones varían según la parte de la planta. En las partes aéreas protege a la planta y regula la transpiración y el intercambio de gases con la atmósfera. En la raíz, protege y se encarga de la absorción de agua y sales minerales. La epidermis está formada por una capa de células aplanadas unidas entre sí estrechamente (véase Figura 9.7). Estas células carecen de cloroplastos (ya que no realizan la fotosíntesis), pero son transparentes e incoloras para permitir que la luz pase hasta el parénquima clorofílico que hay debajo, encargado de realizar la fotosíntesis.

Página inicio → Índice de fotos → Tejidos de crecimiento secundario:

Fig. 9.7. Epidermis donde se observan estomas.

191

c Lectura

cc Organización pluricelular talofítica y cormofítica Talofi tas: hablamos de seres pluricelulares de organización talofítica para referirnos a aquellos seres pluricelulares que carecen de tejidos, aunque podría existir cierta especialización celular, por ejemplo en las células reproductoras. Este tipo de organización la presentan los seres vivos pluricelulares pertenecientes a los reinos protoctistas y hongos. En cuanto al reino protoctistas, no tiene sentido hablar de organización pluricelular en seres como los protozoos y en algas como las diatomeas, ya que son unicelulares, sin embargo la mayor parte de las algas son pluricelulares, y en este caso hablamos de organización pluricelular talofítica o tipo talo, ya que todas las células son básicamente iguales, con pared celular celulósica, cloroplastos… y no se presenta en los individuos ninguna estructura que podríamos denominar órganos, porque no hay tejidos.

• • • •

Felógeno. Cambium vascular. Xilema secundario. Floema secundario.

En cuanto a los hongos, los hay unicelulares, como las levaduras, y pluricelulares, que son la mayoría. La estructura de los hongos es especial, ya que sus células presentan pared celular formada por quitina (un polisacárido que también tienen los artrópodos en su exoesqueleto), además los hongos tienen nutrición heterótrofa. Su originalidad respecto al resto de los seres vivos los hace constituir un reino aparte. Los hongos pluricelulares tampoco presentan órganos y tejidos. Los seres vivos pertenecientes a los reinos metafitas y metazoos presentan tejidos diferenciados. Entre las metafitas diferenciamos a los musgos o briofitos del resto, ya que al carecer de tejidos conductores, los denominamos protocormofitas; al resto, es decir, helechos o pteridofitas, gimnospermas y angiospermas, los denominamos cormofitas, ya que presentan tejidos conductores. En el caso de los metazoos, decimos que tienen organización pluricelular tisular, ya que presentan tejidos diferenciados.

223

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Biología y Geología 1

Organismos unicelulares y pluricelulares

9. Organismos unicelulares y pluricelulares

c

Actividades de ampliación

9.3 Estructuras básicas en los organismos pluricelulares

Para desempeñar sus funciones la epidermis presenta estructuras como:

10.  L  as plantas carnívoras, ¿en qué tipo de medios viven? ¿Son heterótrofas? ¿Qué obtienen de los insectos que digieren? 11.  ¿  Qué adaptaciones presentan las plantas del desierto para retener agua? 12.  ¿  Qué representa el detalle de la figura de la actividad 14? ¿Qué nutrientes capta y cómo?

Seguro que en tu armario guardas alguna que otra prenda de algodón (camisetas, pantalones, etc.). Pero, ¿sabes de dónde procede este tejido? Procede de los pelos o tricomas que aparecen en la epidermis de las semillas del algodonero. Estos pelos pueden llegar a medir hasta 6 cm, por lo que se llaman fibras.

c Actividades

• Estomas: están formados por dos células con forma de riñón que poseen gran cantidad de cloroplastos, llamadas células oclusivas. Éstas se disponen simétricamente dejando una abertura entre ellas: el ostiolo (véase Figura 9.7). En función de las condiciones externas, las células oclusivas abren o cierran el ostiolo; se regula así la transpiración y el intercambio de gases con la atmósfera. Los estomas aparecen sobre todo en las hojas, intercalados entre las células epidérmicas, y nunca en las raíces, donde no son necesarios. • Pelos o tricomas: son células epidérmicas que se alargan. Su función en el tallo es proteger mejor a la planta (por ejemplo del ataque de insectos). En algunos vegetales estos pelos secretan sustancias, como los pelos urticantes de las ortigas. En las raíces aparecen los pelos radicales, cuya función consiste en la absorción de agua y sales minerales. • La epidermis que recubre las partes aéreas (hojas, tallos y algunas flores y frutos) está recubierta por sustancias lipídicas, cutina y ceras, que forman la cutícula, capa impermeabilizante que protege a la planta de la desecación.

13.  S  i tuvieras que observar células vegetales en división, ¿qué tejido y parte del vegetal elegirías? 14.  E  n esta ilustración está representado el trayecto de las moléculas que formarán la savia bruta. Identifica las distintas capas que van atravesando.

Tejido suberoso Está constituido por varias capas de células muertas debido a que sus paredes son ricas en suberina, sustancia que confiere impermeabilidad al tejido. Sustituye a la epidermis en partes de la planta con más de un año de vida. Aparece en los tallos de los árboles, formando el súber o corcho. En algunas especies, como el alcornoque, el súber está muy desarrollado, y presenta capas de varios centímetros de espesor. En el súber aparecen unos poros, llamados lenticelas, que permiten que los tejidos que cubre puedan intercambiar gases con la atmósfera.

PASO DE LA SAVIA BRUTA DEL PELO A LOS VASOS

agua

Actividades 3> sales minerales

192

Si coges un tomate para hacer una ensalada, observarás que después de lavarlo el agua se queda en forma de pequeñas gotitas sobre su piel, que presenta un aspecto ceroso. ¿A qué se debe?

Su función es proporcionar resistencia y rigidez a la planta. Están formados por células con una pared celular muy gruesa (con mucha celulosa), reforzada en algunos casos con una sustancia llamada lignina, que proporciona rigidez y dureza a los tejidos y, además, impermeabiliza. Los principales tejidos de sostén son colénquima y esclerénquima:

cc Los pulgones como colaboradores de los científicos

Un pulgón se alimenta al taladrar la planta con su parte bucal modificada, en forma de aguja y llamada estilete, hasta llegar a la solución azucarada dentro del tubo criboso. El fluido corre así de una región de más alta presión (dentro del tubo criboso) a través del estilete a una región de más baja presión (las vías digestivas del pulgón).

224

El ostiolo de los estomas se abre y se cierra gracias a que las células oclusivas que lo delimitan se hinchan y se encogen. ¿Cómo crees que pueden hacer esto las células oclusivas? ¿Qué mecanismo crees que utilizan?

Tejidos de sostén

c Lectura El transporte de fluidos por el floema permaneció en el misterio hasta 1953, cuando se descubrió una hábil herramienta de investigación: el pulgón. Estos minúsculos insectos pueden explorar el floema sin provocar la respuesta reparativa (ya que otros métodos cerraban las heridas producidas con caucho).

4>

Fig. 9.8.  Imagen al microscopio de colénquima.

• Colénquima: proporciona resistencia a las partes en crecimiento del vegetal. Es un tejido muy extensible y está formado por células vivas, ya que sus paredes no contienen lignina (véase Figura 9.8). Se encuentra generalmente bajo la epidermis de tallos herbáceos y en las hojas, alrededor del tejido vascular. Así, por ejemplo, las hebras que tienen las acelgas o el apio están formadas por este tejido.

192

Los investigadores utilizaron los pulgones para recuperar fluido de los tubos cribosos. Cuando el pulgón se alimenta, su cuerpo es cortado dejando sólo el estilete clavado dentro del floema. El estilete sirve como una jeringa en miniatura mediante la cual el fluido es extraído a un tubo de ensayo. El fluido del floema recuperado de esta manera fue analizado, encontrándose que tenía alrededor de un 30 % de material seco y un 70 % de agua. Del material seco, el 90 % es azúcar, y el resto son las hormonas, los aminoácidos y otras moléculas orgánicas, así como algunos iones inorgánicos. Extraído de Berstein, 2001

Biología y Geología 1

Organismos unicelulares y pluricelulares

9. Organismos unicelulares y pluricelulares

c Adectividades refuerzo

9.3 Estructuras básicas en los organismos pluricelulares

15.   Indica cinco diferencias entre el xilema y el floema.

• Esclerénquima: forma estructuras protectoras o de sostén en órganos del vegetal que han dejado de crecer. Está formado por células muertas que contienen mucha lignina en sus paredes, lo que le proporciona una gran resistencia mecánica. Presenta células de dos tipos: — Esclereidas o células pétreas: son redondeadas. Aparecen aisladas, como en la pulpa de frutos o formando capas, como en los huesos y cáscaras de los frutos. — Fibras: son alargadas y de longitud muy variable. Aparecen en todos los órganos de la planta. También aparecen, dispuestas en filas, asociadas al xilema y al floema (tejidos conductores), en cuyo caso se denominan fibras del xilema o fibras del floema.

c Actividades

Las fibras vegetales tienen muchas aplicaciones. Algunos tipos se emplean para fabricar cuerdas, sogas, alpargatas, cepillos… Otras, como las procedentes del lino o del cáñamo, se utilizan en la industria textil. El lino, además, se emplea en la fabricación de papel moneda.

16.   ¿A qué se deben los anillos de crecimiento del tronco de los árboles de las zonas templadas? 17.   ¿Por qué en las plantas de clima tropical no se observan anillos de crecimiento? 18.   ¿Qué tipo de parénquima predomina en los siguientes tipos de plantas: acuáticas y de clima desértico? ¿Y en los tubérculos?

  Tejidos conductores o vasculares Son los encargados de transportar las sustancias nutritivas de unas zonas a otras de la planta. Para ello, están formados por células cilíndricas que se disponen en filas constituyendo verdaderas «tuberías» que recorren raíces, tallos y hojas. Las zonas de unión entre las células están perforadas, lo que permite la circulación de las sustancias. Existen dos tipos de tejidos conductores: xilema y floema.

   Tejido leñoso o xilema Transporta la savia bruta (compuesta por agua y sales minerales) desde las raíces hasta las hojas y está formado por distintos tipos de células: elementos traqueales, fibras del xilema y células parenquimáticas.

09

c Páginas web

Fig. 9.9.  Imagen al microscopio electrónico  de vasos del xilema.

cc Biocourse McGraw-Hill

Los elementos traqueales forman las «tuberías» por las que circula la savia. Sus paredes son muy gruesas y están reforzadas con lignina, por lo que son células muertas. Pueden ser de dos tipos: traqueidas y elementos de los vasos. En las traqueidas la circulación de la savia es lenta, ya que los tabiques que separan una célula de la siguiente sólo presentan pequeñas perforaciones o poros, y aparecen en plantas menos evolucionadas. En plantas más evolucionadas aparecen los elementos de los vasos. En ellos, la circulación es más rápida ya que las perforaciones de los tabiques son más grandes o incluso han desaparecido constituyendo verdaderos tubos denominados vasos leñosos (véase Figura 9.9).

Figuras

Tejidos vasculares, estructura del xilema y floema http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001_gbio/folder_structure/pl/m1/s4/index.htm

Las fibras del xilema actúan como elementos de sostén y las células parenquimáticas almacenan sustancias de reserva.

   Tejido liberiano o fl oema Transporta la savia elaborada (agua y nutrientes orgánicos sintetizados por la planta) desde las hojas al resto del vegetal. Está formado por distintos tipos de células: células cribosas, células acompañantes, fibras y células parenquimáticas (véase Figura 9.10). Las células cribosas forman los vasos conductores del floema, llamados tubos cribosos. Estas células están vivas, ya que sus paredes no contienen sustancias impermeabilizantes. Sin embargo, carecen de núcleo y de muchos orgánulos, y apenas tienen citoplasma. Por ello, los nutrientes que necesita los recibe de las células acompañantes, que se encuentran cerca de ellas. Los tabiques de unión de las células cribosas se denominan placas cribosas debido a la existencia de un gran número de poros a través de los que circula la savia. Las fibras y las células parenquimáticas desempeñan, como en el xilema, funciones de sostén y de almacenamiento de sustancias, respectivamente.

Células cribosas

Célula acompañante

193

Placas cribosas Célula acompañante A través del floema la savia elaborada se reparte desde las hojas al resto del vegetal Fig. 9.10.  El fl oema reparte la savia elaborada  desde las hojas al resto del vegetal.

193

cc The Life Wire

c Recurso metodológico Increíble pero cierto: ¿sabes que las plantas también pueden sufrir embolias? Una aseveración que provoca la curiosidad del alumnado y puede servir para algún comentario de ampliación. Describir como, en determinadas condiciones, las columnas de agua y sustancias que forman la savia circulante por los vasos conductores pueden romperse. Esto se debe a que los gases disueltos en el agua, bajo tensiones extremas, tienden a escapar formando unas burbujas que interrumpen la columna líquida y bloquean la conducción. Es lo que se conoce como embolia.

http://bcs.whfreeman.com/thelifewire/ Capítulo (chapter) 35 Figura 35.18: distribución del floema y xilema en monocotiledóneas y dicotiledóneas. Capítulo (chapter) 36 Figura 36.14: los vasos del xilema y del floema. Transporte de la savia bruta y elaborada a través de los mismos.

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Biología y Geología 1

Organismos unicelulares y pluricelulares

9. Organismos unicelulares y pluricelulares

c

Materiales didácticos en el CD y en la CEO

9.3 Estructuras básicas en los organismos pluricelulares

Ejercicios

  Tejidos secretores

CEO

• Rellenar huecos: parénquimas. • Sopa de letras: tejidos vegetales. • Crucigrama: tejidos vegetales.

En el CD y en la CEO (centro de enseñanza on-line) creados para este proyecto podrás encontrar el siguiente material adicional: Enlaces, bibliografía, actividades interactivas (estructura primaria del tallo, diversidad de la nutrición y tejidos animales) y animaciones (ciclos biológicos, estructura de la raíz, estructura del tallo, animación de una hoja, animación de las partes de una planta).

c Páginas web cc Atlas de anatomía vegetal http://atlasveg.ib.usp.br/focara.html

Son tejidos especializados en segregar sustancias variadas (esencias, resinas) que pueden ser útiles para las plantas, como repelentes para evitar el ataque de insectos o bien productos de desecho. Están formados por estructuras muy diversas, como: • Células secretoras, como las que segregan sustancias aromáticas (tomillo, pétalos de flores). • Bolsas secretoras o cavidades de secreción, que se forman a partir de células cuyas membranas se han roto formando una cavidad que contiene los productos de secreción de las mismas, como ocurre en la cáscara de naranjas y limones. • Conductos de secreción, constituidos por células que se disponen formando tubos, como los tubos resiníferos, que segregan resina (por ejemplo, en los pinos) o los tubos laticíferos, que producen una sustancia denominada látex.

Algunas sustancias segregadas por las plantas son de gran utilidad para el ser humano, como por ejemplo el látex. Una de las aplicaciones del látex es la obtención de caucho. El caucho es un hidrocarburo muy utilizado para fabricar neumáticos, chupetes, preservativos, colchones, juguetes, etc. La principal especie vegetal productora de caucho es el árbol Hevea brasiliensis. Sin embargo, en la actualidad, entre un 65-70 % del caucho que se utiliza es sintético y se fabrica a partir de derivados del petróleo. Otras especies producen un tipo de látex muy útil para la obtención de medicamentos. Por ejemplo, del látex de la adormidera (Papaver somniferum) se obtiene una serie de derivados que reciben el nombre de opiáceos, como la morfina, utilizada para paliar el dolor en enfermos de cáncer, o la codeína, que se utiliza como analgésico.

194

Fig. 9.11. Extracción de látex del árbol Hevea brasiliensis.

Actividad resuelta

cc La raíz de dicotiledónea: visión general

Las plantas adaptan sus estructuras al medio en el que viven. En este sentido, ¿qué diferencias estructurales habrá entre un cacto que crece en el desierto y una planta acuática, como el nenúfar? El cacto vive en un ambiente en el que el agua es escasa, por lo que sus modificaciones pretenden evitar las pérdidas de agua y conservar adecuadamente la que tiene. Por ello, sus hojas son pequeñas (para disminuir la superficie de evaporación del agua), su cutícula es muy gruesa y tiene pocos y pequeños estomas. Al nenúfar, por el contrario, lo que le sobra es agua, de modo que sus hojas son grandes, su cutícula muy delgada, y sus estomas, grandes y numerosos. Otra diferencia la encontramos en el tipo de parénquima que presentan. El cacto tiene parénquima acuífero ya que necesita almacenar agua. En el nenúfar el parénquima aerífero, necesario para que flote sobre el agua, está muy desarrollado. Por otra parte, en el nenúfar apenas hay tejidos de sostén, ya que es el agua la que sostiene la planta.

194

cc El tallo de dicotiledónea: visión general

226

cc La hoja de dicotiledónea ccc Visión general

ccc

Detalle del estoma

Biología y Geología 1

Organismos unicelulares y pluricelulares

9. Organismos unicelulares y pluricelulares

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c Páginas web

9.3 Estructuras básicas en los organismos pluricelulares

cc Biocourse McGraw-Hill   Órganos vegetales Los tejidos vegetales se agrupan formando estructuras perfectamente diferenciadas: raíz, tallo y hojas, que se denominan órganos vegetales porque están especializados en unas funciones determinadas. La flor es otro órgano que sólo aparece en determinado tipo de plantas y se encarga de la función de reproducción.

Raíz principal

Figuras

Cuello

Raíz secundaria Zona de ramificación

La raíz: tipos, estructura (animación para identificar sus partes) y entrada de nutrientes. http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001_gbio/folder_structure/pl/m2/s4/index.htm

  La raíz Es la parte de la planta encargada de la absorción de agua y de sales minerales, de la fijación de la planta al suelo y, en algunos vegetales, como la zanahoria o la remolacha, del almacenamiento de sustancias de reserva. Por lo general, es un órgano subterráneo. En cuanto a su morfología, la raíz se divide en (véase Figura 9.12): zona de crecimiento, formada por meristemo primario y en cuya punta se localiza la cofia o pilorriza (cápsula que protege a las células meristemáticas), zona de los pelos absorbentes, por donde se absorben el agua y sales minerales, y la zona de ramificación, donde surgen las raíces secundarias o ramificaciones.

Zona de los pelos absorventes

Cofia o pilorriza

Zona de crecimiento

Morfología de la raíz Fig. 9.12.  Morfología de la raíz.

La disposición que adquieren los tejidos dentro de la raíz, es decir, su estructura interna, puede ser de dos tipos: • Estructura primaria: aparece en raíces de menos de un año. En un corte transversal de una raíz, se observan, del exterior al interior, las siguientes capas (véase Figura 9.13): — Epidermis: se llama rizodermis y tiene pelos absorbentes, necesarios para la absorción de agua y sales minerales. — Córtex: formado por parénquima y, en alguna plantas, también esclerénquima. Entre el córtex y el cilindro central se encuentra la endodermis. — Cilindro central: formado por el periciclo y el cilindro vascular. El periciclo es una capa de células parenquimáticas con actividad meristemática. El cilindro vascular contiene los tejidos conductores, xilema y floema, que se disponen de la siguiente forma: el xilema se sitúa en el centro y se extiende hacia la corteza formando una estrella, mientras que el floema ocupa los huecos entre los brazos de la estrella.

cc The Life Wire http://bcs.whfreeman.com/thelifewire/ Capítulo (chapter) 35 Figura 35.16: estructura de la raíz.

• Estructura secundaria: aparece en raíces de más de un año que crecen en grosor debido al cambium vascular, que forma nuevos tejidos conductores, y al felógeno, que origina súber hacia el exterior de la raíz y nuevo córtex hacia el interior (véase Figura 9.13).

195

El tallo El tallo actúa como soporte de las partes aéreas del vegetal (hojas, flores, frutos) y transporta nutrientes (savia bruta y savia elaborada) de una zona a otra de la planta. En algunos vegetales sirve como almacén de sustancias de reserva. En cuanto a su morfología, se distinguen las siguientes partes (véase Figura 9.14): la yema apical, formada por meristemo primario (responsable del crecimiento en longitud); los nudos, zonas de unión de las hojas al tallo; los entrenudos, localizados entre dos nudos; y las yemas axilares, tejido meristemático situado en los nudos y que va a originar las ramas.

Fig. 9.13.  Estructuras primaria y secundaria  de la raíz.

195

c Lectura cc Las plantas de los manglares Los manglares son bosques de las zonas tropicales localizados en la orilla de los ríos o en zonas de marismas.

Notas

Las plantas se suelen enraizar en un terreno de lodo cubierto por el agua, por lo tanto, mal aireado; por eso para que las raíces puedan captar el oxígeno que necesitan para realizar el proceso de respiración celular, emiten unas prolongaciones que emergen del agua, por donde captan el oxígeno que llegará a las zonas sumergidas. Estas raíces modificadas, llamadas pneumatóforos presentan un abundante parénquima aerífero. Las plantas que viven en los manglares de zonas de marismas salinas absorben una gran cantidad de sales a través de la raíz. Estas plantas necesitan sistemas de excreción para eliminar el exceso de sal; estos sistemas excretores están formados por unas «glándulas de la sal» cuya función es expulsar el exceso de sal que se va acumulando en la planta.

227

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Biología y Geología 1

Organismos unicelulares y pluricelulares

9. Organismos unicelulares y pluricelulares

c

Actividades

9.3 Estructuras básicas en los organismos pluricelulares

19.  ¿  Qué es la transpiración? ¿Por qué una planta transpira tanto? Yema terminal

Yema axilar

c Lectura

La disposición de los tejidos forma, como en la raíz, la estructura interna, que puede ser: • Estructura primaria: la presentan plantas con menos de un año de vida. Se distinguen las siguientes capas (véase Figura 9.15): — Epidermis: es la capa más externa.

cc Apertura y cierre de los estomas La apertura de los estomas para la entrada de CO2 provoca en la planta la pérdida de una gran cantidad de agua. Para evitar la deshidratación existen mecanismos que regulan la apertura y cierre de los estomas. La apertura se consigue cuando las dos células oclusivas se hinchan de agua (turgencia). Al hincharse, la pared que está en contacto con las células acompañantes que es muy fina, se estira. Y como esta pared está unida por varios radios de microfibrillas de celulosa con la pared del ostiolo, que es gruesa y rígida, y además las células oclusivas están unidas por sus extremos, el único movimiento posible es el de arquearse y de esta forma se abre el ostiolo.

— Córtex: formado por tejidos parenquimático y de sostén. No tiene endodermis, por lo que su límite con el cilindro vascular está menos marcado que en la raíz. Nudo

— Cilindro vascular: formado por el sistema vascular y la médula. El sistema vascular está formado por los vasos conductores, que se disponen como los radios de una rueda, extendiéndose desde el córtex, pero sin llegar a alcanzar el centro del cilindro. En cada uno de estos «radios» hay vasos leñosos y liberianos, estos últimos situados siempre hacia afuera. El centro del cilindro y el espacio que queda entre los vasos conductores es la médula, formada por parénquima medular. En la raíz no hay médula porque la disposición de los vasos conductores es distinta a la del tallo. Entrenudo

Rama Partes de un tallo Fig. 9.14.  Partes de un tallo.

• Estructura secundaria (véase Figura 9.15): se forma a partir del año de vida por acción del cambium y del felógeno. El felógeno forma nuevas capas de córtex hacia el interior y súber o corcho hacia el exterior. Esta capa de súber se denomina peridermis o corteza. El cambium forma nuevos vasos: xilema hacia el interior y floema hacia el exterior. Durante el crecimiento el floema nuevo empuja hacia fuera al floema viejo y el xilema nuevo empuja al viejo hacia el interior. En las plantas que viven en climas templados, el crecimiento del xilema no es continuo a lo largo del año. Sólo crece en primavera, formando células grandes, y en otoño, células más pequeñas. Por la diferencia de tamaño entre las células del último otoño y de la nueva primavera se observan, si se hace un corte transversal a un tallo, unos anillos llamados de crecimiento, excepto en plantas de clima tropical, en las que el crecimiento del xilema es continuo y uniforme todo el año (véase Figura 9.16). El xilema secundario se desarrolla mucho más que el floema secundario. El xilema constituye la madera, mientras que el floema forma parte de la corteza.

Elaboración propia.

196 Xilema

estoma cerrado

Xilema tardío

Floema

estoma abierto Anillo de crecimiento

Fig. 9.15.  Disposición de los tejidos en un tallo  con estructura primaria.

Corcho

Médula

Xilema temprano

Fig. 9.16.  Corte transversal de un tallo leñoso, donde se aprecian los anillos de crecimiento.

distribución de las microfibrillas de celulosa en las células oclusivas

196

c Glosario Cambium. Tejido de los vegetales que origina el crecimiento en grosor (crecimiento secundario). Cutícula. Cubierta situada sobre la epidermis de las hojas y que las protege de la desecación. Cutina. Sustancia grasa parecida a la cera que puede impregnar las paredes de las células de la epidermis de un vegetal, y que, exteriormente, forma la cutícula. Esclereida. Célula muerta que forma parte del esclerénquima y cuyas paredes están muy engrosadas por lignina. Están presentes, por ejemplo, en la cáscara de las nueces. Felodermis. Capa de células con suberina, que origina hacia el interior del felógeno en los vegetales. Látex. Sustancia de aspecto lechoso que se encuentra en ciertos vegetales, como en el árbol del caucho.

228

Lenticela. Estructura presente en los troncos de los árboles, que facilita el intercambio de gases. Lignina. Sustancia presente en las paredes de las células de los tejidos leñosos, y que les da rigidez. Savia. Líquido transportado por el xilema (bruta) o por el floema (elaborada). Súber. Tejido que forma el corcho en las cortezas de los árboles. Suberina. Sustancia que forma las paredes de las células que forman el corcho. Tráquea. Tipo de célula que constituyen los vasos leñosos. Suele desaparecer el tabique de separación, al unirse unas con otras, originando un tubo alargado. Traqueida. Tipo de célula del xilema más alargada que la tráquea, que conduce sustancias y cuyos tabiques de separación, al unirse entre ellos, son oblícuos y atravesados por poros. Tanto las células de las tráqueas como las traqueidas están muertas.

Biología y Geología 1

Organismos unicelulares y pluricelulares

9. Organismos unicelulares y pluricelulares

09

didácticos c Menateriales el CD y en la CEO

9.3 Estructuras básicas en los organismos pluricelulares

Animaciones:

  La hoja Las principales funciones de la hoja son: realizar la fotosíntesis, controlar el intercambio de gases y regular la transpiración.

Al hacer clic en la parte correspondiente, ésta se resalta en la figura.

Las partes de una hoja son: el limbo, el peciolo y la base o vaina (zona por donde se fija al tallo). Las caras superior e inferior del limbo se denominan haz y envés, respectivamente. A través del peciolo penetran en la hoja los vasos del xilema y del floema que se ramifican en el limbo constituyendo los nervios.

Estructura interna de la raíz.

La estructura interna de una hoja consta de las siguientes partes (véase Figura 9.17): • Epidermis: forma la capa más externa. Hay una epidermis superior, en el haz, y una inferior, en el envés. Ambas capas de epidermis se diferencian en la cantidad de estomas, que son más numerosos en la inferior, y en la capa de cutícula, que es más gruesa en la epidermis superior. • Mesófilo: se encuentra debajo de la epidermis. Está formado por parénquima en empalizada y parénquima lagunar. El parénquima en empalizada se localiza debajo de la epidermis superior y el lagunar ocupa el resto del mesófilo hasta contactar con la epidermis inferior. • Sistema vascular: está formado por el xilema y el floema, que, como se ha indicado anteriormente, constituyen los nervios.

Fig. 9.17.  Morfología y estructura interna  de una hoja.

Actividades 5>

Algunas raíces, como la zanahoria, acumulan sustancias de reserva. En este caso, ¿qué parte de la raíz está más desarrollada? ¿Qué tejido es el más abundante? ¿Qué características presentan las células que forman ese tejido?

6>

Juan y Pedro tienen dos alcornocales de los que extraen corcho. Esta extracción, llamada «saca» o «descorche», consiste en quitar la corteza del árbol y se ha-

ce por primera vez cuando el árbol tiene como mínimo 40 años, aunque esta primera saca no es de muy buena calidad. Las siguientes extracciones se hacen cada 9 o 10 años. Este año a Juan y a Pedro les toca hacer una saca. Pedro hace su extracción, pero Juan decide esperar unos meses. En ese periodo de tiempo un incendio asola los alcornocales y los árboles de Pedro no sobreviven, pero, sorprendentemente, los de Juan sí. ¿Por qué sobreviven unos y otros no?

Estructura interna del tallo.

Imágenes: • • • • • • • • • •

Actividad resuelta Si eliminamos totalmente la corteza de un árbol, éste acabará muriendo. Pero si dejamos un trozo de corteza sin quitar a lo largo del eje longitudinal del árbol, éste no morirá. ¿Por qué muere en el primer caso y no en el segundo? Médula

Corteza

Si se elimina totalmente la corteza, el árbol se muere

Si se deja parte de la corteza, el árbol sigue vivo

La corteza de un árbol incluye el súber y el floema. Si se quita la corteza, se elimina el floema, de modo que la savia elaborada no puede llegar desde las hojas hasta las raíces. Las células de la raíz necesitan las sustancias de la savia elaborada para nutrirse, de modo que si la savia no llega a las raíces, mueren. Si las raíces mueren, no absorberán agua y sales minerales, con lo que la planta acabará muriendo también. Al dejar parte de la corteza queda parte del floema, que conducirá nutrientes a las raíces, evitando así la muerte de la planta.

Raíz, tallo y hoja. Estructura de la raíz (rotulada y sin rotular). Estructura interna de la raíz. Paso de la savia bruta del pelo a los vasos. Estoma (visión central). Estoma abierto y cerrado. Corte transversal de una hoja. Estructura del tallo (rotulada y sin rotular). Estructura comparativa de la raíz y del tallo. Figura comentada de la raíz y tallo.

197

Ejercicios:

197

• Verdadero o falso: estructura secundaria del tallo. • Respuesta múltiple: órganos vegetales. • Relación: raíz, tallo y hojas. • Ordenación: estructura del tallo y estructura interna de la raíz.

cc The Life Wire http://bcs.whfreeman.com/thelifewire/

c Páginas web

Capítulo (chapter) 35 Figura 35.23: estructura interna de la hoja. Estomas.

cc Biocourse McGraw-Hill Figuras

Estructura de la hoja (imagen 1) y circulación de savia y gases (imagen 3). http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001_gbio/folder_structure/pl/m1/s3/index.htmno Ejercicio de reconocimiento de las partes de la hoja, vídeo que muestra la apertura y cierre de estomas y el intercambio de gases. http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001_gbio/folder_structure/pl/m2/s3/index.htmno

229

09

Biología y Geología 1

Organismos unicelulares y pluricelulares

9. Organismos unicelulares y pluricelulares

c

Actividades

9.3 Estructuras básicas en los organismos pluricelulares

20.  ¿  Cuáles son los componentes de los tejidos animales? 21.  ¿  Cuáles son las funciones del tejido epitelial? 22.  ¿  Qué son las vellosidades y las microvellosidades intestinales?

  Tejidos animales Las células animales están más diferenciadas que las vegetales. Cuanto más evolucionado esté un animal, mayor diferenciación celular presentará. http://www.usal.es/histologia/ histologia.htm

ecurso c Rmetodológico

  Tejido epitelial

cc Sugerencia didáctica

Está formado por células poco diferenciadas y de formas variadas unidas entre sí estrechamente, sin apenas sustancia intercelular, formando capas continuas. Según la función que realicen distinguimos: tejido epitelial de revestimiento y tejido glandular.

Presentar al alumnado dos fotografías de un tejido epitelial ciliado de vías respiratorias. Las fotografías deben corresponder a dos personas; una fumadora y otra no fumadora. (Al alumnado no debe decírsele esta característica.)

Recubre el exterior del organismo y las superficies internas (por ejemplo, la cavidad pulmonar). Sus principales funciones son proteger (cuando recubre superficies externas) y absorber o secretar sustancias (cuando recubre superficies internas).

Tejido epitelial de revestimiento

Las células que forman los epitelios de revestimiento se unen de forma tan íntima que forman auténticas barreras. Podemos distinguir los siguientes tipos: • Epitelio pavimentoso: está formado por células planas dispuestas a modo de baldosas, y puede ser:

El tejido epitelial ciliado de la persona fumadora se presenta muy deformado, los cilios apelmazados y unidos a la capa mucosa y sin capacidad de movimiento, debido a las sustancias tóxicas del humo del tabaco. Sólo las células periféricas del epitelio ciliado presentan cilios, las de alrededor no. La función de los cilios es retener y expulsar partículas de polvo, microbios envueltos en mucosidad, etcétera.

198

Los tejidos animales están constituidos por células embebidas en una matriz extracelular, que está formada por sustancia fundamental y otros elementos intercelulares. La sustancia fundamental o intercelular, compuesta principalmente por proteínas y polisacáridos, la fabrican las células de los tejidos y su abundancia varía en función de cada tejido. Los tejidos animales se dividen en cuatro clases: epitelial, conectivo, muscular y nervioso.

En el epitelio ciliado de un ex fumador se van recuperando las células ciliadas. En un no fumador todas las células de la mucosa respiratoria (epitelio) presentarían sus cilios y podrían realizar perfectamente su papel. Esta actividad puede servir para comprobar la capacidad de razonamiento del alumnado. Materiales de la actividad extraídos de: http://www.stoptabac.ch/sp/Photos/Poster03.htm

— Simple o endotelio: formado por una sola capa de células. Se encuentra en los pulmones, recubriendo el interior de los vasos sanguíneos y formando los capilares. — Estratificado o tegumentario: formado por varias capas de células (véase Figura 9.18). Recubre tanto la superficie externa del organismo, formando la epidermis, como órganos internos (digestivos y respiratorios). La capa más externa de la epidermis se llama capa córnea. Está formada por células muertas, a causa de la acumulación de sustancias endurecedoras como la quitina (que forma el exoesqueleto de algunos invertebrados), o la queratina (que en vertebrados da lugar a estructuras como pelos, uñas o plumas). La capa córnea se descama continuamente debido a las agresiones a las que está sometida la superficie corporal, y se renueva continuamente también. • Epitelio prismático: constituido por células alargadas con forma de prisma entre las que se intercalan otras que segregan sustancias mucosas. Puede ser:

Fig. 9.18.  Epitelio a) pavimentoso estratificado, visto al microscopio óptico.

— Simple: formado por una sola capa. Recubre el estómago, el intestino y el útero. Las células que recubren el intestino tienen en la superficie unas microvellosidades que aumentan la superficie de absorción. — Pseudoestratificado: está formado por una sola capa, aunque parece que hay varias capas porque los núcleos de las células están a diferentes alturas. Recubre el interior de las vías respiratorias, donde las células que lo forman presentan cilios en su superficie que, con sus movimientos, ayudan a eliminar las partículas extrañas que puedan penetrar en las vías respiratorias como, por ejemplo, las de polvo.

198

Fig. 9.19. Pulmón de fumador y de no fumador.

Fig. 9.20. Epitelio ciliado de fumador.

Fig. 9.21. Epitelio ciliado de ex fumador.

Ruta de la imagen del epitelio ciliado de ex fumador: http://www.stoptabac.ch/sp/Photos/Pict10.jpg Ruta de la imagen de epitelio ciliado de fumador: http://www.stoptabac.ch/sp/Photos/Pict11.jpg

230

Biología y Geología 1

Organismos unicelulares y pluricelulares

9. Organismos unicelulares y pluricelulares

09

c Páginas web

9.3 Estructuras básicas en los organismos pluricelulares

cc Histología humana    Tejido epitelial glandular Se forma a partir del epitelio de revestimiento por un proceso de invaginación (véase Figura 9.19) y está formado por células especializadas en la secreción de sustancias. Estas células se agrupan formando estructuras denominadas glándulas, que pueden ser: • De secreción externa o exocrinas: secretan sus productos, a través de un conducto, al exterior del cuerpo (por ejemplo las glándulas sudoríparas y sebáceas) o a cavidades internas del organismo (como las glándulas salivares) (véase Figura 9.19). • De secreción interna o endocrinas: carecen de conducto secretor, por lo que sus productos, hormonas, son vertidos directamente a la sangre. La hipófisis, el tiroides o las glándulas suprarrenales forman parte de este grupo. • Mixtas: tienen tanto secreción interna como externa, es decir, son endocrinas y exocrinas. El páncreas es una glándula de este tipo.

ccc Universidad de Salamanca

Esta página muestra buenos dibujos de la célula y de los tejidos:http://www.usal.es/~histologia/ aplicacion/espanol/histolo1.htm

El acné consiste en la inflamación de las glándulas sebáceas de la piel, glándulas exocrinas que producen grasa, debido a una obstrucción del conducto secretor.

Esta otra presenta los tejidos epitelial y conectivo: http://www.usal.es/~histologia/aplicacion/espanol/ practica/nivel2/tejidos1/tejidos1.htm

Suele comenzar en la adolescencia y puede continuar durante muchos años. Esto se debe a que las glándulas sebáceas son estimuladas por las hormonas sexuales, cuya producción empieza a aumentar en la pubertad.

ccc Universidad de Jaén

Atlas histológico interactivo. Departamento de biología experimental. http://sectic.ujaen.es/atlas/ Estructura de una glándula exocrina

c Lectura

Fig. 9.19.  Proceso de formación de una glándula exocrina.

Actividades 7>

Habrás observado alguna vez en los hombros de alguien con ropa oscura pequeñas motitas blancas, es decir, la tan odiada caspa. ¿Sabrías explicar qué es la caspa?

8>

cc El colágeno

Cuando una persona sufre quemaduras en una superficie muy extensa de la piel, su vida puede peligrar seriamente. ¿Por qué? ¿Tiene alguna relación con la función de la piel? Razona la respuesta y coméntalo con tus compañeros.

El colágeno es la proteína más abundante de nuestro cuerpo, supone la cuarta parte de la masa proteica del mismo. Se trata de una proteína compleja, pues está formada por tres cadenas polipeptídicas asociadas longitudinalmente (por eso decimos que tiene estructura cuaternaria). Esta estructura aporta a la superhélice de colágeno una gran flexibilidad y resistencia a la tracción (dificultad para estirarla).

  Tejido conectivo Es el más abundante en los animales y su principal función consiste en unir y sostener al resto de tejidos. Está formado por células embebidas en una abundante matriz, constituida por sustancia fundamental (agua, sales minerales, mucopolisacáridos y proteínas) y fibras (estructuras formadas por proteínas) de distinto tipo: • Fibras de colágeno: están formadas por colágeno (una proteína) y se disponen en grupos formando haces. Son flexibles y resistentes. • Fibras reticulares: formadas por reticulina (proteína semejante al colágeno). Se disponen en haces muy finos formando redes. • Fibras elásticas: formadas por elastina (una proteína). Su principal característica es la elasticidad. El tejido conectivo puede ser de varios tipos: conjuntivo, adiposo, cartilaginoso, óseo y hematopoyético. Estos tejidos presentan diferencias en cuanto a sus células y a la matriz que los forma en función de la misión que desempeñen.

El colágeno es una de las proteínas más abundantes de los vertebrados. Se utiliza sobre todo en cosmética (cremas hidratantes, antiarrugas, mascarillas capilares, etc.) y en medicina (como cicatrizante, etcétera).

Las fibras de colágeno son fabricadas por los fibroblastos, que son las células de los tejidos conectivos responsables de la fabricación de fibras (también pueden fabricar, por ejemplo, fibras de elastina).

Del colágeno se obtiene la gelatina. Esta sustancia es muy utilizada en las industrias alimentaria (para elaborar postres, gominolas, etc.), farmacéutica (para fabricar cápsulas) y fotográfica (para recubrir papel de impresión, películas fotográficas, etcétera.)

199

En el tejido óseo las fibras de colágeno están impregnadas de sales cálcicas, formando una matriz dura y resistente, lo que comunica dichas propiedades a los huesos. Cuando el gen que codifica el colágeno sufre una mutación, esta proteína no presenta la estructura correcta, lo que provoca enfermedades. Una de ellas es la osteogénesis imperfecta, o enfermedad de los huesos de cristal, que se caracteriza porque el cuerpo forma unos huesos muy frágiles, lo cual origina numerosas fracturas. Esta enfermedad también se puede deber a una insuficiente formación de colágeno.

Notas

199

Las distintas propiedades de los diferentes tipos de tejidos conectivos van a depender de las características de su matriz (así denominamos a los espacios intercelulares), lo que estará condicionado, entre otras cosas, por el tipo de fibras presentes. El colágeno aporta resistencia al estiramiento del tejido conjuntivo denso de la piel, los tendones y ligamentos; en el tejido conjuntivo reticular, constituye una red que ayuda a dar forma y fuerza estructural a los órganos en los que está presente. El colágeno es poco abundante en el tejido conjuntivo laxo (o aerolar). En el tejido cartilaginoso, las fibras de colágeno se disponen en todas las direcciones a través de una matriz gelatinosa, asociadas a algunas sales y a otras proteínas y polisacáridos. Este conjunto origina una matriz de consistencia parecida a la goma, con una mezcla de resistencia y elasticidad, propiedades típicas de los cartílagos, como por ejemplo el de la oreja.

231

09

Biología y Geología 1

Organismos unicelulares y pluricelulares

9. Organismos unicelulares y pluricelulares

c

Actividades de ampliación

9.3 Estructuras básicas en los organismos pluricelulares

Tejido conjuntivo o conectivo propiamente dicho

23.  A   socia los siguientes conceptos de tres en tres y construye una frase coherente en la que utilices los tres conceptos asociados:

Sus principales funciones son actuar como soporte de otros tejidos y como material de relleno. Está formado por células de aspecto estrellado llamadas fibroblastos, aunque también encontramos en él células procedentes de la sangre y que tienen función inmunitaria, como macrófagos, mastocitos y linfocitos. Puede ser de varios tipos:

Elastina – Aislamiento térmico – Capilares sanguíneos – Células madre – Colágeno – Endotelio – Exocrina – Medula ósea – Pavimentoso – Proteínas – Reserva – Reticular – Sebacea – Adiposo – Glándula.

• Tejido conjuntivo laxo o areolar: es el tejido conjuntivo más abundante y se encuentra fundamentalmente debajo de la piel, formando la dermis, como tejido de relleno entre órganos y sirviendo de apoyo a los epitelios. Presenta pocas fibras, una gran cantidad de fibroblastos y sustancia fundamental, así como células del sistema inmunitario que proceden de la sangre, por lo que está recorrido por una gran cantidad de capilares sanguíneos. Puede ser de distintos tipos: — Reticular: contiene fibras reticulares y muchos macrófagos. Se encuentra en la médula ósea, el bazo, los ganglios linfáticos y el timo.

24.  M   uchas personas que han dejado de fumar han notado que su piel tiene una apariencia más tersa y luminosa. ¿Encuentras alguna posible explicación a este hecho?

— Elástico: rico en fibras elásticas. Se encuentra en órganos que cambian de forma, como las pleuras pulmonares. • Tejido conjuntivo denso: a diferencia del conjuntivo laxo presenta numerosas fibras de colágeno y menor número de células y de sustancia intercelular. Puede ser de dos tipos: — Irregular: las fibras se entrelazan de forma desordenada. Aparece recubriendo algunos órganos, como el bazo o el hígado.

c

Páginas web

cc Biocourse McGraw-Hill

Fig. 9.20.  Disposición de las fibras de colágeno en el tejido conjuntivo denso regular.

— Regular: las fibras están ordenadas formando cordones o láminas que, gracias a esta disposición, son muy resistentes. Constituye los tendones (véase Figura 9.20) y ligamentos.

Figuras

Actividades

Tejidos conectivos

200

9>

En 20 imágenes se presentan los tejidos conectivos: laxo o aerolar, adiposo, reticular, denso, cartilaginoso, óseo y sangre. Imagen de los tendones. Imágenes que ayudan a identificar los distintos componentes del tejido cartilaginoso de la epiglotis y de los discos intervertebrales. http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001_saladin/ folder_structure/le/m8/s4/index.htm

El humo del tabaco aumenta la producción de la enzima elastasa, que degrada la elastina. ¿Qué consecuencias

Tejido adiposo Su principal función es almacenar grasa que será utilizada como fuente de energía en caso de necesidad. Por esta razón, está formado por células grandes y esféricas, denominadas adipocitos, que contienen una gran gota de grasa en su interior. Contiene pocas fibras y se encuentra recorrido por una gran cantidad de capilares sanguíneos para que, cuando el organismo necesite utilizar las reservas energéticas de grasa, ésta llegue rápidamente a la sangre y se distribuya por las células del organismo (véase Figura 9.21).

Tejido óseo http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001_saladin/ folder_structure/su/m2/s3/index.htm

puede tener esto a largo plazo en el organismo? Razona la respuesta.

Fig. 9.21.  Los adipocitos contienen en su interior una gran gota de grasa.

Otras funciones del tejido adiposo son actuar como aislante térmico y como amortiguador mecánico. Cuando actúa como aislante térmico se encuentra debajo de la piel, como, por ejemplo, en las focas, donde esta capa de grasa puede alcanzar varios centímetros de espesor. Cuando funciona como amortiguador mecánico lo hace rodeando a órganos, como el corazón y los riñones, a los que protege de los golpes.

200

Estructura del hueso http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001_gbio/folder_structure/an/m5/s2/index.htm Los huesos del cuerpo. http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001_saladin/folder_structure/su/m2/s15/

Fig. 9.22. Tejido óseo esponjoso y compacto y actividades de reconocimiento de las distintas partes.

232

Biología y Geología 1

Organismos unicelulares y pluricelulares

9. Organismos unicelulares y pluricelulares

c Adectividades refuerzo

9.3 Estructuras básicas en los organismos pluricelulares

Tejido cartilaginoso

26.   ¿A qué tipo celular corresponde cada una de las actividades que se indican? a. Formación de matriz ósea. b. Secreción de hormonas. c. Producción de colágeno. d. Almacenamiento de grasa.

Tiene función esquelética, ya que constituye las articulaciones de los huesos; es el molde sobre el que se forman los huesos largos del organismo y, en algunos seres vivos (como ciertos peces), es propiamente el esqueleto. Está formado por unas células, los condrocitos, que se alojan en unas cavidades de la matriz, la cual está compuesta por una sustancia fundamental sólida, firme y elástica. Según el tipo y la cantidad de fibras, se distinguen tres tipos de tejido cartilaginoso o cartílago (véase Figura 9.22): • Tejido cartilaginoso hialino: tiene pocas fibras de colágeno. Es el más abundante y se localiza en la nariz, en los cartílagos de las costillas, en la laringe, en la tráquea y en las superficies articulares (véase Figura 9.22a).

09

¿Te has fijado en que la gente al envejecer va perdiendo altura? Esto es debido a que el cartílago situado entre los discos intervertebrales se estrecha con la edad, porque a medida que nos hacemos mayores va perdiendo agua.

27.   ¿Cuáles son las propiedades de la matriz extracelular de los siguientes tejidos? a. Cartilaginoso. b. Conjuntivo denso. c. Óseo.

• Tejido cartilaginoso elástico: tiene numerosas fibras elásticas, por lo que es más flexible que el cartílago hialino. Se encuentra en el pabellón auditivo (véase Figura 9.22b). • Tejido cartilaginoso fibroso: contienen una gran cantidad de fibras de colágeno. Se localiza, por ejemplo, en el menisco y en los discos intervertebrales (véase Figura 9.22c).

c Glosario

Fig. 9.22.  Imágenes al microscopio óptico de: a) tejido cartilaginoso hialino; b) elástico, y c) fibroso.

Tejido óseo Forma el esqueleto de los vertebrados, por lo que debe ser rígido y resistente. Por eso la matriz contiene minerales, principalmente carbonatos y fosfatos cálcicos que la endurecen. Aparecen en él distintas células: osteoblastos, encargadas de formar hueso al sintetizar fibras y sustancia fundamental, osteocitos, células incorporadas al hueso, y osteoclastos, encargadas de la destrucción del hueso. Las actividades osteoblástica y osteoclástica están equilibradas, es decir, se forma hueso a la misma velocidad que se destruye, por lo que los huesos son estructuras en continua remodelación.

201

c Recomendación didáctica cc Los tejidos cartilaginoso y óseo Al empezar el estudio de estos dos tejidos, se puede provocar el interés del alumnado lanzando una pregunta: ¿Por qué a partir de determinada edad una persona deja de crecer, pero sí siguen creciendo determinadas partes del cuerpo, como las orejas, la barbilla, la nariz? ¿Has observado estos caracteres en personas ancianas? A través de esta pregunta se puede establecer un coloquio para ver si los alumnos llegan a conectar la relación entre hormona de crecimiento y estos caracteres, haciéndoles ver cómo la hormona la seguimos produciendo continuamente pero solamente ejerce su acción en aquellos tejidos que tienen la capacidad de seguir creciendo.

Adipocito. Células del tejido adiposo que se encuentran cargadas de grasa. Colágeno. Proteína que forma parte del tejido conectivo. Condrocito. Célula que forma parte del tejido cartilaginoso. Conjuntivo. Es el tejido conectivo propiamente dicho. Actúa como soporte de otros tejidos o como material de relleno. Elastina. Proteína que forma parte del tejido conjuntivo en las fibras elásticas, como los ligamentos. Endocrino. Conjunto de órganos secretores de hormonas de los seres pluricelulares. Endotelio. Tejido que recubre el interior del corazón y de los vasos sanguíneos y de los linfáticos. Epitelio. Tejido animal de células unidas entre sí, y que recubre superficies o reviste el interior de algunas cavidades. Exocrino. Glándulas que vierten su contenido a través de conductos. Fibroblasto. Célula formadora de fibras en el tejido conectivo. Ligamento. Banda de tejido conectivo rica en colágeno que conecta un hueso con otro y permite el movimiento a través de sus articulaciones. Microvellosidad. Repliegues de la membrana plasmática de las células que revisten, por ejemplo, el intestino, y que aumentan en éstas la superficie de absorción. Mucosa. Capa de tejido epitelial situada sobre otra de tejido conectivo, que posee células caliciformes que secretan mucus y también células con cilios. Recubre cavidades del cuerpo que tienen comunicación con el exterior, como las vías respiratorias, al intestino o a conductos como el genital o el urinario. Queratina. Proteína que forma parte de epidermis, pelos, uñas, etc. de los animales vertebrados Tendón. Estructura de tejido conectivo cuya función es la de unir un músculo con un hueso.

201

Elaboración propia.

233

09

Biología y Geología 1

Organismos unicelulares y pluricelulares

9. Organismos unicelulares y pluricelulares

c

Páginas web

9.3 Estructuras básicas en los organismos pluricelulares

cc Biocourse McGraw-Hill Se distinguen dos clases de tejido óseo:

Figuras

• Tejido óseo compacto (véase Figura 9.23): se dispone alrededor de unos canales, los conductos de Havers, que recorren el hueso longitudinalmente y que se comunican entre sí por canales transversales, los conductos de Volkmann (véase Figura 9.24). Por el interior de todos estos conductos pasan vasos sanguíneos y nervios que nutren al hueso y le dan sensibilidad; por eso se siente dolor cuando se rompe un hueso. Este tejido forma la parte externa de todos los huesos y la parte central de los huesos largos.

Tejido hematopoyético Composición química de la sangre. Los distintos tipos de células sanguíneas, origen y diferenciación celular. http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001_gbio/ folder_structure/an/m6/s4/index.htm

Fig. 9.23.  Tejido óseo visto al microscopio óptico.

Fig. 9.24.  Estructura tridimensional del tejido óseo compacto.

• Tejido óseo esponjoso: formado por trabéculas (láminas de poco espesor) de tejido óseo separadas entre sí por cavidades de forma irregular que están rellenas de médula ósea roja (véase Figura 9.25). Se encuentra en el interior de los huesos cortos y en las cabezas de los huesos largos.

Actividades 10>

202

ecomendación c Rdidáctica

Teniendo en cuenta la composición del tejido óseo, ¿crees que una nutrición inadecuada puede afectarle?, ¿cómo? Busca información al respecto y explica por qué en la niñez se aconseja el consumo de leche y derivados lácteos.

Es el encargado de producir las células presentes en la sangre (glóbulos rojos, leucocitos, plaquetas, etc.). Puede ser de dos tipos: mieloide y linfoide. • El tejido mieloide forma la médula ósea roja (véase Figura 9.25), que se localiza entre las trabéculas del tejido óseo esponjoso. Está formado por fibras reticulares y una gran cantidad de células madre (pluripotentes) precursoras de eritrocitos (glóbulos rojos), leucocitos y plaquetas, que se forman aquí y pasan a la sangre.

Fig. 9.25.  Médula ósea roja vista al microscopio óptico.

202

Notas

234

Revisa tus libros de biología de cursos anteriores y dibuja un hueso largo indicando los nombres de las partes que lo forman y señalando qué tipos de tejido óseo forman el hueso y dónde se encuentran.

Tejido hematopoyético

Lectura de la entrevista a John Wagner sobre células madre del cordón umbilical y tratamiento de leucemias: Las células madre del cordón umbilical son un tesoro. Se puede también encargar a algunos alumnos que localicen en Internet algún artículo sobre este tema, que puede ser muy interesante como debate de un problema vigente en la actualidad.

11>

• El tejido linfoide se encuentra en los ganglios, el timo, el bazo y las amígdalas. En él se lleva a cabo la diferenciación de los linfocitos, cuyas células madre proceden del tejido mieloide.

Biología y Geología 1

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9. Organismos unicelulares y pluricelulares

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c Páginas web

9.3 Estructuras básicas en los organismos pluricelulares

cc Biocourse McGraw-Hill   Tejido muscular

Figuras

La principal función del tejido muscular es producir movimiento. Está formado por células muy alargadas llamadas fibras musculares. En el citoplasma de estas células se encuentran las miofibrillas, formadas por las proteínas actina y miosina, que pueden contraerse y estirarse, gracias a lo cual se produce el movimiento. Existen tres tipos de tejido muscular:

Tejido muscular Imágenes de los distintos tipos de tejido muscular. Actividades de reconocimiento y ejercicio interactivo de diferenciación entre los distintos tipos de tejidos musculares. http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001_saladin/ folder_structure/le/m8/s6/index.htm

• Tejido muscular liso: formado por células de aspecto fusiforme que tienen un solo núcleo (véase Figura 9.26a). Es de contracción lenta e involuntaria. En animales más evolucionados forma la musculatura de órganos internos (paredes del tubo digestivo, de los vasos sanguíneos, etc.), y en los menos evolucionados es su única musculatura. • Tejido muscular estriado: formado por células más grandes que las del tejido liso, y que además tienen varios núcleos y muchas mitocondrias (véase Figura 9.26b). Se denomina tejido estriado porque cuando se observa al microscopio se ven una serie de bandas claras y oscuras, que se corresponden con la disposición de las miofibrillas, como se indica en la Figura 9.27. El citoplasma de estas fibras musculares se denomina sarcoplasma, y el patrón de bandas que se repite recibe el nombre de sarcómero. Este tejido es de contracción rápida y voluntaria y forma la musculatura del aparato locomotor en animales vertebrados. • Tejido muscular cardiaco: tiene también aspecto estriado (véase Figura 9.26c) (debido a la disposición de los sarcómeros), pero sus células son cortas y con un solo núcleo. Es de contracción rápida e involuntaria. Forma el músculo cardiaco o miocardio y es el responsable de los latidos del corazón.

Fig. 9.26.  Tejido muscular: a) liso, b) estriado  y c) cardiaco, vistos al microscopio óptico.

Los músculos del cuerpo http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001_saladin/ folder_structure/su/m4/s2/index.htm Fig. 9.27.  Estructura del sarcómero: a) contraído y b) relajado.

Atlas histológico interactivo. Departamento de biología experimental. Universidad de Jaén.

Placa de colesterol que obstruye la arteria coronaria

Microscopía virtual: permite observar una preparación con distintos aumentos, y moverse por ella como si estuviéramos manejando el microscopio.

¿Por qué tenemos infartos? Las células que forman el músculo cardiaco reciben oxígeno y nutrientes de los vasos sanguíneos que rodean al corazón. Si alguno de estos vasos se obstruye, una parte del tejido cardiaco muere. Esto es lo que se conoce como infarto.

Necrosis de la pared cardiaca Corazón sano

Corazón infartado

203

Notas

203

Duodeno: se aprecian bien las vellosidades y, a los máximos aumentos, las microvellosidades. http://sectic.ujaen.es/atlas/mvirtual/duodeno40xr. jpg Tráquea: se pueden ver los ciclios de las células epiteliales. http://sectic.ujaen.es/atlas/mvirtual/traquea40xr. jpg

didácticos c Menateriales el CD y en la CEO Ejercicios: • • • • •

Verdadero o falso: tejidos animales. Respuesta múltiple: tejidos animales. Relación: tejidos animales y vegetales. Sopa de letras: tejidos animales. Crucigrama: tejidos animales.

235

09

Biología y Geología 1

Organismos unicelulares y pluricelulares

9. Organismos unicelulares y pluricelulares

c

Páginas web

9.3 Estructuras básicas en los organismos pluricelulares

cc Biocourse McGraw-Hill   Tejido nervioso

Figuras

El tejido nervioso es el encargado de captar estímulos, tanto del medio interno como externo, y de elaborar las respuestas adecuadas, mediante la transmisión de impulsos nerviosos. Está formado por dos tipos de células: las neuronas y las células gliales o glías.

Tejido nervioso: estructura de la neurona. Vídeo de la sinapsis. http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001_gbio/folder_structure/an/m2/s2/index.htm

   Las neuronas

Gránulos de Nissi

Núcleo

Son las principales células del tejido nervioso. Están formadas por un cuerpo celular y unas prolongaciones que parten de él (véase Figura 9.28). En el cuerpo celular están el núcleo y los orgánulos celulares, destacando la presencia de las neurofibrillas (forman parte del citoesqueleto) y de los corpúsculos de Nissl (formados por cisternas de retículo endoplasmático rugoso).

Dentritas

Imagen microscópica de una neurona. http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001_saladin/ folder_structure/le/m8/s5/index.htm

Fibras terminales

Las prolongaciones de las neuronas, necesarias para la transmisión y recepción de señales pueden ser de dos tipos:

Axón

• Axones o cilindroejes: son largos, con ramificaciones en el extremo final (fibras terminales) y hay uno en cada neurona. Los axones transmiten señales a otras neuronas, a las células musculares y a las glándulas.

Dirección del impulso nervioso Neurofibrillas Terminaciones de otras neuronas

Órgano efector

• Dendritas: son cortas, con muchas ramificaciones, y puede haber una o varias por neurona. Se encargan de recibir señales de otras neuronas.

Fig. 9.28. Estructura de una neurona.

Actividades 12>

Células del tejido nervioso. http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001_saladin/ folder_structure/in/m1/s2/index.htm

204

Tipos de neuronas y funciones. http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001_saladin/ folder_structure/in/m1/s3/index.htm

La médula ósea es un tejido vital, de modo que, cuando por la razón que sea (tratamientos de quimioterapia, enfermedades genéticas, etc.), no funciona correctamente es necesario recurrir a un trasplante de médula ósea para evitar que el enfermo acabe falleciendo. Explica qué funciones desempeña este tejido para que sea imprescindible para la vida.

13>

La lengua está formada por tejido muscular. Teniendo en cuenta las características de los distintos tipos de tejido muscular, ¿cuál de ellos crees que forma la lengua?, ¿por qué? Debátelo con tus compañeros razonando la respuesta.

   Las células gliales Son un conjunto de células cuyas funciones son sostener, alimentar y proteger a las neuronas, así como participar en la transmisión del impulso nervioso.

Actividad de identificación microfotografías de tejidos: epitelial, conectivo, muscular y nervioso. http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001_saladin/ folder_structure/le/m8/s8/index.htm

Las células gliales son de varios tipos. He aquí los principales: • Astrocitos: células de forma estrellada que nutren y sostienen a las neuronas. • Células de microglía: funcionan como defensa fagocitando sustancias extrañas.

c

Lectura

cc El músculo cardiaco El tejido muscular que forma el corazón es un tejido muy especial. Tiene un aspecto estriado, al igual que el músculo esquelético, debido a que en el interior de sus células, las miofibrillas (filamentos de actina y miosina) se disponen formando bandas paralelas que al contraerse o relajarse al unísono provocan el latido cardiaco. La forma de las células es ramificada, lo cual permite que unas células se unan con otras en todas las direcciones, por lo que las paredes del corazón pueden soportar grandes presiones sin desgarrarse.

236

• Oligondendrocitos y células de Schwan: segregan mielina, una sustancia lipídica que acumulan en el citoplasma.

204

ciar las contracciones, ayudando a mantener el ritmo de todo el corazón, de tal manera que el sistema nervioso autónomo es el encargado de modificar la frecuencia del latido, pero no es responsable del mantenimiento de un ritmo constante. Cuando se saca un corazón de su cuerpo, éste sigue latiendo, independientemente del sistema nervioso. Este aspecto es fundamental en los transplantes. Hasta hace poco se pensaba que el músculo cardiaco no se podía regenerar, ya que un infarto provoca la muerte de una zona del miocardio. Sin embargo, recientemente se han utilizado células madre adultas, consiguiéndose una cierta recuperación de la función cardiaca, lo que nos hace pensar que en el futuro el transplante de corazón pueda ser evitado en muchos casos gracias al uso de células madre.

El contacto entre las células posibilita la transmisión de corrientes eléctricas entre sus membranas, por lo que la orden de contraerse o relajarse se transmite de una a otras.

Algunas direcciones relacionadas: Infarto de miocardio, causas y tratamiento inmediato: http://www.incc.com.uy/flash/iam5.htm

Existen en el músculo cardiaco células que actúan como marcapasos; éstas son las encargadas de ini-

Infarto y masaje cardiaco. Animaciones consumer.es: http://www.consumer.es/web/es/salud/investigacion_medica/2003/02/21/140043.php

Biología y Geología 1

Organismos unicelulares y pluricelulares

9. Organismos unicelulares y pluricelulares

09

antiago Ramón y c SCajal (1852-1934)

9.3 Estructuras básicas en los organismos pluricelulares

cc Las células del tejido nervioso también cumplen la teoría celular

Las células de Schwann rodean los axones de las neuronas formando las denominadas fibras nerviosas, que son de dos tipos: • Fibras amielínicas: en las que los axones de varias neuronas se encajan en una única célula de Schwann (véase Figura 9.29.). • Fibras mielínicas: en ellas, varias células de Schwan se enrollan alrededor del axón de una neurona (véase Figura 9.30.) formando una envoltura que se denomina vaina de mielina. Esta vaina no es continua a lo largo de todo el axón, sino que se interrumpe en los nódulos de Ranvier, punto en el que contactan dos células de Schwann.

Médico nacido en Petilla de Aragón (Navarra). Ingresó en el ejército y, acabados sus estudios, en el cuerpo de Sanidad. Fue destinado a Cuba pero enfermó, y volvió a España. Doctor por la Universidad de Madrid, ganó la plaza de director del Museo Anatómico de Zaragoza, donde estuvo varios años. Ganó, así mismo, las cátedras de anatomía de la Universidad de Valencia, Barcelona y, finalmente, la de Madrid. Sus trabajos de histología sobre el sistema nervioso le llevaron a afirmar que las neuronas eran células independientes, con lo que consiguió resolver la única excepción a la teoría celular, generalizándola para todas las células. Las neuronas sólo contactan entre ellas y están polarizadas a la hora de transmitir el impulso, es decir, que éste se propaga desde las dendritas a los cuerpos neuronales y de ahí, sale por el axón. Obtuvo muchos premios a lo largo de su vida y en 1904 le otorgaron el Premio Nóbel de Medicina.

La mielina es una sustancia aislante que no permite la conducción del impulso nervioso. Por ello, éste se transmite a saltos de nódulo a nódulo (ya que en ellos no hay mielina), y que la transmisión del impulso es mucho más rápida en fibras mielínicas que amielínicas. La unión de varias fibras nerviosas constituye un nervio.

Fig. 9.29.  Fibras a) amielínicas y b) mielínicas. En c) se puede observar un corte transversal de una fibra mielínica vista al microscopio electrónico.

La vaina de mielina es necesaria para una transmisión adecuada del impulso nervioso. Existen enfermedades muy graves relacionadas con la vaina de mielina. Es el caso de la esclerosis múltiple, en la que, debido a un fallo en el sistema inmunológico, los macrófagos degradan la mielina al considerarla un elemento extraño al organismo. Este tipo de enfermedades se llaman desmielinizantes. En la esclerosis múltiple, al desaparecer la vaina de mielina, la transmisión del impulso nervioso se hace más lenta o incluso deja de producirse. Por ello, quienes padecen esta enfermedad sufren (según a qué neuronas afecte), entre otros síntomas, parálisis, trastornos de la visión, debilidad muscular, etc., y llegan incluso a tener que utilizar silla de ruedas en fases avanzadas de la enfermedad.

205

Actividades 14>

Imagina que un león está acechando a una pequeña gacela que come tranquilamente. La gacela se percata de la presencia del león y sale corriendo. Esto es posible porque su sistema nervioso capta la señal de peligro (el león) y ordena a los músculos de sus patas que

se muevan para huir de ese peligro. La señal nerviosa que hace que estos músculos se muevan llega a través de axones mielínicos. ¿Por qué crees que es así? Y si fueran amielínicos. ¿Conseguiría la gacela escapar del depredador? Debátelo con tus compañeros.

205

c Glosario Actina. Proteína contráctil que, junto con la miosina, forma parte de las células musculares. Astrocito. Célula del sistema nervioso central que forma parte de su tejido de sostén, y que alimenta a las neuronas. Pertenece a las células gliales. Axón. Prolongación larga de las células nerviosas o neuronas que transmite impulsos nerviosos. Dendrita. Prolongación corta de las células nerviosas o neuronas. Havers (conductos). Canales que recorren el hueso a lo largo, por donde pasan vasos sanguíneos y nervios que lo nutren, y que se comunican entre sí mediante canales transversales por los conductos de Volkman. Linfoide. Tejido en el que se diferencian los linfocitos. Se encuentra en ganglios, timo, bazo y amígdalas. Médula ósea. Tejido que se localiza en el interior de los huesos. Médula  ósea  amarilla. Tejido adiposo localizado en los canales de los huesos largos.

Médula ósea roja. Tejido formado por las células madre hematopoyéticas. Se localiza en las cavidades del tejido óseo esponjoso. Microglia. Célula glial que fagocita sustancias extrañas en el tejido nervioso. Miosina. Proteína presente en el tejido muscular y que, junto con la actina, interviene en la contracción del mismo. Nervio. Haz de dendritas o axones rodeado de tejido conectivo que transmite impulsos. Neurofi brilla. Fibras que forman el citoesqueleto en el cuerpo de la neurona. Nissl (corpúsculos). Partículas visibles en el citoplasma de las neuronas. Oligogodendrocito. Célula de glía que forma las vainas de mielina alrededor de los axones en el sistema nervioso central. Osteoblasto. Células del tejido óseo encargadas de fabricar hueso. Osteocito. Célula del tejido óseo madura. Ranvier (nódulo). Las células de Schwann rodean los axones de las neuronas dejando unos pequeños espacios sin mielina, denominados nódulos de Ranvier. Sarcómero. Parte de una célula del músculo estriado que forma una unidad de contracción. Sarcoplasma. Citoplasma de una célula muscular (fibra).

237

09

Biología y Geología 1

Organismos unicelulares y pluricelulares

9. Organismos unicelulares y pluricelulares

c

Páginas web

9.3 Estructuras básicas en los organismos pluricelulares

cc Biocourse McGraw-Hill   Órganos, aparatos y sistemas en animales

Figuras

Los animales presentan mayor variedad de órganos que los vegetales, ya que su complejidad estructural es mayor.

Estructura de la piel, con una imagen que permite resaltar todos sus componentes. En una segunda imagen se aprecian todos los sistemas y aparatos del cuerpo humano. http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001_gbio/ folder_structure/an/m1/s2/index.htm

Los órganos son más complejos cuanto más evolucionado está un animal, por lo que no es posible establecer unas características generales de cómo se organizan los tejidos animales para formar los distintos órganos. De hecho, en los animales menos evolucionados no existen órganos definidos. Los órganos se asocian para realizar una determinada función formando sistemas y aparatos como, por ejemplo, el aparato locomotor o el sistema nervioso. Los aparatos y sistemas de los animales realizan las funciones básicas de los organismos, que son: • Función de nutrición: la realizan los aparatos digestivo, respiratorio (véase Figuras 9.30 y 9.31), circulatorio y excretor. • Función de relación: la realizan el aparato locomotor y los sistemas nervioso, muscular y endocrino. • Función de reproducción: la realiza el aparato reproductor. Fig. 9.30.  Pulmón.

Actividad resuelta

c 206

Materiales didácticos en el CD y en la CEO

Juanito vuelve corriendo a casa al salir del colegio. Se cae y se corta en la rodilla con un cristal. Cuando llega a casa su madre le limpia la herida con una solución desinfectante y tranquiliza al niño diciéndole que, en unos días, la herida se habrá curado. Efectivamente, al cabo de unos días apenas queda una pequeña señal en la rodilla de Juanito. Explica por qué se desinfecta la herida y qué procesos han ocurrido para que ésta se haya curado.

Crucigrama de la Unidad.

cc Glosario Aparato. Conjunto de órganos cuyos actos constituyen una misma función, en un ser vivo de estructura pluricelular. Órgano. Estructura formada por tejidos, que realiza un acto determinado. Ejemplo: el corazón. Sistema. Grupo de órganos que suelen tener un mismo tipo de tejidos y que realizan una serie de funciones coordinadas. Ejemplo: el nervioso.

Notas

Fig. 9.31.  Aparato respiratorio.

La piel es una barrera que protege al organismo, de modo que cuando se produce una herida la barrera se rompe en esa zona, y es necesario limpiar y desinfectar bien para evitar que se produzcan infecciones. En cuanto al proceso de curación, hay que tener en cuenta que, como la piel se ha dañado, para que esa herida se cure la piel se tiene que regenerar. Pero ¿qué tejidos se ven afectados cuando se produce una herida en la piel? Se ven

afectados tejido epitelial, que forma la epidermis, y tejido conjuntivo laxo, que se encuentra por debajo del epitelio, formando la dermis. Ésta tiene numerosos capilares sanguíneos que, cuando se produce una herida, también se pueden romper, y deben ser reparados. El proceso de curación de una herida se produce en varias fases. En una primera fase se produce una constricción de los vasos sanguíneos dañados para evitar la pérdida de sangre. Después estos vasos se reparan gracias a que las células que los forman se dividen por mitosis. El tejido que forma los capilares sanguíneos y el interior de los vasos sanguíneos es epitelio pavimentoso simple. A continuación se produce la reparación del tejido conjuntivo. Para ello los fibroblastos sintetizan fibras y sustancia fundamental. Finalmente, la epidermis se repara ya que las células que la forman se dividen por mitosis.

206

c Bibliografía de la Unidad BERNSTEIN: Biología, McGraw-Hill, 10.ª edición, 2001. FRIED, GEORGE H: Biología, McGraw-Hill, 1990. LEHNINGER, ALBERT L: Principios de bioquímica, Omega, 1988. SALOM, Francisca; CANTARINO, M.ª Elena: Curso de prácticas de biología general, Blume, 1981. SOLOMON, BERG, MARTIN, VILLEE: Biología, McGraw-Hill, 5.ª edición, 2005. Diccionario de biología, Mileto, 2001. Diccionario de biología, Oxford-Complutense, 2004. Diccionario ciencias de la naturaleza, Cultural SA, 2006.

c Vídeo de la Unidad Reproducción asexual y alteración de generaciones, Áncora Audiovisual.

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Biología y Geología 1 Actividades

09

9. Organismos unicelulares y pluricelulares Actividades

Actividades fi nales 1>

Los principales tejidos de sostén son el colénquima y el esclerénquima. ¿Cuáles son las características de cada uno de ellos?

2>

La siguiente imagen se corresponde con un tipo de tejido vegetal. ¿De cuál se trata? ¿Qué características tienen las células que forman ese tejido?

3>

Los tejidos conductores de las plantas son el xilema y el floema. ¿Qué características presenta cada uno? ¿Por qué existen dos tipos de tejidos conductores?

4>

El siguiente dibujo se corresponde con el corte transversal de una hoja. Escribe el tipo de tejido que señala cada flecha.

5>

Dibuja un estoma y señala el nombre de las partes que lo forman. ¿Dónde se encuentran estas estructuras? ¿Cuál es su función?

6>

Dibuja cómo se disponen los tejidos en un tallo y una raíz con estructura primaria.

7>

¿Qué semejanzas y diferencias presentan el tejido epitelial de revestimiento y el epitelio glandular? Pon ejemplos de cada uno de ellos en el cuerpo humano.

8>

De los siguientes nombres indica qué son y en qué tejido animal se encuentran: condrocitos, elastina, células caliciformes; quitina; osteoclastos; sarcoplasma; dendritas; nódulos de Ranvier; fibroblastos.

9>

¿A qué se denomina fibra nerviosa? ¿En qué se diferencian las fibras mielínicas de las amielínicas?

10>

Dibuja la estructura del sarcómero e indica cómo se produce la contracción muscular.

11>

Señala en las siguientes fotografías microscópicas de qué tejido animal se trata, e indica qué características presenta cada uno de ellos.

12>

Dibuja la estructura tridimensional del tejido óseo compacto. ¿Qué tipo de células lo forman y qué funciones desempeñan?

13>

Los organismos pluricelulares más evolucionados están formados por varios tipos de células con distintas formas y funciones. ¿Quiere esto decir que tendrán distinta información genética? ¿Por qué?

14>

Imagina que eres una molécula de agua y que quieres entrar por la raíz de una planta y llegar hasta el parénquima clorofílico. ¿Qué tejidos tendrás que atravesar por el camino?

15>

Los objetos realizados con madera, como puertas o muebles, presentan unas estructuras denominadas vetas. ¿Sabes qué son?

16>

Si tapas una planta con una bolsa de plástico, la cierras bien (alrededor del tallo principal) y la riegas, pasadas 24 horas verás que hay gotitas de agua en el interior de la bolsa. ¿A qué es debido este fenómeno?

17>

Cuando comemos un filete, se observa que la carne no presenta un aspecto uniforme, sino que parece que está formado por pequeñas piezas (como un puzle). ¿A qué se debe este aspecto? Piensa que cuando comemos un filete

207

239

09

Biología y Geología 1 Actividades

9. Organismos unicelulares y pluricelulares

Actividades

estamos ingiriendo el músculo de un animal y recuerda los conceptos aprendidos en cursos anteriores acerca de la composición y estructura de los músculos. ¿De qué tejido están formados?

18>

En la sección de cosmética de un supermercado encuentras un gel específico para la cara en el que se indica que tiene «acción exfoliante». ¿Qué efecto crees que producirá sobre la piel?

19>

Las plantas son organismos autótrofos, es decir, se alimentan de materia inorgánica. Sin embargo, existen algunas plantas, llamadas carnívoras, que se alimentan de pequeños insectos. ¿A qué crees que se debe esto? Investiga y busca información al respecto.

20>

Matías ha metido en la lavadora un pantalón sin revisar antes los bolsillos. Lo lava, lo tiende y cuando se dispone a plancharlo nota que hay algo en uno de los bolsillos. Cuando mira, descubre que había un billete y, sorprendentemente, ha resistido el lavado. ¿Cómo se explica esto? ¿Ocurre lo mismo con otro tipos de papeles? Busca información al respecto y coméntalo con tus compañeros.

PAU Universidad de Oviedo: Septiembre de 1998 a) En la figura aparecen tres células (A, B y C) de una especie animal con 2n = 6 cromosomas. ¿En qué fase de la mitosis o la meiosis está cada una de ellas? Razone la respuesta. b) El apareamiento cromosómico es un proceso muy importante en la meiosis. Indique muy brevemente en qué fase de la meiosis se produce, en qué consiste y por qué es importante. c) En las plantas con flores. ¿La meiosis se produce en el gametofito o en el esporofito? Haga un esquema del ciclo biológico de una planta con flores.

Centra la pregunta Se plantean varias cuestiones que guardan relación con la división celular (mitosis y meiosis), la importancia de la meiosis y su relación con los ciclos biológicos. Debes recordar Cuál es la finalidad de la mitosis y la meiosis, las etapas de cada proceso, y las semejanzas y diferencias entre ambos procesos.

208

240

23>

Las quemaduras se clasifican en tres tipos según en qué medida afecten a la piel. La piel está formada por la epidermis (tejido epitelial estratificado) y la dermis (tejido conjuntivo). Las quemaduras de primer grado son las más leves y afectan a la superficie de la epidermis. Las de segundo grado son algo más profundas y afectan a parte de la dermis. Las de tercer grado son las más profundas, y afectana toda la piel, pero, sorprendentemente, la persona quemada no suele sentir dolor. ¿Por qué crees que ocurre esto? Busca información sobre la estructura de la piel para responder a esta cuestión.

24>

Hace unos años a Paco, camionero de profesión, tuvieron que extirparle el bazo debido a las lesiones que un accidente de tráfico le produjeron en este órgano. ¿Cómo piensas que habrá afectado esto a la salud de Paco? ¿Por qué?

25>

La sangre del cordón umbilical de los recién nacidos contiene células madre embrionarias. En algunos países es una práctica habitual conservar los cordones durante unos años. ¿Por qué crees que se conservan? ¿Qué utilidad pueden tener? Investiga al respecto.

La importancia del apareamiento cromosómico, que ocurre en la meiosis, en relación con la reproducción sexual. Los ciclos biológicos que existen, qué etapas se dan en cada uno de ellos y en qué organismos se dan. Resuelve la pregunta En cuanto a la primera cuestión, la figura A representa el intercambio genético entre cromosomas homólogos que tiene lugar en la profase I de la meiosis. La figura B representa la metafase de la mitosis, en la que los cromosomas se sitúan en el plano ecuatorial de la célula. La figura C representa el comienzo de la profase de la mitosis o la profase I de la meiosis, cuando se están formando los cromosomas. Para resolver la segunda cuestión, recuerda que el apareamiento cromosómico se produce en la profase I de la meiosis, que consiste en el intercambio de genes entre cromosomas homólogos y que es importante porque incrementa la variabilidad genética, lo que favorece la evolución. En cuanto a la tercera cuestión recuerda que las plantas tienen un ciclo de vida diplohaplonte con alternancia de generaciones (gametofito y esporofito) y que la meiosis se produce en el esporofito, aunque las células que se producen (meiosporas) no son gametos.

Biología y Geología 1 Investigación científica 1

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9. Organismos unicelulares y pluricelulares Investigación científica

Investigación científica El cuerpo humano sólo tiene diez años Los científicos datan las células, en constante renovación, de los diferentes tejidos del organismo Los glóbulos rojos sólo viven unos 120 días, las células que recubren el estómago y las de la epidermis, un par de semanas. Cada tejido tiene su tiempo de renovación. Un científico sueco ha ideado una técnica para datar las células del organismo humano. Sólo las neuronas de la corteza cerebral, y pocas más, parece que duran hasta la muerte. Tenga uno la edad que tenga, su cuerpo es muchos años más joven. De hecho, aunque se haya entrado en la mediana edad, puede que la mayoría de la gente tenga diez años o menos. Esta alentadora verdad, que emana del hecho de que muchos de los tejidos corporales están sometidos a una constante renovación, se ha visto subrayada por un nuevo método para calcular la edad de las células humanas. Su inventor, Jonas Frisen, cree que la edad media de todas las células de un cuerpo adulto puede ser de sólo unos siete o diez años. Pero Frisen, biólogo de células madre del Karolinska Institatet de Estocolmo, también ha descubierto un hecho que explica porqué la gente se comporta según su edad natural y no la de la edad física de sus células: algunos tipos de células duran desde el nacimiento hasta la muerte sin renovarse, y esta minoría especial incluye algunas o todas las células de la corteza cerebral. [...] En general, la idea que prevalece es que el cerebro no genera nuevas neuronas una vez que su estructura se ha completado, excepto en dos regiones concretas: el bulbo olfativo, que media el sentido del olfato, y el hipocampo, donde se depositan los recuerdos iniciales de rostros y lugares. [...] Si el cuerpo renueva sus tejidos, ¿por qué no continúa para siempre la regeneración? Algunos expertos consideran que la causa principal es que el ADN acumula mutaciones y su información se degrada de forma paulatina. Otros culpan al ADN de las mitocondrias, que carecen de los mecanismos de reparación de que disponen los cromosomas. Una tercera teoría es que las células madre —fuente de nuevas células en todos los tejidos— acaban debilitándose con la edad.

«La idea de que las propias células madre envejecen y son menos capaces de generar progenie está ganando cada vez más adeptos», dice Frisen. [...] Cada tipo de tejido tiene su propio tiempo de renovación, dependiendo en parte del volumen de trabajo que soporten las células que lo forman. Las células que recubren el estómago sólo duran tres días. Los glóbulos rojos, magullados y maltrechos tras un viaje de casi 1.600 km a través del laberinto del sistema circulatorio del cuerpo, sólo viven una media de unos 120 días antes de ser enviados a su cementerio en el bazo. La epidermis, o capa superficial de la piel, se recicla más o menos cada dos semanas. «Es el envoltorio transparente del cuerpo y se puede ver dañado fácilmente por los arañazos, los solventes, el uso y los desgarros», aclara Elaine Fuchs, experta en células madre de la piel de la Rockefeller University estadounidense. En cuanto al hígado, el filtro de todos los tóxicos que pasan por la boca de una persona, su vida en el frente bélico de la química en bastante breve. Un hígado adulto tiene un tiempo de renovación de entre 300 y 500 días, afirma Markus Grompe, experto en células madre hepáticas de la Oregon Health & Science University (EE.UU.). La vida de otros tejidos se mide en años, no en días, pero no son permanentes, ni mucho menos. Incluso los huesos soportan una restauración constante. Se cree que todo el esqueleto humano se renueva aproximadamente cada diez años en los adultos, ya que equipos idénticos de construcción integrados por células que disuelven y reconstruyen los huesos se combinan para remodelarlo. Prácticamente, las únicas partes del cuerpo que duran toda la vida, según las pruebas actuales, parecen ser las neuronas de la corteza cerebral, las células de la lente interna del ojo y quizá las células musculares del corazón. [...] Apartado de Wade, Nicholas «El cuerpo humano sólo tiene diez años», El País, 21-9-2005.

a) ¿Por qué unas células se renuevan con mayor frecuencia que otras? b) ¿Por qué envejecemos si la renovación de las células es constante? c) Según el titular, el cuerpo humano sólo tiene diez años, entonces, ¿por qué los adultos no se comportan de acuerdo a la edad de su organismo?

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Biología y Geología 1 Investigación científica 2

Investigación científica 2 NOTICIA DE PRENSA Este noticia, extraída de elmundo.es, la puedes encontrar completa en: http://elmundosalud.elmundo.es/elmundosalud/2006/06/20/ biociencia/1150828856.html Martes, 20 de junio de 2006

Combinación de terapias. El trasplante de células embrionarias regenera parcialmente el sistema nervioso de ratas ELMUNDO.ES La combinación de distintas terapias, incluido el injerto de células madre obtenidas de embriones de roedores, permite restaurar parcialmente el sistema nervioso de ratas paralíticas. Así lo asegura un nuevo estudio recibido por los especialistas con satisfacción pero con prudencia. El trabajo, publicado en Annals of Neurology y dirigido por Douglas Kerr, de la Facultad de Medicina de la Universidad Johns Hopkins (EEUU), es el primero que muestra que el trasplante de neuronas, obtenidas de células embrionarias, puede formar conexiones funcionales con el sistema nervioso de un mamífero adulto, según los investigadores. En el estudio, ratas paralíticas tratadas con una combinación de varias terapias pudieron recuperar parcialmente el movimiento de sus patas traseras. «Es un avance notable que nos puede ayudar a entender cómo podrían usarse las células madre para tratar lesiones y enfermedades, y que empezasen a cumplir sus grandes promesas», ha dicho Elias A. Zerhouni, director de los Institutos Nacionales de la Salud (NIH, en sus siglas en inglés). «Tenemos que recordar, sin embargo, que todavía hay un largo camino por recorrer», añade Zerhouni. Los NIH son uno de los financiadores del estudio.

Una combinación de terapias En la primera fase del experimento, Kerr y sus colegas obtuvieron neuronas motoras a partir de cultivos de células madre embrionarias de ratones. Antes de trasplantarlas, añadieron al medio de cultivo tres factores de crecimiento.

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A una parte del cultivo celular también le incorporaron una sustancia llamada dibutyrl cAMP, o dbcAMP. La dbcAMP ayuda a superar las señales de inhibición que emite la mielina a los axones, encargada de transmitir la información al sistema nervioso y al cerebro. En la esclerosis múltiple, la mielina (la sustancia que recubre las fibras nerviosas) resulta dañada y se interrumpe la habilidad de los nervios para llevar las órdenes del cerebro. En las lesiones medulares es el deterioro de los axones la causa de la pérdida de sensibilidad. El objetivo del grupo de Kerr era evaluar si el injerto de neuronas motoras cultivadas en un entorno enriquecido con diferentes sustancias permite paliar las lesiones características de enfermedades como la esclerosis lateral amiotrófica o las lesiones medulares. Para ello inyectaron los cultivos en ocho grupos de ratas paralíticas. Cada grupo recibió una de las distintas variedades de tratamiento que se diseñaron. Al cabo de tres, cuatro y seis meses, se analizó a las ratas para ver su estado. «Encontramos que necesitamos una combinación de todos los elementos para restaurar la función», señala Kerr, un especialista con una larga experiencia en este campo. (c) 2006, elmundo.es

CUESTIONES: 1.  Define los términos en negrita. 2.  ¿Qué es una enfermedad autoinmune? 3. ¿Qué es el AMP cíclico? ¿Qué papel juega en la regulación del funcionamiento de las células? 4.  ¿Qué son y por qué se originan las lesiones medulares? 5.  Indica hábitos que permitan evitar este tipo de lesiones.

Biología y Geología 1 Trabajo de laboratorio 1

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9. Organismos unicelulares y pluricelulares

Trabajo de laboratorio

Trabajo de laboratorio Observación de tejidos vegetales Introducción

Procedimiento

Las células que forman los organismos pluricelulares se especializan y se agrupan para formar tejidos, y éstos, a su vez, para formar órganos. La observación de los tejidos proporciona información muy interesante para conocer de qué manera se unen las células o cómo es la estructura de un determinado tejido.

Coger una hoja de cebolla y, con un bisturí, hacer un corte perpendicular a la hoja.

La observación de los tejidos se realiza al microscopio, para ellos es necesario obtener cortes muy finos y teñir las muestras.

Extender el trozo de epidermis, con ayuda de las pinzas, sobre un portaobjetos.

Objetivo Esta práctica tiene como objetivo familiarizarse con el uso del microscopio, así como aprender a identificar tejidos vegetales.

Materiales • • • • • • • • • •

Cebolla Microscopio Portaobjetos Cubreobjetos Bisturí Aguja enmangada Pinzas finas Frasco lavador Soporte para tinciones Verde de metilo acético

Con ayuda de unas pinzas, tirar cuidadosamente (desde donde se ha hecho el corte) para separar la epidermis, que es una fina lámina translúcida como el celofán.

Colocar el portaobjetos con la muestra sobre un soporte para tinciones y añadir unas gotas de verde de metilo acético. Dejar actuar el colorante unos cinco minutos y después lavar con agua. Colocar encima un cubreobjetos y observar al microscopio, utilizando primero el objetivo de menor aumento y luego el de mayor aumento.

Resultados Haz un dibujo de lo que observes al microscopio señalando en el mismo los nombres de las estructuras que identifiques.

Conclusiones a) ¿Por qué tiene la epidermis ese aspecto? b) ¿por qué utilizas un colorante para ver el tejido al microscopio? c) ¿recuerdas cuales son las funciones de la epidermis?

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243

09

Biología y Geología 1 Trabajo de laboratorio 2

Trabajo de laboratorio 2 TEJIDOS ANIMALES Las células especializadas en una misma función se agrupan para formar tejidos, a su vez distintos tejidos forman un órgano, y los órganos que colaboran entre sí para desempeñar una función constituyen los aparatos o sistemas. Los tejidos animales, según la función que realicen, se diferencian en: epitelial, conectivo, muscular y nervioso.

Objetivo Analizar diferentes tipos de tejidos animales.

Material Cubeta de disección / Pata de pollo / Tijeras / Pinzas / Papel de filtro / Azul de metileno / Porta y cubreobjetos / Microscopio

Procedimiento 1. Coloca la pata de pollo en la bandeja de disección y observa cuidadosamente: la piel, la articulación y, si tienes la pata, los dedos, las uñas, etcétera. 2. Extrae la piel, con ayuda de las tijeras y pinzas, y extiéndela para observarla mejor. Contesta a la cuestión a). 3. Observarás una serie de masas de color amarillento. Sepáralas y colócalas también en la bandeja y responde a la cuestión b). 4. Observarás que la parte que constituye la carne de la extremidad, una vez quitada la piel, está dividida en haces y en cuyos extremos observarás, así mismo, unos cordones blancos. Contesta a la cuestión c). 5. Con ayuda de las pinzas, toma una pequeñísima cantidad de esta carne, de no ser así no podrás ver la preparación, y extiéndela sobre el portaobjetos. Pon sobre ella unas gotas de agua. Coloca encima el cubreobjetos y rodea ambos cristales con un poco de papel de filtro. Pasa repetidamente un bolígrafo por la preparación una vez apoyada ésta sobre la mesa, con el fin de que quede lo más aplastada posible. 6. Observa al microscopio la preparación, primero con aumento pequeño para localizar la muestra y después con objetivos de mayor aumento, y contesta a la cuestión d). 7. Añade ahora sobre la muestra unas gotas de azul de metileno y déjalo unos cinco minutos. Lávala pasado el tiempo y actúa como en el apartado 5 de nuevo. Contesta a la cuestión e). 8. De nuevo, con ayuda de las tijeras y pinzas, extrae la carne y deja al descubierto el hueso. Una vez limpio éste, deposítalo en la bandeja y mira las partes que lo forman. Contesta a la cuestión f). 9. Abre uno de los huesos longitudinalmente, observa el contenido y contesta a la cuestión g).

Cuestiones a) ¿A qué clase de tejido animal corresponde la piel? Y dentro de éste, ¿a qué tipo? ¿Cuál es su función?

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Respuesta:  Al tejido epitelial y, dentro de éste, al estratificado. Su función es protectora. b) ¿Qué clase de tejido crees que es? ¿Cuál es su función? Respuesta:  Es tejido adiposo y su función es almacenar grasa como fuente de energía, aislante térmico o amortiguador mecánico para proteger de los golpes. c) Indica: clase de tejido, tipo y función. ¿Qué puede ser el cordón blanquecino situado en la terminación del haz? Respuesta:  La carne la constituye el tejido muscular esquelético y su función es la de producir movimiento. El cordón blanco es un tendón y está formado por tejido conjuntivo denso regular. d) ¿Qué observas? ¿Qué ocurre si enfocas y desenfocas varias veces el microscopio? Respuesta:  Si la preparación está bien hecha, el alumno podrá ver las bandas claras y oscuras, típicas del tejido muscular estriado, al mover el tornillo macrométrico y enfocar y desenfocar. e) ¿Qué observas ahora en la preparación? Respuesta:  Se identificarán mejor las fibras musculares al colorearse con el azul de metileno. f) ¿Qué crees que ocurriría si introdujeras un trocito de hueso en ácido, por ejemplo clorhídrico, durante un tiempo? ¿Podrías observar algún otro tipo de tejido animal? Respuesta:  Que parte del calcio que lo forma reaccionaría con el ácido y quedaría cartílago, mucho más blando que aquél. g) Dibuja de forma esquemática el hueso y rotula sus partes. Indica los tipos de este tejido animal que lo constituyen. ¿Qué observas en su interior al cortarlo longitudinalmente? Respuesta:  En el dibujo debe constar: epífisis (extremos), diáfisis (porción central), tejido óseo esponjoso y tejido óseo compacto. La parte interior, al cortarla, es hueca y en ella se encuentra la médula ósea amarilla.

Conclusión …......................................................................................... ............................................................................................. ............................................................................................. ............................................................................................. ............................................................................................. ............................................................................................. ............................................................................................. ............................................................................................. ............................................................................................. ............................................................................................. ............................................................................................. ............................................................................................. ............................................................................................. ............................................................................................. .............................................................................................

Biología y Geología 1 Examen

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Examen ORGANISMOS UNICELULARES Y PLURICELULARES 1.  ¿ Qué importancia tiene un descomponedor en los ciclos biogeoquímicos? Razona la respuesta. 3.  Completa el siguiente cuadro de tejidos:

TEJIDO

CLASE

Meristemáticos

Vegetal

Conectivo

Animal

Conductores

Vegetal

Muscular

Animal

2.  D  e la reproducción asexual y sexual, indica: a.  Diferencias entre ambos procesos. b. Una ventaja y un inconveniente de cada uno de los procesos citados.

CÉLULAS

FUNCIÓN

TIPOS

Células totipotentes (dan lugar a los demás te- Hacen crecer a la planta en longi- •  Primarios jidos de la planta), que se multiplican de forma tud y grosor. •  Secundarios •  Cambium continua. •  Felógeno Células situadas en una matriz, constituida por Une y sostiene al resto de los te- •  Conjuntivo sustancia fundamental y fibras. jidos. •  Adiposo •  Cartilaginoso •  Óseo •  Hematopoyético Células muertas con paredes reforzadas por lig- Conducir la savia bruta (xilema) y •  Xilema nina en el xilema, y células cribosas, asociadas la savia elaborada (floema). •  Floema a otros tipos de células en le floema. Células muy alargadas denominadas fibras mus- Produce movimiento. •  Liso •  Estriado culares. •  Cardiaco

4.  ¿Qué es un estoma? ¿Cuál es su estructura y función? ¿En qué se diferencia de una lenticela? 5.  Indica a qué tipo de tejido pertenece cada dibujo e indica una característica de cada uno que lo diferencie de los demás.

genéticamente (clones), y en la sexual el/los progenitor/ es producen células especializadas (gametos) por meiosis que, al fusionarse, darán un individuo con características de ambos. b.

ASEXUAL

SEXUAL

Proceso rápido, sencillo y rentable (muchos individuos).

Aumento de la variabilidad genética, por llevar los individuos genes de ambos progenitores, lo que favorece la evolución.

Menos variabilidad genética al ser los indiviInconvenientes duos clónicos.

Necesidad de encuentro de las células reproductoras (gametos) por lo que hay que producir un número elevado de ellas, lo que conlleva un gasto de energía inútil.

Sistema de Havers

Conducto de Havers

Hueso compacto Vénula Arteriola Hueso esponjoso

Conducto de Volkman

Proteína P

Placa cribosa

Célula acompañante Miembro de tubo criboso

Respuestas: 1.  L os descomponedores son organismos que se alimentan de materia orgánica, procedente de productores y consumidores, y la transforman en materia inorgánica que, de nuevo, será utilizada por los productores, cerrándose así los ciclos. 2.  a.  En la reproducción asexual interviene un solo individuo que origina a otros por mitosis, por lo que son idénticos

Ventajas

4.  U  n estoma es una estructura que permite al vegetal realizar el intercambio de gases. Está formado por dos células arriñonadas (oclusivas) que dejan entre sí un orificio (el ostiolo), por donde pasan los gases. Los estomas se encuentran, sobre todo, en el envés de las hojas. Sin embargo las lenticelas son poros, también para el intercambio de gases, localizados en el súber o corcho de las cortezas de las plantas arbóreas. 5.  1.  Muscular. Células alargadas (fibras). En ellas, las miofibrillas de actina y miosina originan movimiento. 2. Conductor (floema). Células cribosas, acompañantes, fibras y parenquimáticas. Sus células forman los vasos conductores. 3. Óseo. Sus células (osteoblastos) forman el hueso al sintetizar fibras y la sustancia intercelular rica en sales minerales. 4. Epitelial. Células unidas entre sí, casi sin sustancia intercelular, que se sitúan formando capas.

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10

Biología y Geología 1 La clasificación de los seres vivos

10 La clasificación de los seres vivos

Sólo el amor a la naturaleza, la pasión por la vida y la certeza de que formamos parte de una comunidad total que va desde la bacteria al hombre nos dará fuerzas para defender el único hogar que tenemos: un pequeño planeta perdido en una remota galaxia al que hemos dado en llamar Tierra. Félix Rodríguez de la Fuente

1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10.

¿Por qué nos inquieta clasificar los seres vivos? ¿Qué es la taxonomía? La especie y su nomenclatura Historia de la clasificación de los seres vivos: de dos reinos a tres dominios Los cinco reinos El reino monera El reino protoctista El reino de los hongos El reino de las plantas El reino de los animales

Biología y Geología 1 La clasificación de los seres vivos

c

Identificación de la Unidad

El contenido de esta Unidad trata de analizar la importancia que tienen las clasificaciones actuales, compendio del trabajo de muchos autores, para estudiar y conocer las formas de vida que se conocen en la actualidad. Todo ello, fruto de un trabajo que ha conducido al establecimiento de los diferentes grupos taxonómicos. Para ello, se tuvo en cuenta la historia evolutiva o filogenia, el estudio de las estructuras homólogas (con un origen común), caracteres derivados que han aparecido recientemente, la biología molecular (secuencia de nucleótidos, comparaciones de ARN ribosómicos), la PCR (reacción en cadena de la polimerasa), etcétera.

c Objetivos didácticos 1. Enumerar los cincos reinos que se reconocen actualmente para estudiar a los seres vivos, analizando las bases en las que se sustentan. 2. Reconocer la importancia que tiene el análisis de las características comunes de los seres vivos para establecer los diferentes grupos, y de la filogenia en la taxonomía moderna. 3. Describir la importancia de la taxonomía como la ciencia que trata de la clasificación de los seres vivos, utilizando para ello categorías que van desde el reino, que engloba a todas, hasta la especie. 4. Señalar la importancia de la nomenclatura binomial linneana a la hora de nombrar a los seres vivos, puesto que ésta se utiliza de forma internacional.

c Contenidos cc Conceptuales

1. Clasificación de los seres vivos. • ¿Por qué nos inquieta clasificar a los seres vivos? • ¿Qué es la taxonomía? • La especie y su nomenclatura. • Historia de la clasificación de los seres vivos: de dos reinos a tres dominios. 2. Los cinco reinos. • El reino monera. — Diversificación de los procariotas: eubacterias y arqueobacterias. — Grupos de arqueobacterias. • El reino protoctista. — Algas. — Los protozoos. — Mohos acuáticos y deslizantes. • El reino de los hongos. • El reino de las plantas. — Las plantas pioneras: división briofitos. — Los tejidos vasculares verdaderos y la lignina: plantas vasculares sin semilla. — Las semillas: las gimnospermas. — Las flores y los frutos: división angiospermas. • El reino de los animales. • Animales sin tejidos verdaderos: poríferos. • Animales con simetría radial y dos capas germinales: filo cnidarios (pólipos y medusas). • Animales con simetría bilateral y tres capas germinales: protóstomos y deuteróstomos.

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cc Actitudinales 1. Ser consciente de la importancia que tiene poder conocer las características, clasificar y nombrar a los diferentes seres vivos para su estudio. 2. Analizar la importancia de los modernos estudios de la biología molecular, a la hora de establecer diferencias o analogías entre los diferentes organismos. 3. Valorar el trabajo de muchos hombres y mujeres que han contribuido a los avances y logros de la taxonomía actual.

cc Procedimentales 1. Distinguir en esquemas o imágenes algunos ejemplos de los diferentes reinos o dominios establecidos. 2. Indicar las características que diferencian a los tres dominios: archaea, bacteria y eucarya, atendiendo principalmente al tipo de célula que los representa. 3. Resolver las actividades propuestas en el texto o en la Web. 4. Utilizar el vocabulario científico que sea adecuado a la hora de expresar contenidos. 5. Experimentar en el trabajo de laboratorio: estudio de los microorganismos de una charca. 6. Poner nombre a elementos de dibujos sencillos que representen a las diferentes divisiones estudiadas: reinos y dominios. 7. Elegir material para algún informe que tenga relación con el contenido de la Unidad, leerlo, resumirlo y extraer conclusiones del mismo. 8. Comentar alguna noticia de actualidad, de prensa oral o escrita, que tenga relación con el contenido de la Unidad.

c Metodología

1. Materiales y recursos: • Libro de texto. • Libros de consulta. • Dibujos y esquemas identificativos de los diferentes tipos de tejidos, así como de las funciones básicas que realiza la célula. • Libros de consulta que contengan imágenes de ejemplos de los diferentes reinos o dominios, para que puedan ser reconocidos por el alumno. • Vídeos, transparencias o diapositivas explicativas del contenido de la Unidad. • Actividades recomendadas relacionadas con la Web.

2. Organización de espacio y tiempo: • Indicar si son actividades de aula, de laboratorio, de campo, etcétera. • El tiempo es tarea del departamento o del profesor, ya que hay que tener en cuenta el calendario escolar y las actividades programadas por el centro.

c Criterios de evaluación

1. Analizar las diferencias y analogías en las que se basaron los diferentes autores para el establecimiento de los cinco reinos y de los tres dominios que se consideran actualmente. 2. Identificar a los seres vivos y asociarlos a los principales grupos taxonómicos en los que se integran. 3. Conocer y aplicar algunas de las técnicas de trabajo utilizadas en la investigación de diversos aspectos (geología, botánica, ecología, etc.) de nuestro planeta. 4. Contrastar diferentes fuentes de información y elaborar informes relacionados con problemas biológicos y geológicos relevantes en la sociedad.

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Biología y Geología 1 La clasificación de los seres vivos

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10. La clasificación de los seres vivos

Lectura

10.2 ¿Qué es la taxonomía?

cc La importancia de la biodiversidad

10.1 ¿Por qué nos inquieta clasificar los seres vivos?

La diversidad biológica es tan grande que, aunque conocemos en torno a un millón y medio de especies, es posible que éstas supongan menos del 10 % de todas las que existen. Con frecuencia los medios de comunicación nos informan del descubrimiento de nuevas especies de aves, insectos, reptiles, etc. en islas y bosques de otras latitudes; simplemente están ahí, pero no habíamos reparado en ellas.

Nuestra ignorancia acerca de la amplitud total de la variedad de la vida aporta una dimensión mayor a la tragedia de la destrucción de las selvas tropicales. Aunque sólo cubren un 6 % del área terrestre del planeta, se piensa que albergan dos terceras partes de las especies que existen en el mundo, la mayor parte de las cuales no ha sido identificada. Debido a la destrucción tan rápida que sufren estas selvas, el planeta está perdiendo muchas especies de las que nunca sabremos siquiera que existieron.

Los ecosistemas con mayor diversidad son los bosques tropicales húmedos y los arrecifes coralinos, dos regiones que están perdiendo parte de su riqueza biológica en los últimos años.

Es posible que no encuentres ningún criterio científico en los ejemplos anteriores, sin embargo, estas clasificaciones cumplen con la finalidad que tienen encomendada: ser eminentemente prácticas. Ahora bien, los científicos, a la hora de clasificar, intentan dar un paso más allá y buscan el verdadero orden que impera en la naturaleza. Del arte de la clasificación y de la historia de esta búsqueda vamos a hablar en esta unidad.

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Mucha gente piensa que la clasificación de los seres vivos es una tarea ardua, aburrida e inútil. Se imaginan a biólogos obsesionado por contar las cerdas de las patas de un langostino o los pelos de la base del cáliz de las flores. ¿Estás de acuerdo con esta opinión? Razona la respuesta.

10.2 ¿Qué es la taxonomía? Taxón: conjunto de organismos que comparten alguna característica común.

La taxonomía es la ciencia que se ocupa de clasificar a los seres vivos que presentan semejanzas entre sí en grupos o taxones.

A lo largo de la historia de la Tierra ha habido momentos de grandes explosiones de vida, épocas en las que han ido apareciendo nuevas especies. Con el tiempo, la selección natural ha eliminado a aquellos individuos menos adaptados, lo cual supone una mejora, pues los que sobreviven serán los que transmitan sus genes a la descendencia, dando lugar a individuos mejores en su ambiente. La vida actual sobre la Tierra es el resultado de dos procesos: especiación y extinción. La extinción es el resultado de la falta de reemplazo en una especie, en la que sus individuos no pueden producir más descendencia; las causas son de lo más diversas pero, hasta no hace muchos años, eran naturales. Hoy día, el hombre es en gran parte responsable de las extinciones masivas de seres vivos. Debemos tomar conciencia de lo importante que es conservar la biodiversidad, no sólo para la Tierra, sino también para nosotros mismos. Tenemos la responsabilidad de luchar por conservar aquellas especies endémicas en peligro de extinción, de las que no siempre conocemos su auténtico valor ecológico, pero que sí están realmente adaptadas a su medio y por eso sólo sobreviven en él. Seguramente su papel en el mismo es fundamental para su conservación y la de otras muchas especies del entorno. Es nuestra responsabilidad evitar todo aquello que a nivel global suponga un efecto negativo para la biodiversidad, y tomarnos en serio el respeto a

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Dependemos de la naturaleza, y no debe sorprendernos que todas las civilizaciones hayan intentado explorarla y clasificar el inmenso número de organismos que la componen. El Génesis bíblico ya diferencia los animales con pezuña hendida de los que no la tienen; los silvicultores distinguen los árboles de madera blanda y de madura dura; los agricultores dividen el mundo vegetal en dos grandes grupos, los cultivos útiles y las malas hierbas; y hasta los caníbales de Nueva Guinea clasificaban a sus víctimas en función de la talla.

Actividades

Las especies han ido surgiendo como consecuencia de los procesos evolutivos que comenzaron en la Tierra hace en torno a cuatro mil millones de años; con el tiempo han ido surgiendo nuevos seres a partir de los anteriores, como consecuencia de las mutaciones, la reproducción sexual y el aislamiento de las poblaciones. Esto ha dado lugar a los fenómenos de especiación, es decir, de formación de nuevas especies.

212

El número total de especies vivas conocidas es de aproximadamente 1,5 millones. Este dato no refleja la cantidad existente, y la mayoría de los científicos estima que el número real supera en uno o dos órdenes de magnitud la cifra anterior. De hecho, cada año se descubren entre 7000 y 10000 especies nuevas, principalmente insectos de las selvas tropicales.

En la actualidad, se distinguen ocho taxones principales que en orden decreciente son: dominio, reino, filo o división, clase, orden, familia, género y especie. Las categorías taxonómicas están ordenadas jerárquicamente, es decir, cada nivel incluye a todos los niveles que están por debajo de él; así por ejemplo, un conjunto de especies similares constituye un género; un grupo de géneros similares, una familia, y así sucesivamente, hasta llegar al dominio (véase Figura 10.1).

Fig. 10.1. Roble melojo, Quercus pyrenaica y Gorilla gorilla.

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nuestro planeta. Somos una especie más en cuanto a la posibilidad de evolucionar y extinguirnos, pero con un efecto enorme sobre todas las demás. Elaboración propia.

c Páginas web

Vídeos educativos: Videoteca Educativa de las Américas. http://vela.sep.gob.mx/home.htm Es necesario registrarse con un usuario y una contraseña y, a continuación, es posible bajarse pequeños vídeos didácticos como los siguientes: • Primeras clasificaciones de los seres vivos (2,25 minutos.) • Criterios para clasificar a los seres vivos (2,25 minutos.) • Biodiversidad y ecosistemas (2,41 minutos.)

Biología y Geología 1 La clasificación de los seres vivos

c Actividades

10. La clasificación de los seres vivos 10.3 La especie y su nomenclatura

1. ¿Qué quiere decir que las categorías taxonómicas están ordenadas jerárquicamente? 2. Asocia los siguientes nombres referidos a la planta del maíz: Zea mays, Plantae, Poacea Zea, con su taxón correspondiente: reino, familia, genero, especie. 3. Asocia los siguientes nombres referidos al gato: Felis, Carnívora, Felis catus, Animalia, con su taxón correspondiente: reino, familia, genero, especie. 4. Explica la siguiente afirmación: las especies son entidades reales, mientras que los otros taxones no lo son.

10.3 La especie y su nomenclatura La piedra angular de la clasificación es la especie, cuya definición moderna se debe al ornitólogo Ernst Mayr.

Una especie es el conjunto de organismos capaces de producir descendencia fértil. Los géneros, las familias, los filos, etc., no existen como tales en la naturaleza, sino que son categorías ideadas por los taxónomos para ordenar y entender con un enfoque biológico la enorme diversidad de organismos. Las especies, por definición, son entidades reales y por eso somos capaces de reconocerlas. Al poder reproducirse entre ellos, los individuos de una misma especie comparten una herencia genética propia que les caracteriza y les diferencia de otros grupos de individuos con los que no pueden reproducirse. Una misma especie recibe nombres distintos dependiendo del país e incluso de la región donde se encuentre. La confusión creada por estos nombres populares o vulgares es grande. Mucha gente lo desconoce, pero la anchoa y el boquerón son el mismo pez, y cuando hablamos de roble albar y carvallo nos estamos refiriendo al mismo árbol. Para evitar este desconcierto, la comunidad científica ha creado la nomenclatura y ha adoptado el uso del nombre científico.

La nomenclatura es la parte de la taxonomía que se encarga de nombrar a los organismos siguiendo unas normas estrictamente establecidas. Para nombrar científicamente a una especie se utiliza un sistema de nomenclatura binomial que se debe a Linneo (véase Figura 10.2). Cada organismo recibe dos nombres derivados del latín. El primero indica el género al que pertenece, mientras que el segundo es un adjetivo que designa la especie concreta. Los nombres científicos siempre se escriben subrayados o en cursiva. La inicial del nombre del género se escribe con mayúscula y el adjetivo en minúscula. Cada nombre científico hace referencia a un único organismo, por lo que elimina cualquier posibilidad de ambigüedad o confusión.

Fig. 10.2. Una de las especies que nombró Linneo fue el madroño (Arbutus unedo).

c Páginas web

El concepto de especie no es útil sólo para los taxónomos, sino también para aquellos que defienden la naturaleza. El mastín español, un perro pastor, estuvo a punto de desaparecer hace unos años. Si esto hubiese ocurrido, nos habría quedado, al menos, el recurso de intentar recuperar esta raza cruzando individuos de la especie canina hasta lograr algunos parecidos a aquéllos en peligro de extinción. Pero si una especie desaparece, es imposible volver a recuperarla: se pierde para siempre.

cc Biocourse McGraw-Hill Animación: ordenando taxones. http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001_gbio/ folder_structure/di/m1/s1/dim1s1_3.htm Imagen: del reino a la especie. Todos los taxones de la orquídea. http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001_gbio/ folder_structure/di/m1/s1/dim1s1_2.htm Imagen: tabla con la clasificación taxonómica de varios animales (hombre, gorila, ardilla, etc.) http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001_gbio/ folder_structure/di/m1/s1/dim1s1_1.htm

La persona que describe una nueva especie tiene el honor de nombrarla. Los nombres elegidos pueden aludir a alguna característica concreta del organismo (el nombre científico del herrerillo común, Parus caeruleus, hace referencia al color azul de su cabeza); recordar a una persona conocida (la bacteria Escherichia coli, recibió su nombre del médico alemán Theodor Escherich); o incluso recurrir al humor. Un entomólogo inglés empleó la terminación chisme (pronunciado en inglés «kiss me», ‘bésame’) y existen géneros de gorgojos y chinches con los sugerentes nombres de Polychisme, Peggichisme o Dolichisme.

El nombre dado a este pájaro es totalmente incorrecto. El adjetivo campestris por sí solo no indica demasiado, también es

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cc The Life Wire

Actividad resuelta En un artículo se designa la bisbita campestre, un pequeño pájaro insectívoro, con el nombre científico de campestris. ¿Qué opinas al respecto?

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http://bcs.whfreeman.com/thelifewire/

campestris el champiñón (Agaricus campestris). Para designar una especie, por tanto, es imprescindible que se citen los dos nombres a la vez. La nomenclatura correcta de la bisbita es Anthus campestris. El nombre del género sí es significativo cuando nos referimos a todas las especies que lo componen.

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Capítulo (chapter) 25 Figura 5.6: del reino a la especie. Dos ejemplos, una planta y una animal. Esta imagen contiene todos los taxones, incluyendo número de especies de cada uno de ellos. http://bcs.whfreeman.com/thelifewire/content/ chp25/f25006.gif

c Glosario Clase. Categoría taxonómica o taxón que incluye a órdenes parecidos. División. Taxón comparable al filo, que se suele utilizar para clasificar plantas y que incluye clases parecidas. Dominio. Nivel superior de la clasificación de los seres vivos. Los tres dominios que engloban a todos son: arquea, bacteria y eucaria. Especie. Taxón que agrupa a conjuntos de seres vivos con características similares, que son capaces de reproducirse entre sí originando una descendencia fértil. Familia. Taxón que incluye géneros parecidos. Filo o Filum. Taxón que incluye a clases parecidas. Género. Taxón que incluye especies similares. Orden. Taxón que engloba a familias afines. Reino. Taxón que engloba a filos parecidos. Taxón. Grupos que se utilizan en la taxonomía o ciencia sistemática de los seres vivos. Ejemplos: reino, filo, clase, etcétera. Taxonomía. Ciencia que se encarga de nombrar y clasificar a los organismos.

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Biología y Geología 1 La clasificación de los seres vivos

c Lectura

10. La clasificación de los seres vivos 10.4 Historia de la clasificación de los seres vivos: de dos reinos a tres dominios

cc Realmente, ¿es útil clasificar a los seres vivos y nombrarlos científicamente?

10.4 Historia de la clasificación de los seres vivos: de dos reinos a tres dominios

En nuestra vida es muy útil clasificar y ordenar objetos, de esa manera los podemos encontrar con rapidez; pero, ¿qué ventajas supone clasificar a los seres vivos? Es importante que el sistema de clasificación sea lógico y bien fundamentado, que se apoye en criterios objetivos. De esa manera, organismos de un mismo grupo, al tener un origen común, no sólo se parecerán físicamente, sino que además, y sobre todo, serán muy semejantes molecular y fisiológicamente. Todo esto nos permitirá entender las relaciones entre los seres vivos y nos será muy fácil explicar todo aquello que tienen en común, ya que conocer las características de un individuo de una especie supone conocer también muchas de las de otros individuos de su mismo género.

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A veces, nos interesa una determinada sustancia, que tradicionalmente se ha obtenido de un determinado organismo, animal o vegetal. Supongamos que esa sustancia tiene un gran valor como principio activo para fabricar un medicamento, ¿dónde sería lógico seguir buscando dicha sustancia? Seguramente en otros organismos emparentados con el primero, ya que es donde más posibilidades tenemos de encontrarla. ¿Es necesario nombrar a los organismos de una manera tan extraña y en una lengua tan rara? La otra posibilidad sería utilizar nombres comunes, pero llamar a algunas plantas campanillas o violetas se presta a confusión y, por ejemplo, en nuestro país, un mismo animal o una misma planta puede recibir decenas de nombres distintos según donde los encontremos. Por eso es necesario utilizar nombres basados en la clasificación y unificar la denominación. Antiguamente se utilizaban nombres descriptivos, hoy día se utiliza una nomenclatura binomial. Elaboración propia.

c Curiosidades Antes de utilizar la nomenclatura binomial, a la abeja se la denominaba Apis pubescens, thorace subgriseo, abdomine fusco, pedibus posticis glabris utrinque margine ciliatis. De esta manera no había la menor duda de que nos referíamos a la abeja. Hoy día, simplemente la llamamos Apis mellifera, y tampoco existe la menor duda de que nos referimos a la abeja.

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Las distintas formas de concebir el mundo y los nuevos avances tecnológicos han ido cambiando la clasificación de los seres vivos. En la actualidad, estamos en un momento crítico y, con toda seguridad, los datos proporcionados por la biología molecular revolucionarán el mundo de la taxonomía. • El periodo antiguo: Aristóteles. La historia de la clasificación científica comenzó con Aristóteles 300 años antes de Cristo. Este filósofo introdujo el sistema jerárquico en la clasificación y resaltó la importancia de definir los criterios a la hora de clasificar. • Siglos XVI y XVII. En los siglos XVI y XVII tienen lugar las grandes expediciones, y llegan a Europa numerosas plantas exóticas. Por eso, una de las preocupaciones principales del momento era proporcionar claves que ayudaran a identificar estos valiosos organismos. Pero además, en el siglo XVII, Newton presenta al mundo sus leyes sobre mecánica, y todos los científicos se lanzan a la búsqueda de las leyes que rigen en la naturaleza; entre los taxónomos, en concreto, empieza a calar la idea de concebir una clasificación que refleje el orden existente en el mundo natural.

Fig. 10.3. El afán por conocer la naturaleza condujo a Carl Linneo y a sus estudiantes a recorrer el mundo en busca de nuevas especies de plantas. Apasionado del sistema binomial de nomenclatura por él creado, se hacía llamar Carolus Linnaeus (una versión latinizada de su nombre).

• Siglo XVIII: Carl Linneo. El sueco Linneo (véase Figura 10.3) sienta los cimientos de los sistemas de clasificación modernos. Elabora una lista pormenorizada de todos los organismos conocidos y les pone un nombre. A él se deben el método de nomenclatura binomial y el sistema jerárquico de clasificación, que hoy en día se siguen utilizando. Además, clasifica los seres vivos en dos reinos: animal y vegetal. Pero Linneo no aceptó que todos los seres vivos estamos emparentados, ya que no pudo librarse de la filosofía imperante de su época: el fijismo, que defendía la inmutabilidad de las especies. • Siglo XIX: Charles Darwin. Hasta el siglo XIX, las clasificaciones se basaban en un grupo de características externas que se elegían arbitrariamente. Charles Darwin representa un antes y un después en la clasificación de los seres vivos. En 1859 aparece su libro El origen de las especies (The Origin of Species) en el que presenta la teoría de la evolución y el motor que la pone en marcha: la selección natural. Darwin sostiene que todos los seres vivos se originaron a partir de un único ancestro común. Si desciframos la filogenia, es decir, la historia de la vida a partir de ese primer antepasado, hallaremos el orden de la naturaleza que permitirá conferir un fundamento sólido a las clasificaciones de los taxónomos. La tarea se reduce, por tanto, a averiguar los grados de parentesco entre los seres vivos. Sin embargo, descubrir la filogenia de los seres vivos no es tarea fácil.

Filogenia: del griego filon, ‘estirpe’, y genesis, ‘origen’.

• Del siglo XIX a la actualidad. A medida que se han ido desarrollando, los científicos han utilizado distintas herramientas (paleontología, embriología, biología molecular, bioinformática) para alcanzar el sueño de la filogenia. Sin embargo, todavía estamos lejos de lograrlo. — E.Haeckel propuso a finales del siglo XIX un reino aparte de animales y plantas, el protista, constituido por organismos unicelulares (protozoos y bacterias). Sin embargo, el propio Haeckel (gracias al avance de las técnicas de microscopía) reconocía que las bacterias eran profundamente distintas de los protozoos. La división entre células procarióticas y eucarióticas empieza a ser importante. — El americano R.H. Whittaker propuso, en 1969, su famoso sistema de cinco reinos: Animalia (animales), Plantae (plantas y algas), Fungi (hongos), Protista (protozoos) y Monera (eubacterias y arqueobacterias), todavía muy extendido.

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c Páginas web

cc Biocourse McGraw-Hill Imagen: historia de la clasificación de los seres vivos. http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001_ gbio/folder_ structure/di/m1/s3/dim1s3_1.htm

cc Proyecto Biosfera Taxonomía, nomenclatura, cinco reinos (páginas 1 a 4). http://recursos.cnice.mec.es/biosfera/alumno/1bachillerato/organis/contenidos1.htm

Biología y Geología 1 La clasificación de los seres vivos

10

c Páginas web

10. La clasificación de los seres vivos 10.4 Historia de la clasificación de los seres vivos: de dos reinos a tres dominios

cc Biocourse McGraw-Hill — Las biólogas L. Margulis y K. Schwartz cambian el nombre de protista por el de protoctista, incluyendo en este reino a las algas pluricelulares y los hongos primitivos. — C.Woese, a partir de los años setenta, analizando la secuencia de nucleótidos del ARN ribosomal (una molécula bien conservada a lo largo de la evolución) descubre que, pese a sus semejanzas superficiales bajo el microscopio, las eubacterias y las arqueobacterias (los dos grupos de bacterias considerados hasta la época) son completamente diferentes, por lo que constituyen categorías del mismo valor que procariotas y eucariotas, y es que el árbol de la vida se dividió muy pronto en tres amplias categorías llamadas dominios: Bacteria, Archaea y Eukarya (véase Figura 10.4). Para reflejar la historia de la vida, los científicos construyen árboles filogenéticos. Un árbol filogenético es un esquema, semejante al árbol genealógico de familia, que representa los lazos naturales de parentesco existentes entre las distintas especies a partir de un antepasado común. Estos árboles filogenéticos se emplean para confeccionar las clasificaciones actuales: las especies deben incluirse en el mismo grupo si y sólo si comparten un ancestro común.

Imagen: los cinco reinos, con sus características. http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001_gbio/ folder_structure/di/m1/s2/dim1s2_1.htm

Fig. 10.4. Árbol de la vida, que muestra las tres ramas principales de la historia evolutiva.

Actividad resuelta ¿Son primos hermanos Piolín y los cocodrilos del Nilo? En la actualidad, la clase Reptilia incluye a serpientes, lagartos, cocodrilos y tortugas. A la vista de su árbol filogenético, que muestra la Figura 10.5, ¿crees que esta clasificación refleja su historia evolutiva?

Imagen: los tres dominios. http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001_gbio/ folder_structure/di/m1/s3/dim1s3_2.htm

didácticos c Materiales en el CD y en la CEO Animación: los cinco reinos de Whittaker.

215

Ejercicio de asociación de imágenes a su correspondiente grupo dentro del reino al que pertenecen.

Fig. 10.5. Árbol filogenético de la clase Reptilia.

Si queremos reconstruir el verdadero árbol de la vida, la clase Reptilia debería incluir las aves, ya que el ancestro A es común a los cinco grupos. De hecho, los cocodrilos son mucho más parecidos a las aves, con las que comparten un antepasado reciente (ancestro C), que a las tortugas, de las que se separaron hace muchísimo tiempo. Así que es cierto, desde un punto de vista filogenético Piolín tiene muchos primos hermanos en el Nilo.

215

rias y algas cianofíceas), protista (protozoos y algas eucariotas), fungi (hongos, levaduras y mohos), animalia (invertebrados y vertebrados) y plantae (plantas superiores).

cc Carl R Woese (1928) Descubrió un nuevo dominio, el archaea. En 1977, el microbiólogo estadounidense Carl Woese propuso que la vida conocida de la tierra está compuesta por tres dominios en lugar de dos, como hasta entonces se creía (los eucariotas, al cual pertenecían las plantas, los animales y los hongos, y los procariotas, formado por bacterias y archaeobacterias). Woese perfeccionó un método de estudio basado en la estructura y composición de los ribosomas que le permitió reconstruir la filogenia de algunos géneros, lo que le llevó al descubrimiento de que las llamadas archaebacterias estaban en realidad más cercanas al árbol genealógico de los eucariotas que de los procariotas y, por consiguiente, más alejadas de las bacterias que de los hongos, las plantas o los animales. Junto con Kandler y Wheelis (1990), reconoce tres dominios por encima del nivel reino: archaea (arqueobacterias), bacteria (bacterias) y eucarya (eucariotas).

Ejercicios: ordenación: algo de historia en la clasificación de los seres vivos.

c Biografías

cc R H Whittaker (1920-1980) Separó a los hongos del resto de las plantas en un quinto reino: fungi. El norteamericano Whittaker propuso la clasificación de los seres vivos en cinco reinos, la cual incorporaba la distinción entre organismos procariontes y organismos eucariontes: moneras (bacte-

251

10

Biología y Geología 1 La clasificación de los seres vivos

de c Actividades ampliación

10. La clasificación de los seres vivos 10.6 El reino monera

5. ¿Qué es clonar un gen en una bacteria? ¿Qué aplicaciones podría tener esta técnica? 6. Infórmate acerca de la utilidad de las bacterias en los siguientes campos: biorremediación, síntesis de proteínas humanas, etcétera. 7. ¿Cómo diagnosticarías una enfermedad respiratoria producida por un estreptococo Gram positivo? 8. Indica algunas características especiales de las bacterias.

10.5 Los cinco reinos Las herramientas de los taxónomos para establecer las relaciones filogenéticas entre los seres vivos son: • • • • •

La La La La La

anatomía comparada. paleontología (el registro fósil). embriología. citología. biología molecular.

La historia de la clasificación de los seres vivos revela que de una concepción simplista que clasificaba los organismos en dos reinos (animal y vegetal) se ha pasado a la clasificación actual en tres grandes dominios (Bacteria, Archaea y Eukarya). Sin embargo, esto ha generado controversia, porque los científicos siguen sin ponerse de acuerdo en el número total de reinos de cada dominio. En estas circunstancias, seguiremos la clasificación en cinco reinos propuesta por Whittaker porque, aunque no es la clasificación más acertada desde un punto de vista filogenético, aporta sencillez al estudio de los seres vivos.

10.6 El reino monera

didácticos c Materiales en el CD y en la CEO

CEO En el CD y en la CEO (centro de enseñanza on-line) creados para este proyecto podrás encontrar el siguiente material adicional:

Imágenes: Bacterias: morfología de los organis-

Enlaces, bibliografía, actividades interactivas (taxonomía, vertebrados y géneros y grupos de protoctistas) y animaciones (taxonómica, saltamontes, protoctista, paramecio, erizo de mar, cinco reinos y animalia).

mos del reino monera.

El reino monera está constituido por bacterias, organismos microscópicos, generalmente unicelulares, formados por células procarióticas. Las bacterias llevan poblando nuestro planeta casi 4 000 millones de años, así que pertenecen a la línea filogenética más antigua que existe. El biólogo neoyorquino Stephen Jay Gould afirmaba que estamos en un mundo esencialmente bacteriano. No sólo porque durante la primera mitad de la historia de la vida nada hubo más que bacterias, sino porque sus extraordinarias características han permitido que se extiendan por todas partes. Los procariotas se reproducen de forma eficaz por fisión binaria (un tipo de reproducción asexual), aunque poseen mecanismos muy imaginativos para intercambiar material genético con las vecinas. Presentan metabolismos muy variados que les permiten ocupar, prácticamente, todos los hábitats terrestres y, aunque algunas producen graves enfermedades, su papel ecológico como descomponedores es fundamental. Al degradar los cadáveres y restos orgánicos de otros seres vivos, liberan compuestos inorgánicos utilizables por los organismos autótrofos. Este reciclado de nutrientes es básico para que la vida siga existiendo.

Eubacterias y arqueobacterias

Ejercicios: Rellenar huecos: las arqueobacterias.

216

c Escenarios de error

cc Prejuicios sobre las bacterias Los alumnos tienden a pensar que los microorganismos, y por lo tanto las bacterias, son seres perjudiciales. Ciertamente, algunas son patógenas. Sin embargo, la mayoría tienen una grandísima trascendencia en la biosfera, otras son muy útiles para el hombre, tanto en su hábitat natural, como cuando el hombre las utiliza y manipula con algún fin. También se tiende a pensar que son seres poco evolucionados. Es verdad que son muy simples, sin embargo hay bacterias en cualquier tipo de medio, incluso hay lugares en los que son los únicos seres vivos que están presentes. Algunos tipos de procesos metabólicos son exclusivos de las bacterias.

Fig. 10.6. Tradicionalmente, el mundo bacteriano se ha dividido en dos grandes grupos: bacterias gram-positivas y bacterias gram-negativas. Esta clasificación se debe al microbiólogo danés Hans Christian Gram, que en 1884 ideó una técnica sencilla que consistía en aplicar una tinción violeta que teñía de este color todas las bacterias. A continuación, las trataba con un disolvente, como alcohol o acetona, y observaba que algunas (gram-positivas) retenían el colorante, mientras que otras (gram-negativas) lo perdían y podían teñirse de rosa con un segundo colorante. Hoy se sabe que este comportamiento refleja profundas diferencias en la estructura de la pared bacteriana. La tinción de Gram sigue siendo muy útil en el laboratorio como aproximación inicial a la taxonomía e identificación bacterianas.

El reino monera posee una variedad de organismos superior a la de cualquier otro grupo de seres vivos, aunque es difícil darse cuenta, debido a su pequeñísimo tamaño y a su simplicidad estructural. Históricamente, los procariotas se clasificaban en función de su forma, movilidad, necesidades nutritivas, apariencia de sus colonias y propiedades de tinción (véase Figura 10.6). Pero las bacterias poseen, por término medio, más de 3 000 genes, así que estas pruebas únicamente examinaban una porción diminuta del genoma bacteriano. Gracias a las técnicas de biología molecular, la taxonomía de los procariotas ha cambiado profundamente. Aunque todavía no existe consenso en la comunidad científica, la clasificación que aquí presentamos refleja con más acierto la historia evolutiva bacteriana que las clasificaciones clásicas. El reino procariota se divide en dos grandes grupos: las arqueobacterias y las eubacterias. Aunque ambos grupos poseen una apariencia similar bajo el microscopio, los análisis genéticos revelan grandes diferencias que se manifiestan en sus características bioquímicas y estructurales.

216

c Actividades de refuerzo 9. Completa la siguiente tabla sobre los reinos y sus características.

Reino

Características

Ejemplos

Organismos procariotas Protozoos

Lo que sí es indudable es que sin las bacterias, los demás organismos no podríamos vivir sobre la Tierra.

Eucariotas, unicelulares o pluricelulares heterótrofos Pluricelulares con tejidos y nutrición autótrofa fotosintética Peces

10. Define los siguientes conceptos: monera, coco, nucleoide, cápsula bacteriana.

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Biología y Geología 1 La clasificación de los seres vivos

10

c Páginas web

10. La clasificación de los seres vivos 10.6 El reino monera

cc Biocourse McGraw-Hill Principales divisiones de eubacterias

Animación: partes de una bacteria no fotosintética fl agelada. http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001_gbio/ folder_structure/ce/m2/s2/cem2s2_1.htm Animación: partes de una bacteria fotosintética. http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001_gbio/ folder_structure/ce/m2/s2/cem2s2_2.htm

Los principales grupos de eubacterias son: • Bacterias verdes. Grupo de bacterias fotoautótrofas pero que, a diferencia de las plantas, no fabrican oxígeno y presentan una clorofila propia, llamada bacterioclorofila. • Proteobacterias. Grupo muy amplio de bacterias gram-negativas que incluye ejemplares tanto heterótrofos como fotosintéticos. Parece poco probable que la fotosíntesis haya aparecido por evolución en más de una ocasión, así que cabe suponer que todas las proteobacterias derivan de un ancestro común fotosintético y que algunas perdieron esta propiedad (como algunas aves han perdido la capacidad de volar). Incluye patógenos importantes como la Legionella (agente de la legionelosis, enfermedad respiratoria asociada a las torres de refrigeración) o el Vibrio cholerae, productor del cólera.

Fig.10.7. Microfotografía de Treponema pallidum.

• Espiroquetas. Bacterias gram-negativas que tienen su cuerpo retorcido, a modo de sacacorchos. En este grupo destaca el Treponema pallidum (véase Figura 10.7), el agente de la sífilis, una importante enfermedad de transmisión sexual.

cc The Life Wire

• Cianobacterias. Grupo de bacterias fotosintéticas que, al igual que las plantas verdes, poseen clorofila y producen oxígeno como producto secundario de la fotosíntesis. Sin duda, el antepasado de todos los cloroplastos presentes en las algas y en las plantas fue alguna remota cianobacteria. Muchas de ellas transforman el nitrógeno atmosférico en compuestos nitrogenados orgánicos (véase Figura 10.8) que después las plantas aprovecharán para sintetizar sus biomoléculas (proteínas, ácidos nucleicos, etc.). Gracias a esta capacidad, los arrozales del sudeste asiático, muy ricos en cianobacterias, son hasta diez veces más fértiles.

http://bcs.whfreeman.com/thelifewire/ Capítulo (chapter) 27. Figura 27:2: el origen de las bacterias. Justificación de los tres dominios. http://bcs.whfreeman.com/thelifewire/content/ chp27/f27002.gif Figura 27.3: microfotografías de bacterias. Cocos, bacilos y espirilos. http://bcs.whfreeman.com/thelifewire/content/ chp27/f27003.gif Figura 27.5: microfotografía de bacteria fl agelada. http://bcs.whfreeman.com/thelifewire/content/ chp27/f27005.gif

• Clamidias. Todas las bacterias de este grupo son parásitos intracelulares obligados, es decir, no pueden crecer fuera de la célula hospedante porque les faltan enzimas importantes para el metabolismo. Destaca la Chlamydia trachomatis, agente de la clamidiosis, otra importante enfermedad de transmisión sexual. • Bacterias gram-positivas. Son bacterias heterótrofas que tienen en común el tipo de pared celular. Este grupo incluye organismos muy interesantes para la industria alimentaria, como las bacterias del género Lactobacillus, y otros, como el Streptomyces, importante fuente de antibióticos; pero también algunos organismos patógenos como el Mycobacterium tuberculosis, agente de la tuberculosis, y el Clostridium botulinum, que produce botulismo, una intoxicación alimentaria mortal.

Fig. 10.8. Microfotografía de una cadena de células de la cianobacteria Anabaena, con heterocistos, células especializadas en la fijación de nitrógeno.

cc Biology Thomson Learning, Inc.

Las endosporas o el principio de la guerra biológica La bacteria gram-positiva Bacillus anthracis, productora de la enfermedad ántrax, es uno de los agentes más utilizados en la guerra biológica. Cuando las condiciones ambientales se vuelven adversas, algunas bacterias, incluida ésta, producen endosporas, unas estructuras que se forman en el interior de la bacteria y que consisten en una gruesa capa protectora que encierra el material genético y unas cuantas enzimas (véase Figura 10.9). Las endosporas son muy resistentes al calor (algunas soportan la ebullición durante horas), a la sequedad, a las radiaciones ultravioleta e ionizantes, etc. Además, estas formas de vida latente son extremadamente longevas (se han desarrollado bacterias a partir de esporas que habían permanecido encerradas en ámbar durante 250 millones de años, más viejas que los fósiles de dinosaurio más antiguos).

217

Estructura de una bacteria. http://w3.dwm.ks.edu.tw/bio/activelearner/23/ images/c23c2.jpg

cc Proyecto Biosfera

Las endosporas de Bacillus anthracis se pueden guardar por tiempo indefinido y, llegado el momento, podrían soportar las duras condiciones de lanzamiento de un proyectil y permanecer viables en la atmósfera hasta ser inhaladas por una víctima potencial.

217

c Glosario Cianobacteria. Procariota del reino monera, con capacidad fotosintética, que desprende oxígeno en el proceso. Alga verde-azulada. Unicelular pero que puede formar colonias. Algunas especies fijan el nitrógeno atmosférico y otras forman parte de líquenes. Clamidia. Grupo de bacterias del género Chlamydia que son parásitos celulares obligados. Pueden producir enfermedades. Espiroqueta. Bacterias en forma de sacacorchos, enrolladas de forma helicoidal. Muchas son Gram. Ejemplo: el Treponema pallidum, que ocasiona la sífilis en el hombre. Halófilas. Arqueobacterias que viven en medios salinos. Metanogénicas. Arqueobacterias que producen metano. Viven en ambientes pantanosos con poco oxígeno. Proteobacteria. Bacteria purpúrea. Realiza la fotosíntesis anoxigénica (sin desprender oxígeno porque no utilizan agua en el proceso) utilizando sólo un fotosistema. Termoacidófilas. Arqueobacterias que viven en aguas termales.

Moneras, protoctistas y hongos. (páginas 5 a 12) http://recursos.cnice.mec.es/biosfera/alumno/ 1bachillerato/organis/contenidos5.htm

c Lectura

cc PCR, una aplicación de las bacterias ¿Qué interés puede tener investigar la biología de unas pequeñas bacterias que viven en aguas que se encuentran a 95º C? Hoy día se tiende a incentivar aquellas investigaciones biológicas que parece que van a tener una aplicación inmediata, sin embargo no siempre se consigue el resultado apetecido. Estamos hablando de una investigación aplicada, que pretende y espera unos resultados que se quieren rentabilizar rápidamente. Puedes encontrar la lectura completa en el CD del profesor.

253

10

Biología y Geología 1 La clasificación de los seres vivos

c

10. La clasificación de los seres vivos

Actividades

10.7 El reino protoctista

11. ¿Qué es una marea roja? ¿Por qué se prohíben las capturas de mejillón durante las mismas? 12. Indica brevemente las características más importantes de los protozoos. 13. Define cilios y fl agelos.

didácticos c Materiales en el CD y en la CEO

Grupos de arqueobacterias Son organismos extremófilos, es decir, que habitan en condiciones extremas que no permiten el crecimiento de otros seres vivos. Se distinguen tres tipos de arqueobacterias:

Fig. 10.9. Microfotografía de Bacillus anthracis.

• Halófilas. Viven en ambientes extremadamente salinos, como el mar Muerto, con una concentración de sal siete veces mayor a la de los océanos, que excluye cualquier otra forma de vida. • Metanogénicas. Producen metano, a partir de CO2 y H2, y habitan en el tracto digestivo de algunos animales y en zonas pantanosas. • Termoacidófilas. Crecen en ambientes ácidos (con pH 1-2) y muy calientes (más de 60 oC), como los que existen en las fuentes sulfurosas del parque nacional de Yellowstone (EEUU).

Actividades

Animación: el reino protoctista, identificar protoctistas. Complejidad del paramecio: estructura del paramecio.

2>

Imágenes: dinoflagelado, Euglena, Mucus, Espiro-

¿Por qué algunas arqueobacterias están contribuyendo al deshielo de los polos?

Actividad resuelta

gira, ulva lactuca, ameba, tripanosoma, paramecio.

¿Tiene sentido hablar de especie bacteriana?

Ejercicios: relación: el reino protoctista. Sopa de

Si empleamos la definición clásica de especie, que se basa en la capacidad de las poblaciones para reproducirse sexualmente, no es muy lógico hablar de especie bacteriana, dado que estos organismos se multiplican por mecanismos asexuales.

letras: géneros y grupos de protoctistas.

c Páginas web

10.7 El reino protoctista

cc Biocourse McGraw-Hill

Si observamos al microscopio una muestra de agua de charca, descubriremos multitud de formas caprichosas, variadas y bellas que pertenecen a uno de los reinos que también suele pasar inadvertido: el reino protoctista.

Imagen: tabla con imágenes y características de

218

El fitoplancton está formado por algas unicelulares. A pesar de su tamaño microscópico, el fitoplancton es responsable del 70 % de la actividad fotosintética de nuestro planeta: produce grandes cantidades de oxígeno, absorbe dióxido de carbono y constituye el sustento de los ecosistemas acuáticos.

algunos protistas. http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001_gbio/ folder_structure/di/m4/s1/dim4s1_2.htm

Imagen: tabla con imágenes y características de otros protistas. http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001_gbio/ folder_structure/di/m4/s1/dim4s1_3.htm

Actividades

Imagen: euglena.

3>

http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001_gbio/ folder_structure/di/m4/s3/dim4s3_5.htm Imagen: microfotografía de diatomea. http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001_gbio/folder_structure/di/m4/s3/dim4s3_6.htm

Un sistema diferente, que goza de mayor aceptación entre los microbiólogos, considera que dos procariotas son especies diferentes cuando el número de diferencias en la secuencia de su ADN supera un cierto umbral (aunque los científicos tampoco se han puesto de acuerdo respecto a cuál debe ser el umbral óptimo).

Desde un punto de vista filogenético, los protoctistas constituyen un grupo artificial, una especie de cajón de sastre que incluye organismos que sólo tienen en común su organización eucariótica y vivir en medios acuáticos o ligados a ambientes húmedos. Hasta aquí las semejanzas, ya que la variedad de este grupo es asombrosa: pueden ser unicelulares, plasmodiales y pluricelulares; presentar nutrición heterótrofa o autótrofa; reproducirse sexual o asexualmente; y moverse activamente o permanecer anclados al sustrato. Los estudios de ARN han demostrado que existe una distancia filogenética mayor entre muchos protozoos que entre un ser humano y un roble. Así las cosas, todo parece indicar que este reino desaparecerá en un futuro próximo. En el reino protoctista se distinguen tres grandes grupos sin categoría taxonómica: las algas los protozoos, y los mohos acuáticos y deslizantes.

Mucha gente piensa que la historia de la vida refleja el triunfo descarnado del «fuerte» sobre el «débil». ¿Por qué los protoctistas son unos maravillosos ejemplos de que la cooperación entre seres vivos es una estrategia que funciona?

218

c Lectura

cc Dinoflagelados y mareas rojas Los dinofl agelados son algas unicelulares bifl ageladas, fundamentalmente marinas. Son, junto con otras algas y cianobacterias, los organismos productores en estos ecosistemas, ya que forman parte del fitoplancton. En determinadas condiciones del agua (temperatura elevada y abundancia de nutrientes), estas algas proliferan de forma masiva, llegando a formar mareas rojas, en las que el agua se tiñe de este color debido a los pigmentos fotosintéticos de estos organismos, los cuáles llegan a concentrarse en cantidades astronómicas (hasta 60 millones de células por litro de agua).

Imagen: ameba. http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001_gbio/ folder_structure/di/m4/s2/dim4s2_2.htm

Imagen: paramecio. http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001_gbio/ folder_structure/di/m4/s2/dim4s2_3.htm

254

Algunas especies de dinofl agelados producen sustancias tóxicas que se concentran en los bivalvos que se alimentan de ellos. Los mejillones, por ejemplo, son consumidores primarios que filtran el agua del mar, reteniendo las células que contiene para alimentarse de ellas. El problema es que las toxinas de estos dinofl agelados se concentran en los mejillones, llegando a alcanzar concentraciones de gran toxicidad para el ser humano. Puedes encontrar la lectura completa en el CD del profesor.

Biología y Geología 1 La clasificación de los seres vivos

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c Páginas web

10. La clasificación de los seres vivos 10.7 El reino protoctista

cc Sumanas, inc. Las algas

La malaria: ciclo del Plasmodium falciparum. http://www.sumanasinc.com/scienceinfocus/ plasmodium/plasmodium_fl a.html

Las algas son protoctistas fotosintéticos que se encuentran ampliamente distribuidos en los hábitats acuáticos, donde constituyen la base de las cadenas tróficas. Aunque la mayoría son unicelulares, también existen algas macroscópicas que, en algunos casos, alcanzan tamaños asombrosos. Los principales filos de algas son: • Dinoflagelados. Los dinoflagelados son un grupo de algas generalmente unicelulares (aunque algunos ejemplares forman colonias) que se mueven mediante dos flagelos. Abundan especialmente en el océano, donde constituyen una importante fuente de alimento para organismos mayores. Muchas producen potentes toxinas. En ocasiones, cuando aumentan la temperatura y la concentración de nutrientes en el agua, se multiplican explosivamente y pueden llegar a ser tan numerosos que el agua se tiñe de rojo por el color de sus cuerpos y dan lugar a las «mareas rojas» (véase Figura 10.10). Los moluscos bivalvos (ostras, mejillones, almejas), que se alimentan de fitoplancton que consiguen filtrando el agua, se dan el gran festín, pero concentran las toxinas en sus cuerpos. Los seres humanos que consuman estos moluscos pueden sufrir intoxicaciones graves y, en ocasiones, letales. • Diatomeas. Las diatomeas son algas unicelulares o coloniales presentes en aguas dulces y saladas que se rodean de conchas protectoras de sílice de extraordinaria belleza (véase Figura 10.11). La acumulación de estos exoesqueletos constituye la «tierra de diatomeas», que se usa para múltiples fines (como filtros, abrasivos, etcétera). • Euglenoides. Los euglenoides son microorganismos unicelulares que viven predominantemente en agua dulce y que se desplazan agitando su flagelo. Son seres extraordinariamente versátiles, porque contienen cloroplastos y pueden hacer la fotosíntesis, pero también pueden vivir sin luz, alimentándose de compuestos orgánicos. Existen ejemplares que han perdido completamente los cloroplastos, por lo que muchos autores los consideran protozoos.

c Escenarios de error

Fig. 10.10. Fotografía de una marea roja, junto a una microfotografía de un dinoflagelado.

cc El plancton está formado por organismos productores

• Algas rojas. Las algas rojas son organismos multicelulares que predominan en las aguas tropicales. Deben su color a pigmentos que enmascaran la clorofila y se cuentan entre los primeros organismos de gran tamaño que aparecieron en el escenario de la vida. Sorprende su extraordinaria variedad: algunas son filamentosas; otras forman discos aplanados; muchas adquieren un revestimiento de carbonato cálcico y contribuyen a la formación de arrecifes (véase Figura 10.12). • Algas pardas. Las algas pardas son organismos multicelulares que habitan los litorales rocosos. Son los gigantes del mundo submarino (véase Figura 10.12), y algunos ejemplares alcanzan alturas de más de cien metros y forman auténticos bosques submarinos que proporcionan alimento y protección a muchos animales marinos. Resisten bien la desecación, lo que les permite vivir aferradas a rocas que quedan expuestas cuando baja la marea. Si hubiesen alcanzado el medio terrestre, en lugar de coníferas y plantas con flores, el planeta estaría lleno de praderas y bosques de algas pardas. • Algas verdes. Las algas verdes incluyen formas tanto multicelulares como unicelulares. Se trata de un grupo filogenéticamente muy interesante porque, debido a su semejanza con las plantas terrestres, los investigadores las consideran el posible origen de éstas: — Las algas verdes poseen el mismo tipo de clorofila y pigmentos auxiliares que las plantas terrestres. — Al igual que las plantas terrestres, almacenan el alimento en forma de almidón y tienen paredes de celulosa. — Las algas verdes actuales viven principalmente en agua dulce, donde las condiciones medioambientales son muy variables y no son raros los periodos de sequía. Las antiguas algas verdes adquirieron por evolución características que les permitían soportar estas condiciones y que, a la larga, posibilitaron su salto a tierra firme.

Fig. 10.11. Fotografia de Coralina, un ejemplo de alga roja.

El plancton vive en los ecosistemas acuáticos, y está formado por pequeños organismos, en su mayoría microscópicos, con cierta capacidad para nadar, pero que básicamente se mueven a merced de las corrientes.

219

Existen dos tipos de plancton:

Fig. 10.12. Fotografías de Fucus, un ejemplo de alga parda.

219

c Lectura

cc La versatilidad de la euglena Los organismos del género Euglena son seres atípicos, de esos seres que constituyen la excepción que confirma la regla. Hasta no hace mucho, los botánicos los consideraban plantas y los zoólogos animales, sin embargo son seres unicelulares con fl agelos, de nutrición heterótrofa que, en muchos casos, son capaces de realizar la fotosíntesis. Muchas especies de este género son siempre heterótrofas, pero algunas, en presencia de luz, son capaces de realizar la fotosíntesis; sin embargo, en oscuridad, se alimentan exclusivamente de materia orgánica y, si están mucho tiempo en ausencia de luz, acaban perdiendo los pigmentos fotosintéticos, que vuelven a sintetizar si se exponen nuevamente a la luz.

El fitoplancton o plancton vegetal, formado por cianobacterias y diferentes tipos de algas microscópicas pertenecientes al reino protoctistas. Estos organismos tienen una gran importancia como productores de los ecosistemas acuáticos, en los que constituyen la base de la pirámide trófica. Se caracterizan por su grandísima productividad, lo que permite que puedan servir de alimento a una biomasa de consumidores superior a la suya. El zooplancton o plancton animal, formado por protozoos, pequeños crustáceos y pequeñas larvas de muchos animales. Se trata de organismos consumidores. Por lo tanto queda claro que muchas cadenas alimentarias de medios marinos tienen como primeros eslabones al fitoplancton y al zooplancton, pero que sólo son productores los primeros, ya que son autótrofos fotosintéticos. Elaboración propia.

Elaboración propia.

255

10

Biología y Geología 1 La clasificación de los seres vivos

c

10. La clasificación de los seres vivos

Lectura

10.7 El reino protoctista

cc Mohos deslizantes celulares, ¿seres de otra galaxia?

Los protozoos Los protozoos son protoctistas unicelulares y heterótrofos, y se clasifican en cuatro filos en función de su medio de locomoción: • Zooflagelados. Se desplazan mediante flagelos. Viven en el suelo, en el agua o en el interior de otros seres vivos. Algunos producen enfermedades, como el Trypanosoma gambiense (véase Figura 10.13), agente etiológico de la enfermedad del sueño.

Fig. 10.13. Microfotografía de una muestra de sangre humana portadora de Trypanosoma gambiense.

• Esporozoarios. Son parásitos que viven en el interior del cuerpo de sus huéspedes. En su forma adulta, carecen de medios de locomoción. Un protozoo de este grupo, el Plasmodium, es el agente de la mortífera.

Esto puede deducirse de la extraordinaria y curiosa biología de estos organismos protoctistas, que durante mucho tiempo fueron considerados hongos.

220

Viven en el suelo, por el que se desplazan con movimiento ameboide, alimentándose de bacterias y materia orgánica, hasta que el alimento escasea o se agota. Entonces, estas células ameboides empiezan a agregarse (1) gracias a una señal química que producen y que curiosamente es la misma que funciona como intermediaria en la acción de varias hormonas de vertebrados, el AMPcíclico. Así las células se van amontonando, formando masas que pueden pesar hasta 30 gramos y que por su forma recuerdan a una babosa (2). Esta agrupación se comporta como un animal pluricelular, pues repta y reacciona de manera coordinada a estímulos como la luz y el calor. Después de un período de emigración, este cuerpo empieza a cambiar de aspecto (3 y 4), y las distintas partes que forman esta masa originarán una curiosa estructura formada por un pedúnculo rematado en un abultamiento en el que se formarán las esporas. Cuando las condiciones son favorables, cada espora da origen a una nueva ameba, con lo cual se inicia el ciclo de vida.

• Sarcodinos. Emiten pseudópodos que les permiten desplazarse y englobar partículas de alimento. La mayoría son de vida libre, pero algunos viven en hospedadores a los que provocan enfermedades. Destacan los foraminíferos (véase Figura 10.14), sarcodinos marinos que producen hermosas conchas de carbonato cálcico, con miles de aberturas, a través de las que se extienden los pseudópodos. Los famosos acantilados blancos de Dover (Inglaterra) se formaron por el levantamiento geológico de depósitos de estos esqueletos.

• Ciliados. Los ciliados habitan en aguas dulces y saladas y representan la cima de la complejidad celular. Es muy conocido el género Paramecium (véase Figuras 10.15). Aunque es sólo una célula, responde a su entorno como si tuviera un sistema nervioso bien desarrollado. Como su cuerpo está completamente rodeado de cilios, si encuentra una sustancia nociva o alguna barrera física, bate sus cilios y se aleja del peligro. Fig. 10.14. Microfotografía de conchas calcáreas de foraminíferos.

Mohos acuáticos y deslizantes Los mohos acuáticos y deslizantes son un grupo de protoctistas que se parece mucho a los hongos. Al igual que éstos, muchos poseen cuerpos filamentosos, y algunos secretan enzimas que digieren la materia orgánica sobre la que viven como saprofitos o parásitos. Sin embargo, presentan una diferencia bioquímica importante: sus paredes celulares son de celulosa, y no de quitina, como las de los hongos verdaderos. Se diferencian tres filos de estos falsos hongos:

Fig. 10.15. Microfotografía de Paramecium.

• Oomicetos o mohos acuáticos. Grupo de protoctistas filamentosos: no agrupa a demasiados organismos, pero algunos han cambiado la historia. El oomiceto Phytophtora infectans asoló, en el siglo XIX, los campos de patatas de Irlanda, base de la dieta de la época. La hambruna subsiguiente mató a un millón de irlandeses y provocó la emigración de muchos otros a EE.UU. • Mixomicetos o mohos deslizantes acelulares. Este grupo posee un original modo de vida. Forman plasmodios, masas de citoplasma que poseen miles de núcleos y pueden extenderse varios metros cuadrados, englobando a su paso partículas orgánicas que les sirven de alimento. Algunos plasmodios son muy llamativos por sus vivos colores.

Fig. 10.16. Mixomiceto Physarum.

• Acrasiomicetos o mohos deslizantes celulares. Este grupo también presenta un modo de vida muy original. Normalmente viven en el suelo, como células independientes que engullen bacterias. Pero cuando las condiciones son adecuadas, emiten una señal química que atrae a las células cercanas hasta que se forma un falso plasmodio (ya que las células nunca llegan a perder su individualidad). En esta forma, los acrasiomicetos se desplazan hasta que encuentran un lugar propicio para asentarse, producir esporas y reproducirse.

220

Parientes de estos mohos han producido grandes daños a la humanidad, como Phytophhora infestans, que asoló las cosechas de patatas en los campos de Irlanda provocando la muerte de más de un millón de irlandeses cuya dieta se componía exclusivamente de este tubérculo. Elaboración propia.

c Escenarios de error

cc La nutrición de los hongos Llama la atención que muchos alumnos afirmen que la nutrición de los hongos es autótrofo; es algo que nos llama la atención y nos parece injustificable.

256

Sin embargo, debemos tomar conciencia del error e insistir mucho en este aspecto. Es posible que la asociación con las setas, y el aspecto de éstas, ayuden a cometer este error. Por eso es importante insistir que hay hongos parásitos, simbiontes y, sobre todo, saprofitos.

c Lectura

cc La importancia de los hongos El papel de los hongos en la biosfera es de suma importancia. Son los más importantes descomponedores de la materia orgánica, sin los cuales la materia no acabaría de reciclarse, lo que impediría a las plantas obtener recursos del suelo; aunque no podemos olvidar el papel de las bacterias quimiosintéticas, sin las cuales el papel de los hongos y de las bacterias descomponedoras sería mucho menos útil. Puedes encontrar la lectura completa en el CD del profesor.

Biología y Geología 1 La clasificación de los seres vivos

c Recomendación didáctica

10. La clasificación de los seres vivos 10.8 El reino de los hongos

10.8 El reino de los hongos Los deliciosos boletos, el moho negro de la fruta, la levadura de cerveza o los tizones que asolan los maizales tienen algo en común: todos son hongos. Los hongos son organismos eucarióticos, inmóviles y heterótrofos. Algunos son unicelulares, pero la mayoría forman micelios, redes de finísimos filamentos llamados hifas. Al igual que las células vegetales, las células micóticas también están protegidas por una pared, pero no es de celulosa, sino de quitina, la misma sustancia que forma el exoesqueleto de los artrópodos. Los hongos compensan su falta de movilidad mediante el rápido crecimiento de sus hifas (véase Figura 10.18). Los micelios van penetrando en los sustratos, y el hongo vive en contacto íntimo con su alimento. A diferencia de los animales, los hongos no fagocitan, sino que secretan enzimas que digieren la materia orgánica y, después, absorben el líquido resultante. Los hongos son también unos maestros de la reproducción, son capaces de reproducirse tanto sexual como asexualmente, mediante esporas que se producen dentro de cuerpos fructíferos y se proyectan por encima del micelio. La reproducción sexual se produce cuando un filamento de un micelio entra en contacto con un filamento de un hongo diferente, las hifas se fusionan y se forman esporas sexuales.

Fig. 10.17. Tizón del maíz.

Fig. 10.18. Un hongo con su seta y el micelio con las hifas.

Los hongos desempeñan un papel ecológico fundamental. Junto con las bacterias, son los grandes basureros del planeta, y están estrechamente ligados a los humanos: algunos producen enfermedades, y otros, importantes antibióticos; algunos constituyen plagas que asolan los cultivos, y otros son fundamentales en la industria alimentaria. Los hongos se clasifican en cuatro divisiones, que respetan bastante bien la filogenia: • Quitridiomicetos. Son hongos acuáticos, muy primitivos y con esporas que nadan activamente mediante flagelos. La mayoría son saprobios, pero algunos son patógenos y algunos científicos creen que son responsables, en parte, de la gran mortandad que se está produciendo en las poblaciones de anfibios en el mundo. Éstos, debilitados por la contaminación y otros problemas ambientales, serían más susceptibles a las infecciones fúngicas.

Fig. 10.19. Rebanada de pan colonizada por Rhizopus nigricans.

• Basidiomicetos. Son hongos muy conocidos porque la formación de sus esporas tiene lugar en cuerpos fructíferos especiales que constituyen las setas (véase Figura 10.21). No hay que olvidar que debajo de la seta hay un micelio que puede expandirse ampliamente.

didácticos c Materiales en el CD y en la CEO

Fig. 10.20. Microfotografía de la levadura Candida albicans.

hifas, setas. Fig. 10.21. Fotografía de una seta de Amanita phalloides.

¿Qué repercusiones tendría, desde un punto de vista ecológico, la desaparición de hongos y bacterias?

221

c

221

Imágenes: mohos deslizantes celulares, levaduras,

Actividades 4>

Es muy común que los alumnos crean que las setas (basidiocarpos) son hongos. Por ello, es importante aclarar que el hongo es la parte enterrada formada por el micelio, compuesto en este caso por hifas tabicadas. Cuando dos hifas se fusionan se origina un micelio secundario, compuesto por células que poseen ahora dos núcleos haploides (dicarióticas) cada una. Este nuevo micelio crece y desarrolla masas compactas o botones que formarán las setas (basidiocarpos). El sombrerillo de la seta posee laminillas donde se sitúan los basidios (célula de forma alargada); en ellos se fusionarán los núcleos de las células dicarióticas, y se formará un cigoto diploide (2n) que sufrirá meiosis. Los cuatro núcleos haploides (n) que resultan formarán, tras un proceso más o menos largo, basidiosporas, que empezarán de nuevo el ciclo vital al dispersarse y caer en tierra. Las setas son, por tanto, cuerpos fructíferos que intervienen en la reproducción formado esporas. Elaboración propia.

• Cigomicetos. Los cigomicetos son auténticos profesionales de la descomposición que viven en el suelo o sobre materia vegetal o animal. El Rhizopus nigricans, el desagradable y conocido moho negro del pan, es un hongo de este tipo (véase Figura 10.19). • Ascomicetos. Son hongos que producen sus esporas sexuales en el interior de las ascas, unas estructuras parecidas a sacos que dan nombre al grupo. Son ascomicetos muchos de los mohos de colores vistosos que pudren la fruta (uno de ellos, el Penicillium, es el productor de la penicilina); las colmenillas, las trufas y otras delicias culinarias; y las levaduras, hongos unicelulares muy interesantes. Las levaduras del género Saccharomyces son fundamentales en la industria alimentaria para la fabricación de la cerveza, el pan y el vino. Pero también hay levaduras patógenas, como la Candida albicans, que produce infecciones vaginales (véase Figura 10.20).

10

Escenarios de error

cc Los antibióticos Los antibióticos son sustancias antimicrobianas producidas por los hongos y por algunas bacterias. En general interfieren en la síntesis de proteínas o en la formación de la pared celular de las bacterias. Dado que nuestros ribosomas son distintos a los bacterianos, y nuestras células no tienen pared celular, estas sustancias sólo hacen daño a las bacterias, y no a nosotros. No son eficaces frente a infecciones virales, y es muy importante tomarlos sólo cuando nos los receta el médico y completar el tratamiento, de no ser así estaremos contribuyendo a la selección de los agentes infecciosos más resistentes a los antibióticos.

Ejercicios: • Verdadero o falso: mohos deslizantes (mohos acuáticos). • Sopa de letras: el reino de los hongos.

c Páginas web

cc Biocourse McGraw-Hill Imagen: ciclo de los mohos deslizantes. http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001_gbio/ folder_structure/di/m4/s4/dim4s4_2.htm

Imagen: hongo ascomiceto. http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001_gbio/ folder_structure/di/m5/s2/dim5s2_4.htm

Imagen: ciclo de un hongo basidiomiceto. http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001_gbio/ folder_structure/di/m5/s2/dim5s2_5.htm

Elaboración propia.

257

10

Biología y Geología 1 La clasificación de los seres vivos

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10. La clasificación de los seres vivos

Para saber más

10.9 El reino de las plantas

Diferencias monocotiledóneas – dicotiledóneas.

10.9 El reino de las plantas

Monocotiledóneas Dicotiledóneas (tulipán orquídeas, (rosa, patata, roble, palmeras, etc.) etc.)

Detente, echa un vistazo a tu alrededor y comprobarás que los seres vivos terrestres más visibles y llamativos que te rodean son plantas. Estos organismos autótrofos y multicelulares han conquistado todos los hábitats terrestres y, gracias a su capacidad fotosintética, se encuentran en la base de todas las cadenas tróficas, proporcionándonos materia y energía.

Semillas

Un cotiledón (hojita Dos cotiledones (hoinicial del embrión). jitas iniciales del embrión).

Fig. 10.22. Árbol evolutivo de los principales grupos de plantas.

Paralelinervias (con Penninervias (con un nervios paralelos) y nervio principal del laminares. que parten nervios secundarios).

División briofitos

Hojas

Los briofitos son plantas terrestres con una estructura muy elemental. Poseen una organización talofítica, es decir, no poseen órganos verdaderos, como raíz, tallo y hojas. Tampoco tienen vasos conductores que aseguren el transporte de agua y sales minerales, así que estas sustancias tienen que absorberse por toda la superficie del vegetal y, después, distribuirse lentamente, célula a célula. Esto explica que los briofitos vivan siempre en sitios húmedos y sean de pequeño tamaño.

Fasciculada (todas las raíces salen de un punto y forman una especie de cabellera).

Pivotante o axonomorfa. (una raíz principal de la que parten raíces secundarias).

Todos se sujetan al suelo por medio de rizoides, unas cortas hebras de células que no cumplen la función de absorción de agua y nutrientes. Existen tres grupos de briofitos: el grupo de las hepáticas, aunque muy desconocidas y con poca importancia actual, son las plantas más primitivas que existen; de hecho, conservan el aspecto de un alga pequeña pero con mayor grosor y, como éstas, no poseen estomas (véase Figura 10.23); los antoceros, parecidos a las hepáticas pero que, al igual que las demás plantas, ya presentan estomas y en cuyos cuerpos se alojan cianobacterias que fijan el nitrógeno atmosférico; y los musgos, que son los briofitos que han alcanzado mayor éxito y viven en todo el planeta, aunque son muy sensibles a la contaminación atmosférica. Además de rizoides, su cuerpo presenta una especie de tallos con falsas hojitas que se disponen en espiral (véase Figura 10.24).

Fig. 10.23. Hepática.

Raíz

222

Las plantas colonizaron la Tierra hace unos 450 millones de años. Para poder sobrevivir, las plantas primitivas se anclaron a la tierra mediante una raíz (o una estructura similar); recubrieron sus cuerpos con una cutícula cérea impermeable para evitar la desecación; y, dado que esta cubierta también era impermeable a los gases, desarrollaron estomas, una especie de poros situados en las hojas y tallos que se abren para permitir el intercambio gaseoso. Estas adaptaciones primitivas fueron tan exitosas que se mantienen en, prácticamente, todas las plantas actuales. Pero, en el curso de la evolución, aparecieron muchos otros hitos biológicos que nos servirán de hilo conductor para estudiar las divisiones en que se agrupan estos organismos extraordinarios en la actualidad (véase Figura 10.22).

Verticilos florales (cáliz y corola)

Plantas vasculares sin semilla

Trímeras (3 piezas) o Tetrámeras o pentásus múltiplos. meras (4 ó 5 piezas) o sus múltiplos.

Fig. 10.24. Musgo.

— Las paredes vegetales se endurecieron con lignina, un polímero rígido que proporcionaba sostén a la planta. — Se desarrollaron tejidos conductores que transportaban el agua y los nutrientes absorbidos por la raíz hasta las partes más altas de las plantas.

222

Haces de vasos colo- Haces de vasos colocados de forma dis- cados ordenadamente persa. en un círculo.

Tallo

Debido a sus características estructurales, los briofitos eran (y son) plantas de muy pequeño tamaño; si una planta consiguiera elevar su altura, no tendría que competir por la luz solar con otros vegetales, de modo que la evolución favoreció las adaptaciones que elevaban la talla del vegetal:

c Actividades 14. ¿Por qué no se consideran hongos a los mohos acuáticos deslizantes? 15. Indica los grupos del reino plantas e indica una característica principal que diferencie cada uno de ellos. 16. Completa la siguiente tabla.

Briofitos

Vasculares sin semilla

Gimnospermas

Angiospermas

Vasos conductores Semilla Flores Fruto 17. Clasifica los siguientes seres vivos: Equisetum, Cupressus, Zoostera, Ginkgo biloba.

258

Biología y Geología 1 La clasificación de los seres vivos

10

c Páginas web

10. La clasificación de los seres vivos 10.9 El reino de las plantas

cc Biocourse McGraw-Hill Estudiaremos tres divisiones de plantas vasculares sin semilla:

Animación: ejercicio: características de los distintos tipos de metafitas. http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001_gbio/ folder_structure/di/m6/s15/dim6s15_1.htm

• Licopodios. Los licopodios actuales (véase Figura 10.25) no alcanzan más que unos pocos centímetros de altura y recuerdan vagamente a las plantitas de musgo. Sin embargo, estas plantas dominaron el carbonífero, cuando eran árboles magníficos de hasta 40 metros de altura cuyos restos forman la mayor parte de las reservas actuales de carbón. • Esfenofitos. Como en el caso anterior, alcanzaron su clímax de abundancia y diversidad a finales del carbonífero, pero en la actualidad sólo queda el género Equisetum. Los equisetos o colas de caballo son plantas relativamente fáciles de encontrar en lugares húmedos como las riberas de los ríos. Sus tallos, que recuerdan a los bambúes, a veces son muy frondosos (de ahí su nombre vulgar) y contienen sílice, por lo que se han utilizado tradicionalmente en la limpieza de ollas (véase Figura 10.26). • Pterofitos. Los helechos o pterofitos constituyen el grupo más grande y diverso de las plantas sin semillas. La mayoría son especies tropicales que alcanzan tamaños considerables. Sus hojas o frondes son de gran tamaño, lo que les permite captar suficiente luz solar, característica que podría explicar su éxito evolutivo. Muchas especies producen sus esporas en esporangios que se agrupan en los llamativos soros (véase Figura 10.27).

Imagen: musgo con esporofito. http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001_gbio/ folder_structure/di/m6/s5/dim6s5_4.htm

Imagen: bosque antiguo. Primeras plantas vasFig. 10.25. Licopodio.

culares. http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001_ gbio/folder_structure/di/m6/s6/dim6s6_2.htm

Imagen: esporofito de helecho. http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001_gbio/ folder_structure/di/m6/s6/dim6s6_6.htm

Animación: ciclo biológico de una gimnosperma. http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001_gbio/ folder_structure/di/m6/s8/dim6s8_6.htm Fig. 10.26. Equisetum.

Fig. 10.27. Helecho.

División gimnospermas

Animación: partes de la flor de una angiosperma. http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001_gbio/ folder_structure/di/m6/s9/dim6s9_7.htm

Fig. 10.28. Cica.

Imagen: desarrollo de monocotiledóneas.

La siguiente evolución fue la aparición de la semilla: una planta embrionaria cubierta por un tegumento protector y reservas alimenticias. La cubierta mantiene el embrión en estado de letargo hasta que las condiciones son idóneas para el crecimiento; además, algunas semillas poseen complejas adaptaciones que hacen posible su dispersión por medio del viento, el agua y los animales. Estas adaptaciones han ayudado a las espermatofitas (es decir, con semilla) a invadir casi todos los hábitats de nuestro planeta.

http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001_gbio/ folder_structure/di/m6/s14/dim6s14_2.htm

Imagen: desarrollo de dicotiledóneas.

• Cicadofitos.Los cicadofitos o cicas son plantas que se parecen a las palmeras, pero que aparecieron mucho antes que éstas (véase Figura 10.28). Las pocas especies que quedan en la actualidad son las plantas con semillas más antiguas que existen (eran muy comunes en la era de los dinosaurios). • Ginkgofitos.Sólo ha llegado hasta nosotros un representante de los ginkgofitos: la especie Ginkgo biloba (véase Figura 10.29). También se trata de una auténtica reliquia viviente, porque los ginkgos eran abundantes durante el periodo jurásico, hace unos 200 millones de años. Como árbol silvestre está extinto, pero se ha mantenido gracias a su cultivo en jardinería (resisten bien la contaminación). Hay ginkgos masculinos y femeninos. Las semillas son carnosas y tienen olor fétido cuando maduran.

223

http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001_gbio/ folder_structure/di/m6/s14/dim6s14_1.htm

cc Proyecto Biosfera Fig. 10.29. Ginkgo biloba.

223

c Glosario Angiosperma. Plantas que tienen flores, semillas y frutos. Pueden ser monocotiledóneas o dicotiledóneas. Antocerópsida. Planta briofitas de pequeño tamaño, con talo y ciclo reproductor con alternancia de generaciones. Cicadácea. Filo de gimnospermas cuyas hojas se parecen a las de las palmeras o a las de los helechos, que viven en lugares tropicales y subtropicales. Muchas especies se han extinguido. Dicotiledóneas. Plantas que presentan dos cotiledones (primeras hojitas embrionarias) en las semillas. Poseen hojas penninervias, verticilos florales en números de 4 ó 5 o sus múltiplos y raíces pivotantes. Ejemplo: el almendro. Esfenofito. Planta vascular sin semilla. Género Equisetum («cola de caballo»). Espermatofita. División del grupo plantas que se reproduce a través de semillas. Ejemplos: gimnospermas y angiospermas.

Clasificación y características de las metafitas. (páginas 13 a 21) http://recursos.cnice.mec.es/biosfera/alumno/ 1bachillerato/organis/contenidos13.htm

Gnetofitos. Grupo de gimnospermas con algunas características similares a las de las angiospermas. Ginkgofitos. Comprende una especie viva, Ginkgo biloba, que es el más antiguo de los árboles actuales. Especie dioica, con árboles masculinos y femeninos, caducifolio, de hojas características. Hepática. Grupo de plantas, con talo y sin tejidos vasculares, parecido a los musgos. Licopodio. Plantas vasculares parecidas a los helechos. Se desarrollaron mucho en el período carbonífero en el que se origino el carbón. Monocotiledónea. Clase de planta angiosperma con un sólo cotiledón (hojita embrional) en la semilla. Ejemplo: la palmera. Musgo. Planta briofita sin tejidos conductores y con alternancia de generaciones y productores de esporas. Pteridofito. Planta con tejidos vasculares muy sencillos y con reproducción alternante (gametofito haploide y esporofito diploide). Por ejemplo: los helechos.

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Biología y Geología 1 La clasificación de los seres vivos

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10. La clasificación de los seres vivos

Actividades

10.9 El reino de las plantas

18. Define los siguientes conceptos: diblástico, triblástico, protóstomo, deuteróstoma. 19. Construye una frase con las siguientes palabras, razonando su significado: anélido / protóstomo / triblástico / celomado / lombriz de tierra / blastoporo. 20. De los tres grupos más importantes de artrópodos, indica dos características de cada uno de ellos y pon un ejemplo. 21. Pon nombres a las distintas partes de la figura.

• Coniferófitos. Las coníferas constituyen el mayor de los grupos actuales de gimnospermas. Mucho menos ricas en especies que las plantas con flores y de apariencia más uniforme, gozan, sin embargo, de gran éxito ecológico y forman bosques, principalmente en latitudes frías y a grandes altitudes (véase Figura 10.30). Su característica más llamativa y distintiva son las piñas: estructuras reproductoras en forma de conos. Géneros importantes de coníferas son los pinos (Pinus); abetos (Abies); los cipreses (Cupressus); los enebros y sabinas (Juniperus); las secuoyas (Sequoia); y las araucarias (Araucaria), que son las coníferas más importantes del hemisferio sur. • Gnetofitos. Grupo poco conocido, pero muy interesante, porque comparte muchas características con las angiospermas, como el hecho de que todas producen néctar y son visitadas por insectos. Incluye muy pocos géneros, entre los que destaca la Ephedra, fuente de la efedrina, un medicamento muy utilizado para tratar la bronquitis.

División angiospermas Llegamos al final de la historia vegetal. Las angiospermas fueron las últimas en aparecer (hace aproximadamente cien millones de años) pero, en la actualidad, las angiospermas o plantas con flores, con sus más de 230 000 especies, dominan el reino vegetal. Son extraordinariamente variadas: desde las gigantescas secuoyas americanas, hasta las diminutas lentejas de agua (minúsculas hojas flotantes de un milímetro de diámetro). Adoptan las más diversas formas de vida: lianas, trepadoras, árboles o rastreras; algunas, incluso, han vuelto al mar, como la Zoostera, que sirve de alimento a los manatíes y a las iguanas de las islas Galápagos.

Fig. 10.30. Abeto.

Las adaptaciones que han contribuido a su rotundo éxito son el desarrollo de flores (véase Figura 10.31), estructuras especializadas en atraer insectos que favorecen la polinización; la aparición del fruto, que atrae animales que ayudan a dispersar las semillas, y las células cribadas del floema, que transportan los nutrientes más eficazmente que las células conductoras de otras plantas.

didácticos c Materiales en el CD y en la CEO Animación: Morfología y estructura del salta-

224

montes. Organización de un equinodermo. Imágenes: Ascaris, Esponja, Pólipo, Medusa, Planaria, Tenia, Anélido, Saltamontes, Estrella de mar.

Tradicionalmente, los botánicos han dividido las plantas con flor en dos clases bien definidas: dicotiledóneas (encinas, guisantes, margaritas, etcétera) y monocotiledóneas (gramíneas, lirios, cebollas, palmeras, etcétera). La división se basa en el número de hojas embrionarias, llamados cotiledones, que tiene la semilla.

Ejercicios: • Verdadero o falso: la notocorda y los cordados. • Respuesta múltiple: animales protóstomos. Los artrópodos. • Rellenar huecos: animales diblásticos. Vertebrados. • Relación: el reino de los animales. • Crucigrama: filum de animales. Animales triblásticos.

c PAU ccc

Galicia (junio 2005, 2002; septiembre 2005, 2001):

1. Contesta verdadero o falso. a. La pared bacteriana está formada por celulosa. b. Las enfermedades producidas por virus no se curan con antibióticos. c. La penicilina es un antibiótico producido por un hongo. d. La insulina se puede obtener a partir de bacterias modificadas genéticamente. e. Al calentar suficientemente el ADN puede desnaturalizarse. f. Los protozoos son eucariotas unicelulares. g. El antibiótico penicilina es producido por bacterias.

260

Fig. 10.31. Margarita.

224

2. ¿Qué es una levadura? Cita dos procesos industriales en los que participa. ¿Qué es una fermentación? Solucionario a F.

b V.

c V.

d V.

e V.

f V.

g F.

Las levaduras son hongos unicelulares, por lo tanto, de organización celular eucariota y nutrición heterótrofa. Algunas son parásitas, otras tienen interés industrial, porque son organismos fermentadores. Intervienen en la fermentación alcohólica para obtener pan y para obtener vino y otras bebidas alcohólicas, ya que transforman la glucosa en etanol. La fermentación es una forma de catabolismo. Consiste en la oxidación incompleta de una molécula orgánica como la glucosa. Al tratarse de una oxidación incompleta, el producto final es una molécula orgánica y el rendimiento energético es bajo.

Biología y Geología 1 La clasificación de los seres vivos

c Actividades

10. La clasificación de los seres vivos 10.10 El reino de los animales

22. Indica los grupos de vertebrados, nombra una característica que los identifique y pon un ejemplo de cada uno de ellos. 23. Asocia los siguientes conceptos de tres en tres y haz una frase en la que emplees los tres conceptos asociados. Acelomados – Arácnidos – Cnidarios – Crustáceos – Diblásticos – Esponja – Insectos – Manto – Masa visceral – Medusas – Moluscos – Ósculo – Platelmintos – Poros – Taenia.

10.10 El reino de los animales Somos animales, como lo son las esponjas y las medusas, todo tipo de gusanos, las moscas, los caballitos de mar, las golondrinas y los perros. Parece bastante claro que nuestro origen está en algún modesto protozoo, y nos caracterizamos por ser multicelulares, heterótrofos, reproducirnos normalmente por mecanismos sexuales, no poseer pared celular y, al menos durante alguna etapa de nuestra vida, movernos. Para estudiar los principales filos de animales repasaremos las características que los distintos grupos fueron desarrollando a lo largo de su historia evolutiva.

Filo poríferos

c Páginas web

Los poríferos o esponjas (véase Figura 10.33) son animales realmente antiguos (existen ejemplares fósiles que se remontan hasta 600 millones de años). Tienen forma de saco provisto de numerosos orificios, los poros, y una abertura en el extremo superior, el ósculo. Sus células conservan mucha independencia y no forman verdaderos tejidos (se asemejan más a colonias de organismos unicelulares). Viven en el agua, principalmente en ambientes marinos. Algunas esponjas poseen un esqueleto interno. La esponja de baño es, en realidad, un esqueleto proteínico de una esponja.

10

cc Biocourse McGraw-Hill Serie de imagágenes y animaciones: anélidos. http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001_gbio/ folder_structure/di/m7/s7/index.htm

Fig. 10.32. Árbol evolutivo de los principales filos de animales.

Filo cnidarios Durante el desarrollo embrionario, todos los animales pasan por una fase temprana llamada blástula, que consiste en una bola hueca de células. Después, una parte de la bola hueca comienza a replegarse hacia el interior, en un punto llamado blastoporo y la esfera hueca se transforma en una gástrula, una especie de copa formada por dos capas de células germinales: la interior o endodermo, y la capa exterior que da lugar al ectodermo (véase Unidad 16).

Serie de imágenes y animaciones: motivo fundamental: moluscos. http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001_gbio/ folder_structure/di/m7/s6/index.htm

Los cnidarios son animales acuáticos, con forma de saco y simetría radial (véase Figura 10.34), que poseen una única abertura que sirve tanto de boca como de ano. Su plan corporal se ha detenido en la fase de gástrula, poseen simetría radial y son diblásticos (poseen dos capas germinales, ectodermo y endodermo). Aunque existen distintos tipos de cnidarios, todos son variaciones sobre dos formas básicas: el pólipo tubular (hidras, anémonas y pólipos coralinos) (véase Figura 10.34), que pasa su vida adaptado a las rocas, y tiene tentáculos para atrapar a sus presas; y la medusa (véase Figura 10.35), que se deja arrastrar por las corrientes marinas.

Serie de imágenes y animaciones: motivo fundamental: equinodermos. http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001_gbio/ folder_structure/di/m7/s9/index.htm

Fig. 10.33. Esponja.

225

Imagen: anatomía de un pez. http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001_gbio/ folder_structure/di/m8/s2/dim8s2_7.htm Serie de imágenes: cordados. http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001_gbio/ folder_structure/di/m7/s10/index.htm Fig. 10.34. Anémona.

Fig. 10.35. Medusa.

225

Notas

Imagen: anfibios. http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001_gbio/ folder_structure/di/m8/s3/dim8s3_2.htm Serie de imágenes: reptiles. http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001_gbio/ folder_structure/di/m8/s4/index.htm Serie de imágenes: aves. http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001_gbio/ folder_structure/di/m8/s5/index.htm Serie de imágenes: evolución y clasificación de los mamíferos. http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001_gbio/ folder_structure/di/m8/s6/index.htm

261

10

Biología y Geología 1 La clasificación de los seres vivos

c

10. La clasificación de los seres vivos

Materiales didácticos en el CD y en la CEO

10.10 El reino de los animales

Animación: identificar filum. El reino de los ani-

Animales con simetría bilateral y tres capas germinales

males.

A excepción de los cnidarios, todos los grupos de animales presentan simetría bilateral (véase Figura 10.36) y su cuerpo está formado a partir tres capas germinales (animales triblásticos). La tercera capa, el mesodermo, se interpone entre el ectodermo y el endodermo. Seguramente, la evolución hacia los animales triblásticos tuvo lugar en el Precámbrico cuando algunas células embrionarias de animales diblásticos empezaron a multiplicarse hasta formar una nueva masa de células o capa entre el ectodermo y el endodermo. Esta nueva capa poseía una gran potencialidad para formar nuevas estructuras y cambiar el diseño corporal de los nuevos animales (el mesodermo forma el músculo y, cuando están presentes, los sistemas circulatorio y esquelético). Fig. 10.36. Tipos de simetría radial (flor) y bilateral (hormiga),

La siguiente innovación en el desarrollo del plan corporal de los animales fue el desarrollo del celoma, una cavidad en su interior que se forma al replegarse parte del mesodermo. El celoma es una innovación extraordinaria: el movimiento del exterior del animal puede hacerse independiente de las actividades del tubo digestivo y permite aumentar la complejidad corporal, ya que en su interior pueden evolucionar nuevos órganos.

Imágenes: ascidia, rana.

c Bibliografía de la Unidad

En función del celoma, dividimos los animales triblásticos en tres grupos: — Animales sin celoma o acelomados: filo platelmintos. — Animales con pseudoceloma (su cavidad corporal no está rodeada totalmente de tejido derivado del mesodermo): filo nematodos. — Animales con celoma verdadero, que a su vez se dividen en dos subgrupos: animales protóstomos (filos anélidos, moluscos y artrópodos), en los que el blastoporo da lugar tanto a la boca como al ano; y deuteróstomos (filos equinodermos y cordados), en los que el blastoporo se convierte en el ano, y la boca se forma a partir de una nueva abertura. Protóstomos y deuteróstomos también se diferencian por la disposición de sus sistemas nerviosos: en los primeros, el cordón nervioso principal es una estructura doble que discurre a lo largo del vientre del animal; en los segundos, el principal nervio es una estructura simple que recorre el dorso.

BERNSTEIN: Biología, 10.ª edición, McGraw-Hill, 2001.

226

HICKMAN, ROBERTS, LARSSON: Zoología, McGraw-Hill. 1999. MARGULLIS L, SCHWARTZ M V: Cinco Reinos, Labor, 1985.

Fig. 10.37. Tenia.

PURVES, SADAVA: Vida. La ciencia de la Biología, 6.ª edición, Médica Panamericana, 2002. SOLOMON, BERG, MARTIN, VILLEE: Biología, 5.ª edición, McGraw-Hill, 2005. 5>

Diccionario de biología, Mileto, 2001. 226

Notas

262

• Platelmintos. Los platelmintos son gusanos planos, sin celoma. En un corte transversal ya se aprecia que son animales triblásticos: poseen una piel (ectodermo), algunos órganos internos (fundamentalmente mesodermo), y un tubo digestivo (endodermo). Aunque hay gusanos planos de vida libre (como Turbelaria), muchos son parásitos como la Taenia solium, que infesta a las personas si consumen carne de vaca o cerdo con quistes de tenia. Los quistes eclosionan en el tracto digestivo humano y los parásitos jóvenes se fijan al intestino, donde crecen hasta superar los siete metros. Allí se alimentan utilizando los nutrientes del hospedador y liberan paquetes de huevecillos, que son expulsados con las heces.

Actividades

Diccionario de biología, OxfordComplutense, 2004.

Términos biológicos, Akal, 2003.

Simultáneamente al aumento del número de capas, se produjo una evolución hacia cuerpos de simetría bilateral. Los cnidarios o son sedentarios o vagan a la deriva arrastrados por corrientes, así que el alimento o los posibles peligros pueden provenir de cualquier dirección: así, un cuerpo con simetría radial, que «mire» hacia todos los lados constituye una ventaja. En cambio, la mayor parte de los animales con simetría bilateral se desplazan activamente, en busca de alimento, siguiendo una dirección determinada, por lo que en la parte del cuerpo más próxima a la fuente alimentaria aparece la cabeza, una región especializada donde se concentran el tejido nervioso y los órganos sensoriales.

¿Por qué le debemos a la existencia del celoma el poder echarnos la siesta?

Biología y Geología 1 La clasificación de los seres vivos

c Glosario

10. La clasificación de los seres vivos 10.10 El reino de los animales

• Nematodos. Los nematodos son gusanos finos, redondos y blanquecinos con un pseudoceloma relleno de líquido que funciona como un esqueleto hidrostático. Algunos son importantes parásitos como la Trichinella spiralis (véase Figura 10.38), causante de la triquinosis. • Anélidos. Los anélidos se caracterizan por la división de su cuerpo en segmentos que se repiten, lo que facilita su locomoción, pues les permite realizar movimientos más complejos que a los gusanos no segmentados. Su celoma verdadero también funciona como esqueleto hidrostático que les posibilita, por ejemplo, horadar el suelo. El filo incluye tres clases: los poliquetos, gusanos marinos con muchas quetas (cerdas rígidas que les sirven como mecanismos de fijación al sustrato) que nadan o se entierran en la arena; los oligoquetos, con pocas quetas, como la lombriz de tierra; y los hirudíneos o sanguijuelas (véase Figura 10.39). Algunas sanguijuelas son hematófagas y se utilizaron frecuentemente en el pasado para extraer la sangre «contaminada» de los enfermos. • Moluscos. Los moluscos son animales de cuerpo blando cuyo plan anatómico consiste en una cabeza, un pie, una masa visceral (conjunto de órganos internos) y un manto secretor de un caparazón externo, presente en la mayoría de las especies. Destacan los gasterópodos (caracoles y babosas, que se arrastran sobre un pie muscular; los bivalvos (ostras, almejas, mejillones), que poseen dos conchas unidas por una bisagra flexible; y los cefalópodos (pulpos, nautilos, sepias y calamares), depredadores marinos cuyo pie se ha transformado en tentáculos (véase Figura 10.40). • Artrópodos. Los artrópodos son los animales más abundantes del planeta. Su cuerpo se divide en segmentos que normalmente se fusionan y forman la cabeza, con las estructuras sensoriales y de alimentación, el tórax, segmento al que se unen las estructuras que se usan en la locomoción, como las alas y las patas; y el abdomen, que contiene las estructuras digestivas. Necesitan mudar periódicamente pues el exoesqueleto de quitina que los protege es rígido y no se expande a medida que el animal crece. Hasta que el nuevo esqueleto se endurece, el animal es muy vulnerable. Las principales clases de artrópodos son los insectos, los arácnidos y los crustáceos. Los insectos (moscas, escarabajos, hormigas) poseen tres pares de patas y, normalmente, uno o dos pares de alas (véase Figura 10.41). La capacidad de volar de los insectos los distingue del resto de invertebrados y ha contribuido a su enorme éxito: el número de especies descritas se acerca al millón (más de tres veces el número total de especies conocidas de todas las demás clases de animales juntas). Los arácnidos (arañas, escorpiones y garrapatas) tienen ocho patas para caminar y casi todos son carnívoros (véase Figura 10.42). Algunos, como ciertas arañas, son venenosos y otros, como las garrapatas, transmiten enfermedades. Los crustáceos (cangrejos, percebes) viven en el agua (las cochinillas de humedad son los únicos crustáceos que han conquistado plenamente el medio terrestre) y se caracterizan porque cada uno de sus segmentos está equipado con un par de apéndices que desempeñan diversas funciones (natación, ataque, reproducción, alimentación, etcétera). • Equinodermos. Los equinodermos son animales deuteróstomos cuyas fases adultas presentan simetría radial (véase Figura 10.43). Incluso sus nombres comunes (estrella de mar, erizo de mar, lirio de mar y pepino de mar) indican que sólo viven en ambientes marinos; y los hay depredadores, carroñeros y filtradores, pero nunca parásitos. Debajo de la piel poseen un endoesqueleto calcáreo que se proyecta hacia el exterior en forma de protuberancias o espinas, muy evidentes en el erizo de mar. Se caracterizan por poseer un exclusivo aparato acuífero o ambulacral, un sistema de tubos llenos de agua a presión que intervienen en la locomoción, la respiración y la captura de alimento.

10

Fig. 10.38. Larva de Trichinella enquistada en tejido muscular porcino.

Fig. 10.39. Sanguijuela.

Fig. 10.40. Calamar.

Fig. 10.41. Mariposa.

Anélidos. Grupo de gusanos segmentados que presentan celoma. Ejemplo: la sanguijuela. Arácnidos. Clase de artrópodos terrestres, carnívoros. Ejemplos: las arañas y los escorpiones. Artrópodo. Animal invertebrado que presenta cuerpo segmentado y patas articuladas. Ejemplo: los insectos. Crustáceos. Grupo de artrópodos, principalmente acuáticos, que incluye al zooplancton, las gambas, los langostinos, etcétera. Gasterópodo. Molusco de concha única, cuando la tienen, y pie plano con el que se desplazan. Ejemplo: el caracol. Hirudíneo. Clase de gusanos anélidos que incluye a las sanguijuelas. No presentan quetas, pero si ventosas musculares. Algunos son parásitos chupadores. Nematodos. Gusanos de cuerpo redondo y pseudocelomados (con celoma no verdadero), sin segmentar. Algunas formas libres y otras parásitas de plantas y animales. Ejemplo: la filaria. Oligoquetos. Clase de animales anélidos que presentan pocas quetas (cerdas de quitina que ayudan en la locomoción). Terrestres y de agua dulce. Hermafroditas. Ejemplo: la lombriz de tierra. Platelmintos. Grupo de gusanos planos acelomados. Ejemplo: la tenia o solitaria. Poliqueto. Filo de anélido que presenta muchas quetas (estructuras que ayudan al animal en la locomoción). Sexos separados. Larva trocófora. Ejemplo: la Aarenícola.

227

Fig. 10.42. Araña.

Fig. 10.43. Estrella de mar.

227

Notas

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Biología y Geología 1 La clasificación de los seres vivos

c

10. La clasificación de los seres vivos

Vídeos recomendados de la Unidad

10.10 El reino de los animales

cc Vídeos de Mediateca (Universidad de Sevilla) Los hongos. http://www.videoteca.us.es/video_envia.jsp?id_ objeto=426&url=http://videoserver.us.es/ramgen/ mediateca/1999/426loshongos.rm

Fig. 10.44. Embrión de cinco semanas.

Los briofitos. http://www.videoteca.us.es/video_envia.jsp?id_ objeto=427&url=http://videoserver.us.es/ramgen/ mediateca/1999/427briofitos.rm Los pteridofitos. http://www.videoteca.us.es/video_envia.jsp?id_ objeto=429&url=http://videoserver.us.es/ramgen/ mediateca/1999/429pteridofitos.rm

Fig. 10.45. Ascidia.

El cormo y sus adaptaciones. http://www.videoteca.us.es/video_envia.jsp?id_ objeto=419&url=http://videoserver.us.es/ramgen/ mediateca/1999/419elcormo.rm

228

Las gimnospermas. http://www.videoteca.us.es/video_envia.jsp?id_ objeto=420&url=http://videoserver.us.es/ramgen/ mediateca/1999/420gimnospermas.rm

Fig. 10.46. Lampreas parasitando un pez.

La flor en angiospermas. http://www.videoteca.us.es/video_envia.jsp?id_ objeto=428&url=http://videoserver.us.es/ramgen/ mediateca/1999/428angiosperma.rm

cc Distribuciones ancora Audiovisual

cc Vídeos de BioCourse.com Tipos de simetrías. http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001_gbio/folder_structure/di/m7/s1/dim7s1_3.htm

264

• Vertebrados. La característica más evidente de los vertebrados es que la notocorda se transforma en una columna vertebral de cartílago o hueso. La columna sostiene el cuerpo y protege el cordón nervioso y el encéfalo. Sin esta protección, es difícil creer que se hubiese desarrollado el cerebro humano, por ejemplo. Las principales clases de vertebrados son: — Los agnatos (lampreas y mixinos), peces sin mandíbula, de piel lisa y sin escamas. Algunas lampreas parasitan peces superiores, a los que se fijan a través de su boca, transformada en una ventosa sin dientes (véase Figura 10.46). — Los condrictios (tiburones, rayas, etc.), animales depredadores con el esqueleto de cartílago. A pesar de las películas de terror, la mayoría son muy retraídos y huyen de los humanos. — Los osteictios (morenas, caballitos de mar, sardinas, atunes, etc.), peces de esqueleto óseo cubiertos de escamas. Constituyen el grupo de vertebrados más importante en cuanto a número de especies. — Los anfibios (ranas, sapos, salamandras, etc.), que constituyen un puente entre la vida terrestre y la acuática; por ejemplo, los adultos ya respiran por pulmones (las branquias no sirven en ambientes terrestres porque, sin el sostén del agua, se colapsan); sin embargo, estos órganos todavía están muy poco desarrollados y necesitan respirar por una piel que, lógicamente, tiene que ser muy permeable, lo que hace a estos animales especialmente vulnerables a la contaminación. — Los reptiles (lagartos, serpientes, tortugas y cocodrilos), que consiguen independizarse de su origen acuático mediante el desarrollo de una piel dura y escamosa y porque son amniotas, es decir, ponen huevos con cáscara y amnios, una membrana llena de líquido, que asegura que el embrión se desarrolle aunque esté lejos del agua. — Las aves (gorriones, somormujos, pingüinos, etc.), cuyo cuerpo está diseñado para volar: plumas que permiten controlar el vuelo y huesos huecos que las hacen muy ligeras. — Los mamíferos (murciélagos, guepardos, ballenas, chimpancés, etc.), que poseen pelo aislante, producen leche para alimentar a sus crías y han desarrollado el sistema nervioso más complejo del reino animal (véase Figura 10.47).

Actividad resuelta ¿Por qué los equinodermos presentan tres capas germinales pero poseen simetría radial? Tanto en los antepasados más inmediatos de los equinodermos como en las larvas de los equinodermos actuales la simetría es bilateral, así que la forma radial debió de adquirirse más tarde, por evolución, en un grupo que posee un ritmo muy lento o es sésil. Fig. 10.47. Gorila de montaña.

228

• El reino de los animales: desde lo más simple a lo más complejo. • Invertebrados marinos. • Artrópodos.

• Cordados. Todos los cordados son animales que tienen en común los siguientes elementos, al menos en algún momento de su vida: notocorda, un cilindro rígido y flexible que recorre el cuerpo y sirve de fijación a los músculos; un cordón nervioso hueco, que se sitúa en una posición dorsal y se ensancha en su extremo anterior, formando el encéfalo; hendiduras branquiales; y una cola al final del cuerpo. Aunque nos pueda sorprender por las hendiduras branquiales y la cola, la Figura 10.44 muestra un embrión humano de cinco semanas, y nos sirve para recordar que nuestro genoma sigue conservando todos los genes de nuestros antepasados, aunque no todos permanecen activos. Por ejemplo, mientras que en los peces, los genes que dirigen el desarrollo de las branquias permanecen «encendidos» durante toda la vida del animal, en los seres humanos están activos sólo durante las etapas iniciales del desarrollo. Los cordados se dividen en tres grupos: los anfioxos. parecidos a peces; los tunicados, como las ascidias (véase Figura 10.45); y los vertebrados, el subfilo mejor estudiado.

Notas

Biología y Geología 1 Actividades

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10. La clasificación de los seres vivos Actividades

Actividades finales 1>

Define el concepto clásico de especie y argumenta si puede emplearse en todos los grupos de seres vivos.

2>

Explica en qué consiste la nomenclatura binomial de Linneo. Puedes utilizar un ejemplo concreto.

3>

El veterinario encargado de inspeccionar la lonja de Mercamadrid encuentra dos cajas que contienen el mismo pescado pero recibe dos nombres distintos: en Madrid

Moneras

Protoctistas

es emperador, mientras que en Andalucía se llama pez espada. ¿Cómo evitan los científicos esta confusión de nombres?

4>

¿Cuáles fueron las aportaciones de Aristóteles, Linneo y Woese a la ciencia de la taxonomía?

5>

Indica el reino al que pertenecen los organismos de las fotografías y completa la siguiente tabla:

Hongos

Plantas

Animales

Tipo de célula Núcleo Mitocondrias Nutrición Pared N.º de células

Lactococcus lactis; Physarum sp.; Euglena sp.; Spirogyra sp.; Lactarius deliciosus; Cistus ladanifer; y Salamandra salamandra.

6>

¿Cuál de las siguientes parejas presenta un parentesco más estrecho? ¿Y el más alejado? a) Arquebacterias y eubacterias. b) Plantas y hongos. c) Plantas y animales. d) Mamíferos e insectos.

7>

Identifica las plantas que muestran las fotografías, ordénalas según su antigüedad, indica la división a la que pertenecen y describe brevemente las adaptaciones que fueron adquiriendo en el transcurso de la evolución.

8>

El zoólogo H.V. Wilson realizó en 1907 un curioso experimento: machacó una esponja, la hizo pasar por un pedazo de tela de seda con el fin de obtener células individuales y, después, colocó estas diminutas muestras en agua de mar. Al cabo de un tiempo, las células se habían juntado de nuevo para formar una esponja en buenas condiciones. ¿Qué puedes deducir de los experimentos de Wilson?

229

265

10

Biología y Geología 1 Actividades

10. La clasificación de los seres vivos Actividades

9>

En la siguiente figura puedes observar ejemplares de Posidonia oceanica, un organismo marino y con flores de gran importancia en el Mediterráneo, ya que proporciona refugio y alimento a numerosos peces. ¿A qué reino pertenece la Posidonia? ¿Por qué?

• Su característica más evidente es que la notocorda se ha transformado en una columna vertebral de cartílago o hueso.

11>

Las bacterias son los seres vivos más sencillos que existen. ¿Podríamos decir también que son organismos inferiores?

12>

Teniendo en cuenta que Whittaker clasificó los seres vivos en cinco reinos en función del tipo y número de células y de su forma de nutrición. Razona si, desde un punto de vista filogenético, debería existir el reino protoctista.

13>

Las siguientes fotografías muestran embriones de un cerdo y de un ser humano. ¿Por qué son prácticamente indistinguibles?

Posidonia oceanica.

10>

Indica el taxón al que pertenecen los animales a los que hacen referencia estas pequeñas descripciones: • Tienen forma de saco que presenta numerosos poros y un ósculo. • Poseen simetría radial y son diblásticos. • Son gusanos planos, sin celoma. • Son animales de cuerpo blando cuyo plan anatómico consiste en una cabeza, un pie, una masa visceral y un manto.

PAU Define especie. ¿Cómo nombran los científicos las especies? Centra la pregunta Esta pregunta se responde con los conocimientos adquiridos en la Unidad 10 sobre el concepto actual de especie y las reglas que utiliza la comunidad científica para nombrarlas. Debes recordar Los conceptos de especie, nombre científico y nomenclatura binomial. Responde la pregunta Una especie es un conjunto de organismos que se cruzan para producir descendencia fértil. Así que los

230

266

Embriones porcino y humano.

14>

¿Por qué crees que los bivalvos han perdido la cabeza en el curso de la evolución?

individuos de una misma especie comparten una herencia genética propia que les caracteriza y les diferencia de otros grupos de individuos con los que no pueden reproducirse. Una especie se identifica con su nombre científico y para ello se utiliza el sistema de nomenclatura binomial que se debe a Carlos Linneo. El nombre científico está formado por dos nombres derivados del latín. El primero indica el género al que pertenece la especie, mientras que el segundo es un adjetivo que designa a la especie concreta. Los nombres científicos siempre se escriben subrayados o en cursiva. La inicial del nombre del género se escribe con mayúscula y el adjetivo en minúscula. Cada nombre científico hace referencia a un único organismo, por lo que elimina cualquier posibilidad de ambigüedad o confusión. Por ejemplo el nombre científico de la especie humana es Homo sapiens.

Biología y Geología 1 Investigación científica 1

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10. La clasificación de los seres vivos Investigación científica

Investigación científica Sé lo que ocurrió en… virología ¿Dóctor, qué me pasa? —Veamos, los análisis no muestran nada extraño… Usted tiene un virus— ¿Os resulta conocido el diálogo anterior? ¿Cuántas veces nos hemos sentido mal y la vecina sabihonda del 5.º nos dice, sin dudar y con su mejor entonación académica: «eso no es ná, será un virus». Curiosamente, la mayoría de las veces, tras la confirmación del diagnóstico vecinal, tenemos el deseo irrefrenable de atiborrarnos de antibióticos, aun siendo conscientes de que estos compuestos no actúan contra los virus… Estamos acostumbrados a noticias sobre el aumento de casos de SIDA, la temible gripe del pollo, esa glosopeda que tuvo cerrados los aeropuertos británicos, esas vaquitas con lengua azul, casos extraños de una nueva enfermedad llamada SARS, o aquellos turistas de alto nivel adquisitivo que pasaron un crucero con el «vientre muy flojo» por el virus Norwalk. También hemos oído hablar de películas con títulos como Virus, Mission: Impossible II o Estallido, donde el malo de la película era uno de estos pequeños bichitos. Pero, en cualquier caso, ¿tenemos claro lo que es un virus?, ¿animal, vegetal, mineral?, ¿ser vivo? Su definición no está del todo clara. Desde luego, no están incluidos en ninguno de los dominios de seres vivos clásicos: arquea, eubacteria y eucaria. No obstante, son capaces de interaccionar, infectar y destruir organismos pertenecientes a cualquiera de esos tres grupos. Cuando yo era pequeño se hablaba de los virus como organismos vivos; tienen la capacidad de adaptación, evolución y transmisión de información genética. Sin embargo, hoy en día se tiende a hablar del metabolismo como una de las características principales e irrenunciables de los seres vivos. Por tanto, desde este último punto de vista, se puede decir que «un virus no es un organismo vivo, sino otra cosa que toma prestada la maquinaria funcional de una célula». De hecho, durante el Congreso Mundial de Virología celebrado en Sydney (Australia), la 7.ª reunión de la ICTV (Internacional Committee on Taxonomy of Viruses) introdujo la siguiente definición de virus tan poco precisa:

«biosistema elemental que posee algunas de las propiedades de sistemas vivientes, como genoma y capacidad de adaptación a cambios medioambientales». En cualquier caso, lo que debemos tener claro siempre es que, a pesar de su tamaño y estructura tan «despreciable» comparados con el resto de los sistemas biológicos, los virus son capaces de las mayores proezas moleculares que repercuten en todos los seres vivos: pueden arrasar una población entera, desde bacterias hasta seres humanos; asimismo, pueden integrarse en los genes de otros organismos contribuyendo a su propia evolución o, en la actualidad, pueden constituir herramientas vitales para la elaboración de nuevas terapias dentro de la medicina del presente y del futuro.

Micrografías de distintos tipos de virus.

Adaptado de: LÓPEZ GUERRERO, J.A., Sé lo que ocurrió… los cursos pasados, Hélice, Madrid, 2006.

a) En los últimos años, el Ministerio de Sanidad nos está alertando con campañas televisivas sobre el mal uso que estamos haciendo de los medicamentos, concretamente de los antibióticos. Analizad, en grupos de cuatro alumnos, las desventajas de automedicarse. b) El médico rural Edgard Jenner marcó en 1796 un hito en la virología mundial al establecer la primera vacuna contra la viruela. Busca información en la web sobre los experimentos de Jenner y realiza una breve exposición en clase.

231

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Biología y Geología 1 Investigación científica 2

Investigación científica 2 NOTICIA DE PRENSA Extraída de: http://www.elmundo.es/elmundo/2005/12/23/ciencia/ 1135350997.html

BIODIVERSIDAD MARINA En el sureste asiático han desaparecido el 90 % de los manglares.

OLALLA CERNUDA MADRID.- La creciente presión sobre los ecosistemas marinos de todo el planeta está provocando una crisis de la biodiversidad de dimensiones globales, que se refleja en una pérdida de hábitats de gran valor ecológico. Entre los más dañados están los bosques de manglares, cuya superficie se reduce a un ritmo de un 3 % anual, o los arrecifes de coral, las marismas y las praderas submarinas. Carlos Duarte, investigador del instituto Mediterráneo de Estudios Avanzados y uno de los mayores expertos en biodiversidad marina, señaló en una conferencia en Valencia organizada por la Fundación BBVA que las consecuencias de esta degradación del fondo marino, «más allá de la esquilmación de los recursos del planeta en tan sólo dos generaciones, supondrá una pérdida de funciones y servicios para la sociedad». Para los expertos, estos ecosistemas están perdiendo su capacidad de protección de la línea de costa frente a temporales y eventos extremos, lo que agrava sus daños. La prueba está en la mayor pérdida de vidas humanas en zonas afectadas por el tsunami del 26 de diciembre, donde se habían destruido bosques de manglar, o el aumento de los daños causados por el huracán Katrina, derivados de la pérdida de marismas en el delta del río Misisipí. A nivel local, los efectos se han dejado ver también en la aparición de plagas de medusas en diferentes lugares del planeta, o la aparición de zonas muertas por hipoxia en las costas del mundo.

268

Según los expertos, las causas de esta crisis global de la biodiversidad marina radican en múltiples factores, que se retroalimentan a nivel local y global, y que incluyen la presión pesquera, utilizando a menudo técnicas altamente destructivas, la ocupación de la línea de costa por urbanizaciones, el deterioro de la calidad del agua por la aportación masiva de fangos, nitrógeno y contaminantes, la introducción accidental de especies invasoras o el calentamiento global, que «acidiza» el océano por el aumento del CO2 atmosférico. En sus 1 400 millones de kilómetros cúbicos de agua y 370 millones de kilómetros cuadrados de extensión de los océanos del planeta se pueden encontrar bosques, desiertos, montañas, volcanes, minerales, bacterias, algas, plantas superiores, mamíferos, peces, reptiles, aves, crustáceos, moluscos y un sinfín de formas de vida, muchas aún totalmente desconocidas. Y muchas de ellos están en peligro. Uno de los ecosistemas más afectados es el de los bosques de manglares, cuya superficie se ha reducido desde mediados del siglo XX a un ritmo de un 3 % anual. En algunas regiones del planeta, especialmente en el sureste asiático, se ha perdido hasta el 90 % de estos bosques submarinos. Los manglares son bosques de plantas leñosas que se caracterizan por su habilidad para crecer y prosperar a lo largo de litorales protegidos de las mareas. Poseen múltiples valores ecológicos, entre ellos la producción de hojarasca, detritos y compuestos orgánicos solubles que son aprovechados por gran cantidad de organismos que conforman complejas redes alimentarias, constituyendo de esta manera el hábitat de una variada fauna residente y migratoria. Además, mantienen la producción pesquera y desempeñan otros papeles importantes en lo que se refiere a valores sociales y económicos. Pero no son los únicos ecosistemas marinos en peligro. En el caso de arrecifes de coral, marismas y praderas submarinas, su extensión global se está reduciendo a un ritmo de entre un 2 y un 3 % anual, cifra que se incrementa hasta el 5 % en el caso de las praderas submarinas de las costas mediterráneas de España

Biología y Geología 1 Trabajo de laboratorio 1

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10. La clasificación de los seres vivos Trabajo de laboratorio

Trabajo de laboratorio ESTUDIO DE LOS MICROORGANISMOS DE UNA CHARCA Introducción En una pequeña gota de agua de una charca podemos observar uno de los reinos que pasa más inadvertidos: el reino protoctista. Recuerda que es un grupo artificial en el que se incluyen los protozoos, las algas y los mohos acuáticos y deslizantes.

• Azúcar. • Microscopio óptico.

Procedimiento a) Llena un frasco de cristal con agua de una charca con restos vegetales (mantén esta muestra a unos 20 ºC). b) Añade un poco de azúcar a la muestra. c) Extrae con un cuentagotas una muestra de agua y deposita una gota sobre un portaobjetos. d) Coloca un cubreobjetos sobre la gotita y coloca la preparación al microscopio. e) Observa la muestra a distintas escolas empezando por la de menor aumento hasta llegar a la de mayor aumento. f) Dibuja en los resultados lo que ves e intenta identificar los microorganismos con ayuda de los dibujos.

Resultados

Objetivo Observar e identificar algunos organismos del reino protoctista

Materiales • • • •

Agua de una charca. Portaobjetos. Cubreobjetos. Cuentagotas.

Aumento ..................... Aumento ...................... Aumento ......................

Conclusiones a) ¿Por qué añadimos azúcar a la muestra?

232

269

10

Biología y Geología 1 Trabajo de laboratorio 2

Trabajo de laboratorio 2 OBSERVACIÓN DE BACTERIAS FIJADAS Y TEÑIDAS Las bacterias son células procarióticas de pequeño tamaño. Para verlas al microscopio se emplean colorantes que facilitan su observación y, si además se fijan antes (con calor en este caso), absorben mejor estas sustancias.

Objetivo Observar células procarióticas utilizando una sencilla técnica.

Material Microscopio de inmersión / Yogur / Aceite de cedro / Aguja enmangada / Mechero / Porta y cubreobjetos / Solución azul de metileno (1 %)

Procedimiento 1. Pasa la aguja enmangada a la llama del mechero y con ella toma una pequeñísima cantidad de yogur. Deposítala en el portaobjetos y, con una gota de agua, extiéndela muy bien (frotis). 2. Para fijar el frotis, pasa el portaobjetos por la llama del mechero varias veces, con cuidado de no quemarte. 3. Coloca el frotis sobre la mesa de trabajo y añade unas gotas de colorante azul de metileno (1 %) Deja actuar éste unos cinco minutos. 4. Lava la preparación con abundante cantidad de agua, inclinando el portaobjetos para facilitar la maniobra. 5. Seca al aire ahora la preparación. Después cúbrela con el cubreobjetos. 6. Observa la preparación al microscopio con el objetivo de inmersión. Para utilizar este objetivo, coloca una gota de aceite de cedro sobre el material a estudiar, acerca el objetivo, cierra el diafragma y sube el condensador, así la imagen se verá más nítida. Enfoca desde fuera y separa el objetivo muy lentamente. 7. Dibuja lo observado (cuestión a).

Cuestiones a)

b) La fermentación del yogur es un proceso catabólico que realizan bacterias de las especies Lactobacillus bulgaricus y Streptococcus termophilus sobre la leche, ¿qué aspecto tienen estas bacterias al observarlas?

270

c) ¿Por qué crees que se pasa la aguja enmangada por la llama del mechero antes de su uso? d) ¿Qué sabes de las «agujetas»? e) Busca información sobre la fermentación láctica (no más de 10 líneas).

Conclusión …......................................................................................... ............................................................................................. ............................................................................................. ............................................................................................. ............................................................................................. ............................................................................................. ............................................................................................. ............................................................................................. ............................................................................................. ............................................................................................. ............................................................................................. ............................................................................................. ............................................................................................. ............................................................................................. ............................................................................................. ............................................................................................. .............................................................................................

Respuestas A B

a) A) B) C) D) E) F)

Bacilos Estreptococos Estafilococos Diplococos Espiroquetas Vibrios

E D

C F

b) Lactobacilus bulgaricus de forma alargada y Streptococcus termophilus en forma de cadena alargada. c) Para esterilizarla. d) Para la obtención de energía, las células utilizan la vía aerobia de la respiración celular. Sin embargo, cuando falta oxígeno durante el ejercicio físico se sigue la vía anaerobia y la glucosa pasa a ácido láctico que, al cristalizar, produce las molestas «agujetas» al pinchar los cristalitos formados en el músculo. e) La lactosa (azúcar de la leche) se hidroliza a glucosa y galactosa. Esta última puede isomerizarse a glucosa. Durante el proceso de glucólisis, la glucosa pasa a piruvato, que se reduce a ácido láctico. En el transcurso de la reacción, se utiliza un NADH y se producen 2 ATP por molécula de glucosa. La fermentación la producen bacterias de los géneros Lactobacillus y Streptococcus.

Biología y Geología 1 Examen

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Examen CLASIFICACIÓN DE LOS SERES VIVOS 1. Dispón las siguientes categorías de forma jerárquica: Catus (especie), Mammalia (clase), Animalia (reino), Felis (género), Carnívora (orden), Cordados (filo), Felidae (familia).

2. El nombre científico de la lombriz de tierra es Lumbricus terrestris. Explica todo lo que sepas referente a dicho nombre.

3. Indica, de la clasificación propuesta por Whittaker: a. Reinos que la forman. b. Alguna característica esencial de cada uno de ellos.

4. Explica la clasificación de Woese de los seres vivos en los tres dominios, indicando una característica de cada uno de ellos.

5. Define los siguientes términos: protoctista, especie, filogenia y taxón.

6. ¿En qué reino y grupo clasificarías a cada uno de los siguientes organismos? a) Saltamontes, b) Esponja, c) Paramec io, e) Vaca, f ) Araña, g) Rosal, h) Cianobac ter ia, i) Levaduras, j) Pino.

7. Rellena la siguiente tabla:

REINO

MONERA

PROTOCTISTA

HONGOS

PLANTAS

ANIMAL

Célula

Procariota

Eucariota

Eucariota

Eucariota

Eucariota

Nutrición

Autótrofa/ Heterótrofa

Autótrofa/ Heterótrofa

Heterótrofa

Autótrofa

Heterótrofa

Asexual

Asexual/ Sexual

Asexual/ Sexual

Asexual/ Sexual

Sexual

Legionella

Paramecium

Penicicium

Abies

Taenia

Reproducción Ejemplo

Respuestas: 1. Animalia (reino) – Cordados (filo) – Mammalia (clase) – Carnívora (orden) – Felidae (familia) – Felis (género) – Catus (especie)

2. Se refiere a la nomenclatura binomial propuesta por el biólogo sueco Carl von Linné (Linneo), en el siglo XVIII. Ambos nombres se escriben en latín. El primer nombre, que corresponde al género, se escribe con mayúscula y el segundo, que corresponde a la especie, con minúscula y en letras cursivas o subrayadas. Este tipo de nomenclatura facilita el que la taxonomía sea internacional.

3. a. Reinos: monera, protoctista, fungi (hongos), plantas (metafitas), animales (metazoos) b. Monera: célula procariótica; Protoctista: organización eucariótica y vivir en medios acuáticos o racionados con ellos; Fungi: la presencia de quitina en las paredes celulares de muchos de ellos y la alimentación por absorción; Plantas (metafitas): autótrofos y pluricelulares; Animales: heterótrofos y pluricelulares.

4. Según la clasificación de Woese, los seres vivos se clasifican en tres dominios por encima del nivel reino:

Archaea (arqueobacterias), células procariotas sin peptidoglucano en su pared celular; Bacteria (eubacteria), células procariotas con peptidoglucano en su pared celular; Eucarya (eucariotas), célula eucariota.

5. • Protoctista. Reino que incluye tanto a organismos unicelulares (protozoos, algas unicelulares, etc.) como a pluricelulares (algas), pero que no forman tejidos. • Especie. Conjunto de individuos capaces de reproducirse entre sí y producir una descendencia fértil. • Filogenia. Historia evolutiva de un organismo partiendo de un antepasado. • Taxón. Individuo de cualquier grupo taxonómico. Ejemplo: el género.

6. a) b) c) d) e) f) g) h) i)

Saltamontes: reino animal, insecto. Esponja: reino animal, porífero. Paramecio: reino animal, protozoo. Vaca: reino animal, mamífero. Araña: reino animal, arácnido. Rosal: reino metafita, angiosperma. Cianobacteria: reino monera, bacterias (eubacterias). Levaduras: reino hongos (fungi). Pino: reino metafita, gimnospermas.

271

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Biología y Geología 1 El proceso de nutrición en las plantas

11 El proceso de nutrición en las plantas

1. La función de nutrición en las plantas La vida es la transmutación de la luz. Es materia y energía del Sol convertida en el fuego verde de los seres fotosintetizadore.

2. Nutrientes imprescindibles para el desarrollo vegetal 3. Las fases de la nutrición en plantas

Lynn Margulis y Dorion Sagan 4. Otros tipos de nutrición en plantas

Biología y Geología 1 El proceso de nutrición en las plantas

c Identificación de la Unidad Esta Unidad intenta que los alumnos conozcan la importancia de los organismos productores que, mediante el proceso de fotosíntesis, se sitúan al inicio de las cadenas alimentarias y que son capaces de sintetizar materia orgánica a partir de inorgánica. Esta materia orgánica será la base de la alimentación de todos los seres vivos, y servirá para que también los heterótrofos obtengan la energía almacenada en ella al ingerir dicha materia y oxidarla durante el proceso de la respiración celular.

c

Objetivos didácticos

1. Describir la fotosíntesis como un proceso realizado por seres autótrofos, pero que es básico para la vida de todos los organismos del planeta. 2. Estudiar qué mecanismos intervienen en el transporte de la savia bruta y de la savia elaborada en el interior del vegetal. 3. Comprender la importancia del proceso de respiración celular en el que se obtiene energía, a partir de la materia orgánica sintetizada durante la fotosíntesis. 4. Comparar, dentro del proceso de la eliminación de los productos de desecho, el de la excreción y secreción vegetal. 5. Valorar la importancia de proteger el medio ambiente y de implicarnos en ello en nuestro propio municipio como algo cercano y necesario.

c Contenidos cc Conceptuales

1. Nutrientes imprescindibles para el desarrollo vegetal. 2. Las fases de la nutrición en plantas: • Absorción y transporte de agua y sales minerales desde la raíz hasta el xilema. • El transporte del agua y sales minerales por el xilema. • El intercambio de gases. • La fotosíntesis. • Distribución de la savia elaborada por el floema. • La respiración. 3. Otros tipos de nutrición en plantas.

cc Actitudinales 1. Que el alumno respete el medio ambiente que le rodea: domicilio, colegio, etc., para que no sea algo ajeno y lejano, y que pueda así implicarse en ello. 2. Apreciar la importancia de las plantas de los parques y jardines que nos rodean, en la oxigenación del ambiente. 3. Sensibilizarse por la tala de árboles indiscriminada en algunos países, utilizada como madera o pasta de papel, como futuros consumidores de las mismas.

cc Procedimentales 1. Resolver las actividades propuestas en el texto. 2. Utilizar vocabulario científico necesario. 3. Experimentar en el trabajo de laboratorio: estudio de la absorción del agua por los pelos absorbentes de la raíz y separación de pigmentos vegetales por cromatografía.

11

4. Observar imágenes de los cloroplastos y mitocondrias obtenidos con el microscopio electrónico, con el fin de apreciar detalles de dichos orgánulos. 5. Poner nombres a los elementos de dibujos sencillos de los orgánulos que intervienen en los procesos de fotosíntesis y en la respiración celular: cloroplasto y mitocondria. 6. Buscar información en Internet, libros, revistas especializadas, etc., y extraer material para elaborar sencillos informes.

c Metodología 1. Materiales y recursos: • Libro de texto. • Libros de consulta. • Imágenes de orgánulos, como el cloroplasto y la mitocondria, al microscopio electrónico. • Manejo del microscopio óptico en el laboratorio. • Actividades recomendadas relacionadas con la Web. 2. Organización de espacio y tiempo: • Indicar si son actividades de aula, de laboratorio, de campo, etcétera. • El tiempo es tarea del departamento o del profesor, ya que hay que tener en cuenta el calendario escolar y el grupo con el que se está trabajando.

c Criterios de evaluación 1. Describir las reacciones de la fotosíntesis y de la respiración celular simultáneamente, con el fin de compararlas y extraer conclusiones. 2. Valorar, así mismo, la importancia de ambos procesos para la vida de los seres vivos en la Tierra. 3. Explicar los mecanismos básicos que inciden en el proceso de la nutrición vegetal y animal, relacionando los procesos con la presencia de determinadas estructuras que los hacen posibles. 4. Conocer y aplicar algunas de las técnicas de trabajo utilizadas en la investigación de diversos aspectos (geología, botánica, ecología, etc.) de nuestro planeta. 5. Contrastar diferentes fuentes de información y elaborar informes relacionados con problemas biológicos y geológicos relevantes en la sociedad.

c Materiales didácticos en el CD Procesos de la nutrición de las plantas con cierta dificultad para los alumnos, como es la entrada del agua y las sales minerales por la raíz, el ascenso de la savia bruta por los vasos del xilema, el mecanismo de transpiración y el transporte de la savia elaborada desde las hojas a los órganos sumidero están convenientemente ilustrados en las animaciones e imágenes del CD. Presentamos además diversas animaciones de la fotosíntesis que pueden ser de gran utilidad para la comprensión del proceso, tanto si se quiere enfocar con cierta profundidad, como si se quiere hacer de una forma más general. Los numerosos ejercicios de la unidad servirán para afianzar los conceptos de la misma, así como para adaptarse al nivel de los distintos tipos de alumnos del aula.

273

11

Biología y Geología 1 El proceso de nutrición en las plantas

c

11. El proceso de nutrición en las plantas

Actividades de iniciación

11.2 Nutrientes imprescindibles para el desarrollo vegetal

1. ¿Qué quiere decir que las plantas son productores? ¿Qué importancia tiene este hecho? 2. Define autótrofo y heterótrofo. Pon ejemplos en cada caso. 3. ¿Qué nutrientes necesitan las plantas? ¿De dónde los obtienen?

11.1 La función de nutrición en plantas Todos los seres vivos necesitan nutrirse. Los organismos que sintetizan materia orgánica a partir de materia inorgánica y energía solar se denominan autótrofos fotosintéticos.

c Recomendaciones didácticas

CEO En el CD y en la CEO (centro de enseñanza on-line) creados para este proyecto podrás encontrar el siguiente material adicional:

Es muy importante para el desarrollo de esta Unidad que el alumno recuerde una serie de conceptos que son básicos: autótrofo y heterótrofo; anabolismo y catabolismo; niveles tróficos y su papel en el ecosistema; respiración celular; xilema, floema y transpiración; ósmosis y transporte activo; cohesión y puentes de hidrógeno…

234

Enlaces, bibliografía, actividades interactivas (la fotosíntesis, elementos de que intervienen en el transporte vegetal, absorción y transporte de agua y sales) y animaciones (transporte de floema, fotosíntesis, flujo a presión y hojas).

Esta Unidad supondrá un gran esfuerzo de integración de conceptos que es necesario reforzar desde el principio. Iniciar las explicaciones haciendo referencia a la importancia de los productores en la naturaleza y dando una visión general de las funciones de una planta puede ser muy útil para situar al alumno en el contexto de la Unidad.

c Páginas web

cc Biocourse McGraw-Hill Animación sobre el flujo de la energía. http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001_gbio/folder_ structure/ec/m3/s2/index.htm

La función de nutrición es el proceso por el cual los seres vivos obtienen la materia y la energía que necesitan para formar sus propias estructuras y realizar sus funciones vitales. La energía que utilizan los seres vivos procede de la degradación de la materia orgánica. Los animales no tienen más remedio que conseguir este tipo de materia, ya fabricada, ingiriendo otros seres vivos. Las plantas, en cambio, son auténticas «fábricas» de materia orgánica. Les basta con ponerse al sol, captar del aire dióxido de carbono y absorber por las raíces agua y sales minerales.

11.2 Nutrientes imprescindibles para el desarrollo vegetal De los 90 elementos químicos que aparecen en la naturaleza, 60 se pueden encontrar en las plantas, aunque de ellos, sólo 16 se consideran elementos esenciales, de forma que éstas no se desarrollan cuando falta uno cualquiera de ellos. De estos elementos esenciales, sólo el carbono proviene del aire; los 15 restantes son suministrados por el suelo.

Elemento

Forma de Concentración Funciones asimilación en tej. seco1

Carbono

CO2

45

Forma parte de todas las moléculas orgánicas.

Oxígeno

O2, H2O

45

Forma parte de todas las moléculas orgánicas.

Hidrógeno

H2O

6

Forma parte de todas las moléculas orgánicas.

Nitrógeno

NO3-, NH4+

1,5

Componente de todos los aminoácidos y nucleótidos.

Potasio

K+

1

Interviene en la apertura y cierre de los estomas.

Calcio

Ca2+

0,5

Forma parte de la pared celular y regula la permeabilidad celular.

Fósforo

PO42-

0,2

Componente de los nucleótidos y de los lípidos que forman las membranas

Magnesio

Mg2+

0,2

Forma parte de la clorofila.

Azufre

SO42-

0,1

Componente de algunos aminoácidos.

Cloro

Cl-

0,01

Protege los fotosistemas de componentes oxidantes producidos durante la fotolisis del agua.

Hierro

Fe2+, Fe3+

0,01

Forma parte de algunos transportadores de electrones y activa enzimas importantes en la síntesis de clorofila.

Cobre

Cu+, Cu2+

0,006

Forma parte de algunos transportadores de electrones y de algunas enzimas.

Manganeso Mn2+

0,005

Activa enzimas importantes para el catabolismo y es necesario para la liberación de oxígeno durante la fotosíntesis.

Zinc

Zn2+

0,002

Activador o componente de muchas enzimas.

Boro

Bo33-

0,002

Forma un complejo con los azúcares, facilitando su transporte por la planta.

Molibdeno

MoO42-

0,00001

Importante para la asimilación de nitratos.

1. El tejido seco es el que resulta después de eliminar el agua de la planta. La concentración se da en %. Tabla 11.1 Elementos esenciales para las plantas.

234

c Lectura

cc El papel de los productores en la naturaleza Imagen de una pirámide trófica. http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001_gbio/folder_ structure/ec/m3/s2/assets/images/ecm3s2_7.jpg Tabla con los macronutrientes: elemento, principal forma de absorción, peso seco y papel en la planta. http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001_gbio/folder_ structure/pl/m4/s3/assets/images/plm4s3_5.jpg Tabla con los micronutrientes. http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001_gbio/ folder_structure/pl/m4/s3/assets/images/plm4s3_6.jpg

274

Los productores son seres vivos que juegan un papel fundamental en los ecosistemas, ya que sintetizan materia orgánica. Un productor fabrica dicha materia para poder obtener la energía que necesita y para construir sus propias macromoléculas. Éstas están hechas a partir de moléculas orgánicas sencillas como la glucosa y otros monosacáridos, los ácidos grasos, los aminoácidos, las bases nitrogenadas, etc. Estas moléculas las obtienen mediante la fotosíntesis. Cuando un animal se come una planta o, cuando un hongo descompone una flor o un fruto, se está alimentando de las macromoléculas de la planta y, al digerirlas, obtiene las moléculas orgánicas sencillas que va a utilizar para obtener energía y para fabricar sus propias macromoléculas. Puedes encontrar la lectura completa en el CD del profesor.

Biología y Geología 1 El proceso de nutrición en las plantas

c Actividades de ampliación

11. El proceso de nutrición en las plantas 11.3. Las fases de la nutrición en plantas

11.3 Las fases de la nutrición en plantas En el proceso de nutrición de las plantas, se distinguen las siguientes fases: a) b) c) d) e) f) g)

Absorción y transporte de agua y sales minerales desde la raíz hasta el xilema. Transporte del agua y sales minerales por el xilema. Intercambio de gases en las hojas. Fotosíntesis. Transporte de materia orgánica por el floema. Respiración celular. Excreción de los productos de desecho del metabolismo.

Absorción y transporte de agua y sales minerales desde la raíz hasta el xilema El suelo está constituido por pequeñas partículas de roca y materia orgánica que albergan espacios rellenos de aire y de agua. Del suelo, las plantas van a extraer agua y sales minerales. Solamente los minerales que están disueltos en agua pueden entrar en la raíz. Estos nutrientes son absorbidos a través de unas células especializadas, llamadas pelos absorbentes, que se encuentran, fundamentalmente, en la zona pilífera de la raíz (véase Figura 11.1). Los pelos absorbentes son, en realidad, células epidérmicas especializadas que durante el proceso de diferenciación sufre una evaluación, que tiene como objetivo aumentar la superficie de absorción.

11

4. ¿Qué es un abono orgánico?, ¿y un abono inorgánico? 5. Las plantas silvestres en sus suelos naturales difícilmente desarrollan deficiencias nutricionales. ¿Sabrías explicar por qué? 6. Infórmate acerca de la composición de un abono y justifica sus componentes. 7. ¿Cuál es el papel que ejerce el humus en el suelo?

Abonos orgánicos versus abonos inorgánicos En los ecosistemas naturales, los nutrientes del suelo no se agotan, porque hongos y bacterias permiten su reciclado, al descomponer los cadáveres y desechos orgánicos. Sin embargo, la extracción de la cosecha en los suelos cultivados exige la utilización de fertilizantes para reponer la pérdida de nutrientes. Tradicionalmente, la agricultura utilizó abonos orgánicos (estiércol y compost) que los organismos descomponedores del suelo iban transformando lentamente en sales minerales. Actualmente, la mayoría de los agricultores dependen de fertilizantes inorgánicos comerciales que contienen nitrógeno (en forma de nitrato), fósforo (en forma de iones fosfato) y potasio (en forma de iones potasio). Estos abonos inorgánicos son más fáciles de transportar, almacenar y aplicar y han aumentado considerablemente la producción agrícola; sin embargo, tienen importantes inconvenientes: al no aportar humus (materia orgánica) al suelo, éste pierde su capacidad para retener agua y se compacta (por lo que también reduce su contenido de oxígeno); además, pueden llegar a contaminar las aguas subterráneas, porque algunas sales serán arrastradas por el agua de lluvia hasta los acuíferos.

c Páginas web cc The Life Wire Figuras http://bcs.whfreeman.com/thelifewire/ Capítulo (chapter) 37 Figura 37.1: experiencia: ¿cómo sabemos si un nutriente es esencial para una planta? Figura 37.2: los componentes del suelo.

Después, los nutrientes tienen que atravesar los distintos tejidos de la raíz hasta llegar al xilema, que, a su vez, los conducirá hasta el aparato fotosintético de la planta. raíces secundarias

235 raíz primaria

cofia (también pilorriza o casquete radical)

pelos absorbentes

Evaginación: protuberancia o saliente en una célula o en una cavidad.

Fig. 11.1. Estructura de la raiz.

235

c

Glosario

Apoplástica. Apoplasto se refiere, de forma general, al conjunto de paredes celulares de una planta o de un tejido completo. La vía apoplástica se refiere a cómo se conduce el agua y sustancias disueltas a través de las membranas celulares en las raíces hasta llegar a la endodermis. Fotosíntesis. Proceso por el cual los seres vivos transforman las sustancias inorgánicas en orgánicas, con la energía de la luz solar. Respiración celular. Proceso por el cual las células obtienen ATP, a través de una serie de reacciones redox, en las que el aceptor final de electrones es un compuesto inorgánico: en la respiración aerobia es el oxígeno molecular y en la anaerobia es otro compuesto inorgánico. Simplástica. El simplasto lo compone el citoplasma de células vegetales, que se comunican entre sí a través de las paredes celulares por plasmodesmos. Es éste un tipo de vía por la que el agua llegada a los pelos absorbentes de la raíz, alcanza la endodermis y la atraviesa.

Figura 37.4: La arcilla ayuda a retener cationes con carga positiva.

cc Biocourse McGraw-Hill Epidermis de la raíz: los pelos absorbentes. http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001_gbio/folder_structure/pl/m1/ s3/assets/images/plm1s3_2.jpg

Vídeo: transporte a través de los vasos conductores. http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001_gbio/folder_structure/pl/m4/ s1/assets/real/plm4s1_1.rm

c Lectura

cc La tradición de los agricultores Alguna vez te has preguntado: ¿Quién abona el bosque? ¿Por qué a veces las zonas agrícolas huelen tan mal? ¿Por qué los agricultores tienen que abonar las zonas de prado con lo que ellos llaman mineral? Puedes encontrar la lectura completa en el CD del profesor.

275

11

Biología y Geología 1 El proceso de nutrición en las plantas

c

8. ¿Qué utilidad tiene la banda de Caspari para la planta? 9. ¿Cuál es la composición de la banda de Caspari? ¿En qué otra parte de la planta se encuentra dicho componente? 10. ¿Qué es un cultivo hidropónico? ¿Qué ventajas tienen estos tipos de cultivo? 11. El exceso de abono inorgánico presenta algunos inconvenientes. Cita alguno de ellos. 12. Explica el mecanismo de entrada del agua y de las sales minerales a las células de los pelos absorbentes.

c

11. El proceso de nutrición en las plantas

Actividades

11.3. Las fases de la nutrición en plantas

El movimiento del agua y de las sales desde la epidermis de la raíz hasta el xilema del cilindro vascular puede seguir dos vías:

Fig. 11.2. Musgo. La incorporación del agua y las sales minerales, y su posterior transporte dentro de la planta, no se realiza por igual en todos los grupos vegetales. En los briofitos, el agua y las sales minerales se absorben por toda la superficie del vegetal y, después, se distribuyen lentamente célula a célula. La ausencia de xilema y floema, que permiten transportar los nutrientes entre zonas alejadas del vegetal, así como la falta de lignina, que endurece las paredes de las células y proporcionan sostén, explican el pequeño tamaño de estas plantas.

Cultivar sin suelo los cultivos hidropónicos

Absorción y transporte de agua y sales hasta el xilema

La hidroponía consiste en el cultivo de plantas sobre soportes inertes, es decir, sin sustancias nutritivas, a los que se añade agua y sales minerales. Esta tecnología, que comenzaron a utilizar los investigadores en estudios sobre requerimientos minerales de las plantas, se utiliza actualmente en la agricultura moderna con muy buenos resultados, y gran parte de los tomates, pepinos y berenjenas que llegan a nuestras mesas proceden de cultivos hidropónicos. Aunque las inversiones en infraestructuras son altas, estos cultivos suponen un gran ahorro de agua y sales minerales (ya que se emplea la mezcla y cantidad de nutrientes adecuada para cada tipo de planta) y suponen una alternativa viable en las zonas cercanas a la costa española, amenazadas por la escasez de agua y la pérdida de suelo por erosión y salinización.

236

agua del suelo

aire

• La vía transcelular o simplástica, es decir, pasando de célula a célula a través de los plasmodesmos. Como la concentración de sales minerales en el suelo es menor que la concentración de sales en el interior de la planta, su ingreso en las células se realiza por transporte activo, a través de unas proteínas transportadoras que se encuentran en las membranas celulares y supone un coste energético para la planta. El agua penetra en los tejidos de la raíz por ósmosis. • Una vía extracelular o apoplástica, es decir, aprovechando los grandes espacios intercelulares existentes entre las células parenquimáticas del córtex. Es probable que la mayor parte de agua y sales minerales aprovechen esta vía, sin embargo, al llegar a la endodermis (la capa interna del córtex), ambos caminos convergen, debido a que esta capa resulta infranqueable por la vía extracelular. Los espacios intercelulares de la endodermis están fuertemente sellados por la banda de Caspari, un cinturón de suberina, sustancia muy impermeable que envuelve las paredes radial y transversal de estas células (véase Figura 11.3). epidermis

corteza

endodermis

cilindro vascular

xilema

4

1 3 2 H2O

pelo absorbente o radicular

plastodesmos

banda de Caspari

periciclo

Fig. 11.3. Corte transversal de una raíz.

Actividad resuelta Tanto en la vía transcelular como en la extracelular, el agua y las sales minerales deben atravesar la membrana de las células de la endodermis, porque la banda de Caspari impide el paso de sustancias entre las células. ¿Qué significado biológico tiene la existencia de esta banda?

Recorrido del agua y sales minerales desde al suelo hasta los vasos del xilema. El agua y las sales disueltas en ella entran por unas células epidérmicas modificadas con aspecto de dedo de guante y que son los pelos absorbentes que se encuentran fundamentalmente en la zona pilífera de la raíz. Observa que pueden seguir dos caminos: 1. La vía transcelular (flecha roja), pasando de célula a célula y atravesando los plasmodesmos. Este transporte no es muy rentable porque como la concentración de sales es mayor en el interior de la planta que en el suelo, supone que es un transporte activo con un gasto energético. Así pasarán de la epidermis al córtex a la endodermis al periciclo y, por último, ingresan en los vasos que forman el xilema. 2. La vía extracelular (flecha verde), donde agua y sales disueltas van atravesando los grandes espacios intercelulares de las células que forman el córtex. Pero este camino se verá frenado cuando se llegue a la endodermis porque los espacios intercelulares están sellados con unos depósitos impermeables de suberina que

276

La banda de Caspari es de gran importancia para las plantas porque permite controlar el paso de las sales minerales hacia el interior de la raíz. A causa del transporte activo, la concentración de minerales aumenta en el interior del cilindro vascular. Si las células de la endodermis no estuvieran selladas, se producirían fugas de nutrientes hacia el exterior, lo que desperdiciaría la energía empleada por las células vegetales en introducirlos por transporte activo.

236

forman la denominada banda de Caspari. En este momento convergerán las dos vías y seguirán pasando célula a célula a través de los plasmodesmos o punteaduras presentes en las paredes de la célula. Elaboración propia.

c Materiales didácticos en el CD y en la CEO Animación:

Ejercicio de identificación. Partes de la raíz y vías de transporte.

Imágenes: • Absorción de nutrientes y tipos de transporte por la raíz (rotulada y sin rotular). • Banda de Caspari (rotulada y sin rotular).

Ejercicios: • Verdadero falso: absorción y transporte. • Ordenación: fases de la nutrición en plantas. • Sopa de letras: nutrientes esenciales.

Biología y Geología 1 El proceso de nutrición en las plantas

c Páginas web

11. El proceso de nutrición en las plantas 11.3. Las fases de la nutrición en plantas

cc Biocourse McGraw-Hill

El transporte de agua y sales minerales por el xilema

Estructura del xilema. http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001_gbio/folder_ structure/pl/m1/s4/assets/images/plm1s4_2.jpg

Las sales minerales y el agua forman la savia bruta, que tiene que recorrer grandes distancias a lo largo del xilema hasta llegar a las hojas, donde se realiza la fotosíntesis. Mientras que los animales gastan mucha energía en mover el corazón, las plantas, sorprendentemente, son capaces de elevar la savia bruta, en algunos casos, como en las secuoyas americanas o los eucaliptos australianos, a más de cien metros de altura, contra la gravedad y sin gasto de energía.

Mecanismo de ascenso de la savia bruta. http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001_gbio/folder_ structure/pl/m4/s2/assets/images/plm4s2_1.jpg

El movimiento de la savia bruta puede explicarse bien porque se produce una presión positiva que la empuja a ascender desde abajo (teoría de la presión radicular), o bien porque existe una fuerza succionadora que, desde arriba, «tira» del agua y de las sales minerales (teoría de la cohesión-tensión). Aunque en realidad participan ambos mecanismos, se han obtenido pruebas experimentales que apoyan que la cohesión-tensión es la teoría principal que explica el movimiento de la savia bruta por el xilema. • La teoría de la cohesión-tensión defiende que la fuerza que eleva la savia bruta por el xilema se origina gracias a la tensión que origina la transpiración del agua y a la cohesión existente entre sus moléculas:

Fig. 11.4. Secuoyas gigantes (Sequoiadendron giganteum) del parque nacional de Yosemite (EE.UU.).

⎯ La transpiración es la pérdida de agua, en forma de vapor, a través de los estomas de las hojas, provocada por la acción de la energía solar. La pérdida de moléculas de agua origina un déficit hídrico que genera una fuerza de succión que eleva la savia bruta. Sin embargo, la tracción de la savia bruta sólo es posible mientras haya una columna de agua continua por el xilema.

cc Evidencia de la transpiración

Las sales minerales, como están disueltas en el agua, se transportan pasivamente hacia arriba. La fuerte adhesión del agua a las paredes de los finos tubos del xilema también facilita su ascenso por capilaridad.

La transpiración se realiza por todas las partes de la planta que no estén protegidas por sustancias impermeables pero, sobre todo, se realiza por toda la superficie de la hoja, teniendo en cuenta que la cantidad de agua que sale por la epidermis es muy inferior a la que sale por los estomas.

Fuerza adhesiva

Este mecanismo se propaga hasta el xilema de la raíz y, en último caso, hasta el agua que se encuentra en los poros del suelo, que se ve forzada a penetrar en la planta a través de la vía transcelular. La tensión generada es tan potente que permite a la planta absorber agua incluso de suelos muy secos.

Animaciones flash: la segunda y tercera secuencia muestran un ejercicio y un vídeo que ilustran la entrada de agua por la raíz, la transpiración y el ascenso a través del xilema, basados en las propiedades del agua. http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001_gbio/folder_ structure/pl/m4/s2/inde

c Experiencia

⎯ El mantenimiento de una columna continua de agua se produce porque, a causa de los puentes de hidrógeno, entre las moléculas de agua existe una gran cohesión, así que la tensión generada por la transpiración no necesita ser muy grande, porque las moléculas de agua no suben de una en una, sino enlazadas a modo de cadena.

Como acabamos de ver, debido a la transpiración, las moléculas de agua que salen por los estomas «tiran» de las moléculas adyacentes en el xilema de la hoja, obligándolas a rellenar el hueco que dejan las primeras.

11

237

Este sencillo experimento te servirá para comprobarlo:

Fuerza cohesiva

cubre

El xilema está formado por dos tipos de células muy especializadas. En las plantas primitivas está constituido por las traqueidas, y en las más evolucionadas, por los elementos de los vasos, que llegan a formar verdaderos tubos huecos de muy pequeño diámetro.

Fig. 11.5. Moléculas de agua ascendiendo por un tubo fino. haz

envés

237

c

Un poco de historia

En 1983, el botánico alemán Strasburguer demostró a la comunidad científica que, al contrario de lo que se pensaba, no eran las células vivas del tallo las responsables del ascenso de la savia bruta de las raíces hasta las hojas, sino las hojas. Para ello hizo el siguiente experimento: taló árboles de unos 20 m de altura y sumergió la base del tallo en unos depósitos que contenían una disolución venenosa, capaz de matar a las células vivas de la planta. La disolución ascendía por el tronco, y se podía apreciar como se producía la muerte progresiva de las células del tallo. Al llegar la disolución a las hojas, éstas se morían, cesando el bombeo de la disolución. De esta experiencia se pueden obtener tres conclusiones: 1. Las raíces no eran las responsables del ascenso de las soluciones, ya que habían sido separadas del tronco al ser talados los árboles. 2. Las células del tallo tampoco, pues se iban muriendo según ascendía la disolución. 3. Mientras las hojas estaban vivas se producía ascenso de la disolución, al morir éstas dejaba de ascender, por lo tanto eran las hojas las responsables del ascenso de la savia bruta.

• Fija dos cubres de vidrio con cinta adhesiva, uno en la cara del haz y otro en la cara del envés de una hoja. • Observa y comprobarás que el que has puesto en el envés poco a poco se irá empañando porque se acumularán en él las gotas de agua que va transpirando la hoja. • Esto es debido a que los estomas son más numerosos en el envés de las hojas.

c Lectura

cc La transpiración: ¿un despilfarro de agua? Puedes encontrar la lectura completa en el CD del profesor.

277

11

Biología y Geología 1 El proceso de nutrición en las plantas

c

11. El proceso de nutrición en las plantas

Actividades de refuerzo

11.3. Las fases de la nutrición en plantas

• La teoría de la presión radicular sostiene que la acumulación de agua en los tejidos de la raíz genera una presión sobre el xilema que empuja a la savia bruta a ascender verticalmente. Una evidencia de la existencia de la presión radicular es la gutación o acumulación de gotitas de agua en el ápice y márgenes de las hojas. Este fenómeno es típico en las selvas tropicales, donde las raíces disponen de abundante agua y la humedad del aire es tan elevada que reduce la transpiración. Aunque parece que la presión radicular podría asegurar el transporte del agua y de las sales minerales en herbáceas, se trata de un mecanismo secundario, ya que no es suficiente para las plantas de portes arbóreos y arbustivos (que deben elevar estos nutrientes varios metros sobre el suelo), y su importancia disminuye cuando desciende la humedad del suelo.

13. Define los siguientes conceptos, indicando su importancia para las plantas: ósmosis, enlace de hidrógeno, fuerzas de cohesión, estomas, xilema, floema. 14. Describe brevemente las características de los pelos absorbentes de la raíz. 15. Nombra las fases de la nutrición de las plantas. 16. Indica las características de los seres vivos del reino metafitas.

Actividades 1>

c Elportransporte el xilema

Razona la siguiente frase: «La transpiración es el precio que han tenido que pagar las plantas para poder hacer la fotosíntesis».

El intercambio de gases Las plantas intercambian con la atmósfera oxígeno y dióxido de carbono. Aunque no disponen de aparato respiratorio como los animales, poseen unas estructuras especializadas en el intercambio gaseoso, situadas en su superficie: los estomas y las lenticelas. • Los estomas son estructuras especializadas de la epidermis formadas por dos células, generalmente de forma arriñonada, las células oclusivas, que delimitan un espacio entre ellas, el ostiolo. Se situán por toda la parte aérea del vegetal, pero abundan en el envés de las hojas y en los tallos jóvenes. A pesar de ser células epidérmicas, las células oclusivas poseen cloroplastos y su pared vegetal se encuentra engrosada en la zona que rodea al ostiolo, lo que es fundamental para su funcionamiento. Fig. 11.6. Hoja mostrando el fenómeno de gustación en sus bordes.

fuerza de cohesión fuerza de adhesión

fuerza de tensión

238

El funcionamiento estomático presenta un comportamiento circadiano, ya que su apertura y su cierre ocurren rítmicamente en periodos de, aproximadamente, 24 horas. En la mayoría de las especies, los estomas se abren por el día y se cierran por la noche, pero en algunos vegetales que viven en climas cálidos, como la piña (Ananas comosus), ocurre al revés: la apertura de los estomas se produce durante la noche, cuando las temperaturas son más bajas y las pérdidas de agua por transpiración son menores.

La teoría más admitida para explicar el ascenso de la savia bruta es la denominada teoría de la cohesiónadhesión-tensión. Ésta se basa en la elevada fuerza de cohesión que hay entre las moléculas de agua, la fuerza de adhesión que mantiene unidas las moléculas de agua a las paredes húmedas de los vasos leñosos y el «tirón» o fuerza de tensión que se produce hacia arriba como consecuencia de la evaporación de agua que se origina en las hojas. El resultado es que se desplaza hacia arriba la columna de agua sin que pierda contacto con la pared del tubo.

También es circadiana la sucesión de los periodos de vigilia y de sueño.

Después de entrar por el ostiolo, el dióxido de carbono, necesario para la fotosíntesis, se difunde por los espacios intercelulares de los tejidos del vegetal, entra en las células y, por último, en los cloroplastos. El oxígeno, que se produce durante la fotosíntesis, sale por el ostiolo y realiza el camino inverso. No todo el dióxido de carbono que se emplea en la fotosíntesis procede de la atmósfera. Una parte se genera durante la respiración celular. De la misma manera, el oxígeno que se utiliza en la respiración tiene un doble origen: la fotosíntesis y la atmósfera. Como por los estomas también se pierde vapor de agua, es vital para la planta controlar su apertura y cierre, y lograr establecer un equilibrio entre las pérdidas de agua y la entrada y salida de los gases. En realidad, los estomas se abren y se cierran por un mecanismo muy sencillo, que consiste en la entrada y salida de agua de las células oclusivas, pero que se encuentra rigurosamente regulado a nivel molecular (véase Figura 11.7).

Fig. 11.7. Estomas abiertos y cerrados. Los cambios de las células oclusivas están relacionados con los cambios de turgencia.

238

Elaboración propia.

c

HAZ

Experiencia

cc Localización de los estomas

ENVÉS

sin punteaduras

Las sales de cobalto tienen la propiedad de cambiar de color según la humedad del medio en el que están: en ambientes secos son azules y, cuando el ambiente es húmedo, son de color rosa. • Sumergimos dos hojas de papel de filtro en una disolución de cloruro de cobalto y dejamos que se sequen, con lo cual se volverán azules. • Ponemos estas hojas de papel en el haz y envés de alguna hoja, sujetándolas con alguna pinza. • Cuando las quites al cabo de unas horas, observarás que la hoja que has puesto en el envés aparece con puntos rosados, lo cual nos indica la situación de los estomas por los que ha habido una mayor transpiración, en cambio la hoja que pusiste en el haz aparece sin estas punteaduras.

278

papel impregnado de cloruro de cobalto, en el haz y en el envés

con punteaduras

didácticos en el CD c Materiales y en la CEO Animación: transporte por el xilema. Imágenes: transporte por el xilema (rotulado y sin rotular). Ejercicios: rellenar espacios: estomas.

Biología y Geología 1 El proceso de nutrición en las plantas

c Actividades

11. El proceso de nutrición en las plantas 11.3. Las fases de la nutrición en plantas

17. Con respecto al cloroplasto: indica en qué partes del orgánulo se dan las fases de la fotosíntesis.

Cuando la planta necesita dióxido de carbono, en las células oclusivas de los estomas se pone en funcionamiento una bomba de protones (H+), que los expulsa al espacio extracelular. La salida de protones genera un déficit de cargas positivas en las células, que es compensado con la entrada de iones potasio (K+). Al aumentar la concentración salina intracelular, el agua entra por ósmosis y el estoma se abre. Cuando la pérdida de agua por transpiración no puede ser contrarrestada por la absorbida a través de la raíces, la planta debe cerrar sus estomas para asegurar su supervivencia. El mecanismo de cierre estomático está regulado por una hormona vegetal llamada ácido abscísico (ABA). Cuando falta agua, esta hormona se une a un receptor específico que se encuentra en la membrana de la célula oclusiva. Tras la unión, el complejo hormona-receptor provoca un cambio en la permeabilidad de la membrana celular que facilita la salida de iones potasio. La disminución de la concentración salina intracelular induce la salida de agua, y el estoma se cierra.

11

c Páginas web cc The Life Wire

Recuerda que la fotosíntesis no es exclusiva de las plantas, y también tiene lugar en algas, cianobacterias y otras bacterias fotosintéticas.

Figuras. http://bcs.whfreeman.com/thelifewire/ Capítulo (chapter) 38 Figura 36.11: Los estomas: representación, mecanismo de apertura y cierre: http://bcs.whfreeman.com/thelifewire/content/ chp36/f36011.gif

Existen otros dos factores relacionados con la apertura y el cierre de los estomas: la luz y la temperatura. Las temperaturas elevadas estimulan la respiración celular y, por tanto, provocan un aumento de la concentración de CO2 entre las células del mesófilo. En estas condiciones, la bomba de protones no se pondrá en funcionamiento y los estomas permanecerán cerrados. Esta respuesta tiene un importante significado biólogico: evitar la excesiva pérdida de agua que se produciría si, a temperaturas muy altas, los estomas permanecieran abiertos.

Otras páginas: Lenticelas: http://fai.unne.edu.ar/biologia/images/ _2-13.gif

c Escenarios de error

La luz activa la fotosíntesis, que producirá un aumento en el consumo de CO2 que, debido al mecanismo descrito anteriormente, desencadenará la apertura de los estomas. Desde un punto de vista biológico, esta respuesta es tremendamente lógica. Cuando hay luz, la planta puede hacer la fotosíntesis y, por tanto, necesita abrir sus estomas para que entre el CO2.

cc Los primeros seres vivos, ¿fueron autótrofos o heterótrofos?

239

Fig. 11.8. Lenticela.

Se tiende a pensar que las primeras células fueron autótrofas, lo que significa la independencia de la materia orgánica por parte de los seres autótrofos, ya que hoy día los heterótrofos dependemos totalmente de los autótrofos.

• Las lenticelas son unas pequeñas protuberancias que se encuentran en la epidermis de tallos y ramas de plantas leñosas. Para facilitar el intercambio gaseoso, sus células tienen forma redondeada y están muy separadas entre sí, por lo que dejan grandes espacios intercelulares.

Actividades 2>

¿Por qué las plantas no han desarrollado órganos respiratorios especializados como los animales?

239

c Glosario Adhesión. Tendencia a adherirse, a pegarse una cosa a otra. El agua se adhiere a las paredes de los vasos del xilema, como si trepara por ellos. Aerobia (reacción). Reacción que se origina en presencia de oxígeno. Anabólico. Proceso metabólico por el cual sustancias simples se transforman en otras más complejas, almacenándose energía durante el proceso. Anaerobia (reacción). Reacción que se origina en ausencia de oxígeno. Capilaridad. Fenómeno que permite al agua ascender por vasos de muy pequeño calibre (capilares). Catabólico. Proceso metabólico por el cual sustancias complejas se transforman en otras más simples, cediéndose energía en el proceso. Cohesión. Fuerza con que las moléculas de agua se atraen y forman columnas que ascienden por el xilema. Endodermis. Capa de células situada en la zona más interna de la corteza de una raíz vegetal. Evaginación. Pliegue de una superficie o de una membrana hacia fuera.

Sin embargo, el metabolismo autótrofo es más complejo que el heterótrofo y en la «sopa» primitiva lo que abundaba era la materia orgánica que se había generado en la primera atmósfera. Por todo esto es lógico pensar que los primeros seres vivos fueron unicelulares, procariotas, heterótrofos y anaerobios; después pudieron surgir los primeros seres procariotas autótrofos, que mostraron una gran adaptación al medio en el que empezó a escasear la materia orgánica. Cuando apareció la fotosíntesis oxigénica pudieron surgir los procariotas aerobios y, por último, por compartimentalización y endosimbiosis, pudo aparecer la célula eucariota con mitocondrias y, posteriormente, alguna de ellas incorporó bacterias fotosintéticas, originándose la célula vegetal con cloroplastos.

279

11

Biología y Geología 1 El proceso de nutrición en las plantas

c Recurso metodológico cc ¿Por qué se almacena la energía en la molécula de ATP? Al alumno le resulta difícil entender qué es el ATP y el papel que realiza en los seres vivos, por eso es bueno recurrir a algún símil para que comprenda su función. La función del ATP es almacenar la energía que se libera en un proceso determinado (fase luminosa de la fotosíntesis, respiración celular…). Esto es necesario porque los lugares y los momentos en los que se obtiene la energía química no coinciden con aquellos en los que va a ser utilizada, por eso es preciso almacenar la energía antes de que se disipe, mediante un sistema que permita transportarla de unas partes a otras del cloroplasto, de la mitocondria o de la propia célula; y que evite, además, que dicha energía se pierda.

11. El proceso de nutrición en las plantas 11.3. Las fases de la nutrición en plantas

Glucosa: C6H12O6 Cloruro sódico: NaCl H Aminoácido tipo: H2N-C-COOH R Fig. 11.9. Fórmula química de: agua, glucosa, cloruro sódico y aminoácido tipo.

El metabolismo celular y las reacciones REDOX La Figura 11.10. muestra la fórmula química de algunas biomoléculas. Con poco esfuerzo podrás clasificarlas en sustancias orgánicas e inorgánicas, y seguro que también tienes muy claro que la materia orgánica, capaz de arder, es exclusiva de los seres vivos; pero, ¿alguna vez te has parado a pensar por qué un compuesto orgánico encierra energía en sus enlaces químicos o cuáles son los mecanismos íntimos que explican los flujos energéticos asociados a su metabolismo? Intentemos estudiar estos aspectos básicos del funcionamiento de la química de la vida, fundamentales para entender la fotosíntesis, analizando una reacción metabólica clásica: el catabolismo total de la glucosa.

c

Curiosidades

cc Rubisco, la proteína más abundante de la Tierra Que el enzima más importante de la fase oscura de la fotosíntesis sea la proteína más abundante de la naturaleza no es casualidad. Por una parte nos demuestra la importancia de la fotosíntesis, de lo que no cabe la menor duda, pero, además, es que rubisco es un enzima muy lento, unas 300 veces más lento que cualquier otro enzima típico. Esta lentitud se compensa con una alta concentración del enzima en el estroma del cloroplasto. Si un enzima es capaz de transformar pocas moléculas de sustrato en producto por unidad de tiempo, harán falta muchas más moléculas de enzima para conseguir una velocidad óptima.

280

C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O + Energía química Fig. 11.10. Catabolismo global de la glucosa.

En primer lugar salta a la vista algo que tú ya conocías: la materia orgánica, incluida la glucosa, está constituida principalmente por carbono e hidrógeno. Sin embargo, el producto carbonado de esta degradación es el dióxido de carbono, constituido únicamente por carbono y oxígeno. Echa mano de tus conocimientos de química e intenta pensar qué reacción química ha tenido lugar en esta transformación: ¡Eureka! Se ha producido una oxidación. ¿Tendrá esto que ver con el catabolismo y la liberación de energía que éste lleva asociada?

Una vez entendida esta idea, el alumno debe entender que, en realidad, la energía liberada se invierte en la construcción de un enlace rico en energía, el cual une al segundo y al tercer fosfato del ATP. En las células hay mucho ATP, que al romperse en ADP y fosfato, libera la energía almacenada en dicho enlace; por el contrario, el ADP y el fosfato que hay libre en las células permite que de nuevo, si se libera energía, ésta se pueda almacenar volviendo a reconstruir la molécula de ATP a partir del ADP y del fosfato. También deben entender que por, su estructura, el ATP es un nucleótido y que tanto el ADP como el ATP son necesarios para que las reacciones de las que reciben o a las que ceden energía se produzcan. Estas reacciones están catalizadas por enzimas y el papel del ADP o del ATP es el de coenzimas.

Desde la antigüedad, numerosas civilizaciones, como los aztecas y los egipcios, han adorado al dios Sol. No es de extrañar, porque gran parte de los ecosistemas dependen directamente de la energía solar. Sin embargo, esto no ha sido siempre así. Se piensa que las primeras formas de vida sobre la Tierra se nutrían de moléculas orgánicas presentes en el medio, y vivían en ambientes sin oxígeno; es decir, que la vida nació heterótrofa y anaerobia. Hace aproximadamente dos mil millones de años, algunos seres vivos debieron de sufrir mutaciones fortuitas en su ADN, lo que les permitió aprovechar la energía luminosa para fabricar biomoléculas orgánicas a partir de precursores inorgánicos. Seguramente para entonces, los nutrientes orgánicos ya escaseaban, así que estos primeros organismos fotosintéticos empezaron a proliferar, y lograron cambiar por completo el escenario de la vida.

La fotosíntesis es un proceso anabólico cuya función es convertir la energía luminosa en energía química, que se emplea para sintetizar moléculas orgánicas a partir de compuestos inorgánicos. Como subproducto, se desprende oxígeno.

El ATP se podría comparar a un termo que almacena el agua caliente producida en una caldera. Si la caldera calienta el agua, por ejemplo, de noche, y ésta no se utiliza hasta la mañana siguiente, el agua se enfriaría de no ser almacenada en algo que evite que pierda el calor que ha acumulado.

240

La fotosíntesis

Agua: H2O

En realidad, las reacciones químicas de oxidación son la base del catabolismo celular, pero, para entender todo este galimatías, debes tener claras las siguientes ideas: • Aunque estás acostumbrado a pensar que un compuesto se oxida cuando gana oxígenos o pierde hidrógenos, es el momento de afinar un poco más: un compuesto se oxida cuando cede electrones. Veamos por qué. Cuando una molécula orgánica incorpora átomos de oxígeno, éste, al ser más electronegativo que el carbono, atrae con más fuerza los electrones compartidos, así que cuantos más oxígenos acompañantes tenga el carbono, menos electrones poseerá en propiedad. Por otro lado, la pérdida de hidrógenos también supone una oxidación, ya que estos átomos están formados por un protón y un electrón, que también se pierde. • En los átomos, la energía de un electrón depende del orbital que ocupa y aumenta a medida que nos alejamos del núcleo. El catabolismo de la materia orgánica produce liberación de energía porque durante las oxidaciones que se producen, los electrones cedidos pasan de niveles altos de energía a niveles de energía menores. La diferencia de energía se libera al medio y es empleada por la célula para formar ATP. • Los electrones no pueden quedarse por ahí, «flotando», así que un átomo sólo puede oxidarse, es decir, ceder un electrón, si otro átomo acepta dicho electrón, es decir, se reduce. Las reacciones de oxidación y reducción son por tanto inseparables y se conocen con el nombre de reacciones REDOX. Las reacciones del anabolismo son, mayoritariamente, reacciones de reducción, así que para entender mejor la fotosíntesis, que es un proceso anabólico, sólo tendrás que hacer el razonamiento inverso al aquí presentado.

240

c Materiales didácticos en el CD y en la CEO Imagen: la molécula de ATP.

Animación: vectores de energía.

c Escenarios de error

Cuando se habla de fotosíntesis suele decirse que la glucosa es el producto principal que se obtiene. Esto es una simplificación, ya que la fotosíntesis no produce ninguna glucosa libre. El producto más común es el almidón, junto a la sacarosa y otras moléculas orgánicas.

c Vídeo

La fotosíntesis: determinación de la presencia de almidón en las hojas. http://www.videoteca.us.es/video_envia.jsp?id_objeto=424&url= http://videoserver.us.es/ramgen/mediateca/1999/424fotosintesis.rm

Biología y Geología 1 El proceso de nutrición en las plantas

11

c Páginas web

11. El proceso de nutrición en las plantas 11.3. Las fases de la nutrición en plantas

cc The Life Wire La fotosíntesis se produce en dos fases: la fase luminosa y la fase oscura.

Figuras.

• Durante la fase luminosa, que tiene lugar en los tilacoides del cloroplasto, los rayos solares, al colisionar con las moléculas de clorofila de los fotosistemas, desplazan algunos electrones de su órbita, aumentando su nivel de energía. Parte de estos electrones se transfieren a una cadena de moléculas transportadoras de electrones y, como en cada componente de la misma éstos van pasando a orbitales de energía decreciente, la energía sobrante se libera y las enzimas ATP-sintetasas la emplearán para formar ATP. Los electrones restantes se transfieren a moléculas de NADP+, que pasan a su forma reducida (NADPH), y aportarán poder reductor (es decir, electrones) durante la formación de moléculas orgánicas en la siguiente fase. La clorofila recupera los electrones perdidos tomándolos del agua, que se escinde por fotolisis (ruptura por la luz). El oxígeno resultante se libera al medio. • Durante la fase oscura tienen lugar en el estroma del cloroplasto un conjunto de reacciones químicas denominadas ciclo de Calvin, que conducen a la síntesis de glucosa a partir de dióxido de carbono y agua. La energía y el poder reductor necesarios para este proceso anabólico son suministrados por el ATP y el NADPH obtenidos en la fase anterior. La primera reacción del ciclo de Calvin consiste en la fijación del CO2, es decir, en la incorporación del carbono que contiene a un intermediario orgánico. Esta reacción está catalizada por la enzima Rubisco y, dada su importancia, no es de extrañar que sea la proteína más abundante de la Tierra (véase Figura 11.12).

http://bcs.whfreeman.com/thelifewire/

Fig. 11.13. Esquema sencillo de la fotosíntesis.

Grana

Capítulo (chapter) 8. Figura 8.3: localización del proceso fotosintético. Relación fase luminosa y oscura: http://bcs.whfreeman.com/thelifewire/content/ chp08/f08003.gif Figura 8.7: la molécula de clorofila. http://bcs.whfreeman.com/thelifewire/content/ chp08/f08007.gif Figura 8.9: la fase luminosa. http://bcs.whfreeman.com/thelifewire/content/ chp08/f08009.gif La fotosíntesis: animación de la fase luminosa. Ilustra la rotura del agua, la formación del NADPH y del ATP: http://www.science.smith.edu/departments/Biology/Bio111/detailtrxn.swf

Estroma Tilacoide

Membrana interna Membrana externa

Fig. 11.11. Microfotografía de un cloroplasto. Los cloroplastos, los orgánulos donde tiene lugar la fotosíntesis, están rodeados por una doble membrana que delimita un espacio, el estroma, donde se encuentran los tilacoides, unas estructuras membranosas con forma de sacos aplanados. La fase luminosa de la fotosíntesis se produce en la membrana de los tilacoides, lugar donde se encuentra el aparato fotosintetizador formado por los fotosistemas (centros que contienen los pigmentos fotosintéticos, entre los que destaca la clorofila), la cadena transportadora de electrones y las enzimas ATP-sintetasas. La fase oscura ocurre en el estroma.

Energía luminosa 6 CO2 + 6 H2O → C6H12O6 + 6 O2 Fig. 11.12. Fabricación fotosintética de la glucosa.

241

Actividad resuelta ¿Las plantas pueden hacer fotosíntesis durante la noche? No, aunque esta respuesta no es tan obvia. El ciclo de Calvin se ha conocido tradicionalmente como fase oscura de la fotosíntesis, porque no se capta luz solar; sin embargo, esta

denominación induce a error, porque parece indicar que se puede llevar a cabo durante la noche. Las últimas investigaciones sobre fisiología vegetal han demostrado que algunas de las enzimas implicadas en esta ruta metabólica, incluida la Rubisco, se inactivan en la oscuridad.

Animación del ciclo de Calvin: se aprecia la acción del enzima RUBISCO y la fijación del CO2. http://www.science.smith.edu/departments/Biology/Bio111/calvin3.swf 241

c Escenarios de error Uno de los principales errores sobre fotosíntesis es creer que la fase luminosa se realiza de día y la fase oscura de noche. Nada más lejos de la realidad, ya que esta última, es decir el ciclo de Calvin, se realiza durante todo el día, e incluso la primera enzima que interviene en el proceso necesita la presencia de la luz para activarse.

c Un poco de historia cc La fotosíntesis

Puedes encontrar la lectura completa en el CD del profesor.

cc McGraw-Hill Fotosíntesis, fase luminosa: http://highered.mcgrawhill.com/sites/ 0072437316/student_view0/chapter10/animations. html#

281

11

Biología y Geología 1 El proceso de nutrición en las plantas

c Recomendación didáctica

11. El proceso de nutrición en las plantas 11.3. Las fases de la nutrición en plantas

Es muy común entre el alumnado, asociar a los cloroplastos con la célula vegetal y a las mitocondrias con la animal. Por eso, es importante incidir en que las células vegetales tienen plastos, exclusivos de ellas, pero que también tienen mitocondrias, puesto que realizan el proceso de respiración.

Distribución de la savia elaborada por el floema Los productos que se han sintetizado en las hojas durante la fotosíntesis se denominan savia elaborada, mezcla de azúcares (principalmente sacarosa), aminoácidos, sales y agua. El transporte de la savia elaborada desde las zonas de producción, o fuentes, hacia las zonas de consumo, o sumideros, se realiza por el floema. Las principales fuentes de la planta son las hojas, donde se lleva a cabo la fotosíntesis, mientras que los sumideros son los órganos en crecimiento, como los meristemos de tallos y raíces, o los tejidos de almacenamiento, como frutos, semillas y raíces.

Así mismo, es importante señalar, durante el proceso de fotosíntesis, cuál es el origen del oxígeno y cómo se libera éste como producto secundario.

Los órganos sumidero pueden actuar como importantes fuentes, ya que en momentos determinados ceden sus compuestos de reserva a otros órganos. Es el caso de la semilla, que funciona como sumidero durante su formación, y como fuente para alimentar al embrión durante la generación.

Además se debe aclarar que la planta consume O2 también para oxidar los metabolitos y expulsa CO2, pero que a este proceso respiratorio se le superpone el de la fotosíntesis cuando se está realizando, en el que se capta CO2 y se desprende O2, pero no cuando la planta no está en condiciones de luz para llevarla a cabo.

El movimiento de la savia elaborada por el floema, que circula a un ritmo mucho mayor de lo que cabría esperar en caso de que sólo actuara la fuerza de gravedad, se explica a partir de la hipótesis de flujo a presión. Esta hipótesis se basa en las diferencias de presión de agua (presión hidrostática) existentes entre la fuente y el sumidero. Para estudiar esta hipótesis utilizaremos como ejemplo el transporte de azúcares por el floema (véase Figura 11.14). xilema

floema

hoja (fuente de sacarosa) célula acompañante

La glucosa, procedente de la fotosíntesis, se transforma en las hojas en sacarosa. A continuación, este disacárido pasa, primero, a las células acompañantes del floema y, después, se introduce en los tubos cribosos. El aumento de la concentración de azúcares en las células del floema provoca la entrada de agua por ósmosis. El agua procede del xilema, que discurre paralelo a los vasos conductores del floema.

presión hidrostática mayor

2

c Páginas web

flujo en masa de la solución

cc Biocourse McGraw-Hill

FLUJO EN MASA

3 ósmosis

1

cloroplastos plasmodestos

4

ccc

242

Fotosíntesis

5 6

Estructura del cloroplasto: http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001_gbio/folder_ structure/ce/m6/s2/assets/images/cem6s2_1.jpg Animaciones: ejercicio de identificación de partes del cloroplasto (secuencia 2). Localización de la fase luminosa y oscura de la fotosíntesis. http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001_gbio/folder_ structure/ce/m6/s2/index.htm Varios recursos: imagen de la fase luminosa (secuencia 1); animaciones: ejercicio fase luminosa (secuencia 2); vídeo fase luminosa (secuencia 3) http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001_gbio/folder_structure/ce/m6/s3/index.htm Relación fase luminosa y oscura: http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001_gbio/folder_ structure/ce/m6/s4/assets/images/cem6s4_1.jpg Vídeo: ciclo de Calvin (secuencia 3). http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001_gbio/folder_ structure/ce/m6/s4/index.htm

c Experiencia

cc Demostrar que durante la fotosíntesis las plantas toman CO2 y desprenden O2 en presencia de luz Toma un vaso de precipitados de tamaño grande y llénalo de sifón (o agua con una cucharada de bicarbonato sódico) y agua, mitad y mitad.

282

fruto (sumidero de sacarosa)

presión hidrostática menor

agua sacarosa

ósmosis transporte activo de sacasosa

tubo criboso

célula acompañante

Fig. 11.14. Transporte de la savia elaborada a través del floema (hipótesis del flujo a presión).

En los sumideros ocurre lo contrario. La salida de sacarosa del floema hacia los frutos, los tubérculos o las semillas, provoca, a su vez, el arrastre de agua hacia estos órganos. El movimiento de sacarosa se realiza por transporte activo. La diferencia de presión hidrostática, muy alta en el floema de la hoja y muy baja en los órganos sumidero, hace que fluya la savia elaborada por la planta, a gran velocidad, y sin gasto de energía.

Actividades 3>

La patata es una de las plantas más cultivadas en todo el mundo por poseer tubérculos comestibles. ¿Los tubérculos funcionan como fuente o sumidero? Razona la respuesta.

4>

Un estudiante de 1.º de bachillerato escribe en su informe de prácticas: «El movimiento de la savia bruta es ascendente, desde la raíz a las hojas, y el movimiento de la savia elaborada es descendente, de la hojas a la raíz». Detecta y corrige los errores cometidos en este informe.

242

En una tienda para animales puedes encontrar plantas acuáticas de las que se utilizan para los acuarios, de Elodea, por ejemplo. Pones unas cuantas ramitas de la misma debajo de un embudo, colocado al revés. Para que pase el agua a través del embudo, es importante que lo apoyes sobre unos taquitos (pueden ser unos portaobjetos). El agua del vaso debe cubrir el embudo por completo, como en el dibujo. Llenas el tubo de ensayo de agua y lo tapas con el dedo, lo inviertes con cuidado y lo colocas sobre la parte estrecha del embudo colocada hacia arriba. Es importante que no entre aire en el tubo cuando lo hagas. Una vez montada la actividad, procura que le dé la luz bastantes horas (24-48) para que se haya iniciado la fotosíntesis. Si has hecho bien el montaje, pasado el tiempo indicado, verás burbujitas de oxígeno que se desprenden en el tubo de ensayo; este oxígeno acabará desplazando parte del agua contenida en el tubo. Con ello habrás demostrado que las plantas, durante el proceso de fotosíntesis, en presencia de la luz, fijan CO2 y desprenden O2. Si además quieres comprobar tu actividad, monta otro dispositivo igual, pero con agua sola y observa lo que ocurre allí pasado el mismo tiempo que en la anterior.

Biología y Geología 1 El proceso de nutrición en las plantas

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c Páginas web

11. El proceso de nutrición en las plantas 11. 3. Las fases de la nutrición en plantas

cc Biocourse McGraw-Hill La respiración

ccc

Las plantas, como los animales y otros seres vivos, obtienen la energía necesaria para realizar sus funciones vitales degradando las moléculas orgánicas en un proceso llamado respiración celular.

La respiración celular es un proceso catabólico que requiere oxígeno y cuya función consiste en la degradación de la materia orgánica para extraer la energía que encierran sus enlaces. Tiene lugar en las mitocondrias.

Floema

Animación: circulación de las moléculas orgánicas por la planta http://www.mhhe.com/structure/pl/m4/s3/ plm4s3_3.htm

¿Sabías que una célula vegetal tiene, por término medio, 200 mitocondrias?

La principal reserva de las plantas es el almidón. Cuando la planta necesita energía, éste se rompe en multitud de moléculas de glucosa, que se van a degradar totalmente durante la respiración celular desprendiendo la energía que contienen. Esta degradación supone una oxidación muy lenta, en varios pasos, todos ellos muy controlados. En algunos de estos pasos se liberan pequeñas cantidades de energía, que son empleadas en la formación de ATP. C6H12O6 + 6 O2 → 6 CO2 + 6 H2O + Energía (ATP) Fig. 11.15. Reacción general de la respiración celular.

Actividad resuelta El mangle negro (Avicennia germinans) es una de las especies más abundantes de los ecosistemas de manglar, formaciones arbóreas que se desarrollan en zonas cercanas al litoral, principalmente en la desembocadura de los ríos y en lagunas costeras. Las raíces de estos árboles se encuentran inmersas en agua salada, por lo que no pueden, en principio, absorber oxígeno para realizar la respiración celular. ¿Cómo crees que resuelven las plantas este problema?

Imagen: circulación a través del floema http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001_gbio/folder_ structure/pl/m4/s3/assets/images/plm4s3_1.jpg Imagen: pulgón absorbiendo savia bruta http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001_gbio/folder_ structure/pl/m4/s3/assets/images/plm4s3_4.jpg

Estas plantas han desarrollado unas raíces aeríferas que sobresalen de la zona inundada. Estas raíces están dotadas de unos órganos especializados en forma de saco, llamados neumatóforos, que les permiten captar oxígeno atmósférico y transportarlo a la parte sumergida de la raíz. De otra manera, las raíces morirían. Otras especies del manglar, como el mangle rojo (Rhizophora mangle), resuelven el problema de la falta de oxígeno exponiendo un gran número de lenticelas en sus tallos.

c Escenarios de error

cc Las plantas fotosintetizan, los animales respiran.

Fig. 11.16. Manglar.

Actividades 5>

Si colocamos una planta en un lugar sin oxígeno, la absorción de sales minerales disminuye considerablemente. Explica a qué es debido.

243

aceptada para explicar esta velocidad está relacionada con una diferencia de presión entre los órganos en los que se sintetizan los azúcares (órganos fuente), en los que existiría mayor presión, y los órganos en los que se consumen estas moléculas (órganos sumidero), en los que habría por tanto una menor presión. En el dibujo, observa el recorrido de los azúcares (flecha roja) desde un órgano fuente (hoja, por ejemplo) a un órgano sumidero (raíz, fruto, yemas, tubérculos, etcétera). Los azúcares sintetizados pasan a las células acompañantes de los tubos o vasos cribosos (flecha roja) por transporte activo y, al acumularse en su interior, se induce la entrada de agua por ósmosis procedente de los vasos del xilema que corren paralelos a los vasos del floema. Esto aumenta la presión hidrostática y se inicia así el movimiento de la savia elaborada hacia arriba (ápice de las plantas) y hacia abajo (raíz). Observa además como el transporte se realiza a través de los plasmodesmos que atraviesan las placas cribosas. Elaboración propia.

243

La fotosíntesis y la respiración celular son procesos que realizan las plantas; el primero en los cloroplastos de sus células fotosintéticamente activas (en las partes verdes de la planta); el segundo, en las mitocondrias de todas las células. Las plantas aprovechan la energía luminosa para obtener la energía química que necesitan para fabricar la materia orgánica a partir de la inorgánica, sin embargo, la energía que necesitan para el funcionamiento celular y el anabolismo en sus células la obtienen mediante la respiración celular. Por lo tanto, las plantas fotosintetizan y realizan respiración celular, los animales realizan respiración celular

de la c Distribución savia elaborada por el floema El transporte de los materiales que constituyen la savia elaborada se realiza a una velocidad media de un metro por hora, velocidad superior a lo que cabría esperar por simple difusión. La hipótesis más

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Biología y Geología 1 El proceso de nutrición en las plantas

c

11. El proceso de nutrición en las plantas

Materiales didácticos en el CD y en la CEO

11.3. Las fases de la nutrición en plantas

Animación: • Mapa conceptual de la fotosíntesis: En esta actividad el alumno tiene que completar las palabras que faltan en el mapa conceptual, escogiendo el término correspondiente de una lista. • Ejercicio de identificación de los elementos de los vasos conductores. • Transporte de la savia elaborada: hipótesis flujo a presión. Esta animación representa el movimiento de la savia elaborada desde la célula fuente a la célula sumidero.

La rubisco y el CO2: un matrimonio malavenido Aunque la rubisco es, quizás, una de las enzimas fundamentales en la química de la vida, presenta un grave inconveniente: su afinidad por el oxígeno es mayor que la que posee por el CO2. Cuando la rubisco se une al O2, se pone en marcha la fotorrespiración, un proceso que también tiene lugar en los cloroplastos. Es parecido a la respiración celular, porque consume O2 y produce CO2 pero, a diferencia de ésta, no se produce energía útil para la célula y, además, impide la formación de glucosa porque se paraliza la fotosíntesis. Cuando la humedad relativa del aire es baja y la temperatura es alta, como ocurre en los desiertos, zonas tropicales, o en pleno verano en las zonas templadas, los estomas se cierran para evitar la pérdida de agua. El CO2 del aire no puede entrar, y el O2 producido durante la fotosíntesis no puede salir, por lo que su concentración aumenta. En estas condiciones, la fotorrespiración es tan predominante que podría llegar a matar a la planta. Es difícil encontrar una respuesta lógica al fenómeno de la fotorrespiración. La idea más aceptada en la actualidad es que en la atmósfera primitiva no había apenas oxígeno y, en consecuencia, la fotosíntesis no se veía disminuida por este fenómeno. Sin embargo, el aumento progresivo de O2 en la atmósfera, gracias precisamente a la acción de los organismos fotosintéticos, puso en peligro la eficacia fotosintética, y la selección natural favoreció el desarrollo de plantas que presentaban rutas alternativas para captar el CO2 y evitar así los efectos negativos de la fotorrespiración: aparecen las plantas C4 y las plantas CAM.

Fig. 11.17. Maíz (Zea mays), una planta C4.

244

• Las plantas C4, como el maíz (Zea mays) o la caña de azúcar (Saccharum officinarum), son originarias de climas tropicales y deben esta denominación a su capacidad para fijar CO2 y originar compuestos de cuatro carbonos de manera muy eficaz que, más tarde, pueden liberar CO2. Este mecanismo les permite mantener concentraciones altas de este gas en los tejidos vegetales, y realizar la fotosíntesis eficazmente, aunque las plantas cierren los estomas ante temperaturas e intensidades lumínicas elevadas. • Las plantas CAM (del inglés Crasulacean Acid Metabolism), como los cactus o las crasuláceas, viven en unas condiciones de tan extrema sequedad que, para impedir la deshidratación, sus estomas permanecen cerrados durante el día y sólo se abren por la noche. Estas plantas suplen la falta de intercambio de gases acumulando CO2 en sus tejidos por las noches; después emplean un mecanismo parecido al de las plantas C4, lo que les permite sobrevivir en los desiertos, donde no pueden hacerlo las plantas C3 y C4.

La fotorespiración puede reducir al 50 % la actividad fotosintética de plantas que viven en ambientes cálidos y secos.

Imágenes: transporte fuente-sumidero. Ejercicios: • Verdadero o falso: fotosíntesis. • Respuesta múltiple: — Savia elaborada. — Fotosíntesis. — Respiración. • Rellenar espacios: fotosíntesis. • Relación: — Elementos de transporte. — Procesos vegetales. • Sopa de letras: — Fotosíntesis. — Absorción. • Crucigrama: — Términos de fotosíntesis. — Términos de transporte.

Actividades 6>

Fig. 11.18. Echevarria derenbergii, una planta CAM originaria de los desiertos de México.

En el sudeste de Madrid se ha instalado un campo de golf con césped inglés (Lolium perenne). Durante el verano, y a consecuencia de la fuerte sequía, las autoridades han prohibido el riego de parques y jardines. Lindando con el campo de golf, es frecuente encontrar una mala hierba, el garranchuelo. Investiga qué metabolismo posee esta planta y explica la evolución natural que se dará en dicho campo.

244

ción se encuentra dentro de un proceso biotecnológico de digestión llevado a cabo en tanques o digestores especiales. Puedes encontrar la lectura completa en el CD del profesor.

c Lectura

cc¿A qué se llama biocombustibles? Se denominan biocombustibles a aquellos combustibles que se obtienen de la materia orgánica. Su origen está en la biomasa o cantidad de materia viva que se calcula en un ecosistema determinado. A la biomasa se la incluye dentro de las energías renovables, cuya característica más importante es la de su bajo impacto ambiental. Como ejemplos de los biocombustibles citaremos al biogás, cuya obten-

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c Glosario

ATP-asas. Grupo de enzimas que intervienen en la hidrólisis del ATP. ATP-sintetasas. Grupo de enzimas que intervienen en la síntesis de ATP. Cadena de electrones. Conjunto de reacciones de transferencia de electrones a través de una serie de enzimas (transportadores de electrones) en las que se libera energía química. Estroma. Espacio interior del cloroplasto lleno de líquido. Fotosistema. Conjunto de moléculas de clorofila y otros pigmentos que captan la luz en la fase luminosa. Se localizan en la membrana de los tilacoides. Oxidación (reacción de). Tipo de reacción que se da cuando pierde electrones (o átomos de hidrógeno) un átomo, un ión o una molécula. Racción redox. Reacción en la que uno o más electrones pasan de un compuesto (que se oxida) a otro (que se reduce).

Biología y Geología 1 El proceso de nutrición en las plantas

c PAU

11. El proceso de nutrición en las plantas 11. 3. Las fases de la nutrición en plantas

ccc

La excreción es la eliminación de sustancias inservibles o perjudiciales para el organismo.

Las plantas no tienen aparatos o sistemas especializados en esta función, porque las principales sustancias de desecho que se forman durante el catabolismo (dióxido de carbono, agua, y productos nitrogenados) son reutilizadas en la fotosíntesis. Por tanto, la función excretora de las plantas queda reducida a un número muy limitado de actividades como son la eliminación por difusión del dióxido de carbono sobrante, la acumulación en las vacuolas de cristales de oxalato cálcico (residuo metabólico de las células vegetales), o la eliminación del exceso de sal en plantas que viven en ambientes salobres. En este último caso, la excreción se realiza a través de unos conductos asociados a unas glándulas de la sal, presentes en las hojas.

Solución a. En las reacciones anabólicas se sintetizan moléculas complejas a partir de moléculas sencillas, para lo que se requiere un aporte de energía. b. La fotosíntesis es un proceso anabólico, que llevan a cabo algunos seres vivos, en el que sintetizan moléculas orgánicas a partir de inorgánicas utilizando para ello la energía de la luz solar. c. La fase oscura (ciclo de Calvin) tiene lugar en el estroma del cloroplasto. Se sintetiza glucosa a partir del CO2 y del agua. La energía y el poder reductor necesarios para dicho proceso, los suministran el ATP y el NADPH formados en la fase luminosa.

Fig. 11.19. Explotación tradicional de pino resinero (Pinus pinaster).

• la resina de los pinos, que tiene una función defensiva, ya que tapona heridas y evita que entren insectos que se alimentan de madera (véase Figura 11.19). • las esencias y el néctar de las flores, atraen los insectos y favorecen la polinización. • el látex, que es una sustancia lechosa que se genera en los conductos laticíferos de algunas plantas como las euforbias (Euphorbia sp.), la higuera (Ficus carica) o la amapola (Papaver rhoeas), y que contiene azúcares, taninos y sustancias venenosas cuya función es defender la planta del ataque de los herbívoros.

ccc

Fig. 11.20. Árbol del caucho (Hevea brasiliensis). El caucho es una secreción laticífera que se utiliza con fines industriales.

La etnobotánica es la ciencia que estudia el uso tradicional de las plantas. Muchas de las secreciones que producen las plantas han sido utilizadas por el hombre e, incluso, han revolucionado la historia. Es el caso del árbol del caucho (Hevea brasiliensis) en la ciudad de Manaos (Brasil). Investiga el caso y responde:

Fig. 11.21. Insecto buscando su ración de néctar.

a) ¿Qué tipo de secreción se aprovecha? Indica el producto que se obtiene a partir de la misma, así como sus usos industriales. ¿Cuál es la finalidad biológica de esta secreción? b) ¿Qué supuso para la población de la zona el empleo de esta planta?

245

c Páginas web Imágenes.

El caucho: http://www.minag.gob.pe/iconos/rrnn_graf139.jpg Resina: http://www.hobbydonna.it/desktop/images/meraviglie/resina.JPG

Figuras.

Aragón, septiembre 2003

Contesta a las siguientes preguntas, explicando brevemente la respuesta: a. ¿Qué molécula es el donador de electrones para que tenga lugar la fase luminosa de la fotosíntesis en las plantas? b. ¿Qué ocurre con los electrones? c. ¿Cuáles son los productos de la fase luminosa de la fotosíntesis? d. ¿Dónde se ubican las reacciones luminosas en el cloroplasto? ¿Qué molécula es la responsable de la captación de la energía luminosa para ser transformada en energía química?

Actividades 7>

Madrid, septiembre 2004

Con relación al metabolismo celular: a. Explica cuál es la finalidad de las reacciones anabólicas. b. ¿A qué tipo de proceso metabólico pertenece la fotosíntesis? Razona la respuesta. c. Indica la importancia biológica del ciclo de Calvin e indica su localización a nivel de orgánulo.

Eliminación de los productos de desecho

Pero seguro que recuerdas que las plantas también expulsan otras sustancias, como resinas, aceites esenciales, etc. Por eso es importante que diferencies entre excreción y secreción. En este último caso, la planta también elimina sustancias, pero siempre con un significado fisiológico. Se consideran ejemplos de secreción, que no de excreción:

11

245

Solución a. El agua, que se escinde por fotolisis (rotura de la molécula por la luz). b. Se transfieren a una cadena de moléculas transportadoras de electrones. c. El poder reductor del NADPH y ATP. d. En las membranas de los tilacoides del cloroplasto. La clorofila y otros pigmentos de los fotosistemas capta la luz.

cc The Life Wire

c Curiosidades

http://bcs.whfreeman.com/thelifewire/ Capítulo (chapter) 36 Figura 36.14: Modelo del flujo por presión: http://bcs.whfreeman.com/thelifewire/content/chp36/f36014.gif Capítulo (chapter) 37 Figura 37.7: Simbiosis Rhizobium-raíz de leguminosa: http://bcs.whfreeman.com/thelifewire/content/chp37/f37007.gif Figura 37.8: El ciclo del nitrógeno: http://bcs.whfreeman.com/thelifewire/content/chp37/f37008.gif

¿A qué vasos llegarán los haustorios en cada uno de los dos casos?

El muérdago y la cuscuta son dos plantas parásitas que forman unas estructuras especializadas llamadas haustorios que introducen en los vasos conductores de la planta parasitada. El muérdago realiza la fotosíntesis pero necesita obtener agua y sales minerales, la cuscuta ha perdido su capacidad fotosintética.

285

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Biología y Geología 1 El proceso de nutrición en las plantas

c Actividades

18. Completa las siguientes frases: a. La savia bruta asciende por el gracias a tres mecanismos: capilaridad, y transpiración. b. Los estomas son estructuras formadas por: dos células denominadas , un orificio u ,que queda entra ellas, y su función es la de intervenir en el . c. La savia elaborada es una mezcla de ……, aminoácidos, y agua. Circula en el vegetal en todas direcciones gracias a un mecanismo llamado de . d. Las plantas simbióticas forman asociaciones de beneficio mutuo. Así, en las micorrizas se relacionan del suelo y las de las plantas. Los aportan sales a la planta y ésta les facilita compuestos orgánicos.

11. El proceso de nutrición en las plantas 11.4 Otros tipos de nutrición en plantas

11.4 Otros tipos de nutrición en plantas Aunque las plantas son organismos típicamente autótrofos, ya que obtienen la materia orgánica que necesitan por medio de la fotosíntesis, existen ejemplos de plantas que han desarrollado otras formas de nutrición. Viviendo como plantas parásitas, simbióticas o depredadoras, han conquistado nuevos nichos ecológicos. De los seres vivos con los que se relacionan obtienen complementos nutricionales orgánicos e inorgánicos.

Fig. 11.22. Cuscuta (Cuscuta europaea). Las plantas con nutrición heterótrofa reducen o pierden la mayor parte de los órganos que ya no necesitan. Por ejemplo, reducen las hojas a escamas, las raíces pueden incluso desaparecer y, además, los tallos poseen pocas ramas y pierden el color verde.

19. ¿En qué orgánulos o compartimentos de una célula eucariótica se llevan a cabo las siguientes funciones? a. Fijación del CO2. b. Respiración celular. c. Fijación de la luz.

246

didácticos c Materiales en el CD y en la CEO

• Las plantas carnívoras sí pueden hacer fotosíntesis, pero como viven en suelos pobres en nitrógeno, completan su dieta atrapando pequeños insectos. Para ello, han desarrollado mecanismos muy ingeniosos. ⎯ La atrapamoscas (Drosera rotundifolia) tiene unos pelos glandulares en sus hojas que desprenden gotitas pegajosas que atrapan al animal. ⎯ Las hojas de otras plantas carnívoras, como la Dionaea muscipula, son prensiles y cuando se posa la víctima, se cierran, actuando a modo de trampa. ⎯ Otros géneros de carnívoras tropicales, como el Nephentes, poseen unas estructuras en forma de jarrita con un líquido enzimático en su interior. Al posarse en la planta, el insecto resbala dentro de la jarrita y ya no puede salir. Fig. 11.23. Planta canivora en una turbera.

Ejercicios: • Verdadero o falso: excreción y secreción. • Rellenar espacios: plantas parásitas. • Relación: modalidades de nutrición.

c Curiosidades

La mayoría de las personas piensan que todas las plantas son fotosintéticas y olvidan los centenares de especies parásitas que no poseen clorofila y por tanto no realizan la fotosíntesis. Se identifican las plantas como organismos terrestres sin tener en cuenta a las gramíneas marinas, que son un grupo de plantas con flores que viven sumergidas en el agua de los océanos.

• Las plantas parásitas sólo obtienen su alimento de otras plantas (parasitismo obligado) a las que producen daños. Se clasifican en dos grupos: ⎯ Las que son capaces de realizar la fotosíntesis, pero no obtienen las sales minerales y el agua a través de las raíces sino de la savia bruta de otras plantas a las que parasitan. Para ello, introducen unas estructuras muy especializadas llamadas haustorios a través de los tejidos de la planta hospedante y con ellos succionan la materia inorgánica. El muérdago (Viscum album) parasita de esta manera pinos (Pinus sp.), abetos (Abies sp.) y algunos árboles de hoja caduca como el tilo (Tilia platiphyllos), el chopo (Populus sp.), el manzano (Pyrus malus), etcétera. ⎯ Las que han perdido completamente su capacidad fotosintética, porque no tienen clorofila, así que introducen los haustorios en el floema de la planta que parasitan y succionan su savia elaborada. La cuscuta (Cuscuta europaea) y el orobanche (Orobanche sp.) son plantas de este tipo.

Fig. 11.24. Los níscalos (Lactarius deliciosus) son hongos que forman micorrizas con las raíces de los pinos.

• Las plantas simbióticas forman asociaciones de beneficio mutuo con otros organismos. Destacan, por su importancia, las micorrizas y las asociaciones de leguminosas y bacterias. ⎯ Las micorrizas son asociaciones simbióticas entre los hongos del suelo y las raíces de las plantas. Los vegetales transfieren azúcares y otros compuestos orgánicos a los hongos, y éstos proporcionan a las primeras sales minerales que pueden captar de lugares distantes mediante la extensión de sus micelios. ⎯ Las leguminosas, como los guisantes (Pisum sativum), la soja (Glycine max) o las habas (Vicia faba), han resuelto el problema de la escasez de compuestos nitrogenados en el suelo por medio de la cooperación con otros seres vivos. Las raíces de estas plantas poseen unos abultamientos o nódulos en los que viven bacterias del género Rhizobium, que son capaces de transformar el nitrógeno atmosférico en amonio y nitrato. A su vez, la planta proporciona azúcares a los microorganismos. El excedente nitrogenado que proporcionan estas bacterias es tan grande que algunos agricultores incluyen entre sus cultivos plantas leguminosas, no con carácter comercial, sino para enriquecer el suelo en nitratos.

246

Vídeo en la red: La fotosíntesis. Determinación de la presencia de almidón en las hojas. Factores que influyen. http://www.videoteca.us.es/video_envia.jsp?id_objeto=424&url=http://videoserver.us.es/ramgen/mediateca/1999/424fotosintesis.rm

c Vídeos de la Unidad c Bibliografía de la Unidad cc Fundación Serveis de cultura popular ccc

Fotosíntesis

• Luz y producción de oxígeno. • Clorofila, dióxido de carbono y producción de oxígeno. • Luz y formación de almidón. • Clorofila, dióxido de carbono y formación de almidón. • Fotosíntesis: una profundización.

286

ALBERTS, B: Biología molecular de la celula, Omega, 1990. BERNSTEIN: Biología, McGraw-Hill, 10.ª edición, 2001. IZCO, Jesús, et al: Botánica, McGraw-Hill, 2.ª edición, 2004. PANIAGUA , Ricardo, et al: Citología e histología vegetal y animal, McGraw-Hill, 2000. PURVES; SADAVA: Vida. La ciencia de la biología, Médica Panamericana, 6.ª edición, 2002. SOLOMON, BERG, MARTIN, VILLEE: Biología, McGraw-Hill, 5.ª edición, 2005. Diccionario de biología, Oxford-Complutense, 2004. Diccionario de biología, Mileto, 2001. Diccionario ciencias de la naturaleza, Cultural SA, 2006.

Biología y Geología 1 Actividades

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11. El proceso de nutrición en las plantas Actividades

Actividades finales Describe el camino que sigue una molécula de agua desde que entra por un pelo absorbente de la raíz hasta que llega al mesófilo de una hoja.

2>

¿De dónde procede el O2 que se desprende durante la fotosíntesis?

3>

¿Es correcto decir que las plantas nos «roban» el O2 por la noche y por eso se deben sacar de la habitación mientras dormimos?

4>

¿Por qué hay más abundancia de estomas en el envés de las hojas que en el haz?

5>

Si cubriéramos la superficie de las hojas de una planta con aceite, ¿qué ocurriría? ¿Y si cubriéramos también el tallo?

6>

¿Por qué el mecanismo de presión radicular no es suficiente para plantas que miden más de diez metros?

a) Describe y razona el comportamiento de la planta ante concentraciones crecientes de CO2. b) ¿Por qué disminuye el rendimiento fotosintético al aumentar la concentración de oxígeno (O2)? c) ¿A qué temperatura se produce mayor rendimiento fotosintético en la planta? ¿Por qué? d) ¿Cómo explicas que a 60 ºC no haya fotosíntesis? e) En ausencia de agua no se realiza fotosíntesis. ¿Qué mecanismo está implicado en esta respuesta? f) Nuestro estudiante ha demostrado que no todas las plantas se comportan del mismo modo ante las variaciones en la intensidad luminosa. ¿Qué sentido ecológico tiene? 200

¿Es correcta la siguiente afirmación: «El movimiento de la savia bruta es ascendente, desde la raíz a las hojas, y el movimiento de la savia elaborada es descendente, de la hojas a la raíz»?

8>

¿Por qué se conservan mejor las flores cortadas si se añade azúcar al agua de su florero?

9>

¿En qué estado (abierto o cerrado) se encuentra un estoma en los siguientes casos?

150 100 50 5

100

a) Falta de agua. b) Elevada concentración de O2. c) Es de noche. d) Es de día pero hace mucho calor. e) Es de día pero la temperatura es suave.

10>

Kalvin Horse, un estudiante de fisiología vegetal, investiga cómo influyen algunos factores en el rendimiento fotosintético del trigo. A la vista de las gráficas que ha obtenido, resuelve las siguientes cuestiones:

asimilación de CO2 (mol/L)

7>

11>

mm3 de O2/hora

1>

Los agricultores utilizan estiércol para abonar sus cultivos ¿Significa esto que la plantas absorben el estiércol por las raíces? Razona la respuesta.

10 15 20 25 Concentración de CO2 (mol/L)

30

0,5% 02

80 20% 02

60 40 20 10 20 30 40 Intensidad de luz (x104 erg/cm2 s)

50

Variación del rendimiento fotosintético en función de las concentraciones de O2 y CO2 y de la temperatura.

12>

Si introducimos la parte aérea de una planta en una bolsa de plástico, transcurrido un día observamos que el interior de la bolsa está mojado. ¿De dónde procede el agua de la bolsa? ¿Cómo podrías calcular la cantidad de agua que ha perdido la planta?

13>

¿Se puede decir que hay plantas completamente heterótrofas? Razona la respuesta.

247

287

11

Biología y Geología 1 Actividades

11. El proceso de nutrición en las plantas Actividades

14>

Busca información de cómo influye en el funcionamiento de una planta el déficit de: potasio, nitrógeno, fósforo, calcio, cloro y manganeso.

15>

El Sphagnum palustre es un musgo que crece formando tupidas y almohadilladas praderas embebidas en agua sobre las que crecen interesantes plantas, como la atrapamoscas, y cuyas porciones inferiores, por falta de oxígeno, mueren y se descomponen, formando la turba, un tipo de carbón. El mantenimiento de las turberas exige la circulación continua de agua pobre

PAU Comunidad de Madrid: junio de 1995 Transporte en vegetales. Sistema vascular a) Xilema b) Floema Centra la pregunta Esta pregunta se responde con los conocimientos adquiridos en las Unidades 8 y 11 sobre histología y fisiología vegetales. Debes recordar Los conceptos de xilema, floema, transporte a través del xilema (presión radicular, transpiración, teoría de la cohesión-tensión) transporte a través del floema (hipótesis del flujo a presión).

248

288

en sales minerales. ¿Por qué crees que es frecuente encontrar plantas carnívoras asociadas a estas formaciones vegetales?

16>

¿Dónde y cómo consiguen las plantas el ATP que emplean en el transporte activo de sales minerales?

17>

Uno de los espectáculos más bellos que nos ofrece la naturaleza es la variedad de colores de un hayedo en otoño. ¿Por qué, en esta época del año, las hojas de estos árboles aparecen rojas, marrones o amarillas?

Responde la pregunta a) El xilema es el tejido conductor que transporta la savia bruta desde las raíces hasta las hojas, gracias a células muertas que forman tubos longitudinales por donde circulan el agua y las sales minerales. El movimiento de la savia bruta se explica mediante dos teorías: teoría de la presión radicular (la savia bruta asciende gracias a la presión que ejerce el agua acumulada en la raíz sobre los tejidos) y teoría de la cohesión-tensión (la fuerza que eleva la savia bruta por el xilema se origina por la tensión provocada por la transpiración y por la cohesión existente entre las moléculas de agua). b) El floema es el tejido conductor que transporta la savia elaborada desde las hojas al resto del vegetal. Este transporte se explica por las diferencias de presión hidrostática existentes entre las zonas donde se produce la materia orgánica y aquéllas donde se acumula (hipótesis del flujo a presión).

Biología y Geología 1 Investigación científica 1

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11. El proceso de nutrición en las plantas Investigación científica

Investigación científica ¿Cómo fijan nitrógeno las plantas? La revolución verde de los años sesenta trajo un notable incremento de la producción agrícola, mediante el empleo de abonos químicos y semillas mejoradas. Pero el fertilizante nitrogenado, el más utilizado en la agricultura, se lleva la mayor parte de la inversión de esta actividad. Para la fabricación de este tipo de fertilizantes se requiere energía derivada del petróleo. Por otro lado, su uso indiscriminado ha ocasionado graves problemas de contaminación, ya que no todo el fertilizante que se aplica lo aprovecha la planta: en una cuantía importante acaba en lagos y lagunas, y provoca la eutrofización de estos ecosistemas. La fijación biológica de nitrógeno es la opción natural de la fertilización agrícola. La mayor parte del nitrógeno se encuentra en el aire (70 %), y de todos los seres vivos, sólo algunas bacterias pueden fijarlo y convertirlo en compuestos nitrogenados asimilables por todos los organismos. En la naturaleza ya existen plantas que aprovechan la fijación de N2, ya que se asocian en simbiosis con bacterias fijadoras del nitrógeno de forma espontánea. Estas plantas alojan a las bacterias en estructuras especiales de sus raíces, llamadas nódulos, donde las bacterias fijan el nitrógeno atmosférico.

Nódulo

¿Dónde reside la información genética que dicta la señal de la formación de nódulos? ¿Cómo entran en simbiosis las leguminosas y el Rhizobium? Sabemos que en la mayoría de las especies de Rhizobium, la información genética para la simbiosis se encuentra confinada en plásmidos, moléculas de ADN independientes del cromosoma bacteriano, de su misma naturaleza y menor tamaño. Los nutrientes escasean en el suelo; las superficies de las raíces, en cambio, son ricas en azúcares, aminoácidos y vitaminas. Los Rhizobium son atraídos mediante quimiotaxis por algunos de estos compuestos y otros de tipo aromático: los flavonoides. Estas sustancias cumplen una función clave en el reconocimiento específico de estos microorganismos, porque inducen a la síntesis de factores de nodulación, que son los responsables de la formación de los nódulos radicales. Una vez en el interior del nódulo, la bacteria se diferencia en una forma llamada bacteroide y deja de dividirse. Se establece entonces una íntima relación metabólica entre la planta y la bacteria por la que la planta suministra compuestos procedentes de la fotosíntesis a cambio de amonio, producto de la asimilación del nitrógeno. Por otra parte, las investigaciones realizadas en torno al proceso simbiótico han permitido crear, mediante manipulación genética, cepas de Rhizobium con gran capacidad fijadora, al presentar numerosas copias de los genes involucrados en la transcripción de la enzima encargada de la fijación de N2: la nitrogenasa. Se han descubierto otras formas de interacción en las que las bacterias fijadoras del N2 viven dentro de los tallos, las hojas y las raíces sin formar nódulos.

Raíz con nódulos de Rhizobium.

Desde otro enfoque muy ambicioso, se trataría de introducir los genes de la nitrogenasa en el ADN de la planta, construyendo así plantas transgénicas a las que habría que proporcionar todo lo necesario para su funcionamiento.

Las plantas que establecen esta relación mejor conocidas son las leguminosas, de alto valor comercial y alimentario, que fijan nitrógeno atmosférico cuando entran en simbiosis con el Rhizobium u otros géneros emparentados.

Adaptado de MARTÍNEZ ROMERO, E., PALACIOS, R. y MORA, J.: «Cepas mejoradas de Rhizobium», en Investigación y Ciencia, 265 (octubre, 1998).

a) Busca el significado de las palabras del texto marcadas en negrita. b) Al menos en teoría, el principal objetivo de la «revolución verde» era aumentar la productividad agrícola para acabar con el hambre mundial. Busca información sobre el tema y debate con tus compañeros si este objetivo se ha alcanzado.

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Biología y Geología 1 Investigación científica 2

Investigación científica 2 CAMBIO CLIMÁTICO Actualizado viernes 21/07/2006 03:00 (CET)

Acuerdos entre Brasil y EEUU.

Científicos advierten que el Amazonas ya puede haber dejado de ser el pulmón verde del mundo. El movimiento incesante de la frontera agrícola está liberando gases contaminantes. Al ser consumidas por el fuego, las plantas sueltan a la atmósfera el dióxido de carbono almacenado.

Brasil y EEUU firmaron el jueves en el Museo de Historia Natural de Washington un acuerdo para continuar su colaboración en este proyecto, así como en otro denominado Determinantes Biológicos de Fragmentos Forestales, ambos dirigidos por el Instituto Nacional de Investigaciones de la Amazonía (INPA). “La Amazonía no es un ecosistema, es un conjunto muy grande de ecosistemas”, cuya dinámica es muy importante para el clima mundial, explicó Adalberto Luis Val, director del INPA, quien participó en la ceremonia.

CÉSAR MUÑOZ ACEBES (EFE) WASHINGTON.- El Amazonas, considerado hasta ahora el «pulmón del mundo», puede haberse convertido en un emisor neto de dióxido de carbono debido a la quema indiscriminada de sus árboles, según los científicos. “Hay una gran pregunta sobre si el Amazonas como un todo es una fuente de carbono atmosférico o un lugar donde se almacena”, explicó Diane Wickland, directora del programa de ecología terrestre de la NASA. Los siete millones de kilómetros cuadrados de bosque alrededor del río Amazonas y sus tributarios, una extensión mayor que Europa, funcionan como un riñón inmenso para el planeta, porque depuran el aire al retirar dióxido de carbono, que es uno de los gases principales que produce el efecto invernadero y el calentamiento global, y expulsan oxígeno. Ese carbono capturado por la fotosíntesis se almacena en los troncos, las hojas y el suelo, pero el movimiento incesante de la frontera agrícola en busca de más terreno cultivable está liberando esos gases de su cárcel. “Cuando se hace el cálculo aritmético para intentar ver si en un año entra más dióxido de carbono en el Amazonas del que sale, no está claro”, indicó Wickland. La quema de la selva para cultivar soja o criar ganado ha destruido más de 615 000 millones de kilómetros cuadrados sólo en Brasil, que representan el 15 % de los cuatro millones de kilómetros cuadrados de la Amazonia de ese país, según el Instituto Nacional de Investigaciones Espaciales (INPE, en portugués). Al ser consumidas por el fuego, las seringueiras, las piranheiras y palmeras como la copaíba sueltan a la atmósfera el carbono en sus fibras y con ello contaminan el ambiente en lugar de limpiarlo. Descubrir si el Amazonas tiene un efecto positivo o no en el sistema planetario de reciclado del carbono es fundamental para entender el cambio climático y tomar medidas para combatirlo, según los científicos. Esa será una de las prioridades para los próximos años del llamado Experimento de Gran Escala de la Biosfera-Atmósfera en la Amazonía (LBA), según Wickland.

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Mediante el uso de datos de satélites de la NASA, entre otros recursos, el LBA ya ha cambiado la concepción de sus interacciones. “Antes pensábamos que el bosque captaba más carbono, era más productivo en la temporada de lluvias porque tenía más humedad, pero ha resultado que estábamos equivocados”, afirmó Wickland. Los investigadores del LBA, que es el mayor proyecto del mundo sobre la interacción entre los bosques tropicales y la atmósfera, han demostrado que las plantas capturan más dióxido de carbono en la época seca porque hay menos nubes que oculten el sol. Al mismo tiempo, los grandes árboles amazónicos tienen raíces profundas que les permiten llegar a suelos húmedos. En cambio, las zonas desforestadas para cultivos u ocupadas por bosques «secundarios», que han crecido después de una tala, no cuentan con esas raíces profundas y son más susceptibles a la sequía, como la sufrida el año pasado, la peor en más de 50 años. Otro de los descubrimientos del LBA es que algunas regiones de la cuenca del Amazonas se comportan como un «océano verde». En el mar, los núcleos de condensación que forman las nubes son diferentes que en la tierra porque el tamaño de las partículas que transportan es distinto. En la época de lluvias, la humedad es tal que las copas de los árboles en la zona occidental del Amazonas actúan como la superficie de un océano, según los científicos. “Los meteorólogos se rascaban la cabeza y decían: no puedo creer lo que ocurre aquí” cuando se dieron cuenta del efecto, según Wickland. El descubrimiento “cambia de modo fundamental la forma en la que computamos el efecto del Amazonas en el clima mundial”, añadió. Portada > Ciencia Dirección original de este artículo: http://www.elmundo.es/elmundo/2006/07/21/ciencia/ 1153442148.html

Biología y Geología 1 Trabajo de laboratorio 1

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11. El proceso de nutrición en las plantas Trabajo de laboratorio

Trabajo de laboratorio Estudio de la absorción de agua por los pelos absorbentes de la raíz El agua y las sales minerales del suelo son absorbidas por unas células especializadas de la zona pilífera de la raíz llamados pelos absorbentes. La zona pilífera se encuentra por encima de la zona de alargamiento de la raíz.

Procedimiento a) Haz un agujero en la tapa del frasco 1 lo suficientemente grande para que entre la planta por él. Llena el tarro de agua e introduce la planta en el agujero de la tapa y fíjala con plastilina. Mete la planta en el tarro de tal manera que toda la raíz quede introducida en el agua. Cuando la raíz esté introducida en el agua, echa aceite con cuidado. Cierra el frasco. b) Haz lo mismo con la tapa del frasco 2. Llena el tarro con agua y mete la planta. Echa aceite de tal manera que la zona ramificada de la raíz quede esta vez en la fase aceitosa. El extremo de la raíz (cofia) debe quedar en contacto con el agua. Fija la planta con plastilina. c) Haz dos agujeros en la tapa del frasco 3. Mete la planta por uno de ellos y fíjala con plastilina. Ata con un hilo de 25 cm el extremo de la raíz, con cuidado para no cortar el tejido. Una vez atada la planta, introduce el hilo por la parte inferior de la tapa donde habías hecho el segundo agujero. Llena el vaso de agua e introduce la planta, de tal manera que toda la raíz quede en contacto con ella. Echa aceite con cuidado y cierra el tarro. Tira del hilo hasta que introduzcas en el aceite sólo el extremo de la raíz. d) Coloca los tres frascos en una zona iluminada y observa lo que ha ocurrido a la semana siguiente.

Objetivo Comprobar que el agua se absorbe por los pelos absorbentes de la raíz.

Resultados Anota las modificaciones observadas al cabo de una semana.

Materiales • • • • • •

3 plantitas de lentejas. 3 frascos de vidrio numerados. Hilo. Plastilina. Aceite. Agua.

Conclusiones a) ¿Qué ha ocurrido con la planta del frasco 2? ¿Por qué? b) ¿Qué ha ocurrido con las plantas de los frascos 1 y 3? c) ¿Dónde se absorbe el agua en las plantas?

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291

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Biología y Geología 1 Trabajo de laboratorio 2

Trabajo de laboratorio 2

Objetivos Extraer los pigmentos fotosintéticos y separarlos mediante una técnica sencilla de cromatografía en papel.

Al observar el papel donde hemos hecho la cromatografía, vemos cuatro bandas o zonas que corresponden a los distintos pigmentos fotosintéticos presentes en las hojas de espinaca. Según su grado de solubilidad con el alcohol se reconocen estas bandas y en este orden: •

Materiales

• •

Mortero / Embudo / Matraz / Papel de filtro / Alcohol / Hojas de espinaca / Caja de Petri

•

Clorofila b. Clorofila a. Xantofila. Carotenos.

Procedimiento 1. Lavar las hojas de espinacas, retirar los nervios y ponerlas en un mortero, junto con el alcohol y una pequeña cantidad de carbonato cálcico (que evita la degradación de los pigmentos fotosintéticos). 2. Triturar la mezcla hasta que las hojas se decoloren y el disolvente adquiera un color verde intenso. 3. Filtrar con un embudo y papel de filtro. 4. Colocar el filtrado en una placa Petri, y sobre ella poner un rectángulo de unos 15 centímetros de ancho por 10 centímetros de alto doblado en V para que se mantenga en pie sobre la placa de Petri. FOTOGRAFÍA 1 5. Dejar así el montaje y esperar unas horas. Los pigmentos se irán separando según su absorción. FOTOGRAFÍA 2

Fig. 11.17. Fotografía 1.

292

Fig. 11.18. Fotografía 2.

Este es el aspecto final de la cromatografía obtenida con las hojas de espinacas:

NOTA: esta experiencia puede realizarse con otras hojas verdes si no se dispone de espinacas. Es interesante realizar también esta experiencia con otras sustancias como tinta china.

Biología y Geología 1 Examen

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Examen EL PROCESO DE NUTRICIÓN EN LAS PLANTAS 1. Indica los mecanismos por los que las savias se mueven a través del vegetal.

2. ¿Cuál es la diferencia, en la eliminación de productos de desechos vegetales, entre excreción y secreción? Pon ejemplos de ambos casos.

3. Dadas estas dos fórmulas, explica las observaciones que veas en ellas. a) 6 CO2 + 6 H2O → C6H12O6 + 6 O2 b) C6H12O6 + 6 O2 → 6 CO2 + 6 H2O + Energía (ATP)

2. Excreción: la planta elimina sustancias de desecho al exterior o las aísla en vacuolas en el interior del citoplasma de sus células. Ejemplo: cristales de oxalato cálcico. Secreción: se acumulan sustancias eliminadas, pero que tienen un significado fisiológico. Ejemplo: la resina de los pinos. 3. a) Corresponde a la fotosíntesis, proceso en el que a partir de compuestos inorgánicos (CO2 y H2O) se obtienen compuestos orgánicos (glucosa) y se desprende oxígeno (O2), utilizando para ello la energía solar. b) Corresponde a la respiración celular en la que, partiendo de las sustancias orgánicas obtenidas durante la fotosíntesis, se liberan los compuestos inorgánicos que aparecían en la primera parte de la reacción anterior, liberándose energía química en forma de ATP.

4. Explica por qué la fotosíntesis es un: a) Proceso anabólico. b) Proceso reductor.

5. Del proceso de fotosíntesis: a) Nombra las fases que lo componen y di por qué lo son. b) Sitúa en qué orgánulo se realiza el proceso, así como las fases que lo componen. c) ¿De qué molécula proceden los electrones que se transfieren a la cadena transportadora? d) De cada fase indica: compuestos de los que se parte y a los que se llega al final del proceso.

6. Del proceso de respiración: a) b) c) d)

Indica por qué es un proceso catabólico. Sitúa en qué orgánulo se realiza el proceso. ¿En qué tipo de células se da dicho proceso? Indica también, los compuestos de los que se parte y a los que se llega al final del proceso.

Respuestas: 1. La savia bruta (agua y sales minerales) asciende por el vegetal, por el xilema, gracias a los procesos de: ósmosis, capilaridad y transpiración. La savia elaborada (mezcla de azúcares, aminoácidos, sales y agua) se transporta desde los lugares donde se produce (fuentes) hasta los que se consume (sumideros), a través del floema, por un mecanismo denominado flujo a presión.

4. a) Es anabólico porque se parte de compuestos sencillos para llegar a complejos y, durante el proceso, se almacena energía química en estas moléculas. b) Los procesos anabólicos son mayoritariamente reductores. La fotosíntesis es un proceso en el que los seres que la llevan a cabo, utilizan una fuente de energía para reducir (ganancia de electrones) al CO2 a glúcidos (sacarosa, almidón) principalmente.

5. a) Luminosa, porque se da en presencia de luz, y oscura, porque la luz no interviene en dicha fase. b) Se realiza la fotosíntesis en el cloroplasto: la fase luminosa en los tilacoides y la oscura en el estroma. c) De la molécula de agua. d) Fase luminosa: se parte del H2O y se capta la energía lumínica. Tras la fotolisis de la molécula de agua, se utilizan los electrones y se desprende O2. Se obtiene ATP y NADPH. Fase oscura: se fija el CO2 con ayuda del ATP y el poder reductor del NADPH, formados en la fase anterior, y se obtienen sustancias orgánicas al final del proceso.

6. a) Porque se parte de compuestos orgánicos complejos y se llega a compuestos simples y, además, durante el proceso se libera energía. b) Se lleva a cabo en la mitocondria de las células eucariotas y en los mesosomas de las procariotas. c) En todo tipo de células. d) Se parte de compuestos orgánicos (almidón, glucosa) y se llega a inorgánicos (CO2 y H2O). Además se libera energía (ATP).

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Biología y Geología 1 El proceso de relación en las plantas

12 El proceso de relación en las plantas

1. La función de relación en plantas Las plantas no pueden huir ni hacer ruido, pero son químicas maravillosas. lya Raskin

2. Hormonas vegetales 3. Movimientos en plantas 4. Desarrollo en plantas

Biología y Geología 1 El proceso de relación en las plantas

c

Identificación de la Unidad

El contenido de la Unidad intenta que los alumnos conozcan que las características presentes en las plantas (floración, tipos de hojas, maduración de los frutos, germinación de las semillas, etc.) se deben a la herencia genética, con influencia también de agentes ambientales y de sustancias determinadas denominadas fitohormonas, compuestos orgánicos que se que se producen en una parte del vegetal y que actúan en otra al ser trasladados por la propia planta.

c Objetivos didácticos 1. Identificar los diferentes tipos de hormonas con su actuación en el ciclo vital del vegetal. 2. Distinguir, así mismo, la importancia de los factores ambientales en procesos muy importantes del desarrollo de la planta. 3. Describir los movimientos de las plantas, tropismos y nastias, relacionándolos con los estímulos que los inducen (luz, temperatura, contacto, etc.) o con movimientos de turgencia. 4. Analizar la importancia del fitocromo en la floración de las plantas, según sea la duración de las horas de luz con respecto a las de oscuridad.

c Contenidos cc Conceptuales

1. La función de relación de las plantas. 2. Hormonas vegetales. 3. Movimientos de las plantas. • Los tropismos. • Las nastias. 4. Desarrollo de las plantas. • Crecimiento y diferenciación de las plantas. • Fases del desarrollo de una planta.

cc Procedimentales 1. Resolver las actividades propuestas en el texto relativas al contenido de la Unidad. 2. Utilizar vocabulario científico necesario en la definición de los conceptos. 3. Experimentar en el trabajo de laboratorio: apertura y cierre de estomas. 4. Poner nombres a dibujos sencillos de órganos vegetales en los que actúen hormonas o que representen movimientos de las plantas. 5. Seleccionar material para algún trabajo relacionado con el contenido de la unidad, resumirlo, exponerlo y extraer conclusiones del mismo. 6. Analizar alguna noticia de actualidad, de prensa oral o escrita, relacionada también con el contenido de la Unidad.

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cc Actitudinales 1. Ser conscientes del trabajo científico sobre técnicas biotecnológicas que se aplican en la mejora vegetal. 2. Valorar las aplicaciones de técnicas actuales, muy importantes para el ser humano bajo un punto de vista económico. 3. Valorar negativamente los efectos que puede tener, así mismo, el uso de productos o modificaciones genéticas no controladas en agricultura.

c Metodología 1. Materiales y recursos • Libro de texto y libros de consulta. • Dibujos, esquemas, diapositivas y vídeos identificativos del contenido de la Unidad. • Dibujos que muestren imágenes obtenidas con el microscopio electrónico, con el fin de que se familiarice con ellas el alumnado. • Manejo del microscopio óptico. • Manejo de la lupa binocular. • Actividades recomendadas relacionadas con la Web. 2. Organización de espacio y tiempo • Indicar si son actividades de aula, de laboratorio, de campo, etcétera. • El tiempo es tarea del departamento o del profesor, ya que hay que tener en cuenta el calendario escolar y el grupo con el que se está trabajando

c Criterios de evaluación 1. Reconocer la importancia de las hormonas en todos los procesos del ciclo vital del vegetal (aparición de raíces, floración, caída de la hoja, maduración del fruto, etcétera). 2. Señalar la importancia de los factores ambientales y genéticos en el desarrollo completo del vegetal. 3. Establecer las diferencias existentes entre los movimientos producidos por tropismos o por las nastias, así como analizar ejemplos de los mismos. 4. Destacar la importancia del fitocromo y del fotoperiodo en el proceso de floración. 5. Conocer y aplicar algunas de las técnicas de trabajo utilizadas en la investigación de diversos aspectos (geología, botánica, ecología, etc.) de nuestro planeta. 6. Contrastar diferentes fuentes de información y elaborar informes relacionados con problemas biológicos y geológicos relevantes en la sociedad.

295

12

Biología y Geología 1 El proceso de relación en las plantas

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12. El proceso de relación en las plantas

Actividades de refuerzo

12.2 Hormonas vegetales

1. Define los siguientes conceptos: hormona, receptor, mecanorreceptor, función de relación, ciclo vital, fitohormona. 2. Haz un esquema en el que indiques de cada fitohormona el órgano en el que se sintetiza y, muy brevemente, la acción que ejerce. (El alumno debe mostrar su capacidad de síntesis.)

12.1 La función de relación en plantas La función de relación consiste en la capacidad que tienen los seres vivos para captar estímulos de los medios externo e interno y elaborar respuestas adecuadas que aseguren su supervivencia. Como las plantas no tienen sistema nervioso y sus respuestas ante los estímulos no son tan evidentes como en animales, a veces las vemos como organismos pasivos e indefensos. Nada más lejos de la realidad. ¿Te has preguntado alguna vez qué estrategias tienen las plantas para buscar agua o crecer hacia la luz?, ¿cómo «saben» las plantas cuál es el mejor momento para florecer? o ¿por qué maduran los frutos?

didácticos c Materiales en el CD y en la CEO

En esta unidad vamos a intentar responder a estas cuestiones y muchas más sobre la función de relación de las plantas en las distintas fases de su ciclo vital. Para detectar estímulos, las plantas poseen unas células especializadas que funcionan como receptores y se encuentran en la epidermis de sus órganos. Existen distintos tipos de receptores en función del estímulo: fotorreceptores (detectan luz), termorreceptores (detectan cambios de temperatura), mecanorreceptores (sensibles a la presión), etcétera.

Animación: ejercicio de identificación de las hor-

Una vez detectados los estímulos, se producen cambios en las células vegetales para darles una respuesta adecuada. En gran parte, estas respuestas están reguladas por unas sustancias llamadas hormonas vegetales o fitohormonas.

monas vegetales.

Imágenes: • Hormonas vegetales (fórmulas de las principales). • El experimento de los Darwin. Ejercicios: rellenar huecos: receptores de las plantas.

La secuencia en la función de relación es la siguiente: Fig. 12.1. Bosque de hayas. Fíjate en la posición de las hojas del haya (Fagus sylvatica). Se disponen en horizontal para aprovechar al máximo la energía luminosa.

Estímulo → percepción → cambios celulares → respuesta

12.2 Hormonas vegetales

c Profundización 252

Las fitohormonas son sustancias químicas de distinta naturaleza producidas por tejidos poco diferenciados, como los meristemáticos o los embrionarios, desde donde viajan a los órganos diana para ejercer su acción.

cc El agente naranja utilizado en Vietnam

Fitohormona: del griego fito, ‘planta’ y hormon, ‘excitar’.

El agente naranja utilizado en Vietnam fue producido de forma negligente. Estaba destinado a ser usado como herbicida, sin embargo, al estar mal purificado presentaba una alta concentración de una dioxina que resultó ser cancerígena y que dejó terribles secuelas en la población de aquel país y en los soldados norteamericanos. No sólo murieron cientos de miles de personas, sino que además otras muchas presentan enfermedades crónicas, malformaciones, etcétera. Elaboración propia.

c

Lectura

cc Realmente, ¿las plantas responden a estímulos? Normalmente asumimos la complejidad de los animales, la variedad de sus comportamientos y la riqueza de sus respuestas frente a las distintas situaciones a las que se puedan enfrentar. Toda la información que el animal recibe del exterior y de su interior, la procesa y la utiliza para decidir una respuesta, voluntaria unas veces, otras veces involuntaria.

Actividad resuelta El agente naranja es un arma química formada por la combinación de dos auxinas sintéticas, el 2,4-D (ácido [2,4-clorofenoxi] acético) y el 2,4,5-T (ácido [2,4,5-triclorofenoxi] acético). Este producto fue utilizado como herbicida por los soldados norteamericanos en la guerra de Vietnam para destruir los campos de maíz y acabar con los escondites de la guerrilla. ¿Por qué el agente naranja es un poderoso herbicida?

Como cualquier auxina, el agente naranja, en bajas concentraciones, estimula el crecimiento vegetal. Sin embargo, en grandes cantidades, el crecimiento en longitud de la planta es desmesurado, y ésta muere antes de producir las semillas. Dicho agente tiene también efectos defoliantes, es decir, provoca que la planta pierda las hojas y no pueda hacer la fotosíntesis.

252

Sin embargo, respecto a las plantas, las vemos como seres enormemente pasivos y de comportamientos estandarizados. Pero las plantas también responden a estímulos internos y externos, actuando en cada ocasión de la manera más adecuada para sobrevivir, para reproducirse, para defenderse… Y si no, plantéate las siguientes preguntas: ¿Cómo sabe una semilla cuando tiene que germinar? ¿Por qué el tallo crece siempre hacia la luz y la raíz hacia abajo? ¿Cuándo se decide la planta a echar fl ores y producir frutos? ¿Por qué se caen las hojas de las plantas? En esta Unidad entenderemos a qué estímulos son sensibles las plantas, y qué respuestas se desencadenan en las mismas, cuáles son las consecuencias de estas respuestas y cómo se produce la comunicación entre las estructuras receptoras y efectoras. Tendremos que aceptar, entonces, que las plantas son mucho más complejas de lo que pensábamos y que se comportan como seres «inteligentes» capaces de adaptarse al ambiente en el que viven y al momento en el que se encuentran. Elaboración propia.

296

El transporte hormonal se realiza bien célula a célula, atravesando la pared vegetal, o bien a través de los vasos conductores. En las células diana, las fitohormonas se unen a receptores, que suelen ser proteínas de membrana o moléculas presentes en el citoplasma, desencadenando diferentes procesos, como el alargamiento de las células, la caída de las hojas o la floración. Los principales tipos de fitohormonas se estudian en la Tabla 12.1

Biología y Geología 1 El proceso de relación en las plantas

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c Páginas web

12. El proceso de relación en las plantas 12.2 Hormonas vegetales

cc The Life Wire Fitohormona

Lugar de síntesis

Acción hormonal

Tejido meristemático del tallo

— Determina el crecimiento en longitud de las células.

Naturaleza química

— Favorece la aparición de raíces. CH2

— Estimula el desarrollo del xilema secundario y aumenta el grosor de la planta.

Capítulo (chapter) 38 Figura 38.7: tropismos: el experimento de los Darwin. http://bcs.whfreeman.com/thelifewire/content/ chp38/f38007.gif

COOH

N

— Inhibe el crecimiento de las yemas secundarias y favorece el alargamiento del tallo (dominancia apical).

AUXINA

http://bcs.whfreeman.com/thelifewire/

Derivada del triptófano

H

— Regula el fototropismo y el geotropismo. — Estimula la producción de etileno en los frutos. — Retrasa la caída de hojas, flores y frutos.

GIBERELINA

Tejido meristemático de tallos y raíces, hojas jóvenes, semillas y frutos en desarrollo

— Favorece la floración y el desarrollo de frutos.

Derivada de los terpenos

— Estimula la maduración del polen y la germinación de las semillas.

O CO OH HO COOH

CH3

Tejido meristemático de la raíz

— Estimula la división celular. — Detiene el envejecimiento de las hojas (senescen-cia).

CH2

Derivada de las purinas HO2C

H C=C

— Favorece el crecimiento de las yemas laterales contrarrestando la dominancia apical.

CITOCININA

H 3C

CH2

NH N

N

— Estimula la síntesis de clorofila. — Induce la floración de plantas que necesitan frío o días largos para florecer.

N

N

H

Cloroplastos de las hojas

— Retarda o inhibe el crecimiento del tallo. — Estimula la caída de las hojas y de los frutos. — Retarda la germinación de la semilla e induce el estado de latencia en yemas y semillas.

ÁCIDO ABSCÍSICO

Derivada de los terpenos

H 3C

CH3

CH3 OH

— Favorece el almacenamiento de sustancias de reserva en la semilla.

CH3

O

c Lectura

COOH

— Induce el cierre de los estomas, y disminuye la evapotranspiración. Frutos

ETILENO

— Estimula la maduración de los frutos. — Favorece el marchitamiento de las flores y estimula la caída (abscisión) de hojas y frutos.

253

cc Un poco de historia

Hidrocarburo

La presencia de hormonas reguladoras del crecimiento fue sugerida por Julius Von Sachs en la segunda mitad del siglo XIX, al afirmar que debían existir lo que él llamó «sustancias formadoras de órganos», las cuales debían ser producidas en las hojas y transportadas hacia abajo al resto de la planta.

CH2 = CH2

— Inhibe el crecimiento, favorece el engrosamiento e induce el geotropismo negativo del tallo. Tabla 12.1. Hormonas vegetales.

253

c Experiencia

Una de las primeras experiencias registradas sobre sustancias reguladoras del crecimiento fue llevada a cabo por Charles Darwin y su hijo Francis y se dio a conocer en el libro The Power of movement in plants, publicado en 1881. Los Darwin trabajaron con plántulas de alpiste y de avena y realizaron las primeras observaciones sistemáticas referentes a la encorvadura hacia la luz (fototropismo). Comprobaron que si se cubría la parte superior de una plántula (Figura B) con un cilindro de metal o con un tubo de vidrio ennegrecido con tinta china y se exponía a una luz lateral, no se producía el encorvamiento característico en la parte inferior del vástago (Figura A). En cambio, si en los ápices se colocaban tubos de vidrio transparentes, el encorvamiento ocurría normalmente. Cuando se colocaba un collar metálico rodeando la plántula por debajo del ápice (Figura C), se producía la respuesta característica.

Mientras tanto, otro científico estudiaba los tropismos en las plantas, Charles Darwin, conocido por la teoría de la evolución. Darwin, junto a su hijo Francis, estudió el efecto de la gravedad y de la iluminación lateral sobre el crecimiento de las plantas. Darwin, al igual que Sachs, sugirió que el crecimiento de las plantas debe estar regulado por sustancias especiales y llegó a la conclusión de que «cuando se exponen plántulas a una iluminación lateral, algún tipo de influencia se transmite desde la parte superior a la inferior haciendo que esta última se incurve». Respecto al geotropismo de las raíces llegó a la conclusión de «que es sólo el ápice el que actúa, y que esta parte transmite una cierta influencia a las partes inmediatas logrando que se incurve hacia abajo». Incurvado = encorvado. Ápice = extremo. Las citas proceden del libro de Charles Darwin La capacidad de movimiento de las plantas, publicado en 1881.

297

12

Biología y Geología 1 El proceso de relación en las plantas

c

12. El proceso de relación en las plantas

Actividades de refuerzo

12.3 Movimientos en plantas

3. ¿Qué quiere decir que una planta tiene vida autótrofa? 4. ¿De dónde obtiene la planta los recursos que necesita? 5. ¿A qué nivel trófico pertenecen las plantas y qué importancia tiene esto?

12.3 Movimientos en plantas Por su forma de vida autótrofa, las plantas necesitan vivir ancladas al sustrato y no pueden desplazarse. Sin embargo, esto no quiere decir que sean estáticas, ya que continuamente producen movimientos como respuesta a ciertos estímulos del medio. Entre todos los factores externos que afectan a las plantas, destacan estímulos como la luz, la temperatura, las sacudidas del viento, el agua, la concentración de distintas sustancias químicas, el contacto con distintos soportes, etcétera. Ante estos estímulos, las plantas ofrecen distintas respuestas en forma de movimientos. Todas estas respuestas buscan aprovechar mejor los recursos que les ofrece el medio.

c Páginas web

Los movimientos de las plantas se pueden clasificar en tropismos y nastias.

Los tropismos

Animaciones:

http://www.botanical-online.com/ Los tropismos son movimientos de la planta o de alguno de sus órganos como respuesta a un estímulo externo que actúa en una sola dirección. Este movimiento se consigue mediante el crecimiento de la planta hacia el estímulo, y la transformación es permanente.

Fototropismo: http://www.botanicalonline.com/animacion8.htm

Fig. 12.2. Las plantas brújula se llaman así porque orientan los limbos de sus hojas en dirección norte-sur, de tal manera que la luz tenue del amanecer y del atardecer incida en la superficie, y la luz intensa del mediodía lo haga sólo por los bordes de la hoja, evitando así la pérdida de agua por evapotranspiración.

Si el órgano que se mueve lo hace en la misma dirección que el estímulo, se denomina ortotropismo, y si lo hace con cierta inclinación, plagiotropismo (véase Figura 12.3). Si el órgano de la planta se acerca al estímulo, se dice que el tropismo es positivo; si se aleja, se dice que es negativo. Los principales estímulos que provocan tropismos en las plantas son la luz, la dirección de la fuerza de gravedad y la concentración de sustancias.

La luz La luz es un factor vital para las plantas porque es necesaria para hacer la fotosíntesis. Lógicamente, para aprovechar al máximo las mejores condiciones lumínicas, la parte aérea del vegetal crecerá hacia el estímulo luminoso (véase Figura 12.2).

El crecimiento de una planta generado por la luz se denomina fototropismo.

254 Tropismo: del griego tropos, ‘girar, dirigirse’.

c Experiencia

La mayoría de los tallos presentan fototropismo positivo, y las hojas y ramas, plagiotropismo. En cambio, se ha comprobado experimentalmente que las raíces poseen fototropismo negativo.

Actividad resuelta

Si plantamos semillas de maíz (Zea mays) en una maceta y una vez que germinen procuramos que sólo reciban luz de un flexo colocado lateralmente y con el foco dirigido hacia la maceta, observaremos como los tallos de las plántulas crecen hacia la luz, mostrando fototropismo positivo.

Explica el significado biológico del tipo de tropismo que presenta la parte aérea de las plantas. Se entiende por significado biológico la utilidad que tiene una determinada respuesta, proceso, sustancia, etc. para la supervivencia de un ser vivo.

La utilidad biológica del fototropismo positivo del tallo es acercar las ramas y las hojas a la luz. Después, estas ramas y hojas, al creer formando un ángulo (plagiotropismo), consiguen aprovechar al máximo la luz disponible. Si crecieran en horizontal, se taparían unas a otras con su propia sombra.

254

Semilla. Óvulo fecundado y maduro. Senescencia. Cambios que se realizan en un organismo entre el periodo de madurez y la muerte, o envejecimiento. Tropismo. Movimiento de crecimiento de una planta producido por la acción de un estímulo. El cambio que se origina es permanente.

c Glosario Geotropismo. Movimiento de crecimiento de una planta producido por acción de la gravedad. Hormona. Sustancia reguladora que actúa en muy bajas concentraciones en órganos o sistemas de órganos distantes de donde se han fabricado. Receptor. Célula o tejido que puede responder a un estímulo concreto.

298

c Recomendación didáctica

Es importante recordar al alumno cuáles son los recursos que las plantas necesitan del medio, tanto en forma de nutrientes como en forma de energía, y que recuerde de dónde los obtienen. Es lógico que la planta intente crecer hacia la luz y orientar algunos órganos hacia la misma, puesto que es su fuente de energía para poder realizar la fotosíntesis. Por la raíz obtiene el agua y las sales minerales, que tienen que estar disueltas. Por ello, es lógico que la raíz «busque» el agua que, en ocasiones, se encuentra lejos de las capas más superficiales del suelo, ya que éstas en seguida pierden la humedad, mientras que las capas más profundas la conservan más tiempo

Biología y Geología 1 El proceso de relación en las plantas

c Actividades

12. El proceso de relación en las plantas 12.3 Movimientos en plantas

6. ¿Cuál es la razón por la que la planta responde a los estímulos con distintos tipos de movimiento? 7. ¿Qué es un tropismo? ¿Qué quiere decir que un tropismo es positivo o negativo? 8. ¿Qué diferencia hay entre ortotropismo y plagiotropismo? 9. ¿Qué efectos tiene la luz sobre la síntesis de auxinas en los tallos?, ¿y en las raíces?

Las auxinas son las hormonas vegetales que controlan estos movimientos. En los tallos, la luz inhibe la síntesis de esta hormona y, por lo tanto, se produce un desequilibrio en el crecimiento entre la zona iluminada y la zona no iluminada de la planta. La no iluminada, al tener más concentración de auxinas, crece más y obliga a la iluminada a curvarse hacia la luz. En las raíces ocurre al revés, porque, en este caso, las concentraciones moderadas de auxinas no estimulan, sino que inhiben, el alargamiento de las células.

punta del vástago ➀ La produce auxina (puntos azules)

c Biografía

cc Fritz W. Went y su experiencia más relevante

acumula auxina en el lado ➁ Se inferior y estimula el alargamiento de las células, lo que dobla el vástago hacia arriba.

Fig. 12.3. Plátano de paseo (Platanus hispanica). Las ramas secundarias de las plantas presentan plagiotropismo.

alargamiento de las ➃ Elcélulas de la raíz es Cofia

En 1926, el fisiólogo vegetal holandés Fritz Went, al estudiar el comportamiento de plántulas de avena, aisló sustancias que influían sobre el crecimiento de las mismas, a las que denomino auxinas, demostrando que eran estas sustancias las que provocaban el fototropismo estudiado por Darwin y su hijo.

CEO

auxina en la raíz ➂ Entra y las células de la cofia la dirigen hacia el lado inferior.

En el CD y en la CEO (centro de enseñanza on-line) creados para este proyecto podrás encontrar el siguiente material adicional:

Hoy se conoce, gracias a los estudios de Went, que las auxinas se mueven en dirección al lado oscuro de la planta, provocando que las células en este punto crezcan más que las que se encuentran en el lado de la planta donde da la luz. Esto curva el extremo del tallo que se dirige a la zona iluminada, y da lugar a un movimiento de la planta conocido como fototropismo. También demostró que la auxina actuaba sobre el enraizamiento.

Enlaces, bibliografía, actividades interactivas (fases del desarrollo de las plantas, función de relación en plantas, movimientos de las plantas, frutos partenocárpicos) y animaciones (movimientos, hormonas y desarrollo).

oinhibido por la auxina y la raíz se dobla hacia abajo.

Fig. 12.4. El fototropismo está mediado por la acción de las auxinas.

Introducimos una planta dentro de una caja de cartón que cerramos y a la que se practica un orificio de 5 cm de diámetro:

255

Por otra parte, consiguió aislar la sustancia activa de una planta y demostró que podía estimular el crecimiento al ser aplicada a otra planta, tal y como ilustra la experiencia de la siguiente página web:

Actividades 1>

12

b) ¿Cómo se llama esta respuesta? c) ¿Qué proceso fisiológico está ocurriendo en el tallo?

a) ¿Qué le ocurrirá a la planta después de una semana?

cc The Life Wire 255

http://bcs.whfreeman.com/thelifewire/content/ chp38/f38008.gif

c Escenarios de error

cc Las plantas necesitan luz natural para crecer, no pueden crecer con luz artificial La planta necesita luz para realizar la fotosíntesis. Recuerda que al incidir la luz, los pigmentos fotosintéticos se excitan, perdiendo electrones cargados de energía, que después liberarán en forma de energía química, la cual será utilizada para la fabricación de materia orgánica a partir de inorgánica en la fase oscura de la fotosíntesis. Pues bien, la gama de longitudes de onda a la que se excitan los pigmentos fotosintéticos se encuentra entre las que constituyen la luz visible, tanto natural como artificial. Piensa si no en lo que ocurre cuando dejamos la luz de una pecera encendida mucho tiempo: las plantas crecen más y, sobre todo, las algas, que también son seres autótrofos fotosintéticos, proliferan, lo que nos obliga a limpiar las paredes del acuario con más frecuencia.

299

12

Biología y Geología 1 El proceso de relación en las plantas

c

12. El proceso de relación en las plantas

Actividades de ampliación

10. Las auxinas son hormonas que, entre otros efectos, estimulan el crecimiento de las distintas partes de la planta. ¿De qué sustancia derivan? ¿Qué naturaleza tiene esa sustancia y para qué la utilizan los organismos habitualmente? 11. ¿Cómo pueden las células vegetales crecer en longitud si presentan paredes celulares rígidas? 12. Las giberelinas y las citocininas son hormonas vegetales derivadas de los terpenos. ¿Qué son los terpenos? Clasifícalos e indica otros ejemplos de este tipo de sustancias.

12.3 Movimientos en plantas

La dirección de la fuerza de la gravedad Como sabes por la asignatura de Física y Química, la gravedad es una fuerza que se dirige hacia el centro de la Tierra. Las plantas tienen mecanismos para detectar la dirección de esta fuerza y aprovecharla en su propio beneficio. Cuando germina una semilla, independientemente de la posición en la que se encuentre, el tallo crece en contra de la fuerza gravitatoria, lo que le permite atravesar el sustrato en busca de la luz antes de que se acaben las reservas de la semilla. La raíz se dirige hacia abajo, a favor de la gravedad, en busca de agua y sales minerales (véase Figura 12.6).

El crecimiento de una planta inducido por la dirección de la fuerza de la gravedad se llama geotropismo. Fig. 12.5. El tipo de geotropismo puede variar a lo largo de la vida de una planta. Es el caso de la amapola (Papaver rhoeas): el capullo tiene geotropismo positivo, pero cuando la flor se abre, el geotropismo pasa a ser negativo.

En general, el tallo presenta geotropismo negativo; las raíces, geotropismo positivo; y las ramas y raíces secundarias, plagiogeotropismo.

c Páginas web cc The Life Wire Figuras: http://bcs.whfreeman.com/thelifewire/ Capítulo (chapter) 38 Figura 38.10: respuesta del tallo a la luz y a la gravedad por acción de las auxinas. http://bcs.whfreeman.com/thelifewire/content/ chp38/f38010.gif

Fig. 12.6. Semilla en germinación mostrando el geotropismo negativo del tallo y el geotropismo positivo de la raíz.

256

El geotropismo también está controlado por las auxinas. La explicación es muy sencilla en los tallos, pero no en las raíces, donde el mecanismo aún no está claro. Cuando se dispone un tallo en la horizontal, se produce un desplazamiento de la auxina hacia la parte inferior del órgano. Este desplazamiento produce un mayor crecimiento de la zona inferior, que provoca una curvatura hacia arriba.

Actividad resuelta Se ha observado que los tallos de algunas plantas, que viven en condiciones muy adversas durante el invierno, crecen paralelas al sustrato. Sin embargo, en verano adquieren una posición vertical. ¿Qué fenómeno se está produciendo? ¿Qué utilidad tiene para la planta?

Como respuesta a un cambio de temperatura, el tallo sufre un cambio en el tipo de geotropismo. En invierno, los tallos crecen horizontalmente para enterrarse en la nieve y así quedar protegidos del frío. Cuando llega el buen tiempo, los tallos adquieren de nuevo geotropismo negativo.

256

c Escenarios de error

cc El geotropismo de la raíz

Figura 38.14: efecto de la auxina sobre la pared celular, permitiendo su crecimiento. http://bcs.whfreeman.com/thelifewire/content/ chp38/f38014.gif

300

La cofia o caliptra, que es una especie de dedal o capuchón protector que rodea al meristemo apical de la raíz, es el lugar de percepción de la gravedad. Algunas células de la cofia contienen almidón en sus amiloplastos, que se acumulan en la parte inferior de las células por gravedad. Inicialmente se pensó que ésta era la causa del geotropismo positivo de la raíz; sin embargo, hoy día esto se pone en duda, pues hay plantas que no presentan amiloplastos en las células de la cofia y sin embargo tienen geotropismo positivo. De lo que no cabe la menor duda es de que el geotropismo está mediado por la hormona auxina.

Biología y Geología 1 El proceso de relación en las plantas

c Actividades

12. El proceso de relación en las plantas 12.3 Movimientos en plantas

13. ¿Qué es el plagiogeotropismo? ¿Qué estructuras de la planta lo poseen y por qué? 14. ¿Qué son los zarcillos? ¿Qué tipo de respuesta presentan? 15. ¿Cuál es el significado biológico del geotropismo de las distintas partes de la semilla?

Las plantas detectan la fuerza de la gravedad mediante unas células especializadas, llamadas estatocistos, que se encuentran en la cofia de la raíz y en el ápice de los tallos. Los estatocistos poseen amiloplastos que se desplazan hasta conseguir situarse en la parte inferior de la célula, siguiendo el sentido de la gravedad (véase Figura 12.7). La posición de los amiloplastos desencadena la síntesis de auxinas en la raíz y en el tallo. La presión de los amiloplastos sobre determinados orgánulos de la célula produce la apertura de los canales para el Ca2+ que se encuentran en la membrana plasmática. Este proceso provoca una distribución desigual de estos iones que es la causante de que se produzca la síntesis y transporte de auxina a las zonas de crecimiento.

(a)

(b) la planta se pone de lado

12

Los animales también poseen estatocistos para detectar los cambios de posición y mantener el equilibrio.

c Páginas web

(c) la raíz comienza a doblarse hacia abajo

Figuras: página web de botánica, Brasil. http://www.herbario.com.br/

célula de la cofia vertical

Fig. 12.7. Amiloplastos con almidón.

Actividades 2>

¿Por qué es de gran importancia el geotropismo durante la germinación de la semilla?

Tigmotropismo de una planta trepadora: http://www.herbario.com.br/cie/universi/ TIGMOTRO.gif

El contacto con un sólido Algunos vegetales son capaces de modificar su crecimiento cuando entran en contacto con un sólido. Esta respuesta es muy importante para las plantas trepadoras, que se han especializado en crecer sobre soportes. De esta manera, consiguen una posición adecuada para aprovechar mejor los recursos del medio.

257

Tigmotropismo: del griego tigmo, ‘contacto’.

El crecimiento de la planta al ser estimulada por el contacto con un sólido se denomina tigmotropismo.

Un ejemplo muy llamativo de tigmotropismo se da en los zarcillos de las vides, Vitis vinifera. Al tocarlas con una vara, se produce una inhibición del crecimiento en el lado donde se ha producido el contacto, pero el lado opuesto sigue creciendo, consiguiendo así que el zarcillo abrace el soporte (véase Figura 12.8).

257

Notas

c Curiosidades La heroína es extraída del opio de la amapola Papaver somniferum. Esta planta produce de forma natural esta sustancia, que le sirve para repeler a los insectos que se alimentan de las semillas que se están desarrollando. La cocaína, Erythroxylon coca, es producida por las hojas de un arbusto que crece en los Andes. Esta sustancia sirve para proteger a la planta de las orugas que se alimentan de sus hojas.

301

12

Biología y Geología 1 El proceso de relación en las plantas

c

258

12. El proceso de relación en las plantas

Glosario

Ácido abcísico. Hormona vegetal llamada del estrés, ya que su principal función está relacionada con la adaptación de la planta a cambios bruscos del ambiente (estimula la caída de las hojas, retarda la germinación...). Aerotropismo. Movimiento de crecimiento de una planta producido por la acción de una sustancia gaseosa, principalmente el oxígeno. Auxina. Hormona vegetal que participa en el desarrollo de las raíces y tallos y en el crecimiento de hojas y frutos, regula el fototropismo y el geotropismo, actúa en la división de las células que forman el cambium, etcétera. Citocinina. Hormona vegetal que estimula la división celular de la planta, detiene la senescencia (envejecimiento), estimula la síntesis de clorofila, etcétera. Elongación. Alargamiento. Etileno. Hormona vegetal que actúa en estado gaseoso y su función está relacionada con la maduración rápida de los frutos. Fitohormona. Hormona vegetal. Giberelinas. Hormona vegetal que determina el alargamiento celular en tallos y hojas, favorece la floración y desarrollo del fruto, etcétera. Plagiogeotropismo. Movimiento de una planta por acción de un estímulo, que hace que ésta crezca desde la vertical hasta inclinarse. Quimiotropismo. Movimiento de crecimiento de una planta producido por acción de una sustancia química. Tigmotropismo. Movimiento de crecimiento curvado de una planta producido por acción de un contacto físico.

12.3 Movimientos en plantas

La presencia de sustancias químicas La vida de cualquier vegetal depende de su capacidad para detectar y reaccionar ante ciertas sustancias químicas. Cuando las sustancias sean necesarias para la vida vegetal, la planta crecerá hacia ellas. Si las sustancias son perjudiciales, la planta responderá creciendo en sentido contrario para conseguir alejarse.

El quimiotropismo es notable en la raíz, y puede ser positivo o negativo, dependiendo de la naturaleza o la concentración de la sustancia que se encuentre en el suelo. Por ejemplo, las raíces también respiran y, por ello, se dirigen hacia zonas aireadas del terreno. A este tipo de quimiotropismo se le denomina aerotropismo.

Fig. 12.9. Diferentes tipos de raices adaptadas a distintos medios.

En el tallo, el quimiotropismo no tienen mucha importancia, aunque hay excepciones como es el caso de la cuscuta, planta parásita cuyo tallo crece orientado hacia determinados vegetales hospedantes. Parece ser que los responsables de esta atracción son unos alcoholes y esencias volátiles presentes cerca de las plantas parasitadas.

Actividad resuelta El Euzomodendron bourgaeanum es una angiosperma endémica de Almería. Se puede encontrar en el desierto de Tabernas, donde la pluviosidad media anual es inferior a 200 mm y las temperaturas oscilan entre –5 y 48 ºC. ¿Cómo serán las raíces de esta planta? Razona la respuesta. ¿Conoces otras adaptaciones de las plantas para hacer frente a la escasez de agua? Para cualquier organismo es vital disponer de agua. Las plantas absorben el agua por sus raíces. La falta de agua en zonas desérticas estimula el crecimiento de la raíz en busca de humedad. La pluviosidad de Tabernas es incluso inferior a la observada como media en los desiertos, por lo que no debe extrañarnos que las raíces del Euzomodendron

c La cuscuta La cuscuta, Cuscuta epithymum (barbas de tomillo, barbas de caputxi, txortorri, barbas de raposo), es una planta parásita de aspecto enmarañado y tallo trepador. Carece de hojas y raíces, pero presenta haustorios, unas estructuras absorbentes con las que invade los tejidos de otras plantas, permitiéndole extraer agua y nutrientes. ¿Qué son los haustorios? Se trata de una raíz modificada que presentan algunas angiospermas parásitas, capaz de penetrar y absorber nutrientes de los tejidos de la planta parasitada. En el caso de la Cuscuta epithymum, esta planta es el tomillo (Thymus vulgaris). El nombre de Cuscuta epithymun viene de epi (sobre) thymus (tomillo). Imágenes en la que se pueden observar los zarcillos de la cuscuta enrollarse alrededor del tallo de otra planta. Atlas de Botánica: http://rostliny.prirodou.cz/ http://rostliny.prirodou.cz/fotografie/cuscuta_ epythymum/foto/cuscuta_epythymum_3.jpg http://rostliny.prirodou.cz/fotografie/cuscuta_ epythymum/foto/cuscuta_epythymum_4.jpg

302

El crecimiento de una planta provocado por la presencia de sustancias químicas se denomina quimiotropismo.

Fig. 12.8. Zarcillo tis vinicola).

258

bourgaeanum estén muy desarrolladas. Se trata de un caso particular de quimiotropismo llamado hidrotropismo (véase Figura 12.9). Otras especies de la zona afrontan el estrés hídrico almacenando agua en su interior, como es el caso de la chumbera, (Opuntia ficus-indica) y la pita (Agave americana). En cambio, la Salicornia fruticosa posee hojas duras y pequeñas, que reducen la transpiración. En realidad, las adaptaciones a la falta de agua se producen en todo el planeta. Por ejemplo, los saguaros (Carnegiea gigantea), típicos cactos del desierto de Arizona, además de acumular agua en sus tejidos, desarrollan raíces muy extensas y cercanas a la superficie para aprovechar el agua del rocío.

Biología y Geología 1 El proceso de relación en las plantas

c Actividades

12. El proceso de relación en las plantas 12.3 Movimientos en plantas

16. ¿Cuál es la diferencia entre tropismos y nastias? 17. ¿Puede un mismo estímulo producir tropismos y nastias? 18. Diferencia los movimientos debidos a los tropismos de los movimientos por turgencia o nastias.

Las nastias Las nastias son movimientos rápidos y reversibles de la planta como respuesta a la presencia de un factor externo, pero, a diferencia de los tropismos, no influye en ellos la dirección del estímulo.

Las nastias suelen producirse por un cambio de turgencia en las células vegetales del órgano, que varían su volumen por absorción o pérdida de agua. Los estímulos que provocan nastias son la temperatura, la luz, las sacudidas del vegetal, etcétera.

La temperatura Temperaturas muy frías podrían dañar estructuras vitales para la planta, como las reproductoras. Las plantas detectan estos estímulos térmicos y responden a ellos. En este sentido, son muy importantes los movimientos de apertura y cierre de las flores.

12

didácticos c Materiales en el CD y en la CEO

La sensibilidad térmica de ciertas flores es muy elevada. Los tulipanes responden a diferencias de temperatura de sólo 1 ºC, y las flores del género Crocus, de tan sólo 0,2 ºC.

cc Movimientos de las plantas Animación: este ejercicio de relacionar una imagen con el movimiento correspondiente permite repasar los tropismos y las nastias. Tras la realización, se puede comprobar el número de aciertos.

Las nastias provocadas por la temperatura se llaman termonastias.

Un ejemplo de termonastia se da en la planta del azafrán (Crocus sativus). Cuando hace frío las flores permanecen cerradas, pero se abren en menos de cinco minutos si la temperatura aumenta entre 15 y 20 ºC.

La luz

Algunas plantas, como las del género Gentiana, son tan sensibles a la cantidad de luz que ante la sombra que generan las nubes al pasar, responden cerrando sus flores.

Imágenes: • Fototropismo del tallo. • Nastias. • Tropismos.

Ya sabes que la luz es un factor vital para las plantas y que su parte aérea crece, de manera permanente, buscándola para hacer la fotosíntesis (fototropismo positivo). Pero, además, para las plantas también es importante detectar las variaciones diarias en la intensidad de la luz y responder ante ellas.

Ejercicios: • Relación: movimientos de las plantas. • Sopa de letras: — Distintos movimientos de las plantas. — Tropismos y nastias.

Las nastias provocadas por la luz se llaman fotonastias.

A lo largo del día, una luminosidad elevada y altas temperaturas pueden ser muy perjudiciales para la planta, porque podrían provocar una pérdida excesiva de agua. Cuando la planta detecta estos dos estímulos responde cerrando los estomas de sus hojas mediante cambios osmóticos en las células oclusivas. Así, consigue controlar la pérdida de agua por transpiración (véase Figura 12.10).

259

Crucigrama: • Hormonas vegetales. • Movimientos de las plantas.

Otra acción combinada de la luz y la temperatura es la que se produce en las hojas de la falsa acacia (Robinia pseudoacacia). Durante el día sus hojas están abiertas, y durante la noche están plegadas. De esta manera, la planta evita las pérdidas de calor.

c Glosario

Las fotonastias son muy frecuentes en las flores. Por ejemplo, un prado en la época de floración presenta un aspecto totalmente diferente en los día nublados y en los días luminosos.

Nastia. Movimiento pasajero de una planta que es independiente a la dirección de un estímulo.

Fig. 12.10. Estomas abiertos y cerrados.

259

Pues bien, las plantas también presentan ritmos circadianos, por ejemplo la apertura y cierre de los estomas en muchas plantas, que cada una de ellas suele realizar a la misma hora, algo parecido ocurre con la apertura y cierre de algunas flores y hojas, incluso la producción de néctar o la liberación de esencias de algunas flores para atraer a los insectos polinizadores. Los ritmos circadianos son regulados en las plantas por los fitocromos, se ha comprobado la coincidencia de algunos aminoácidos de su región proteica con la secuencia de algunas proteínas «reloj» de animales, hongos y bacterias, lo que refuerza la idea de que regulan este tipo de ritmos. Las plantas de Phaseolus vulgaris presentan ritmo circadiano en su forma de colocar las hojas según el momento del día: por la noche perpendiculares al suelo, como en posición de descanso o sueño; durante el día paralelas al suelo, aprovechando al máximo la luz, curiosamente si las mantenemos durante mucho tiempo expuestas a la luz o en oscuridad, siguen realizando este tipo de movimientos cíclicos o circadianos.

c Lectura

cc Los ritmos circadianos La Real Academia de la lengua define circadiano como perteneciente o relativo a un periodo de veinticuatro horas; este término se aplica a aquellos fenómenos biológicos que ocurren rítmicamente, aproximadamente a la misma hora, todos los días. Un ejemplo de ritmo circadiano es, por ejemplo en nuestro caso, la sucesión de periodos de sueño y de vigilia (estar despiertos).

Elaboración propia.

303

12

Biología y Geología 1 El proceso de relación en las plantas

c

12. El proceso de relación en las plantas

Páginas web

12.3 Movimientos en plantas

Figuras La sacudidas del vegetal

La respuesta de Mimosa pudica al contacto. http://www.herbario.com.br/cie/universi/ SEISMO.gif

Algunas plantas también pueden detectar y responder con movimientos rápidos y reversibles a sacudidas provocadas por el viento, la lluvia o por los seres vivos. Estas respuestas forman parte de las estrategias que utilizan muchas plantas para mejorar sus procesos reproductivos, alimentarios, etcétera.

La respuesta de una planta carnívora al contacto. http://www.herbario.com.br/cie/universi/ TIGMONA.gif

Las nastias provocadas por el contacto o sacudida del vegetal se llaman seismonastias.

c Lectura

Un ejemplo de seismonastia es el cierre de algunas hojas de las plantas carnívoras, como la Dionaea muscipula y la Drosera rotundifolia, con el fin de atrapar pequeños insectos (véase Figura 12.11). La planta detecta su presa gracias a unos pelos sensoriales que se encuentran en la superficie interna de las hojas. El contacto con el insecto provoca un cambio en el potencial eléctrico de las células similar al potencial de acción generado en las neuronas.

Un insecto se ha parado sobre el pelo sensorial de una hoja de una planta carnívora atrapamoscas; grave error para él. El pelo sensorial funciona como un gatillo y envía una señal eléctrica que lo hace funcionar como una trampa mecánica. Las dos mitades de las hojas se cierran y formaciones espinosas como dientes en los bordes de las hojas se entrecruzan para aprisionarlo…

También son muy llamativos los movimientos seismonásticos que se producen en la Mimosa pudica, cuyas hojas se pliegan cuando se tocan (véase Figura 12.12). Si la respuesta ha sido provocada por un golpe fuerte, la excitación puede propagarse a otras zonas del vegetal alejadas hasta 50 cm del punto donde comenzó el estímulo. Fig. 12.11. Dionaea muscipula atrapando un insecto. Cuando las plantas carnívoras han atrapado a su presa, pasan semanas hasta que vuelven a abrir «la trampa». Durante este tiempo, el animal está siendo digerido por enzimas específicas. En cambio, si se produce una excitación por el contacto de un objeto no digerible, las hojas vuelven a abrirse rápidamente.

Sin embargo, si el estímulo continúa, las hojas se habitúan y acaban por abrirse. Este mecanismo es importante para evitar que las hojas permanezcan cerradas durante mucho tiempo ante estímulos prolongados, como una fuerte tormenta o el viento.

Extraído de: PURVES, SADAVA: Vida. La ciencia de la biología, Médica Panamericana, 6.ª edición, 2002.

260

c Lectura

cc Seismonastias en la Mimosa pudica La sensitiva, Mimosa pudica, repliega sus hojas de manera muy notable y languidece en respuesta al contacto. La respuesta se disemina por la planta, incluso si sólo se estimula un foliolo. Cuando una hoja de sensitiva es estimulada, una señal eléctrica recorre la hoja hasta llegar a células especiales situadas en órganos llamados pulvinios en la base de cada foliolo, cada grupo de foliolos y cada peciolo. El pulvinio es una articulación un tanto hinchada que actúa como bisagra. Cuando la señal eléctrica llega a las células pulvinulares, induce una señal química que incrementa la permeabilidad de la membrana a determinados iones. Puedes encontrar esta lectura completa en el CD del profesor.

c Glosario Fotonastia. Nastia producida por acción de la luz. Seismonastia. Nastia producida por una sacudida en el vegetal. Termonastia. Nastia producida por un aumento de la temperatura.

304

Fig. 12.12. Rama de una Mimosa pudica con las hojas abiertas y cerradas.

Actividades 3>

¿Qué diferencia hay entre el tigmotropismo y la seismonastia?

4>

En el descampado que hay al lado del instituto, un alumno encontró unas plantas que le llamaron la atención. Poseían unos frutos verdes y ovalados. Al tocarlos ligeramente, éstos estallaron y sus semillas

salieron a presión. Su profesora de biología explicó al alumno que se trataba del pepinillo del diablo (Ecballium elaterium), una planta nitrófila que crece en terrenos baldíos, escombreras y caminos, y que puede lanzar sus semillas a más de 3 metros de distancia. ¿Qué tipo de respuesta se da en esta planta? ¿Qué beneficios le aporta?

260

c Actividades de las lecturas La atrapamoscas, Dionaea muscipula, responde cerrando su doble hoja cuando un insecto roza sus tres pelos activadores, la señal eléctrica generada llega mucho más rápido a las estructuras responsables de la respuesta, pero ésta es paralela a la de la Mimosa pudica; sale K+ que, a continuación, arrastra el agua por ósmosis, provocando una pérdida de turgencia que cierra la hoja inmediatamente. 19. Describe, desde el punto de vista de la ósmosis, los cambios que se han producido en las células responsables del cambio cuando se produce la respuesta y cuando se recupera la situación normal. 20. ¿A qué se puede comparar la transmisión de la información desde los órganos receptores hasta las estructuras responsables de la respuesta? ¿Por qué?

Biología y Geología 1 El proceso de relación en las plantas

12

c Actividades

12. El proceso de relación en las plantas 12.4 Desarrollo en plantas

21. ¿Qué diferencia existe entre división celular y elongación? Razona la respuesta. 22. ¿Qué significado biológico tiene la especialización celular?

12.4 Desarrollo en plantas Los procesos de desarrollo en plantas implican, por un lado, el crecimiento y, por otro, la diferenciación celular, que da lugar a los distintos tejidos y órganos de la planta. Ambos procesos son difíciles de separar, ya que el crecimiento va muy unido a la diferenciación y viceversa.

c Páginas web

Crecimiento y diferenciación en las plantas

cc Hipertextos del área de biología-botánica.

El crecimiento es el aumento de masa de la planta y está determinado por dos procesos diferentes: la división celular y la elongación de las células por dilatación.

Vídeo: cierre de las hojas de Mimosa paupera. http://www.biologia.edu.ar/botanica/tema2/images2/mimo.wmv

División celular Cuando una célula llega a un tamaño crítico, se divide. El aumento de células por división en los tejidos meristemáticos produce la elongación del órgano. La división de las células está regulada fundamentalmente por la presencia de citocininas.

Animaciones. http://www.botanical-online.com/

Para que se forme un vegetal es necesario que las células se especialicen para originar los diferentes tejidos y órganos. Esto se consigue gracias a una fina regulación a nivel molecular que permite que se expresen ciertos genes y no otros.

Vídeo: cierre de las hojas de Mimosa pudica. http://www.botanicalonline.com/animacion7.htm

Esta regulación viene determinada por fitohormonas y por factores externos como la luz, la temperatura o la presencia o ausencia de ciertos nutrientes.

Elongación celular

c Lectura

Las células consiguen alargarse, sin dividirse, porque aumentan de volumen al absorber agua, que almacenan en sus vacuolas. La entrada del agua ejerce una presión sobre la pared vegetal, que es capaz de extenderse, lo que permite el crecimiento de la célula (véase Figura 12.13). Este proceso está mediado por auxinas, que inducen la pérdida de rigidez de la pared celular.

cc La vida de una planta Para que la semilla se active y comience su desarrollo necesita recibir alguna señal del ambiente, desde la acción del fuego o la rotura mecánica a la exposición a la luz y la imbibición por el agua. Los fotorreceptores juegan un papel esencial en este proceso, para que el tallo crezca hacia la luz y la raíz en sentido contrario.

Fig. 12.13. El alargamiento de los tallos del bambú (género Phyllostachys) se debe a la dilatación de sus células sin que haya división celular. Pueden llegar a crecer 57 cm al día.

261

Por último, el etileno, provoca la maduración de los frutos y la caída de las hojas. Otras hormonas activan las defensas frente a los patógenos y los daños que se producen en los tejidos.

cc Los factores que influyen en el desarrollo de una planta A lo largo de la vida de una planta tienen lugar una serie de cambios progresivos que están regulados de una forma muy compleja. Los factores que intervienen en la regulación son los siguientes: • El genoma de la planta codifica su estructura, lo que incluye a los distintos tipos de receptores, los enzimas que regulan su metabolismo y las hormonas que regulan sus respuestas a las circunstancias ambientales. • La planta capta señales ambientales a través de sus receptores; como respuesta se liberan una serie de hormonas que regulan la expresión de los genes, lo que determina la adaptación de la planta a las señales que recibe.

261

Una vez que se desarrolla la planta ha de producirse la floración en el momento adecuado, ni muy pronto ni muy tarde; para ello, los fotorreceptores de las hojas «miden» la duración de la noche, para enviar las señales que determinan la formación de las flores. Posteriormente, la fecundación y el desarrollo de los frutos también se producen bajo control hormonal. Algunas plantas crecen año tras año, entrando en un periodo de latencia invernal, también regulado por hormonas. En otros casos, las hojas acaban cayendo debido al envejecimiento. Por último, la planta envejece y muere debido a una serie de cambios, todos ellos regulados hormonalmente. La planta está en cada momento adaptándose a los cambios del ambiente, cualquier proceso fisiológico viene desencadenado de forma precisa por hormonas que provocan la respuesta adecuada a las circunstancias del momento. Hormonas como el ácido abscísico han mantenido a la semilla en latencia, las giberelinas han promovido la germinación y las auxinas el crecimiento de la planta, junto con las citocininas, que además evitan el envejecimiento.

305

12

Biología y Geología 1 El proceso de relación en las plantas

c

12. El proceso de relación en las plantas

Actividad de ampliación

12.4 Desarrollo en plantas

Fases del desarrollo de una planta

23. ¿Por qué al ácido abscísico o ABA se le conoce como la hormona del estrés?

Como consecuencia de la acción de las hormonas y de factores externos, como la luz, la temperatura, la presencia de agua, etc., la planta va a experimentar una serie de fases de desarrollo a lo largo de su vida. Estas fases son:

c Páginas web

• • • • •

cc The Life Wire

Germinación de la semilla. Crecimiento vegetativo. Floración. Formación de la semilla y del fruto. Senescencia.

Germinación de las semillas

Figuras:

Las semillas son las estructuras reproductivas de la planta que aseguran la perpetuación de la especie porque protegen al embrión frente a las condiciones ambientales adversas y aseguran la dispersión de la planta. Cuando las condiciones del medio son favorables (temperaturas suaves y presencia de agua), se produce la germinación de la semilla, es decir, el desarrollo y crecimiento del embrión.

http://bcs.whfreeman.com/thelifewire/ Capítulo (chapter) 38 Figura 38.6: efecto de la giberelina en el crecimiento de la planta del repollo. http://bcs.whfreeman.com/thelifewire/content/ chp38/f38006.gif

En nuestras latitudes, la mayoría de las semillas se producen en otoño, pero no germinan en ese momento, porque la nueva planta se moriría en las condiciones adversas del invierno. Este periodo de espera se denomina fase de latencia o dormición. Las semillas germinan en la primavera, cuando la temperatura y la humedad son adecuadas. Las semillas detectan la época del año adecuada para germinar gracias a la acción de dos hormonas que actúan secuencialmente: El ácido abscísico impide el crecimiento del embrión dentro de la semilla y, además, favorece el almacenamiento de sustancias de reserva. Las bajas temperaturas del invierno destruyen esta hormona y la semilla sale de su estado de latencia preparada para germinar en primavera. Las giberelinas estimulan la germinación porque inducen la formación de enzimas hidrolíticas, como la amilasa. Estas enzimas rompen las sustancias de reserva, liberando glucosa, ácidos grasos y aminoácidos que serán utilizados por el embrión para desarrollarse. Una vez que el embrión rompe los tejidos que lo protegen, la plántula necesita que la raíz crezca hacia abajo en busca de agua y sales minerales, y el tallo lo haga hacia arriba en busca de la luz. Como ya sabes, estas respuestas son el geotropismo y el fototropismo, y están reguladas por las auxinas.

262

Actividades Figura 38.4: efecto de las giberelinas en la germinación de la semilla. http://bcs.whfreeman.com/thelifewire/content/ chp38/f38004.gif

5>

Hay plantas como el avellano (Corylus avellana) el haya, (Fagus sylvatica) o el fresno (Fraxinus excelsior) que necesitan pasar un invierno frío para que sus semillas germinen en la primavera siguiente. ¿Por qué ocurre esto?

6>

Un alumno de 1.º de bachillerato concluye en su informe de prácticas que las semillas de judía que él plantó no han germinado porque las colocó al revés. ¿Qué nota le pondrías? ¿Por qué?

262

te grande, pero débiles e inútiles para cultivo, ya que se morían antes de producir las semillas. El biólogo japonés Kurosawa descubrió que estos síntomas eran producidos por el hongo Gibberella fujikuroi. Kurosawa comprobó que el hongo produce una sustancia que estimula el crecimiento, a la que denominó giberelina. En 1956, Phinney sugirió que las giberelinas eran sustancias que sintetizaban todas las plantas y que las anormalmente enanas, lo eran porque no podían producir sus propias giberelinas. En el caso del maíz enano, observó que sus hojas, raíces y flores eran normales, lo anormal era la longitud del tallo. Hoy sabemos que las giberelinas influyen sobre el alargamiento del tallo, el crecimiento del fruto y la germinación de las semillas.

c Lectura

cc Las giberelinas Antes que hormonas, las giberelinas fueron consideradas como sustancias tóxicas que infectaban a plantas de arroz y les provocaban la conocida como «enfermedad de la plántula insensata», debido a que producían plantas con crecimiento anormalmen-

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En el CD del profesor puedes encontrar otra lectura sobre la germinación de las semillas.

c Curiosidades En las plantas de desierto es común que sus semillas contengan, a veces, grandes cantidades de ácido abscísico. Esta hormona hará que la semilla germine sólo cuando las cantidades de agua sean suficientes para hacerlo, con lo que se asegura el crecimiento del vegetal ya que, es en esas condiciones, es cuando dicho ácido se eliminará.

Biología y Geología 1 El proceso de relación en las plantas

c Actividades

12. El proceso de relación en las plantas 12.4 Desarrollo en plantas

24. ¿Qué ventajas tiene el proceso de latencia o dormición? ¿Qué hormona interviene en el mismo? 25. ¿Qué efectos producen las giberelinas sobre la semilla? 26. ¿Qué otras hormonas intervienen en la germinación?

Crecimiento vegetativo El crecimiento vegetativo comienza cuando la plántula es capaz de absorber agua y sales minerales del suelo y transformarlas en materia orgánica medíante la fotosíntesis. Durante este proceso, la planta joven se convierte en una planta adulta. Crece en longitud y en grosor, y aparecen los tejidos y órganos especializados. En esta fase del ciclo vital de la planta es muy importante que exista un equilibrio entre el desarrollo de ramas laterales y hojas, y el crecimiento de la raíz. Este equilibrio se consigue por la acción coordinada de las auxinas y las citocininas, por un lado, y de las giberelinas, por otro.

c Páginas web

Las auxinas y las citocininas regulan el crecimiento conjunto de la planta.

cc The Life Wire

En un principio, las auxinas estimulan el crecimiento apical del tallo y el crecimiento y ramificación de las raíces. Estas raíces empiezan a producir grandes cantidades de citocininas, que a su vez promueven el desarrollo del aparato fotosintético de las plantas: ramas laterales, hojas y clorofila.

Figuras:

En las plantas con raíces muy pequeñas, la cantidad de citocininas que se sintetiza es menor, por lo que el desarrollo de la parte aérea de la planta también lo es. No tiene ningún sentido para la planta seguir desarrollando su parte aérea si la raíz no le proporciona una cantidad adecuada de agua y sales minerales.

http://bcs.whfreeman.com/thelifewire/ Capítulo (chapter) 38 Figura 38.1: desarrollo temprano de monocotiledóneas (trigo) y dicotiledóneas (judía y guisante). http://bcs.whfreeman.com/thelifewire/content/ chp38/f38001.gif

Las giberelinas también promueven el crecimiento en longitud del tallo.

Actividades 7>

Uno de los productos españoles más valorados en los mercados internacionales son los espárragos blancos de Navarra. Para su cultivo, se entierra la planta y se recogen los tallos (los espárragos) antes de que la yema apical atraviese el sustrato. Si recibieran luz, los tallos se volverían verdes y las yemas laterales empezarían a desarrollarse, dando lugar a las ramas. ¿Por qué los espárragos de Navarra son blancos?

12

Si analizáramos sus tejidos meristemáticos, ¿qué hormona encontraríamos en mayor cantidad? ¿Cuáles son los efectos de esta hormona en los espárragos? ¿Qué hormona es la responsable de que los tallos se vuelvan verdes y desarrollen ramas? Busca información sobre la diferencia entre los espárragos blancos y los trigueros. ¿Pertenecen a la misma especie?

263 Floración Una vez que la planta alcanza la madurez, comienza su fase reproductiva con la formación de las flores. La floración debe producirse con la suficiente antelación para que la semilla y el fruto se desarrollen antes de que lleguen las épocas frías. Según los requerimientos de luz para florecer, las plantas se clasifican en: plantas de día corto, de día largo y de día neutro (véase Figura 12.14). Plantas de día corto (PDC): son aquellas que requieren fotoperiodos cortos, es decir, no rebasar un máximo de horas diarias de iluminación para poder florecer. A este tipo de plantas pertenecen el tabaco (Nicotiana tabacum) el crisantemo (Chrisanthemum morifolium) y la soja (Glycine max).

Fotoperiodo: es la relación que existe entre las horas de luz y las de oscuridad. Regula muchos procesos biológicos, como la floración, la puesta de huevos en aves y la ovulación de las ovejas.

c Actividades de la lectura 263

c Lectura

cc Cerveza y germinación de la cebada Se da el nombre de malta de cebada a los granos parcialmente germinados de cebada. La malta de cebada es la materia prima fundamental para la obtención de la cerveza. La cebada, Hordeum disticum, es un cereal perteneciente a la familia de las gramíneas.

27. ¿Qué son las levaduras? 28. ¿Qué es la fermentación? 29. ¿Cuál es el papel de las amilasas y por qué es necesario que las semillas estén parcialmente germinadas? 30. ¿Conoces otros ejemplos de fermentación?

Notas

La semilla de cebada que dará origen a la cerveza carece de actividad enzimática, por lo que la finalidad del malteado es activar enzimas que permitan la «digestión» de las materias de reserva del grano, en particular las amilasas necesarias para hidrolizar el almidón que, como sabes, es un polisacárido, liberándose moléculas de maltosa, que después serán sometidas a la fermentación alcohólica. Para conseguir la germinación parcial de la cebada se le agrega agua, lo que permite iniciar la actividad enzimática en la semilla y tiene como resultado la formación de los glúcidos fermentables. Para detener la germinación se tuesta la cebada; posteriormente se filtra la mezcla y se obtiene un líquido al que se agregan los lúpulos, que le darán un sabor amargo. El paso siguiente es añadir la levadura Saccharomyces cerevisiae que, al realizar la fermentación, trasforma los disacáridos del jugo en alcohol, obteniéndose así la cerveza.

307

12

Biología y Geología 1 El proceso de relación en las plantas

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12. El proceso de relación en las plantas

Actividades

12.4 Desarrollo en plantas

31. Respecto al siguiente esquema: Plantas de día largo (PDL): son aquellas que requieren fotoperiodos largos, es decir, rebasar un mínimo de horas diarias de iluminación para poder florecer. Las plantas más conocidas dentro de este grupo son la lechuga (Lactuca sativa), la avena (Avena sativa) y la zanahoria (Daucus carota).

Luz roja (exposición al sol) Fitocromo Pr Fitocromo Pfr (Forma inactiva) (Forma activa) Luz infrarroja (sombra)

La distribución geográfica de las plantas depende, entre otros factores, de la duración del día y de la noche en las distintas latitudes. En latitudes ecuatoriales, las plantas son de día corto; en latitudes templadas, las plantas de día largo florecen en verano, y las de día corto, en primavera o en otoño. En las regiones subpolares suelen ser de día largo.

Oscuridad prolongada (se destruye el Pfr)

264

a) Explícalo. b) ¿Qué es el fitocromo? c) ¿Cuándo se transforma el Pr (forma inactiva de fitocromo) en Pfr (forma activa del fitocromo) y por qué? d) ¿Por qué la forma activa del fitocromo (Pfr) induce a la floración de las plantas de día largo? 32. ¿Por qué crees que la presencia de una manzana madura en un cesto favorece la maduración del resto de las manzanas? Razona la respuesta. 33. Las plantas de día corto (o de noche larga), como el crisantemo, deben tener un periodo mínimo de oscuridad para florecer. Si una planta de éstas, cuyo fotoperiodo crítico es de catorce horas de luz, se expone a la luz del día doce horas por doce de oscuridad, ¿crees que florecerá? 34. ¿Por qué la planta de la espinaca no da semillas en los trópicos? 35. De las siguientes afirmaciones, di si son verdaderas o falsas. En caso de que sean falsas, razona la respuesta. a) Las auxinas determinan el crecimiento en longitud de las células. b) Si un órgano de una planta se mueve en la misma dirección que el estímulo que origina el movimiento, se dice que se ha originado un plagiotropismo. c) Las seismonastias son producidas por una sacudida en el vegetal. d) La división de las células en un vegetal está regulada por las auxinas. e) Las plantas de día corto no pueden rebasar un mínimo de horas de luz al día para florecer.

c Glosario Fecundación. Unión del anterozoide y la oosfera para formar el cigoto. Fitocromo. Proteína que actúa en las plantas, en su forma activa, en procesos como la floración o la germinación. Florígeno. Probable hormona vegetal que hace que se desarrolle una flor a partir de una yema en una planta. Fruto. Ovario desarrollado y maduro de una flor. Germinación. Cuando una semilla empieza su crecimiento. Latencia. Periodo en que algo existe y no se manifiesta.

308

La inducción de la floración comienza cuando el meristemo vegetativo, responsable de la formación de raíces, hojas o tallos, pasa a ser meristemo floral. Los cambios vienen producidos por la acción combinada de dos tipos de sustancias. Por un lado, un pigmento presente en las hojas denominado fitocromo y, por otro, un grupo de sustancias aún no caracterizadas químicamente que reciben el nombre de florígenos.

Plantas de día neutro (PDN): son aquellas que florecen independientemente de la duración del fotoperiodo. Algunas de estas plantas son la patata, Solanum tuberosum, la judía, Phaseolus vulgaris, y el algodón, Gossypium hirsutum. Espinaca (día largo)

Soja (día corto)

Patata (día neutro) días y noches de igual duración flor luz

días cortos, noches largas

oscuridad

luz flor

días largos, noches cortas

luz luz roja

luz del extremo del rojo

interconversión en luz de día

Pr

Pfr

con versión espontánea de Pfr a Pr en la oscuridad descomposición de Pfr a Pr en la oscuridad acción fisiológica

Fig. 12.15. Actuación del fitocromo según el tipo de luz.

oscuridad

flor

oscuridad

Fig. 12.14. Efecto de la duración del día sobre la floración de la soja (Glycine max), la espinaca (Spinacea oleracea) y la patata (Solanum tuberosum).

El fitocromo presenta dos formas intercambiables, una activa llamada Pfr y otra inactiva llamada Pr. La forma activa induce la floración de las plantas de día largo, mientras que inhibe la floración de las plantas de día corto. La molécula de fitocromo se sintetiza en forma Pr y se acumula en las hojas. Durante el día, la luz provoca el cambio de Pr a Pfr. Durante la noche, la forma Pfr se convierte en Pr (véase Figura 12.15). Las plantas de día corto florecen cuando las noches son suficientemente largas para que el Pfr se degrade total o parcialmente y no pueda inhibir su floración. Las plantas de día largo florecen cuando las noches son más cortas y queda suficiente Pfr para favorecer su floración. Los florígenos son sustancias que actúan como hormonas y viajan desde las hojas, donde se forman, hasta las yemas, induciendo la floración. La duración del día es fundamental para que estas sustancias se formen, y el «sistema de aviso» sería la síntesis del fitocromo.

Actividades 8>

264

Notas

Los crisantemos son plantas de día corto que tradicionalmente se han utilizado para honrar a los difuntos el día de Todos los Santos. Estás trabajando en un invernadero, y quieres tener crisantemos disponibles du-

rante todo el año. Una noche, por error, olvidas apagar la luz. ¿Qué ocurrirá con la producción de flores? ¿Por qué?

Biología y Geología 1 El proceso de relación en las plantas

12

c Páginas web

12. El proceso de relación en las plantas 12.4 Desarrollo en plantas

cc Biocourse McGraw-Hill Formación de la semilla y el fruto Una vez formada la flor, se produce el transporte de los granos de polen al ovario (polinización) y la unión del gameto femenino y el masculino (fecundación), dándose lugar a una semilla y al desarrollo de un fruto. El desarrollo y maduración de las semillas y los frutos están regulados por las siguientes hormonas: citocininas, auxinas, giberelinas y etileno. Las citocininas son las responsables del desarrollo de la semilla. Las auxinas o giberelinas liberadas por el polen estimulan al ovario para que comience a convertirse en fruto. Las semillas en desarrollo liberan más auxinas o giberelinas y continúan con este proceso, y así se siguen acumulando almidón y otros nutrientes en el fruto. El etileno es la hormona responsable de la maduración de los frutos. La planta necesita que los frutos maduren cuando ha terminado el desarrollo de las semillas. Las semillas maduras liberan grandes cantidades de auxina, que provocan la síntesis de etileno. El etileno descompone la clorofila de los frutos y favorece la hidrólisis del almidón en azúcares. De esta manera, se obtienen frutos dulces, más blandos y de colores brillantes, que resultan muy atractivos para los animales que los ingerirán, y diseminarán las semillas maduras. En las zonas templadas, la mayoría de los frutos maduran en otoño, y los animales consiguen reservas para pasar el duro invierno.

Fitocromos El etileno se ha utilizado desde tiempos remotos. Ya los egipcios lo utilizaban para favorecer la maduración de los higos y en la antigua China se quemaba incienso con el mismo fin.

http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001_gbio/ folder_structure/pl/m6/s4/assets/images/plm6s4_ 5.jpg

Pero hubo que esperar hasta 1901 para que los botánicos conocieran la naturaleza química de esta hormona. A finales del siglo XIX, las calles de muchas ciudades europeas estaban iluminadas por candiles de gas. Muchos investigadores se dieron cuenta de que los árboles cercanos a estas lámparas perdían las hojas prematuramente. El botánico Dimitri Neljubow demostró que el etileno, que formaba parte de la mezcla combustible, era la sustancia responsable de estos efectos.

Actividad resuelta En condiciones naturales, el desarrollo del fruto está subordinado al de la semilla. En la agricultura moderna, sin embargo, se obtienen frutos sin fecundación. Estos frutos, llamados partenocárpicos, son muy valorados porque son de mayor tamaño y no suelen tener pepitas. ¿Qué procedimiento se usa para producir este tipo de frutos?

Efectos del etileno http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001_gbio/ folder_structure/pl/m6/s3/assets/images/plm6s3_ 6.jpg

Para que se produzcan frutos partenocárpicos, el agricultor aplica auxinas y giberelinas en el gineceo de la flor, que suplen las que liberaría la semilla si se hubiese producido una fecundación. Por eso, estos frutos no tienen semillas.

265

Actividades 9>

10>

Para aumentar la vida útil de los productos hortofrutícolas, muchos frutos se cortan antes de que maduren. Acabas de recibir un cargamento de plátanos verdes que quieres vender en una semana. ¿Qué puedes hacer para ofrecer a tu clientela frutos apetitosos y maduros? ¿Una hormona vegetal es responsable de una sola acción fisiológica en la planta? Razona la respuesta.

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Completa las siguientes frases sobre el control hormonal del ciclo vital de una planta: La hormona ................... estimula la maduración de los frutos. La caída de las hojas y los frutos está provocada por ............... Las ..................... favorecen la floración. El crecimiento en longitud del tallo está determinado por .....................

265

c

Actividades de refuerzo

36. Completa el siguiente cuadro:

Fitohormona

Lugar de síntesis Acción

Auxinas

Tejido meristemático del tallo

Favorecen la aparición de raíces, regulan el fototropismo y geotropismo, retrasan la caída de las hojas y los frutos, etcétera.

Citocininas

Tejidos meristemáticos de la raíz

Estimulan la división celular, detienen la senescencia, estimulan la síntesis de clorofila, etcétera.

Ácido abscísico

Cloroplastos de las hojas

Estimula la caída de las hojas y frutos, induce el cierre de los estomas, favorece el almacenamiento en la semilla de sustancias de reserva, etcétera.

Etileno

Frutos

Estimula la maduración de los frutos, favorece el marchitamiento de las flores, inhibe el crecimiento, etcétera.

c Curiosidades

cc El etileno estimula la abscisión y maduración de los frutos El etileno, una hormona gaseosa producida por las plantas, fue descubierto en 1934. Muchos y muy diversos procesos vegetales son influidos por él. Inhibe el alargamiento celular, promueve la germinación de las semillas y participa en las repuestas vegetales a las lesiones o la invasión por microorganismos patógenos. Puedes encontrar la curiosidad completa en el CD del profesor.

309

12

Biología y Geología 1 El proceso de relación en las plantas

c

12. El proceso de relación en las plantas

Glosario

12.4 Desarrollo en plantas

Abscisión. Cuando una parte de la planta (hoja, fruto, etc.) se separa de la misma y cae. En el proceso intervienen, entre otras sustancias, el ácico abcísico (hormona vegetal).

Senescencia o envejecimiento de los frutos y otros órganos Una vez que el fruto ha madurado, se produce su caída o abscisión, y la planta se prepara para pasar el invierno. Las flores se marchitan y las hojas se pierden porque durante el invierno no podrán realizar la fotosíntesis, y a la planta le resultaría muy costoso mantenerlas.

didácticos c Materiales en el CD y en la CEO

La caída de frutos, hojas y flores se ve favorecida por la presencia de ácido abscísico y etileno. Estas hormonas estimulan la formación de la zona de abscisión, una capa delgada de células que se sitúa cerca de la unión del tallo con las hojas y frutos (véase Figura 12.16). Estas células, bajo la acción hormonal, producen enzimas que digieren la pared celular de los tejidos viejos, y provocan su caída. Los frutos, flores y hojas acabarán por desprenderse.

Animación: hormonas y desarrollo vegetal. Este ejercicio permite repasar el papel de las distintas hormonas a lo largo de la vida de la planta.

No todos los árboles pierden sus hojas en otoño. Entre los árboles de hoja perenne destacan las coníferas como cedros (género Cedrus), pinos (g. Pinus), abetos (g. Abies); y algunos representantes del género Quercus, como la encina. Para evitar la pérdida de agua, las hojas de estos árboles tienen poca superficie, están recubiertas de una gruesa capa de cera y los estomas se sitúan, mayoritariamente, en el envés. A la planta le resulta más rentable dejarlas en el árbol durante la época fría que renovarlas cada primavera.

266

2

3

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1

6

5

Esto no quiere decir que estos árboles no pierdan las hojas viejas. En este caso, emplean el mismo mecanismo hormonal que los árboles de hoja caduca. Por ejemplo, el pino de Valsaín (Pinus sylvestris) renueva sus hojas cada tres o cuatro años.

Animación: test sobre fisiología del desarrollo. Fig. 12.16. Fases de desarrollo y crecimiento de una planta en un ciclo. 1. Germinación de la semilla; 2. Crecimiento vegetativo; 3. Floración; 4. Fructificación y senescencia; 5. Formación de semilas.

266

c Bibliografía de la Unidad BERNSTEIN: Biología, McGraw-Hill, 10.ª edición, 2001. DEVLIN: Fisiología vegetal, Omega, 1970. IZCO et al: Botánica, Mc Graw-Hill, 2.ª edición, 2004. PANIAGUA et al: Citología e histología vegetal y animal, McGraw-Hill, 2000. PURVES, SADAVA: Vida. La ciencia de la biología, Médica Panamericana, 6.ª edición, 2002. SALOM, CANTARINO: Curso de prácticas de biología general, Blume, 1981. SOLOMON, BERG, MARTIN, VILLEE: Biología, Mc Graw-Hill, 5.ª edición, 2005. Diccionario de biología, Mileto, 2001. Diccionario de biología, Oxford-Complutense, 2004. Diccionario ciencias de la naturaleza, Cultural SA, 2006.

310

Biología y Geología 1 Actividades

12

12. El proceso de relación en las plantas Actividades

Actividades finales 1>

Explica en qué consiste la función de relación e imagina qué ocurriría si una planta perdiera esta función vital.

2>

Define los siguientes conceptos: • • • •

Fitohormona. Geotropismo. Fotoperiodo. Fotonastia.

3>

¿Qué semejanzas y diferencias hay entre tropismos y nastias?

4>

Completa la siguiente tabla:

Estímulo

Tipo de tropismo

9>

Se ha observado que los tomates partenocárpicos tienen un desarrollo más lento que los frutos que proceden de una semilla. ¿A qué puede deberse este hecho?

10>

¿Por qué se guardan las patatas en sitios oscuros?

11>

¿Qué es el fitocromo? ¿En qué dos formas se presenta? ¿Cómo influye esta sustancia en la floración de las plantas?

12>

Explica cómo influye el fotoperiodo en la floración del poleo (Mentha piperita) una planta de día largo.

13>

Explica qué es la senescencia y qué hormonas intervienen en esta fase del desarrollo de las plantas.

14>

Para mejorar la producción de cierta planta, un agricultor realiza el siguiente procedimiento: Para favorecer el enraizamiento de los esquejes utilizó la hormona 1. Una vez arraigados, aplastó la yema apical de los tallos para potenciar el crecimiento de las yemas y ramas laterales. Cuando las plantas estuvieron frondosas, alargó artificialmente el periodo de luz hasta alcanzar las 16 horas, induciendo la floración. A continuación, las flores fueron tratadas con las hormonas 2 y 3 para que se formaran frutos sin necesidad de ser fecundadas. Una vez desarrollados, los cortó verdes y los almacenó en cámaras. Cuando los precios de mercado fueron favorables, los trató con la hormona 4. Los frutos se volvieron brillantes y apetitosos, listos para el consumo.

Ejemplos

Luz Gravedad Contacto Agua

5>

¿Qué tipo de movimiento se está produciendo cuando…? a) La hiedra crece tapizando un muro. b) Un tallo se dirige hacia la luz. c) Una planta carnívora atrapa a su presa. d) Los estomas se abren o se cierran según la cantidad de luz.

6>

Indica el nombre y la naturaleza química de las hormonas vegetales y señala en el siguiente dibujo dónde se sintetizan.

7>

En jardinería se añaden auxinas a las raíces de plantas que van a ser trasplantadas. ¿Con qué objetivo se realiza esta práctica?

8>

¿Por qué crees que muchos frutos, como las naranjas y los tomates, se venden en mallas y no en bolsas de plástico?

a) Identifica las hormonas 1, 2, 3 y 4 b) ¿Por qué al aplastar la yema apical, las plantas se vuelven frondosas y llenas de ramas secundarias? c) ¿Cómo se llaman los frutos que proceden de flores sin fecundar? d) ¿Por qué los periodos largos de luz inducen la floración en esta planta? ¿Qué sustancias son las responsables de inducir la floración?

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311

12

Biología y Geología 1 Actividades

12. El proceso de relación en las plantas Actividades

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Haz un dibujo que explique los cambios celulares responsables del fototropismo y el geotropismo.

16>

¿Cómo detectan las plantas la dirección de la fuerza de la gravedad? Haz un dibujo explicativo.

17>

El siguiente esquema mudo representa numeradas las fases del ciclo vital de la ajedrea (Satureja montana), una planta herbácea que crece de forma espontánea en terrenos pedregosos y laderas de montaña en las regiones de clima mediterráneo. Es utilizada con fines medicinales para enfermedades leves del aparato digestivo. a) Indica qué fase representa cada número. b) Las letras que aparecen en cada fase señalan las respuestas de la planta ante los estímulos del medio. Explica en qué consiste cada respuesta, su utilidad biológica y el mecanismo implicado.

PAU Cita las principales fitohormonas y explica las funciones más relevantes que desarrollan en cada fase del ciclo vital de una planta. Centra la pregunta La pregunta está centrada en la unidad de relación en plantas. Debes recordar que las fitohormonas son hormonas vegetales que se forman en los tejidos poco diferenciados de las plantas, y que ejercen una determinada acción en tejidos/órganos diana. Debes recordar Clasificación y funciones de las hormonas vegetales. Fases del ciclo vital de una planta. Resuelve la pregunta Las hormonas principales en plantas son: auxinas, giberelinas, citocininas, ácido abscísico y etileno. Las funciones de estas hormonas en cada fase son: — En la germinación de la semilla intervienen el ácido abscísico y las giberelinas, con funciones antagónicas. El primero favorece el almacenamiento de sustancias de reserva, mientras que las segundas

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312

estimulan la germinación de la semilla, ya que inducen la formación de enzimas hidrolíticas que liberan glucosa y otros nutrientes que permiten el desarrollo del embrión. — En el crecimiento vegetativo intervienen las auxinas, las citocininas y las giberelinas. Las auxinas favorecen el crecimiento apical del tallo y el crecimiento y ramificación de las raíces. Las giberelinas tienen una función parecida en el tallo. Las citocininas promueven el desarrollo de las ramas laterales y las hojas. — En la maduración de la semilla también intervienen las tres hormonas anteriores, mientras que en la maduración del fruto interviene el etileno, que favorece la descomposición del almidón en azúcares. Así, los frutos resultan más apetitosos y atractivos para los animales que los ingerirán, y diseminarán las semillas maduras. — En la senescencia y en el envejecimiento de los frutos y otros órganos tienen una función importante el ácido abscísico y el etileno. Estas hormonas se encargan de generar la zona de abscisión, una delgada capa de células situada cerca de la unión del tallo con las hojas y los frutos que produce enzimas que digieren la pared celular de los tejidos viejos.

Biología y Geología 1 Investigación científica 1

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12. El proceso de relación en las plantas Investigación científica

Investigación científica Mecanismos químicos de defensa en las plantas Las plantas están obligadas a discriminar entre los diferentes retos que les plantea su entorno y responder a ellos. Estas respuestas a su ambiente biótico y abiótico les permiten la mejor distribución de sus recursos para crecer, reproducirse y defenderse. No debe, pues, sorprendernos que gran parte de las reacciones de defensa se refleje en una diversidad bioquímica cuyo repertorio es único. Ante la invasión de tejidos vegetales por microorganismos patógenos y depredadores la respuesta defensiva de las plantas se puede manifestar a varios niveles. El primero de estos niveles consiste en la muerte celular controlada de la zona atacada. De esta manera, se retiran los nutrientes al atacante y se aísla el área por medio del refuerzo mecánico de las paredes de células circundantes. Se trata de un fenómeno conocido desde hace varias décadas que comparte características generales con la apoptosis o muerte celular programada. Otro mecanismo de defensa se fundamenta en la producción de sustancias tóxicas o repelentes que actúan directamente contra los agresores. A este grupo pertenecerían los antinutrientes, que inhiben las enzimas del sistema digestivo del atacante, frenando el crecimiento y provocando la muerte por ayuno. Ejemplos de antinutrientes los encontramos en las leguminosas y en las patatas. Finalmente, existe un último nivel de defensa que actúa a distancia, mediante la producción de sustancias volátiles como el etileno y el ácido salicílico. El papel hormonal del etileno se descubrió en los albores de la fisiología vegetal. Su carácter de mensajero en tareas defensivas se halló, sin embargo, en fecha muy reciente. La emisión de etileno por tejidos vegetales dañados permite la activación de genes defensivos en tejidos sanos distantes de la zona dañada o de plantas alejadas que podían estar expuestas al mismo agente invasor o herbívoro. Trabajando con plantas de tabaco insensibles al etileno, se demostró que estas plantas sólo podían cultivarse en condiciones asépticas. Otro mensajero volátil es el éster metílico del ácido salicílico (un precursor de la aspirina). La inducción de la producción de esta señal sigue un mecanismo similar al del etileno. Pero además, la emisión del éster sirve como señal para atraer depredadores de insectos herbívoros. Mediante esta estrategia fascinante, la planta recluta ayuda externa y al mismo tiempo revela

a otras plantas la presencia de un patógeno o un depredador. Sin embargo, como resultado de las coevolución con las plantas, los insectos herbívoros también han desarrollado estrategias para evitar los macanismos de defensa de los vegetales. Algunos son capaces de detoxificar las sustancias químicas sintetizadas por las plantas. Otros las secuestran y las aplican contra sus propios depredadores. Un caso típico de esta estrategia nos lo ofrece la mariposa monarca (Danaus plexippus), cuyas orugas consiguen estas sustancias de las plantas del género Asclepias y las incorporan a su organismo. Estos compuestos son tóxicos para las aves depredadoras de las mariposas. Las mariposas monarca, con su coloración llamativa, advierten a sus potenciales agresores del posible contenido tóxico de sus cuerpos.

En los últimos tiempos se proponen métodos de control biológico como alternativa a los insecticidas sintéticos, para así reducir su impacto en el medio agrícola. Los progresos alcanzados en el conocimiento de las respuestas en las plantas, junto con la revolución en genómica y proteómica prometen replantear la investigación en este campo para encaminarla hacia la explotación de los mecanismos de resistencia de las plantas. El conocimiento de las interacciones planta-invasor puede aplicarse en el futuro a un diseño racional de plantas transgénicas resistentes a las enfermedades y a los insectos. Adaptado de VIVANCO, J.M., COSIO, E., LOYOLA VARGAS, V.M. y FLORES, H.E.: «Mecanismos químicos de defensa en las plantas», Investigación y Ciencia, Barcelona, núm. 341 (febrero, 2005).

a) Busca el significado de los términos escritos en negrita. b) Mucha gente piensa que las plantas son organismos pasivos e inermes. Tras leer este artículo, ¿cómo podrías convencerles de lo contrario? c) Busca información sobre otras formas de defensa que tienen las plantas frente a los fitófagos. d) Trabaja en pequeños grupos. Busca información sobre cultivos transgénicos para debatir con tus compañeros sobre sus ventajas e inconvenientes.

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12

Biología y Geología 1 Investigación científica 2

Investigación científica 2 EL DESCUBRIMIENTO DEL FOTOPERIODO Por la década de 1940 apareció en un cultivo de plantas de tabaco, una mutante con hojas inusualmente grandes y de una altura superior a los tres metros. A medida que la temporada progresó, las plantas comunes florecieron, pero la planta mutante, que fue llamada Maryland Mammoth, sólo siguió creciendo y floreció muy tardíamente.

Ejercicio: • En este dibujo esquemático tienes varias plántulas que tienen la misma edad y las semillas que las han originado proceden de la misma planta. • Sugiere una hipótesis para dar una explicación al desarrollo tan distinto de estas plantitas.

Dos científicos, Garner y Allard, estaban experimentando con una variedad de soja, interesados en espaciar las cosechas sin obtener resultados. Estos investigadores empezaron a trabajar con los dos tipos de plantas, la Maryland y la soja, bajo una amplia variedad de condiciones controladas de temperatura, humedad, nutrición y luz. Finalmente, comprobaron que el factor crítico en ambas especies era el tiempo de luz natural durante el ciclo de 24 horas. Ninguna de las plantas florecía a menos que la longitud del día fuera más corta que un número crítico de horas. Así pasaron a evaluar este descubrimiento con muchas otras especies de plantas, pudiendo dar respuesta a una serie de interrogantes que durante mucho tiempo perturbaron tanto a botánicos como a agricultores. El descubrimiento del control fotoperiódico de la floración no sólo proporcionó una explicación de la distribución de las plantas sino que fue de gran importancia práctica. CURTIS, Helena: Biología, Médica Panamericana.

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plántulas A

plántulasB

Plantas etioladas.

Experiencia:

Los fitocromos también intervienen en el desarrollo inicial de las plántulas. Cuando una plántula se desarrolla en la oscuridad, el tallo se alarga rápidamente; es, además, incoloro porque los cloroplastos no sintetizan clorofila hasta que son expuestos a la luz y tienen hojas muy pequeñas. A este tipo de planta se la denomina etiolada y el proceso es conocido como etiolación. Este grupo de características tiene valor de supervivencia para la plántula porque así no consume su energía almacenada y le da más posibilidades de alcanzar la luz.

1. Pon a germinar diez semillas de judías en un recipiente que tenga en el fondo algodón húmedo para situar las semillas. Ten cuidado de que se mantenga siempre mojado, humedeciéndolo cuando haga falta. 2. Cuando observes que se han hinchado y empiezan a emitir la radícula, distribuye las semillas en dos placas de Petri, manteniendo las condiciones de humedad en ambas. 3. Deja una de las placas expuesta a la luz, y pon la otra dentro de una caja, para que se quede en la oscuridad. 4. Al cabo de dos semanas, observa el aspecto de las semillas de ambas placas de Petri. 5. Emite una hipótesis para explicar los resultados.

Biología y Geología 1 Trabajo de laboratorio 1

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12. El proceso de relación en las plantas Trabajo de laboratorio

Trabajo de laboratorio Estudio del fototropismo en plántulas de lentejas Recuerda que los tropismos son movimientos dirigidos que una planta realiza hacia un estímulo. Si el estímulo es la luz, se denominan fototropismos. Se dice que el tallo tiene fototropismo positivo porque crece hacia la luz, mientras que la raíz tiene fototropismo negativo porque crece en sentido contrario a la luz. El fototropismo es inducido por la auxina, una de las hormonas vegetales más importantes.

Objetivo Observar el comportamiento de la plántula de lenteja ante un estímulo luminoso.

Procedimiento a) Coge el alambre y haz un pequeño anillo en uno de sus extremos. b) Pincha el otro extremo del alambre en la base más estrecha del corcho, de tal manera que el corcho sirva como soporte. c) Dobla con cuidado el anillo que has hecho e introduce una plántula de lenteja de tal manera que la raicilla quede hacia abajo y el tallito hacia arriba. d) Coge la tapadera de la caja y haz un agujero de 5 cm de diámetro con las tijeras. e) Introduce el soporte y la plántula en la caja y ciérrala con la tapadera. f) Observa lo que ha sucedido a las 72 horas.

Materiales • • • • •

Varias plántulas de lenteja. Un tapón de corcho. Un alambre de 15 cm. Una caja. Unas tijeras.

Resultados Dibuja los resultados obtenidos a las 24, 48 y 72 horas.

Conclusiones Razona el tipo de crecimiento en el tallo y en la raíz.

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12

Biología y Geología 1 Trabajo de laboratorio 2

Trabajo de laboratorio 2 RELOJES BIOLÓGICOS: APERTURA Y CIERRE DE LOS ESTOMAS

Procedimiento

En los seres vivos, cualquier ritmo con carácter fisiológico que tenga una duración de 24 horas se denomina ritmo circadiano y, generalmente, está bajo el control de un reloj biológico o mecanismo que adapta a una especie a las condiciones que se dan en su ambiente. El reloj biológico está relacionado íntimamente con la fotoperiodicidad o variaciones en la duración de la luz entre el día y la noche. En la apertura y cierre de los estomas, o estructuras que facilitan el intercambio gaseoso en el vegetal, intervienen factores como la luz, la oscuridad, la concentración de iones K+, la concentración de CO2, etc. Esto ocurre de forma rítmica y parece ser que está controlado por un reloj biológico. Así, en plantas colocadas en la oscuridad, se siguen abriendo y cerrando los estomas aproximadamente a las mismas horas.

1. Separa una hoja del puerro fresca, extrae, de su parte inferior, un trocito de epidermis con la ayuda del escalpelo y las pinzas, y extiéndelo sobre el portaobjetos. 2. Vierte sobre la preparación unas gotas de agua y cúbrela con el cubreobjetos. 3. Rodea la preparación, ya cubierta con el porta, con una tira de papel filtro. Apóyala en la mesa de trabajo y pasa sobre ella, con mucho cuidado, un tubo de ensayo con el fin de aplastarla bien y eliminar el aire. 4. Con el fin de observar bien los estomas, abiertos o cerrados, y compararlos, sería interesante realizar otra preparación pero no con hoja fresca de puerro, sino con otra de varios días. 5. Observar al microscopio con pequeño aumento e ir aumentándolos posteriormente.

Resultados Objetivo

Los ostiolos de la primera preparación (hoja fresca) deben estar más abiertos que los de la segunda preparación (hoja de varios días).

Poner de manifiesto un ejemplo de los llamados relojes biológicos.

Cuestiones

Materiales Puerro (uno fresco y otro de varios días) / Escalpelo / Pinzas finas / Aguja enmangada / Porta y cubreobjetos / Papel de filtro / Microscopio

Epidermis

¿Crees que ciclo circadiano significa lo mismo que la fotoperiodicidad? Respuesta: un ciclo circadiano es un reloj biológico que se repite en los seres vivos cada 24 horas, aproximadamente. La fotoperiodicidad, sin embargo, facilita a la planta conocer la época del año en la que se encuentra, ya que se refiere a la duración entre el día y la noche.

Conclusión

Células adyacentes Ostiolo

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Células oclusivas

…......................................................................................... ............................................................................................. ............................................................................................. ............................................................................................. ............................................................................................. ............................................................................................. ............................................................................................. .............................................................................................

Biología y Geología 1 Examen

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Examen EL PROCESO DE RELACIÓN EN LAS PLANTAS 1. Explica la siguiente secuencia:

visibles, porque los vegetales están fijos al sustrato y no se desplazan.

Estímulo → percepción → cambios celulares → respuesta

2. ¿Qué diferencia crees que existe entre la acción de una auxina o una citocinina sobre las células del vegetal?

3. ¿Cómo ayuda el ácido abscísico a la supervivencia de la planta durante un periodo de sequía?

4. ¿Cuál sería la diferencia entre un fototropismo y una fotonastia? Razona la respuesta.

2. Las auxinas determinan el alargamiento de las células, mientras que las citocininas inducen su división.

3. El ácido abscísico induce al cierre de los estomas disminuyendo la evapotranspiración cuando al vegetal le falta agua.

4. Ambos movimientos están producidos por la acción de la luz, pero el fototropismo sería un movimiento permanente en su transformación y además dirigido hacia el estímulo. En la fotonastia el movimiento será pasajero e independiente de la dirección del estímulo.

5. Indica el tipo de movimiento que se origina en los siguientes ejemplos: a. Movimiento de las hojas y de las ramas de un tallo que crece con un fototropismo positivo. b. Crecimiento de una enredadera que gira alrededor de una guía. c. El moviento pasajero producido en la flores del tulipán por acción de la temperatura. d. Movimientos producidos en la planta de Mimosa pudica al tocarla haciendo que sus hojas se plieguen.

6. ¿Por qué las semillas germinan en una determinada época del año?

7. ¿Qué diferencia hay entre la floración que se producen en el crisantemo y la patata? Explícalo.

8. ¿Qué es la zona de abscisión?

5. a. b. c. d.

Plagiotropismo. Tigmotropismo. Termonastia. Seismonastia.

6. El ácido abscísico da lugar a que la semilla no germine durante la época fría pero, cuando ésta termina, la hormona que se ha destruido por el frío no actúa, lo que favorece a que la semilla germine en primavera. También las giberelinas estimulan la germinación de la semilla, por ejemplo en los cereales, ya que hidrolizan al almidón gracias a que inducen a la formación de enzimas como la amilasa. Con ello, las sustancias liberadas alimentarán al embrión en su desarrollo. Además, estimulan la floración, sobre todo, en semillas de día largo.

7. Que el crisantemo es una planta de día corto (o de noche larga) y la patata es una planta de día neutro. Por lo tanto, en la primera afectará la duración de horas de luz (fotoperiodo) y en la segunda no.

Respuestas: 1. Las plantas poseen en su epidermis células especializadas que funcionan como receptores. Una vez captados los estímulos, se producen cambios en las células vegetales ayudados, a su vez, por la acción de hormonas vegetales o fitohormonas. Las respuestas son movimientos que, en general, son poco

8. La caída de las flores, hojas y frutos favorecen el ácido abscísico y el etileno. Estas hormonas hacen que se produzca la llamada zona de abscisión o capa de células que se forma cerca de la unión del tallo con las hojas y frutos. Estas células producen enzimas que digieren la pared de los tejidos viejos gracias a la acción de dichas hormonas.

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Biología y Geología 1 El proceso de reproducción en las plantas

13 El proceso de reproducción en las plantas

1. La función de reproducción en plantas Los seres vivos somos máquinas de supervivencia, autómatas programados a ciegas con el fin de perpetuar la existencia de los egoístas genes que albergamos en nuestras células. Richard Dawkins

2. La reproducción asexual en plantas 3. La reproducción sexual en plantas 4. Estrategias de polinización y diseminación de la semilla

Biología y Geología 1 El proceso de reproducción en las plantas

c Identificación de la Unidad

En esta Unidad se pretende hacer un análisis de los dos tipos de reproducción vegetal, asexual y sexual, y destacar la importancia de ambas tanto en la perpetuación de las especies, como en la aplicación de algunas formas (injerto, tubérculos, etc.) en la mejora de cultivos. También enfatizar el uso de los diferentes tipos de frutos, tanto secos como carnosos, en la alimentación.

c Objetivos didácticos

1. Distinguir los diferentes tipos de reproducción de los vegetales, como medio para la perpetuación de la especies. 2. Comparar las ventajas e inconvenientes entre ambos tipos de reproducción vegetal. 3. Reconocer la importancia de algunos factores ambientales en el proceso de reproducción, a la hora de la polinización y dispersión de las semillas, así como en el desarrollo de las mismas y en su adaptación al medio. 4. Analizar la evolución paralela que han seguido las formas surgidas entre las plantas y los animales que las polinizan. 5. Señalar la importancia de los frutos como base de la alimentación de los pueblos. 6. Indicar la importancia, así mismo, de la aplicación de algunas formas de reproducción utilizadas en la mejora de cultivos.

c Contenidos cc Conceptuales

1. La función de reproducción en plantas. • Reproducción asexual. • Reproducción sexual. 2. La reproducción asexual en las plantas. • Tubérculos. • Bulbos. • Rizomas. • Estolones. • Bulbilos. 3. La reproducción sexual en plantas. • Reproducción en briofitos. • Reproducción en pteridofitos. • Reproducción en las gimnospermas. • Reproducción en la angiospermas. • Estrategias de polinización y diseminación de la semilla.

cc Procedimentales 1. Resolver las actividades propuestas en el texto. 2. Utilizar vocabulario científico necesario. 3. Experimentar en el trabajo de laboratorio: estudio de la morfología de la flor de la amapola. 4. Observación de las partes del fruto. 5. Poner nombres a elementos de dibujos sencillos de la flor y del fruto. 6. Seleccionar material para algún trabajo relacionado con el contenido de la Unidad, resumirlo, exponerlo y extraer conclusiones del mismo. 7. Analizar alguna noticia de actualidad, de prensa oral o escrita, relacionada también con el contenido de la Unidad.

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cc Actitudinales 1. Ser consciente de la importancia que tiene, a la hora de controlar su cultivo, el que muchas especies vegetales son la base de nuestra alimentación. 2. Valorar la tarea de muchos hombres y mujeres que trabajan en la mejora de las especies, con el fin de aumentar cosechas y obtener alimentos mejorados en sus condiciones de cultivo y rentabilidad de los mismos. 3. Preocuparse para que nuestra alimentación sea rica y variada, y en la que los vegetales jueguen un papel importante como fuente de principios inmediatos.

c Metodología

1. Materiales y recursos: • Libro de texto. • Libros de consulta. • Dibujos y esquemas identificativos de los diferentes tipos de polinización, fecundación y clases de frutos. • Dibujos que muestren imágenes de diferentes tipos de pólenes, por ejemplo, obtenidas con el microscopio electrónico. • Actividades recomendadas relacionadas con la Web.

2. Organización de espacio y tiempo: • Indicar si son actividades de aula, de laboratorio, de campo, etcétera. • El tiempo es tarea del departamento o del profesor, ya que hay que tener en cuenta el calendario escolar y el grupo con el que se está trabajando.

c Criterios de evaluación

1. Comparar los tipos de reproducción, asexual y sexual, como procesos importantes en la perpetuación de las especies vegetales. 2. Describir la estructura general de una flor, así como la función de cada una de sus partes. 3. Establecer las diferencias existentes entre los procesos de polinización y de fecundación. 4. Estudiar el desarrollo embrionario que se da en las plantas con flores, a partir de la germinación de la semilla. 5. Explicar diferentes de tipos de frutos, secos y carnosos, y su organización. 6. Indicar las ventajas que aporta la reproducción sexual sobre la asexual, determinando algunas aplicaciones prácticas que se derivan del conocimiento del proceso. 7. Contrastar diferentes fuentes de información y elaborar informes relacionados con problemas biológicos y geológicos relevantes en la sociedad.

Los ciclos biológicos de la plantas presentan cierta dificultad para los alumnos, por eso aparecen a lo largo de la guía algunas recomendaciones didácticas que pueden ayudar a su comprensión, facilitando la labor del profesor en el aula. El uso de animaciones e imágenes de los distintos procesos, servirá para clarificar los conceptos más importantes. Los ejercicios del CD contienen numerosas actividades que se adaptan al nivel de todos los alumnos, Las más sencillas pueden servir para aquellos alumnos con mayores dificultades. Se recomienda que tras la localización de los conceptos de la sopa de letras se proponga al alumno definirlos.

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Biología y Geología 1 El proceso de reproducción en las plantas

c

13. El proceso de reproducción en las plantas

Recomendación didáctica

13.1 La función de reproducción en plantas

Se proponen unas actividades de inicio de la Unidad, en ellas se pretende refrescar una serie de conceptos importantes que el alumno debe conocer. A continuación aparecen unas preguntas que buscan que el alumno reflexione y se posicione respecto a qué tipo de reproducción es más ventajosa y que llegue a la conclusión de que además de reproducción sexual, en las plantas también tienen una enorme importancia las formas de reproducción asexual o vegetativa.

13.1 La función de reproducción en plantas En la reproducción asexual, los nuevos individuos se generan a partir de un único progenitor, y son genéticamente idénticos a éste. En la reproducción sexual, el material genético de dos gametos, procedentes de dos progenitores distintos, se combina para producir la descendencia. Los gametos deben ser haploides (n), es decir, deben tener la mitad de los cromosomas de la especie. Cuando los dos gametos se unen en la fecundación, se genera una célula diploide (2n) con la mitad de cromosomas de cada progenitor, restableciéndose así el número de cromosomas de la especie.

c Actividades

Enlaces, bibliografía, actividades interactivas (fases momentos del ciclo biológico vegetal, elementos en plantas, estrategias de polinización) y animaciones.

Notas

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Fig. 13.1. a) Patatas; b) hoja de helecho; c) cinta; d) musgo; e) avellana; f) fresa; g) sámaras; h) piñones.

Después de hacer esta actividad, te habrás dado cuenta de que la gran variedad de formas que emplean las plantas para reproducirse se engloba en dos grandes grupos: la reproducción asexual y la reproducción sexual. La reproducción asexual, al ser un mecanismo rápido, sencillo y eficaz (se forman numerosos individuos a partir de un único individuo), permite a las plantas colonizar grandes áreas. Es la mejor estrategia que tienen para poder extenderse localmente.

Piensa en una especie, por ejemplo la humana, o cualquier otra, en la que por alguna causa se pierda la capacidad de reproducción de los individuos, es decir, la posibilidad de generar descendencia. Las consecuencias son muy claras: los individuos seguirían viviendo, hasta morirse de viejos, pero la especie desaparecería con los últimos individuos de esa última generación.

Elaboración propia.

Observa las imágenes que muestran las fotografías. Todas ellas tienen algo en común: son estructuras reproductivas de las plantas. Explica cómo se han formado.

En el CD y en la CEO (centro de enseñanza on-line) creados para este proyecto podrás encontrar el siguiente material adicional:

cc La necesidad de la reproducción

Básicamente existen dos tipos de reproducción: la sexual y la asexual. Las dos tienen ventajas e inconvenientes, y cada una de ellas puede suponer la mejor alternativa según las circunstancias del organismo.

La reproducción es el proceso mediante el cual los seres vivos generan nuevos organismos iguales o semejantes a sus progenitores con el fin de perpetuar la especie. Esta función permite transmitir la información genética de una generación a la siguiente.

1> CEO

c Lectura

La reproducción tiene como fin la continuidad de las especies a lo largo del tiempo y, en la medida en la que se pueden producir variaciones debidas a diferentes causas, conlleva también la evolución.

Los seres vivos sí cumplen las expectativas de Neumann: la principal fuerza impulsora de la vida es su afán reproductor.

Actividades

1. Define los siguientes conceptos: reproducción asexual, reproducción sexual, gameto, haploide, diploide, metafita. 2. De los dos tipos de reproducción, ¿cuál te parece más ventajoso? ¿Por qué? 3. ¿Las plantas tienen reproducción asexual, sexual o las dos? Justifica tu respuesta con ejemplos.

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El gran matemático húngaro John von Neumann afirmaba, en los años cincuenta del siglo pasado, que lo único que le faltaba a una máquina para ser perfecta era dejar una copia de sí misma antes de estropearse.

La reproducción sexual es mucho más costosa (búsqueda de pareja, formación de células especializadas, etc.), pero la diversidad genética que produce supone una gran ventaja: si cambia algún factor ambiental y la descendencia presenta variabilidad en sus genes, puede haber individuos que sobrevivan en las nuevas condiciones.

Actividades 2>

¿Por qué la mayoría de los vertebrados ha perdido la capacidad de reproducirse asexualmente?

272

c Glosario

Diploide. Célula o individuo que tiene doble dotación cromosómica: dos cromosomas de cada tipo (2n). Gameto. Célula haploide, especializada en la reproducción sexual y destinada a unirse a otro gameto mediante fecundación. Haploide. Célula u organismo que presenta la mitad de cromosomas (n), es decir, un solo cromosoma de cada tipo. Reproducción. Proceso por el cuál se producen nuevos individuos a partir de uno o dos progenitores. Reproducción asexual. Tipo de reproducción en la que no hay células especializadas o gametos que se fusionen. Los individuos que se originan son idénticos entre ellos y a su progenitor, son clónicos. Reproducción sexual. Tipo de reproducción en el que intervienen células especializadas (gametos), que realizan la fecundación y originan un cigoto.

Biología y Geología 1 El proceso de reproducción en las plantas

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c Páginas web

13. El proceso de reproducción en las plantas 13.2 La reproducción asexual en plantas

cc Biocourse McGraw-Hill 13.2 La reproducción asexual en plantas

Figuras Reproducción asexual mediante estolones y rizomas: http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001_gbio/folder_ structure/di/m6/s3/assets/images/dim6s3_2.jpg

En la reproducción asexual las nuevas plantas se generan a partir de un fragmento del progenitor: es asombroso observar cómo a partir de una simple hoja de violeta africana se genera un nuevo individuo, o cómo de una patata, que no deja de ser un tallo, pueden surgir varias plantas. La reproducción asexual se da en todos los grupos del reino de las plantas gracias a que muchas zonas de los vegetales conservan células meristemáticas. No olvides que estas células son totipotentes, es decir, pueden multiplicarse y generar un individuo idéntico al original. Las plantas pueden producir copias de sí mismas empleando dos sistemas: mediante fragmentos de sus órganos vegetativos (hojas, tallos y raíces) que, tras su enraizamiento, generan plantas completas; o produciendo propágulos, estructuras formadas únicamente para la propagación asexual del vegetal.

Fig. 13.2. Es sorprendente observar la alfombra vegetal que forman los helechos en los bosques caducifolios. Para una reproducción tan masiva, el helecho emplea un mecanismo asexual: el rizoma.

Ejercicios: • • • •

Las formas más habituales de reproducción asexual son: • Tubérculos: son tallos subterráneos que acumulan sustancias de reserva. Un ejemplo típico de tubérculo es el de la patata (Solanum tuberosum). Sus ojos son zonas meristemáticas que pueden emitir tallos y raíces. Otra planta con tubérculos es la batata. • Bulbos: son tallos subterráneos rodeados de hojas carnosas. La cebolla, el ajo o el tulipán se reproducen asexualmente por medio de bulbos. • Rizomas: son tallos subterráneos que crecen paralelos al suelo. Poseen yemas que dan lugar a tallitos y raíces. Es, quizás, el tipo de reproducción asexual más extendido entre los vegetales. Los helechos y algunas angiospermas, como la caña común (Arundo donax), muchas aromáticas como el orégano (Mentha pulegium) y el romero (Rosmarinus officinalis) emiten rizomas. • Estolones: son tallos rastreros que cuando tocan el suelo emiten raíces y tallos verticales. Cuando las nuevas raíces comienzan a absorber agua y sales minerales, el estolón se marchita y las plantas hijas se hacen independientes. Las fresas (Fragaria vesca), por ejemplo, emiten estolones. • Bulbilos: son yemas situadas en los bordes de las hojas. Cuando caen al suelo, generan una nueva planta. Un ejemplo de este tipo de reproducción lo ofrece la planta Bryophyllum calycinum.

Fig. 13.3. Una de las plantas más valoradas en el mundo es el jengibre (Zingiber officinale). Su rizoma, que tiene propiedades medicinales, se utiliza como condimento en la gastronomía asiática.

a)

c)

b) d)

Fig. 13.4. a) Bulbo; b) estolón; c) rizoma; d) tubérculo.

Fig. 13.5. a) Grama; b) cinta; c) tulipán; d) estragón.

Actividades 3>

didácticos c Materiales en el CD y en la CEO

Identifica el mecanismo de reproducción asexual que presentan las plantas de la Figura 13.5.: grama (Cynodon dactylon), cinta (Chlorophytum comosum), tulipán (Tulipa spp.), estragón (Artemisia dracunculus).

273

c Lectura

cc La naranja de ombligo Se trata de una naranja muy dulce y jugosa, sin pepitas y de aspecto muy atractivo que presenta un ombligo en el lado contrario al pedúnculo. La naranja de ombligo se «descubrió» en Bahía (Brasil) en el siglo XIX, en una plantación de la costa. Una semilla originó un árbol con flores aberrantes, algunas de las cuales produjeron frutos sin semilla. Todas las naranjas de ombligo que hay en el mundo proceden de un árbol de naranja derivado asexualmente del árbol brasileño original. Esta planta sólo se puede propagar de forma asexual.

Verdadero o falso: reproducción asexual. Rellenar huecos: reproducción asexual en plantas. Relación: tipos de reproducción asexual. Crucigrama: reproducción asexual.

c Glosario

Bulbo. Raíz modificada que permite a una planta sobrevivir, gracias a las reservas que acumula, hasta la estación siguiente. En un momento determinado, desarrolla una yema terminal que originará una nueva planta. Por ejemplo, la cebolla. Bulbilo. Forma de reproducción asexual en la que una yema axilar, de aspecto carnoso, se desprende del vegetal y puede dar lugar a una nueva planta, como ocurre en algunos lirios. Clónico. Organismo genéticamente igual a otro y que ha sido producido por reproducción asexual. Por ejemplo, las plantas que se desarrollan a partir de un bulbo. Esqueje. Tallo de una planta que, una vez introducido en la tierra, originará otra igual. Estolón. Tallo rastrero que, una vez introducido en la tierra, originará un tallo nuevo y raíces. Genoma. Conjunto de genes de un virus o de un organismo. Heterocigoto. Núcleo, célula u organismo que tiene dos alelos diferentes en un locus determinado. Híbrido. Heterocigótico. Organismo que para un determinado carácter tiene dos alelos diferentes. Homocigoto. Organismo que tienen dos alelos iguales en un locus determinado. Injerto. Parte de un organismo que se une a otra mayor de otro organismo. Rizoma. Tallo subterráneo y horizontal que tiene yemas y que origina brotes hacia arriba y raíces hacia abajo. Permite a una planta sobrevivir de una estación a la siguiente. Tubérculo. Tallo subterráneo que acumula reservas y que contiene yemas capaces de originar una nueva planta. Por ejemplo, la patata. Totipotente. Célula indiferenciada que es capaz de formar cualquier otro tipo de célula del organismo en condiciones adecuadas.

273

Elaboración propia.

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Biología y Geología 1 El proceso de reproducción en las plantas

c

13. El proceso de reproducción en las plantas

Evolución del ciclo de las plantas

13.3 La reproducción sexual en plantas

13.3 La reproducción sexual en plantas Ciclo biológico o vital: secuencia de sucesos que ocurren en la vida de un organismo, desde su nacimiento hasta que engendra otro individuo.

Como vimos en la Unidad 8, las plantas presentan un ciclo biológico haplodiplonte, a diferencia de otros seres vivos, como los animales (de ciclo diplonte) o algunos hongos (de ciclo haplonte). Analizaremos en detalle lo que significa ser haplodiplonte, y lo haremos comparando el ciclo biológico de un vegetal con el que mejor conoces, el de un ser humano. En la especie humana sólo se presenta un tipo de individuo, que es diploide. Las células germinales de testículos y ovarios sufren meiosis para producir los gametos, que son haploides. En la fecundación, la unión del óvulo y del espermatozoide dará lugar al cigoto, que es diploide, y, tras sucesivas mitosis, se formará el nuevo organismo. Sin embargo, cada especie vegetal presenta dos generaciones morfológicamente distintas: una diploide, el esporofito, y otra haploide, el gametofito. A lo largo del ciclo vital de una planta, se va a producir una alternancia de estas dos generaciones.

Gametofito: del griego gametes, ‘cónyuge’, y éste, de gamos, ‘unión sexual’, y phytos, ‘planta, vegetal’. Esporofito: del griego spora, ‘semilla, germen’, y phytos, ‘planta, vegetal’.

Curiosamente, el descubrimiento de la alternancia de generaciones no se debe a un botánico. En 1846, el naturalista aficionado Hofmeister fue el primero en describir el ciclo biológico de un vegetal. Para ello, pasó muchos años leyendo libros de botánica que encontró en la librería heredada de su padre.

La evolución de los vegetales guarda una relación muy estrecha con la evolución de sus ciclos biológicos diplohaplontes. En estos ciclos se observa una regresión de la fase de gametofito a medida que van evolucionando las plantas y un incremento de la fase de esporofito.

274

El esquema general del ciclo vital haplodiplonte comprende las siguientes fases: • El esporofito, multicelular, produce en sus esporangios células madre que por meiosis generan las meiosporas (esporas que proceden de la meiosis), suceso que señala el inicio de la fase haplonte. • La meiospora se divide por mitosis y produce, al germinar, el gametofito multicelular, cuyos gametangios producen, por mitosis, los gametos. • La fusión de los gametos femenino y masculino (singamia) origina un cigoto o célula huevo que marca el inicio de la fase diploide. El cigoto se divide por mitosis y se desarrolla en un embrión que dará lugar al esporofito, que cierra el ciclo. En todos los grupos vegetales se repite este esquema, pero la historia evolutiva de las plantas muestra una clara tendencia: la reducción progresiva del gametofito. En cambio, en las plantas más primitivas el gametofito es la fase dominante y fotosintética, de la que depende totalmente el esporofito; en las plantas con flores ha quedado reducido a unas cuantas células inmersas en el tejido del esporofito. Esta estrategia permitió a las plantas independizarse del medio acuoso y conquistar la tierra.

Los briofitos, o musgos, son las primeras plantas que colonizaron la Tierra. Derivaban de algas que habitaban en sitios muy húmedos y siguen siendo muy dependientes del agua; no tienen aún tejidos verdaderos y el pie de planta que conocemos corresponde al gametofito (planta formadora de gametos). Ésta es la parte más significativa de la planta y la más desarrollada. El esporofito (planta formadora de esporas) está representado por un ligero filamento rematado en el esporangio. Al ser el gametofito tan dependiente de un ambiente húmedo, las plantas tuvieron que solucionar este problema reduciendo la fase de gametofito mientras que había un mayor desarrollo de la fase de esporofito, ya independiente del agua. Es esto lo que vemos en el camino evolutivo de estos vegetales. En helechos, la fase de gametofito pasa casi inadvertida y se reduce a un órgano de forma acorazonada de no más de 2 cm2, siendo la parte más significativa de la planta la fase de esporofito. La reducción de la fase de gametofito, tan dependiente del agua, se reduce al máximo en el grupo de las espermafitas (plantas con semillas) en el que conocemos básicamente el esporofito, (árboles, arbustos, hierbas...) quedando reducido el gametofito a unas estructuras que quedan encerradas y protegidas en los órganos reproductores (en un ambiente siempre húmedo) y que son en definitiva el saco embrionario y el grano de polen.

Fig. 13.6. Comparación de los ciclos biológicos: a) humanos y b) vegetales.

274

c Páginas web

cc Biocourse McGraw-Hill ccc

Ciclos biológicos

Ciclo vital de animales. http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001_gbio/folder_structure/di/m6/s4/assets/images/ dim6s4_1.jpg Ciclo vital de plantas. http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001_gbio/folder_structure/di/m6/s4/assets/images/ dim6s4_2.jpg

Animación: Ejercicio de reconocimiento de las fases del ciclo haplo-diplonte: http://www.mhhe.com/folder_structure/di/m6/s4/dim6s4_3.htm

322

Biología y Geología 1 El proceso de reproducción en las plantas

c Actividades

13. El proceso de reproducción en las plantas 13.3 La reproducción sexual en plantas

4. Explica qué significa la alternancia de generaciones en el contexto del ciclo haplodiplonte de los musgos o los helechos. 5. ¿Cómo evolucionó el ciclo biológico desde las briofitas hasta las angiospermas? 6. ¿Qué es un híbrido? ¿Qué queremos decir cuando hablamos del vigor de los híbridos? 7. ¿En qué situaciones puede ser ventajosa la reproducción asexual respecto a la sexual? 8. ¿Qué tienen en común y en qué se diferencian los rizomas y los tubérculos? 9. La obtención de semillas híbridas se basa en la primera ley de Mendel. ¿Recuerdas qué dice dicha ley? 10. ¿Qué diferencia existe entre una célula diferenciada y otra totipotente?

La apomixis: el único embarazo psicológico que funciona La aplicación de la biotecnología en la agricultura no es algo nuevo. Desde tiempos remotos, los agricultores han seleccionado las plantas más productivas y han utilizado técnicas de reproducción asexual, como esquejes, acodos e injertos, para propagarlas. Esto les permitía obtener copias idénticas de las mejores plantas de forma poco costosa. De hecho, una gran cantidad de plantas de valor comercial, como las bananas, las uvas o los cítricos, se obtiene en la actualidad por reproducción asexual. Pero existe un proceso de reproducción asexual mucho más llamativo, la apomixis, que se da de forma natural en algunas plantas. Consiste en la formación de semillas donde se albergan embriones formados a partir de óvulos que no sufren meiosis ni han sido fecundados. Así, la germinación de estas semillas dará lugar a individuos clónicos genéticamente iguales a la madre. Las primeras evidencias de la existencia de plantas apomícticas se remontan a 1841. En ese año, se importaron individuos femeninos de la planta australiana Alchornea ilicifolia para embellecer los Kew Gardens de Londres. Esta planta floreció y dio lugar a semillas que, en contra de todos los pronósticos, germinaban y daban lugar a nuevas plantas hembra. Hoy se sabe que muchas plantas de gran importancia en la agricultura, como el mango, algunas gramíneas forrajeras, la mayoría de los cítricos, las manzanas y las fresas, se reproducen de esta manera.

Apomixis: del griego apo, ‘sin’, y mixis, ‘mezcla, unión sexual’.

Genoma: conjunto de genes de un individuo. Alelo: cada una de las distintas alternativas que puede presentar un gen. Homocigoto o de raza pura: individuo que para un mismo carácter posee los dos alelos iguales. Heterocigoto o de raza híbrida: individuo que para un mismo carácter posee alelos diferentes.

híbridas, c Semillas ¿qué son y cómo se

Actividad resuelta A principios del siglo XX, G.H. Shull, un cultivador de maíz, descubrió que si cruzaba dos líneas puras de este cereal, el híbrido resultante producía cuatro veces más maíz que las líneas homocigóticas. Está demostrado que las plantas híbridas tienen mayor rendimiento agrícola: frutos de mayor peso, tallas mayores, mayor resistencia a cambios medioambientales, etc. Es el famoso vigor híbrido. El gran inconveniente es que sólo podemos obtener estos híbridos mediante la selección y el cruzamiento de razas puras. Imagina que trabajas en el departamento de biotecnología y mejora vegetal de un centro de investigación. ¿Qué podrías hacer para conservar el vigor híbrido de estas semillas evitando el esfuerzo de volver a cruzar líneas puras cada vez?

obtienen?

Como sabes, algunas plantas poseen genes que confieren la capacidad de generar semillas apomícticas de forma natural. Para conseguir tu objetivo deberías identificar los genes de la apomixis e introducirlos en el genoma de la planta híbrida de maíz. Esta planta modificada genéticamente habría adquirido la capacidad de reproducirse asexualmente y generar plantas clónicas que, lógicamente, conservarían la características del vigor híbrido. Es importante que sepas que esto no es ciencia ficción. Uno de los mayores retos de la biotecnología agrícola en la actualidad consiste en la transferencia de los genes de la apomixis a plantas de cultivo, como los cereales comestibles.

A partir de plantas silvestres, y en base a cruzamientos controlados, se obtienen híbridos (heterocigóticos), que manifiestan las características más ventajosas de ambos parentales. Los resultados de estos cruzamientos son previsibles en el caso de razas puras (homocigóticos) para distintos alelos de los diferentes caracteres con los que se está trabajando.

Cita las formas haploides y diploides del ciclo vital de una planta.

5>

Busca información sobre qué son los esquejes, los acodos y los injertos.

6>

¿Qué bases genéticas explican el vigor híbrido?

275

Las semillas se obtienen tras seleccionar plantas que reúnen unas determinadas características con un alto potencial de rendimiento en tamaño de grano, resistencia a una enfermedad, ciclo adecuado a una determinada climatología, etc., aunando en la misma planta las características más interesantes de cada uno de los parentales.

Actividades 4>

13

275

c Lectura

cc Reproducción sexual. Las fuentes de la variabilidad La reproducción sexual tiene un coste mucho mayor que la asexual, sin embargo sus ventajas son evidentes. La enorme variabilidad que genera en la descendencia permite que las posibilidades de adaptación de ésta a un ambiente cambiante sean muchísimo mayores que en la reproducción asexual. La aparición de nuevos depredadores y parásitos, los cambios climáticos, la toxicidad ambiental, etc. no garantizan la supervivencia de ningún genotipo concreto, sino que cualquier característica del individuo puede hacerlo apto para sobrevivir ante un cambio ambiental cualquiera.

Dado que este tipo de semillas proviene del cruzamiento de diferentes líneas, su rendimiento se expresa en una sola generación, no pudiendo volver a resembrarse, ya que los fenotipos que aparecen en la primera generación no van a manifestarse en todos los descendientes de la segunda (recuerda la segunda ley de Mendel). http://es.seminis.com/about/seed_harvest_ diagram.gif

La reproducción sexual permite aunar en un mismo individuo características de sus progenitores, pero también permitirá que sus gametos transmitan juntos combinaciones de alelos que el individuo presenta en uno u otro de cada uno de sus cromosomas homólogos, permitiendo tantas combinaciones que podemos afirmar que cualquier individuo que forme gametos por meiosis, en toda su vida no generará dos genéticamente iguales. La lectura completa puedes encontrarla en el CD del profesor.

323

13

Biología y Geología 1 El proceso de reproducción en las plantas

c

13. El proceso de reproducción en las plantas

Páginas web

13.3 La reproducción sexual en plantas

cc Biocourse McGraw-Hill La reproducción en los briofitos

Figuras. Musgo con gametofitos y esporofitos. http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001_gbio/folder_ structure/di/m6/s5/assets/images/dim6s5_4.jpg Ciclo biológico de los musgos. http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001_gbio/folder_ structure/di/m6/s5/assets/images/dim6s5_5.jpg

Anterozoide: gameto masculino vegetal. Oosfera: gameto femenino vegetal.

Las primeras plantas que conquistaron el medio terrestre fueron los briofitos. Éstos proceden de algas verdes ancestrales y, también, dependen del agua para reproducirse. Por eso, musgos, antoceros y hepáticas viven principalmente en ambientes húmedos. El nuevo medio representaba un mundo lleno de oportunidades pero, al mismo tiempo, era un ambiente hostil que exigía ciertas adaptaciones. Para evitar que los gametos murieran por desecación, las oosferas y los anterozoides se desarrollaron en el interior de unas estructuras cerradas, los arquegonios y los anteridios.

Ciclo biológico de un musgo

didácticos c Materiales en el CD y en la CEO

Algunos musgos pueden subsistir en lugares secos, como rocas y muros, porque aprovechan las gotitas de rocío, consiguiendo así el agua necesaria para su reproducción.

Animación: Representación en secuencias sucesivas del ciclo biológico de los briofitos.

La Figura 13.8 muestra el ciclo biológico de un musgo. Las plantitas verdes del musgo constituyen el gametofito (n), en el que se encuentran los anteridios y los arquegonios. El ciclo se inicia cuando, por mitosis, se forman los gametos dentro de estas estructuras. Cuando el anteridio se abre, libera los anterozoides, que van en busca del arquegonio para fecundar la oosfera. Al igual que sus ancestros, los anterozoides de los briofitos tienen que nadar para alcanzar su objetivo: pueden hacerlo porque son biflagelados. De la unión de los gametos surge un cigoto que permanece en el arquegonio. La célula huevo, tras sucesivas mitosis, se convertirá en el esporofito (2n). Como puedes ver en la Figura 13.7, el esporofito, que no es más que un filamento acabado en una cápsula, sin capacidad fotosintética, permanece adherido al gametofito del que depende su existencia. Al madurar el esporofito, se producen las meiosporas (n) dentro de la cápsula. Posteriormente, las esporas se liberan y son dispersadas por el viento. Cuando encuentran un ambiente favorable, germinan y forman una pequeña red de filamentos horizontales llamada protonema, primera fase del nuevo gametofito.

Imágenes: • Evolución del ciclo biológico de las plantas. • Ciclo biológico de los briofitos (rotulado y sin rotular).

2n

Ejercicios:

276

• • • •

n

Verdadero o falso: reproducción sexual en plantas. Respuesta múltiple: los briofitos. Ordenación: fases de un ciclo biológico. Sopa de letras: reproducción briofitos.

c

n

Esporófito en desarrollo

Espora germinando

Fig. 13.7. Musgo mostrando esporofitos.

Recomendación didáctica

Puede ser interesante, cuando se describan los ciclos biológicos de musgos y helechos, hacer un comentario de lo que será el gametofito en plantas superiores, para que los alumnos asocien grano de polen y gametofito masculino, indicando que, gracias a esa protección para los gametos, las plantas pudieron conquistar la tierra y evitar la dependencia del agua para la fecundación. Este recurso permitirá, además, evitar errores frecuentes en los alumnos.

c Experiencia cc Los musgos

Recoge plantitas de musgo que tengan desarrollado el esporofito, aprieta la cápsula para obtener las esporas y ponlas a germinar en un papel de filtro húmedo que debes tapar con un vaso. Puedes observar la germinación de las esporas y la aparición de protonemas.

protonema

Cigoto

Fecundación

gametófito maduro

rizoides gametófito en desarrollo

Fig. 13.8. Ciclo biológico de un musgo.

276

c Lectura

cc Las briofitas Se trata de las únicas plantas no vasculares, ya que carecen de vasos conductores, por lo que su tamaño es limitado. En estas plantas domina la fase de gametofito, que es independiente del esporofito. Sin embargo, cuando tras la fecundación se desarrolla el esporofito, queda unido al gametofito, del que depende para su nutrición. Las briofitas, al igual que los helechos, dependen del agua para su reproducción, ya que ninguno de los dos forma semillas. Podríamos pensar que son plantas de ambientes húmedos y templados, de hecho en estos lugares es donde su desarrollo es mayor. En los bosques contribuyen al mantenimiento de la humedad, ya que son capaces de retener cantidades importantes de agua. Las briofitas han colonizado toda la superficie de la tierra, a excepción de los mares y los desiertos más extremos. En regiones australes y boreales son las únicas plantas que están presentes, pueden sobrevivir sobre rocas expuestas al sol y en lugares muy secos, recuperándose rápidamente al recibir agua. La lectura completa puedes encontrarla en CD del profesor.

324

Esporas

Esporófito maduro

2n

Biología y Geología 1 El proceso de reproducción en las plantas

13

c Páginas web

13. El proceso de reproducción en las plantas 13.3 La reproducción sexual en plantas

cc Biocourse McGraw-Hill La reproducción en los pteridofitos

Detalle de los soros de un helecho. http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001_gbio/folder_ structure/di/m6/s7/assets/images/dim6s7_1.jpg Ciclo biológico de un helecho. http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001_gbio/folder_ structure/di/m6/s7/assets/images/dim6s7_2.jpg

Los pteridofitos son las primeras plantas vasculares que conquistan el medio terrestre. Como todavía no ha surgido por evolución la semilla, también dependen del agua, igual que los briofitos, para su reproducción. Sin embargo, al contrario que en éstos, la generación dominante del ciclo vital es el esporofito. Esta característica se va a conservar y a acentuar a lo largo de la evolución en el resto de las plantas vasculares.

Ciclo biológico de un helecho En la Figura 13.12 se muestra el ciclo de un helecho. La imagen que tienes de un helecho es la de una planta formada por grandes hojas con marcados lóbulos. Sin embargo, jamás dirías que la fotografía que aparece en la Figura 13.11 también es un helecho. Estas dos formas representan las dos generaciones que se alternan en el ciclo vital de estas plantas. La primera es el esporofito (2n), y la gran desconocida, el gametofito (n). El ciclo comienza cuando el esporofito produce las meiosporas. Las esporas se forman en los soros, un conjunto de esporangios que se encuentran en el envés de las hojas. Al caer sobre el suelo húmedo del bosque, las esporas germinan y dan lugar al protalo, el pequeño gametofito que pasa inadvertido. El protalo presenta, generalmente, una forma acorazonada y, como posee clorofila y rizoides (con los que absorbe nutrientes del suelo), es nutricionalmente independiente del esporofito.

cc The Life Wire: Fig. 13.9. En las hepáticas y otros pteridofitos, como la cola de caballo (Equisetum arvense), las esporas son ayudadas por los eláteres para dispersarse. Se trata de células estériles que se encuentran en la cápsula del esporofito junto a las esporas.

En la cara inferior del protalo se encuentran los arquegonios y los anteridios, que producen los gametos. Los anterozoides tienen forma de espiral y poseen múltiples flagelos para nadar hacia el arquegonio, donde espera la oosfera. Tras su formación, el cigoto se desarrolla sobre el protalo. Cuando el joven esporofito consigue enraizar y adquirir capacidad fotosintética, el gametofito se desintegra y el ciclo comienza de nuevo.

La alternancia de generaciones en los ciclos biológicos de las plantas ha sido motivo de discusión entre los botánicos. La hipótesis más extendida en el mundo científico para explicar la existencia de esporofitos y gametofitos es que cada una de estas formas pluricelulares proporciona a los vegetales ciertas ventajas. Los pteridofitos apoyan esta idea. Los gametofitos de este grupo vegetal, al presentar un tamaño tan reducido, permiten que la reproducción sexual se produzca con una cantidad mínima de agua (por ejemplo, una gota de rocío es suficiente para que los anterozoides naden hasta la oosfera). El esporofito, independiente del gametofito, puede crecer y extenderse hacia zonas alejadas del agua y, para ello, sufre ciertas adaptaciones: la aparición del xilema y del floema y la lignificación de las paredes celulares.

http://bcs.whfreeman.com/thelifewire/ Capítulo (chapter) 29 Figura 29.2: representación muy sencilla de ciclo biológico haplodiplonte. http://bcs.whfreeman.com/thelifewire/content/ chp29/f29002.gif Figura 29.5: ciclo biológico de musgo. http://bcs.whfreeman.com/thelifewire/content/ chp29/f29005.gif Figura 29.6: arquegonio y anteridio al microscopio. http://bcs.whfreeman.com/thelifewire/content/ chp29/f29006.gif Figura 29.20: ciclo biológico de helecho. http://bcs.whfreeman.com/thelifewire/content/ chp29/f29020.gif

cc Lecciones hipertextuales de botánica

277

Animación: Fig. 13.10. Hoja de helecho con soros.

Liberación de esporas del esporangio de un helecho. http://www.unex.es/polen/LHB/anima/esporang. htm Liberación de esporas en Sphagnum. http://www.unex.es/polen/LHB/anima/sphagnum. htm

Actividades 7>

¿Qué ventaja evolutiva supone la diploidía de los esporofitos?

8>

En la actualidad, sólo se encuentran helechos arborescentes en los trópicos. ¿Por qué?

277

c

Materiales didácticos en el CD y en la CEO

Animación: Ciclo biológico de los helechos: ejercicio de identificación de las distintas fases del ciclo.

Imágenes: Ciclo biológico de los helechos (rotulado y sin rotular).

c Recomendación didáctica Los alumnos pueden tener dificultad para comprender los ciclos biológicos vegetales. El profesor puede imprimir en papel de transparencias los dibujos de estos procesos que aparecen en el CD, para explicarlos utilizando el retroproyector u otro medio. Se podría también imprimir y fotocopiar para los alumnos los mismos esquemas mudos, que ellos tendrían que rotular durante la explicación en el aula, lo cual centraría más su atención y ayudaría a su comprensión.

Ejercicios: Respuesta múltiple: ciclo biológico de los helechos.

325

13

Biología y Geología 1 El proceso de reproducción en las plantas

c

13. El proceso de reproducción en las plantas

Actividades

11. Asocia los siguientes conceptos de tres en tres de la forma más coherente posible. A continuación haz frases en las que utilices los tres conceptos asociados. 2n – Anteridios – Esporangios – Flagelo – Fronde – Gametofito – Esporofito – n – Prótalo – Soros – Anterozoides – Esporas 12. Los musgos y los helechos tienen anterozoides biflagelados. ¿Qué son los anterozoides? ¿Cuál es su dotación genética? ¿Qué quiere decir que son biflagelados y por qué presentan esas estructuras? 13. ¿Qué fase del ciclo biológico predomina en los musgos y cuál en los helechos? ¿Qué conclusión puede sacarse de este hecho?

13.3 La reproducción sexual en plantas

esporofito

esporangio

Meiosis

El esporangio libera esporas habloides

Fig. 13.11. Protalo.

c Actividad web

El esporofito se desarrilla a partir del gametofito

Animación de Flash: ejercicio sobre las fases del ciclo biológico de musgos y helechos. http://w3.dwm.ks.edu.tw/bio/activelearner/26/ ch26quiz.html

Las esporas se dispersan y germinan El arquegonio produce la oosfera Fecundación

c Experiencia 278

La Selaginella es un helecho muy original porque su esporofito produce dos tipos de esporas de distinto tamaño, y cada una de ellas desarrolla un gametofito distinto. La espora más pequeña, llamada microspora, dará lugar al gametofito masculino, y la de mayor tamaño, la macrospora, formará el gametofito femenino.

cc Helechos: una experiencia para estimular la curiosidad de los alumnos

Los espermatozoides nadan hasta la oosfera a traves de agua

gametofito

El anteridio produce espermatozoides

Este fenómeno, conocido como heterosporia, permitió el desarrollo de estrategias reproductivas tan exitosas, que fue adoptado por todos los grupos vegetales que poblaron la Tierra después de los pteridofitos.

Se puede hacer a los alumnos la siguiente pregunta: ¿Habéis visto alguna vez el gametofito (prótalo) de un helecho? La respuesta servirá para afianzar la idea del predominio de la fase de esporofito en este grupo. A continuación se les puede animar a realizar la siguiente experiencia para poder observar el gametofito.

masa de esporangios

Fig. 13.12. Ciclo vital de un helecho.

278

Técnica: • Raspar los soros de un helecho para romper los esporangios y liberar las esporas. • Colocar las esporas en una placa de Petri con tierra muy húmeda, debajo de una campana de cristal (o algo similar) y a la luz. En estas condiciones se puede observar la formación del prótalo, al principio como un filamento que rápidamente se transforma en una «hojita» de forma acorazonada. Cuando alcanza un tamaño de unos dos centímetros podrán observarse incluso los anteridios y arquegonios en la escotadura del corazón y en la parte inferior.

326

c Curiosidades

Llaman la atención algunos movimientos que realizan los musgos en la desecación y, sobre todo, los esporangios. Por ejemplo, el musgo Funaria hygrometrica se llama así porque dobla su filamento (seda) cuando se seca y lo endereza cuando la humedad es suficiente.

Biología y Geología 1 El proceso de reproducción en las plantas

c Actividades de refuerzo

13. El proceso de reproducción en las plantas 13.3 La reproducción sexual en plantas

La reproducción en las gimnospermas Los helechos, pese a depender del agua para su reproducción, dominaron el mundo durante el carbonífero, hace aproximadamente 300 millones de años. En aquel momento, los continentes, a consecuencia del movimiento de las placas tectónicas, estaban agrupados en el Ecuador, donde ambientes húmedos y temperaturas cálidas convirtieron a los pteridofitos en los grandes dominadores del paisaje. Sin embargo, el laboratorio de la vida siguió «inventando» otras maneras de vivir. En el registro fósil se han encontrado helechos con semillas. A los niños se les explica que una semilla no es más que «una planta bebé protegida en una cuna que contiene comida». No es una mala definición. Estos helechos primitivos, al igual que la Selaginella, eran heterospóricos y producían gametofitos diminutos. El gametofito femenino, debido a su reducido tamaño, permanecía resguardado en el esporofito. Tras la fecundación, el gametofito se transformaba en tejido nutritivo, y algunas células del esporofito se convertían en una cubierta que protegía el embrión. Aparece así la semilla. Estas estructuras mantienen el embrión en un estado de latencia hasta que las condiciones ambientales se vuelven propicias para que la pequeña planta salga adelante. Tras el carbonífero, el panorama cambió radicalmente. La fuerte actividad volcánica que experimentó nuestro planeta elevó los niveles de CO2 atmosférico, y condujo a un aumento espectacular de las temperaturas. Estas condiciones tan extremas supusieron el declive de los pteridofitos, pero ofrecieron a las primeras plantas con semillas una oportunidad única para expandirse: las gimnospermas conquistan la Tierra. En la Figura 13.14 se muestra el ciclo biológico de un pino, conífera que nos servirá como modelo para explicar la reproducción sexual de las gimnospermas. Fíjate bien, porque aunque los gametofitos se han reducido a su mínima expresión y dependen totalmente del esporofito, se sigue manteniendo la alternancia de generaciones. El árbol del pino, que es el esporofito, posee dos tipos de esporangios, reunidos en conos masculinos y femeninos. Los conos femeninos son las típicas piñas; los conos masculinos son, sin embargo, más pequeños y delicados, y se sitúan en los extremos de las ramas.

14. Define los siguientes conceptos: espora, gametofito, semilla. 15. En el ciclo biológico de las metafitas, ¿cómo se ha conseguido una mayor independencia del medio acuático del que proceden por evolución? 16. ¿Cuáles son las diferencias entre las espermafitas (angiospermas y gimnospermas) respecto a briofitas y pteridofitas? 17. En cuanto al ciclo biológico, ¿en qué se diferencian las gimnospermas de las angiospermas?

Gimnosperma: del griego gimnos, ‘desnudo’, y sperma, ‘semilla’.

c Actividades de ampliación

La evolución de los primeros animales se asemeja, en muchos aspectos, a la de las plantas. Los anfibios cedieron su puesto a los reptiles, mucho más preparados para sobrevivir al calor bochornoso del pérmico. Los huevos de los reptiles poseen cáscara y líquido amniótico que protege al embrión de la desecación. Salvando las distancias, es la misma estrategia que la utilizada por las espermatofitas.

18. Haz una comparación entre las angiospermas y las gimnospermas en cuanto a las características o la presencia de: flores, frutos y polinización. 19. ¿Qué plantas desarrollan fruto tras la fecundación? Explica la evolución de las distintas partes de la flor para dar lugar al fruto.

Ciclo biológico de un pino

didácticos c Materiales en el CD y en la CEO

El ciclo comienza cuando el esporofito produce las meiosporas. En los conos masculinos, las células madre de las esporas dan lugar, por meiosis, a las microsporas. Cada microspora se va a dividir por mitosis convirtiéndose en un grano de polen. Aunque resulta sorprendente, el minúsculo grano de polen es el gametofito masculino, inmaduro aún, porque no produce gametos. Los conos femeninos están formados por multitud de escamas leñosas. Cada una de ellas porta dos macrosporangios llamados primordios seminales, que presentan en uno de sus extremos una abertura: el micropilo. Por meiosis, cada célula madre del esporangio produce cuatro megasporas. Tres de ellas degeneran, y la cuarta, tras varias divisiones mitóticas, forma el gametofito femenino, llamado saco embrional.

279

Animación: Elementos en reproducción de gimnospermas. Ejercicio de identificación de distintas estructuras del ciclo biológico de las gimnospermas.

Un grupo de células del gametofito femenino va a formar el endospermo (tejido nutritivo), mientras que las células más cercanas al micropilo se van a transformar en los arquegonios, cada uno de los cuales contiene una sola oosfera. Una vez formados los gametos tiene lugar la fecundación. Los pinos ya no dependen del agua para que el gameto masculino alcance su objetivo. Como el polen es resistente a la desecación, puede diseminarse con el viento. Durante la época reproductiva, los conos masculinos liberan nubes de polen que, inevitablemente, alcanzarán las piñas.

13

Fig. 13.13. Granos de polen.

279

c Lectura

cc Las semillas, un paso hacia adelante Las plantas que más éxito han tenido son aquellas con semillas. Una semilla puede aguantar mucho tiempo a la espera de las condiciones adecuadas para la germinación, sin perjudicar la viabilidad del embrión que contiene en su interior. Las posibilidades de éxito de las semillas son muy superiores a las de las esporas. Las semillas se forman tras la fecundación, al desarrollarse el gametofito femenino y los tejidos que lo envuelven. La semilla ha supuesto las siguientes ventajas respecto a las esporas de briofitas y pteridofitas:

Ejercicios: Verdadero o falso: procesos reproductivos en gimnospermas.

• La protección que la envuelve y su bajo contenido en agua, garantizan su protección y conservación. • El embrión que contiene la semilla está rodeado por abundantes nutrientes que garantizarán su desarrollo hasta que sea capaz de realizar la fotosíntesis. • Dentro de la semilla, el embrión ya está parcialmente desarrollado, lo que aumenta sus posibilidades de éxito para dar lugar a la planta adulta. Elaboración propia.

327

13

Biología y Geología 1 El proceso de reproducción en las plantas

c

13. El proceso de reproducción en las plantas

Páginas web

13.3 La reproducción sexual en plantas

cc Biocourse McGraw-Hill Una vez en contacto con el primordio seminal, el grano de polen madura y, por evaginación, forma el tubo polínico, una estructura que penetra lentamente en los tejidos del primordio hasta traspasar el micropilo. Por este pequeño tubo, baja un gameto masculino para encontrarse con la oosfera.

Gimnospermas: ciclo de vida. http://www.mhhe.com/biosci/genbio/espv2/data/ diversity/006/images/dim6s8_1.jpg Cono femenino. http://www.mhhe.com/biosci/genbio/espv2/data/ diversity/006/images/dim6s8_4.jpg Ciclo biológico del pino. http://www.mhhe.com/biosci/genbio/espv2/data/ diversity/006/images/dim6s8_5.jpg

En algunos libros, llaman óvulo al primordio seminal. Se trata de una denominación anticuada y poco afortunada, ya que puede inducir a error. Es mejor reservar el término óvulo para designar los gametos femeninos de los animales.

Tras la fecundación, el cigoto se divide y forma el embrión o esporofito joven. Este embrión se rodea del endospermo y de una cubierta seminal que procede del endurecimiento del primordio. El ciclo se cierra cuando la semilla se desprende de la piña y, si las condiciones son favorables, germina, lo que origina un nuevo árbol. 2n Cono Femenino

2n óvulo

Cono masculino

Escama del cono femenino

2n n

meiosis

esporofito maduro

célula formadora de esporas

2n meiosis

n

Escama del cono masculino

n gametofito femenino

Gametofito masculino (polen) liberado y arrastrado por el viento 2n El polen se deposita sobre las escamas del cono femenino

plantones

embrión

2n 2n

n

oosfera

tubo polínico 2n

FECUNDACIÓN

semilla

Fig. 13.14. Ciclo biológico de un pino.

cc The Life Wire 280

Actividad resuelta

http://bcs.whfreeman.com/thelifewire/ Capítulo (chapter) 30 Figura 30.2: comparación gametofito/esporofito en musgos, helechos y angiospermas. http://bcs.whfreeman.com/thelifewire/content/ chp30/f30002.gif Figura 30.5: conos masculinos y femeninos en gimnospermas. http://bcs.whfreeman.com/thelifewire/content/ chp30/f30005.gif Figura 30.6: ciclo biológico de gimnosperma. http://bcs.whfreeman.com/thelifewire/content/ chp30/f30006.gif

cc Biology Thomson Polinización y fecundación en gimnospermas. http://w3.dwm.ks.edu.tw/bio/activelearner/27/ images/ch27c2.jpg

¿Por qué son tan caros los piñones? En los pinos piñoneros (Pinus pinea), la polinización comienza en primavera. Sin embargo, los piñones no estarán listos hasta el otoño del siguiente año. Para la maduración de los gametos y la formación del tubo polínico, se emplea, aproximadamente, un año, así que en la primavera siguiente se produce la fecundación, y en los tres meses siguientes, el desarrollo de las semillas. Si te das cuentas, los piñones que te comes han tardado quince meses en formarse.

Actividades 9>

¿Por qué los gametos masculinos de las coníferas no poseen flagelos?

10>

¿Por qué algunos botánicos describen la semilla del pino como «una comunidad de tres generaciones que conviven bajo el mismo techo»?

280

c Experiencia

cc Formación de tubos polínicos Poner granos de polen en un portaobjeto y añadir agua azucarada. En unos días se puede observar la formación del tubo polínico.

328

Biología y Geología 1 El proceso de reproducción en las plantas

c Glosario

13. El proceso de reproducción en las plantas 13.3 La reproducción sexual en plantas

La reproducción en las angiospermas Uno de los grandes logros de las gimnospermas fue la polinización. Sin embargo, confiar en el viento como agente polinizador es muy costoso. Como la mayor parte de los granos de polen se pierde por el camino, las plantas tienen que producir grandes cantidades para asegurarse el éxito de la reproducción. Hace 150 millones de años ocurrió algo que cambió por completo el panorama vegetal. Los insectos son animales muy oportunistas, y se adaptan a cualquier fuente de alimento disponible. En aquel tiempo, algunos escarabajos empezaron a alimentarse del polen de los conos masculinos. Como estos mismos escarabajos también se alimentaban de los jugos azucarados de las piñas, acabaron por convertirse en los mejores aliados del proceso reproductor, al depositar sobre los primordios seminales los granos de polen que habían quedado adheridos a sus cuerpos.

Angiosperma: del griego angios, ‘vaso, receptáculo’, y sperma, ‘semilla, germen’.

La polinización realizada por insectos resulta mucho más eficaz: los granos de polen son transportados con éxito desde una flor a otra. Para atraer a estos polinizadores, la evolución favoreció el desarrollo de flores cada vez más vistosas y que fabricaban grandes cantidades de néctar. El camino hacia la aparición de las angiospermas había comenzado. Además de poseer vasos conductores muy perfeccionados, las angiospermas presentan otras dos grandes ventajas frente al resto de las plantas: • Presencia de flores que facilitan la polinización y protegen a los órganos reproductores. • Oosferas que se encierran en un ovario y que, tras la fecundación, se convierten en un fruto. Los frutos protegen las semillas, facilitan su dispersión y les sirven de «abono» cuando germinan. Prueba del éxito que supusieron estas innovaciones es que las angiospermas empezaron a dominar el paisaje. En la actualidad, más del 90 % de las especies vegetales existentes pertenece a este grupo.

Ciclo biológico de una angiosperma En la Figura 13.17 se muestra el ciclo biológico de una dicotiledónea, el manzano silvestre (Malus sylvestris). El ciclo, al igual que el de todos los grupos vegetales, sigue mostrando alternancia de generaciones, aunque introduce algunas novedades: • Los gametofitos son todavía más pequeños que los de las gimnospermas. De esta manera, se ahorra energía a la hora de producirlos. • Para formar las semillas se produce una doble fecundación. Dos gametos masculinos bajan por el tubo polínico, uno contribuye a formar el cigoto y el otro el tejido nutritivo de la semilla o endospermo. • Mientras que las gimnospermas presentan sexos separados (flores unisexuales), la tendencia en las angiospermas es poseer flores hermafroditas, es decir, tienen estambres y pistilos en la misma flor. El árbol del manzano, que es el esporofito, posee flores hermafroditas. Cada antera contiene cuatro sacos polínicos que son los microsporangios. En su interior, por meiosis, se formarán las microscoras haploides que, por mitosis, darán lugar al gametofito inmaduro: el grano de polen. En muchas especies de angiospermas este gametofito masculino posee únicamente dos células, una célula formadora del tubo polínico y otra célula generadora de gametos.

13

Fig. 13.15. De fuera adentro, en las flores completas de las angiospermas se distinguen cuatro verticilos: • Los sépalos: son un conjunto de hojas verdes que protegen al resto de la flor. Forman el cáliz. • Los pétalos: son un conjunto de hojas modificadas que forman la corola. Suelen tener colores llamativos y olores penetrantes para atraer a los insectos polinizadores. • Los estambres: forman el aparato reproductor masculino. Están formados por un filamento que porta la antera, donde se produce el polen. El conjunto de estambres recibe el nombre de androceo. • El pistilo o carpelo: es el aparato reproductor femenino y ocupa la posición central de la flor. Tiene forma de botella y posee las siguientes partes: el ovario, una zona abombada que contiene las oosferas; el estilo, una estructura alargada; y el estigma, el extremo del pistilo que captura el polen. El pistilo también recibe el nombre de gineceo.

281

c Lectura

cc La flor. Una auténtica revolución sexual Las plantas con flor, tal y como las conocemos hoy día, aparecieron hace 130 millones de años, procedentes de primitivas gimnospermas. La flor constituyó una auténtica revolución, pasando a poder ser los animales quienes se encargaran de trasladar los gametos masculinos, además del agua o el viento, lo cual aportaba muchas más garantías de éxito al proceso. Las flores generan y contienen a los gametofitos masculinos y femeninos, forman los gametos en su interior, son los lugares de fecundación y en ellas se producen las primeras fases del desarrollo del embrión. Cada antera de un estambre forma muchos gametofitos masculinos, mientras que cada primordio seminal constituye un solo gametofito femenino.

Antera. Parte superior del estambre donde se produce el polen, que se libera cuando los dos sacos que la componen se abren durante el proceso de polinización. Carpelo. Estructura reproductora de las flores que contiene los primordios seminales. Los carpelos presentes en una flor pueden estar separados o soldados entre sí. Corola. Conjunto de sépalos de una flor. Forma parte del periantio. Doble fecundación. Uno de los anterozoides que viajan desde el tubo polínico hasta el primordio seminal, fecunda a la oosfera y originará el embrión. Los núcleos polares se fusionan entre sí y con el segundo anterozoide, originando el endospermo o tejido nutritivo que contendrá la semilla. Estambre. Órgano reproductor masculino de las flores. Estigma. Parte del pistilo de la flor donde caen los granos de polen. Estilo. Parte del pistilo que une el estigma con el ovario. Filamento. Pie que sostiene al estambre. Gineceo. Conjunto de órganos femeninos presentes en la flor. Se forma a partir de hojas fértiles, los carpelos, que se sueldan y forman el ovario donde están los primordios seminales. Hermafrodita. Organismo que tiene órganos reproductores masculinos y femeninos. Núcleos polares. Cada primordio seminal contiene un saco embrional, donde se encuentra la oosfera, y dos núcleos polares. Todos ellos participan en la doble fecundación de las angiospermas. Ovario. Parte ensanchada del pistilo donde se encuentran los primordios seminales. Periantio. Conjunto de los sépalos y pétalos de una flor. Primordio seminal. Estructura situada en los carpelos y que, una vez fecundado y maduro, originará la semilla. Semilla. Tras la doble fecundación, el primordio seminal se transforma en una estructura llamada semilla. Tubo polínico. Tubo que se forma en grano de polen cuando cae sobre el estigma de una flor. Por él pasan los anterozoides hasta el primordio seminal.

281

c Escenarios de error

cc Grano de polen vs. gameto masculino Un error frecuente en los alumnos es pensar que el grano de polen es el gameto masculino, cuando en realidad se trata del gametofito masculino. Cuando el grano de polen se traslada hasta el estigma de la flor acaba su desarrollo, generándose el tubo polínico, lo que permite la unión de una célula espermática y la oosfera, y de la otra célula espermática a una célula diploide para generar el endospermo.

329

13

Biología y Geología 1 El proceso de reproducción en las plantas

c

13. El proceso de reproducción en las plantas

Páginas web

13.3 La reproducción sexual en plantas

cc McGraw-Hill Estructura de la flor. http://www.mhhe.com/biosci/genbio/espv2/data/ diversity/006/images/dim6s9_1.jpg Ciclo de las angiospermas. http://www.mhhe.com/biosci/genbio/espv2/data/ diversity/006/images/dim6s9_5.jpg Formación del polen y fecundación. http://www.mhhe.com/biosci/genbio/espv2/data/ diversity/006/images/dim6s10_1.jpg Desarrollo del primordio seminal y formación del gameto femenino. http://www.mhhe.com/biosci/genbio/espv2/data/ diversity/006/images/dim6s10_2.jpg Doble fecundación. http://www.mhhe.com/biosci/genbio/espv2/data/ diversity/006/images/dim6s11_2.jpg

Flores unisexuales: aquellas que sólo poseen pistilos o estambres. Las plantas que presentan este tipo de flores pueden ser de dos tipos: • Plantas monoicas: aquellas que poseen flores unisexuales masculinas y femeninas en el mismo pie de planta. Ejemplo: el maíz (Zea mays). • Plantas dioicas: aquellas que poseen flores masculinas y femeninas en plantas distintas. Ejemplo: el acebo (Ilex aquifolium).

Dentro del ovario se encuentran los primordios seminales, que son los macrosporangios. En su interior se producen, por meiosis, cuatro megasporas. Al igual que en las gimnospermas, tres de estas células degeneran y la cuarta se divide por mitosis en tres ocasiones. El gametofito que se genera, en lugar de poseer ocho células como cabría esperar, sólo está formado por siete, ya que una de ellas contiene dos núcleos. Una de las seis células haploides es la oosfera, que se sitúa cerca del micropilo. Cuando una abeja vaya en busca de su ración de néctar, depositará el grano de polen sobre el estigma pegajoso de la flor. En ese momento, la célula generadora se dividirá por mitosis, los dos gametos resultantes bajarán por el tubo polínico hasta el saco embrionario y tendrá lugar la doble fecundación: • Uno de los gametos masculinos se fusiona con el gameto femenino para formar el embrión o esporofito joven (2n). • El segundo gameto fecundará la célula central binucleada para dar lugar a un endospermo triploide (3n). Las semillas se forman como en las gimnospermas, pero al poseer ovario, desarrollarán un fruto. El ciclo se cierra cuando el fruto se desprende del árbol y la semilla germina.

282

didácticos c Materiales en el CD y en la CEO Partes de la flor. Animación que resalta las distintas partes de la flor. Gametofito femenino. Animación que representa el primordio seminal y la formación de sus ocho células constituyentes. Doble fecundación. Animación que representa el proceso.

Fig. 13.16. El fruto, resultado de la transformación del ovario después de la fecundación, está formado por tres capas. • Epicarpo (del griego epi, ‘sobre’, y carpo, ‘fruto’): es la parte más externa del fruto, y se conoce como piel o cáscara. • Mesocarpo (meso, ‘medio’): es la parte media del fruto. A veces es carnosa (melocotón, manzana) y en otras ocasiones es seca (almendra, avellanas). • Endocarpo (endo, ‘dentro’): es la parte interior. Puede ser leñosa (hueso de melocotón) o membranosa (corazón de la manzana).

Fig. 13.17. Ciclo biológico de una angiosperma.

282

Polinización directa. Animación que representa el proceso. Polinización cruzada. Animación que representa el proceso. Ciclo biológico de angiospermas. Ejercicio de identificación de las distintas estructuras y fases del ciclo.

c Escenarios de error

cc Óvulo vs. primordio seminal Es habitual denominar al gametofito femenino de las ginmnospermas y angiospermas óvulo, del mismo modo que al gameto femenino de los animales, lo cual genera todo tipo de errores en los alumnos, que acaban confundiendo gameto y gametofito femenino. Por eso es preferible utilizar primordio seminal para referirse al gametofito femenino, estructura donde se forma la oosfera, que es el gameto femenino de las plantas.

330

Biología y Geología 1 El proceso de reproducción en las plantas

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c Páginas web

13. El proceso de reproducción en las plantas 13.4 Estrategias de polinización y diseminación de la semilla

cc The Life Wire 13.4 Estrategias de polinización y diseminación de la semilla

http://bcs.whfreeman.com/thelifewire/ Capítulo (chapter) 39 Figura 39.1: ciclo biológico de las angiospermas. http://bcs.whfreeman.com/thelifewire/content/ chp39/f39001.gif Figura 39.3: una forma de evitar la autofecundación. http://bcs.whfreeman.com/thelifewire/content/chp39/f39003.gif Figura 39.5: la doble fecundación. http://bcs.whfreeman.com/thelifewire/content/ chp39/f39005.gif Figura 39.6: la formación del embrión. http://bcs.whfreeman.com/thelifewire/content/ chp39/f39006.gif Figura 39.7: estructura de la semilla. http://bcs.whfreeman.com/thelifewire/content/ chp39/f39007.gif

Estrategias de polinización La polinización por medio de animales ha conducido a una coevolución entre las plantas angiospermas y sus polinizadores. Las flores utilizan tres estrategias para atraer a sus vectores de polinización: alimento, reclamo sexual y lugar de cría.

Especializaciones de las flores que ofrecen alimento (néctar y polen) Las flores que atraen a las abejas tienen olores agradables y colores brillantes: blancos, azules, amarillos o anaranjados. Las flores adaptadas a polillas y mariposas poseen tubos llenos de néctar donde estos insectos introducen su espiritrompa. Además, las flores que son polinizadas por mariposas nocturnas sólo se abren por la noche. Las flores ornitófilas (polinizadas por aves) casi nunca poseen aromas, porque el sentido del olfato de las aves no está bien desarrollado. A cambio, son grandes productoras de néctar, ya que los pájaros necesitan más alimento que los insectos. Las corolas de las flores que visitan los colibríes, el pájaro polinizador por excelencia, suelen ser rojas o anaranjadas. Estos colores resultan muy atractivos para estas aves pero no son percibidos por muchos insectos.

c Escenarios de error

Por último las flores polinizadas por murciélagos son robustas, ofrecen agarraderos a sus visitantes, huelen a fruta fermentada, fabrican grandes cantidades de néctar y de polen y se abren al anochecer.

Especializaciones de las flores que ofrecen reclamo sexual Algunas flores muy especializadas no ofrecen ninguna recompensa a sus polinizadores, sino que se aprovechan de su afán de apareamiento. Son flores trampa, como las orquídeas mediterráneas del género Ophrys. Sus corolas, que imitan el abdomen de una abeja hembra, se abren en el periodo de celo de estos insectos y resultan irresistibles para los machos, que intentan aparearse con estos pétalos. El resultado es una fecundación exitosa, pero para la orquídea, no para la abeja.

cc Polinización vs. fecundación

Fig. 13.18. Como muchos escarabajos y moscas se alimentan de carne en descomposición, las flores a las que polinizan desprenden mal olor. Una de las flores más grandes que se conocen es la de la flor cadáver (Amorphophallus titatum), que puede medir hasta 2,5 m de altura. Pero estas dimensiones no son lo que atrae a su polinizador, un escarabajo carroñero. Lo que verdaderamente le encanta es el olor que desprende, un aroma fétido que recuerda a la carne podrida.

Es frecuente por parte de los alumnos confundir estos dos términos, cuando debe quedar claro que la polinización es el paso previo e imprescindible para la fecundación, y que ésta consiste en la unión de los gametos masculino y femenino.

c Lectura

Especializaciones de las flores que ofrecen lugares de cría Las relaciones más complejas entre plantas y polinizadores se establecen entre algunas flores que ofrecen cobijo a las crías de los insectos que las polinizan. Una asociación de este tipo se da entre la higuera (Ficus carica) y la avispa de los higos (Blastophaga psenes). Las hembras entran en el falso fruto donde se encuentran las flores para dejar su puesta y, a la vez, polinizan la higuera. El grado máximo de sofisticación lo ofrecen las polillas de la yuca. En una primera visita a una flor de yuca (Manihot esculenta), las hembras recogen polen y hacen con él una bolita. Cuando visitan una segunda flor, descienden al ovario, hacen un agujero y ponen allí sus huevos. La polilla está programada genéticamente para depositar, antes de marcharse, el polen recogido en el estigma de la flor. Como la prole se comerá parte de las semillas que forme la yuca, ambas especies se aseguran el éxito reproductivo.

cc ¿Cómo evitan algunas plantas la autofecundación?

Las abejas tienen una visión del mundo completamente distinta a la nuestra. No perciben los colores rojos, pero sí la luz ultravioleta. Muy probablemente, esta capacidad las guía hasta los nectarios y anteras.

En general, la autofecundación supondría un problema, ya que la variabilidad genética se vería muy limitada, y la planta sólo podría heredar alelos que ya posee. Pero, ¿cómo se puede evitar la autofecundación? 283

c Curiosidades

Charles Darwin creó todo un jardín utilizando semillas que obtuvo de las patas de gansos y patos. En gimnospermas, desde la polinización hasta la fecundación puede llegar a pasar hasta un año, en angiospermas el proceso dura entre unas horas y unos días. Algunas especies de plantas pueden llegar a vivir muchos años, sin embargo tienen una única temporada para reproducirse. Hay plantas centenarias que pueden pasar de diez a 75 años sin echar flores, antes de reproducirse y morir. La mayoría de las plantas con flor son monoicas, sólo un 5 % son dioicas. La gran ventaja de la doble fecundación en angiospermas es que sólo se van a almacenar nutrientes en aquellas semillas que han sido fecundadas y, por lo tanto, llevan en su interior el embrión, garantizándose su viabilidad cuando se encuentre en las condiciones adecuadas para germinar; así se evita el derroche de nutrientes, ya que no tendría sentido almacenar nutrientes en un primordio que no sea fecundado.

283

La lectura completa puedes encontrarla en el CD del profesor.

didácticos en el CD c Materiales y en la CEO Imágenes: • Flor (rotulada y sin rotular). • Gineceo y primordio seminal (rotulada y sin rotular). • Ciclo biológico de angiospermas.

Ejercicios: • Rellenar huecos: — La flor de las angiospermas. — Estrategias de polinización. • Relación: elementos vegetales. • Sopa de letras: elementos florales. • Crucigrama: elementos de la reproducción sexual.

331

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Biología y Geología 1 El proceso de reproducción en las plantas

c

13. El proceso de reproducción en las plantas

Actividades

13.4 Estrategias de polinización y diseminación de la semilla

20. Indica cuatro diferencias entre gimnospermas y angiospermas. 21. Escribe una frase con los siguientes términos ordenados: Flor – Embrión – Insecto – Estigma – Fruto – Polen – Semilla – Fecundación.

Diseminación de las semillas Los frutos aparecen en la historia evolutiva de las plantas para proteger la semilla y facilitar su dispersión. La mayoría de los frutos se sirve de animales para diseminar sus semillas. Cuando las semillas están maduras, los frutos desarrollan aromas intensos y colores atractivos que atraen a los animales. Después del festín, los animales diseminan las semillas. En algunos casos, el tránsito por el aparato digestivo de un animal predigiere la semilla, lo que es imprescindible para su germinación. Ocurre así con las cerezas (Prunus avium), que deben pasar por el tubo digestivo de las aves para que la semilla pueda germinar.

c Páginas web

cc Biology Thomson Ejercicio: semejanzas y diferencias entre gimnospermas y angiospermas. http://w3.dwm.ks.edu.tw/bio/activelearner/27/ch27quiz.html Ejercicio: comparación musgos, helechos, gimnospermas, angiospermas. http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001_gbio/folder_structure/di/m6/s15/index.htm

Fig. 13.19. Frutos: a) legumbre pinchuda de lupulina (Medicago lupulina); b) vilano de diente de león (Taraxacum officinale); c) sámara de arce de Montpellier (Acer monspessulanum).

Otros frutos dispersan las semillas aprovechando el viento (dispersión eólica). Es el caso de los vilanos del diente de león (Taraxacum officinale), que funcionan como pequeños paracaídas, o las sámaras de olmos y arces, que son como helicópteros en miniatura que los aleja del árbol cuando caen.

c Lectura

Seguro que tus zapatillas de deporte, tu chubasquero o tu estuche se cierran con velcro, una especie de cinta que se une por dos partes adhiriéndose fuertemente. La invención del velcro tiene una historia muy peculiar. George de Mestrel, un ingeniero suizo, se dio cuenta de lo difícil que era quitar los pequeños frutitos del cadillo (Xanthium strumarium), un tipo de cardo, del pelo de su perro. Al observar estos frutos a la lupa, se dio cuenta que estaban dotados de ganchitos responsables de su fuerte adherencia. Así es como se le ocurrió fabricar el velcro.

cc Evolución bioquímica de las plantas con flor 284

Distintos grupos de angiospermas producen compuestos tóxicos de mal sabor. Por ejemplo, la familia de las mostazas (crucíferas) se caracteriza por el sabor picante y el olor asociado con la col, el rábano picante y la mostaza. La familia de las asclepias contiene glucósidos cardiacos, venenos cardiacos que poseen una acción potente en vertebrados, depredadores potenciales de estas plantas. La quinina es una sustancia amarga derivada de los árboles y arbustos tropicales del género Cinchona. La nicotina y la cafeína, la muscalina derivada del cactouspeyote y el tetrahidrocannabinol, de Cannabis sativa; el opio, de la amapola; y la cocaína, de la hoja de coca. Estas sustancias químicas, que son potentes defensas frente a los depredadores animales, se reconocen en la actualidad como otros productos de evolución de las angiospermas que han contribuido mucho al predominio de las plantas con flores. Las angiospermas son las plantas más prósperas en cuanto a cantidad de individuos, cantidad de especies y sus efectos sobre la existencia de otros organismos. CURTIS, Biología, Médica Panamericana, 2003.

c Glosario

Espiritrompa. Trompa de algunos insectos, como la mariposa, enrollada en espiral. Néctar. Líquido dulce que atrae a los insectos, segregado por los nectarios de las flores, lo que facilita la polinización. Sámara. Fruto seco típico de algunos árboles que presenta una semilla rodeada de una expansión membranosa que facilita su dispersión. Por ejemplo, el fruto del olmo.

332

En otros casos, los frutos poseen ganchos con los que se agarran a los pelos de los animales. En África del Sur existe un arbusto con unos frutos provistos de agudos pinchos. Cuando lo frutos se agarran a las pezuñas de los antílopes, los animales corren desesperados. La dispersión lejos de plantas competidoras está asegurada. Otros frutos que poseen espinas son los de la zanahoria (Daucus carota) y algunas legumbres del género Medicago (véase Figura 13.19).

Por último, hay algunos frutos que utilizan el agua para su dispersión. El ejemplo típico es el coco (Cocos nucifera), que rueda hasta llegar al mar, y flota a merced de las olas hasta llegar a una nueva playa donde germinar.

Actividad resuelta El maqui (Aristotelia chilensis), un arbusto típico de los humedales chilenos, produce un sabroso néctar que atrae casi exclusivamente a un tipo de abeja, la Cadeguala albopilosa. ¿Es bueno o malo para esta planta una polinización tan especializada? Que una planta consiga atraer a un grupo reducido de polinizadores es muy positivo, porque frecuentemente el polen no se perderá en plantas de diferentes especies, y hará diana en la flor adecuada. Sin embargo, la estrategia del maqui es sumamente arriesgada. Si desapareciera su preciada abeja, probablemente estaría abocado a la extinción.

Fig. 13.20. Frutos del cadillo.

La situación descrita nos toca muy de cerca. Debido al uso masivo de pesticidas en la agricultura intensiva, se ha observado en Europa un preocupante descenso de las poblaciones de la abeja melífera (Apis mellifera). Hasta 90 000 millones de abejas muertas en Francia en los últimos diez años. Teniendo en cuenta que este insecto es el polinizador más eficaz de la flora europea, los apicultores han dado la voz de alarma. El problema no es sólo económico; si no se toman las medidas adecuadas, se prevén graves consecuencias para nuestra flora.

284

c Bibliografía de la Unidad

BERNSTEIN: Biología, McGraw-Hill, 10.ª edición, 2001. IZCO, et al: Botánica, Mc Graw-Hill, 2.ª edición, 2004. PURVES; SADAVA: Vida. La ciencia de la biología, Médica Panamericana, 6ª edición, 2002. SOLOMON, BERG, MARTIN, VILLEE: Biología, Mc Graw-Hill, 5.ª edición, 2005. THERON: Botánica, Colección Ciencias Naturales, Uteha, 1968. WEISZ: La ciencia de la Biología, Omega, 1987. Diccionario de Biología, Oxford Complutense, 2004. Términos biológicos, Akal, 2003.

c Vídeos de la Unidad

Evolución de las plantas vasculares: los helechos, Áncora Audiovisual. Las flores trabajan, Áncora Audiovisual. Genética y mejora de plantas / Simientes en acción, Áncora Audiovisual. Gimnospermas, Áncora Audiovisual.

Biología y Geología 1 Actividades

13

13. El proceso de reproducción en las plantas Actividades

Actividades finales 1>

Define los siguientes términos: • • • •

2>

Apomixis. Tubérculo. Bulbilo. Rizoma.

Completa las siguientes frases: • La planta verde del musgo representa el ................. • La planta verde del helecho es .............................. • El gameto femenino en las plantas se denomina ...... • El gametofito de las angiospermas está representado por .................................

3>

¿Qué sentido tiene la polinización en las plantas terrestres?

10>

Haz un dibujo en el que se explique la doble fecundación de las angiospermas.

11>

Razona por qué los pétalos de algunas flores de angiospermas aparecen coloreados y otros no.

12>

¿Por qué las gimnospermas no producen frutos? Dibuja un cono femenino para ilustrar tu respuesta.

13>

Señala con una X si las siguientes partes de una planta pertenecen al esporofito o al gametofito.

El rábano (Raphanus) es una angiosperma perteneciente a la familia de las crucíferas. Su dotación cromosómica es de 2n = 18. Averigua el número de cromosomas que tendrán: a) b) c) d) e) f) g)

4>

9>

Esporofito

Gametofito

Rizoide

La oosfera. El fruto. El ovario. El cigoto. El endospermo. Las células madre de polen. El embrión.

Protalo Fronde Arquegonio Embrión Anterozoide Escama de una piña

Explica razonadamente cómo han ido evolucionando el gametofito y el esporofito en los cuatro grupos de plantas que has estudiado en esta unidad.

Grano de polen Semilla

5>

¿Qué diferencia a los gametos masculinos de los musgos y los helechos de los de las espermafitas? ¿Por qué?

6>

En el planeta Century, donde reinaban unas temperaturas medias de 18 ºC y la humedad relativa del aire era del 80 %, el clima está empezando a cambiar. Zonas del planeta están siendo invadidas por nieves perpetuas y de un ambiente cálido y abundante agua se ha pasado a otro seco y frío. De los cuatro grupos de plantas que has estudiado en esta unidad, ¿cuál de ellas te parece que podría sobrevivir a estas nuevas condiciones? Razona la respuesta.

7>

¿Qué innovaciones reproductivas alcanzaron las angiospermas respecto a las gimnospermas?

8>

¿Qué es el endospermo? ¿De dónde procede?

Pétalo

14>

Completa los siguientes esquemas mudos que comparan los ciclos biológicos de gimnospermas y angiospermas.

285

333

13

Biología y Geología 1 Actividades

13. El proceso de reproducción en las plantas Actividades

15>

Observa estas flores, trata de identificarlas e indica el agente polinizador en cada caso.

16>

Imagínate que entras a trabajar en un vivero y la Consejería de Medio Ambiente de tu comunidad os encarga diseñar un jardín con las últimas tendencias en lirios y gladiolos. ¿Qué método de reproducción resultaría más rentable?

17>

Eres el encargado de preparar cursillos de botánica para alumnos de secundaria en el Jardín Botánico de Madrid. Prepara un pequeño texto explicando cómo los vegetales han conquistado el medio terrestre.

PAU Universidad de Barcelona: junio, 1995 a) Comenzando por la fase de cigoto, haga un esquema ordenando los términos de la lista siguiente según la sucesión normal del ciclo biológico de un vegetal: esporofito, meiosporas, cigoto, singamia, anterozoide, oosfera, meiosis, gametofito. b) Indique qué fases son haploides y qué fases son diploides. c) ¿Qué semejanzas y qué diferencias hay entre gametos y meiosporas? Centra la pregunta Esta pregunta se responde con los conocimientos adquiridos en la Unidad 8 sobre la reproducción de las células y ciclos biológicos; y sobre el ciclo vital de las plantas estudiado en esta unidad. Debes recordar Los conceptos de mitosis, meiosis y ciclo biológico haplodiplonte. Aplicar estos conocimientos a un ciclo vital de un vegetal.

286

334

18>

El árbol calvaria (Siderxylon majus) de isla Mauricio, en el océano Índico, está en peligro de extinción. Estos árboles producen un fruto grande y comestible parecido a un melocotón, con un hueso muy duro rodeado de pulpa. Antes de la llegada del hombre, isla Mauricio estaba habitada por el dodo (Raphus cucullatus), un ave confiada que fue cazada masivamente por los primeros marineros que llegaron a la isla. La historia tienen un triste final. El dodo ya se había extinguido en 1681. ¿Crees que existe alguna relación entre la desaparición del dodo y el declive de los árboles calvaria? Razona la respuesta.

El dodo.

Resuelve la pregunta a)

………………………………mitosis…………………… meiosis…………….…………mitosis…………………….. mitosis.............singamia Cigoto (2n) → esporofito (2n) → meiosporas (n) → gametofito (n) → gametos (n) →

b) Las fases diploides son el cigoto y el esporofito. Las fases haploides son las meiosporas, el gametofito y los gametos. c) Tanto las meiosporas como los gametos son células dedicadas a la reproducción; sin embargo, mientras que la germinación de una meiospora (n) da lugar al gametofito haploide (n); la fusión de dos gametos producirá un cigoto (2n) que, por sucesivas divisiones mitóticas, originará el esporofito diploide (2n), y se restablecerá así el número de cromosomas de la especie.

Biología y Geología 1 Investigación científica 1

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13. El proceso de reproducción en las plantas Investigación científica

Investigación científica Primer caso de polinización por aves de una planta europea La polinización por aves, u ornitofilia, se conoce en América, en el centro y el sur de África, en Australia y Nueva Zelanda y en Asia tropical. Son varios los grupos de aves que se han especializado como visitantes y polinizadores; entre ellos se cuentan los populares colibríes (familia Trochilidae). El fenómeno, sin embargo, no era conocido en Europa, y siempre se había creído que en la flora europea y del norte de África no existían especies ornitófilas. Hace más de tres años empezamos a investigar en Badajoz la ecología de la polinización del altramuz hediondo (Anagyris foetida), una leguminosa conocida también como altramuz del diablo. En un muestreo preliminar comprobamos que los insectos nunca visitaban sus flores. Esto constituyó un acicate para realizar un seguimiento más riguroso y determinar los posibles polinizadores. Diseñamos un plan de observaciones sistemático para estudiar el posible papel polinizador de algunas aves, dada la insistencia que éstas manifestaban en visitar las flores. Para demostrar que las aves visitan regularmente las flores, se efectuaron numerosos censos, diurnos y nocturnos, a lo largo del periodo de floración y en días con distintas condiciones meteorológicas (nublado, lluvioso, frío, soleado), y se observó una significativa abundancia de tres especies de paseriformes: las currucas capirotada (Sylvia atricapilla) y cabecinegra (Sylvia melanocephala) y el mosquitero común (Phylloscopus collybita). Los pájaros extraían el néctar de la flor introduciendo el pico entre los pétalos. Para verificar que las aves quedaban impregnadas de polen tras visitar las flores, se procedió a su captura mediante redes japonesas. En la parte de la cabeza de las aves capturadas, que podía tocar los órganos sexuales de la flor, se aplicó una tira de cinta adhesiva, que después se pegaba sobre un portaobjetos, y se efectuaba el conteo de los granos adheridos. Se comprobó que, efectivamente, las aves transportaban polen y que su atracción hacia las plantas estaba motivada por el néctar, que se producía en cantidad copiosa. Con estos antecedentes, se imponía demostrar si el polen llegaba finalmente al estigma de la flor. Para ello, se eliminaron los estambres de gran número de flores justo antes de abrirse, que se dejaban a continuación libremente expuestas a los polinizadores. Posteriormente, se recogieron las flores, se analizaron en el laboratorio y se comprobó que un tercio de las mismas había sido polinizado. Los responsables de la transferencia fueron sólo las aves, pues los experimentos

se desarrollaron bajo condiciones meteorológicas adversas propias del otoño y el invierno, que impidieron la actividad de los pocos insectos que existían durante esta época del año.

Altramuz hediondo.

El altramuz hediondo es un ejemplar relicto procedente de la era terciaria. No es descabellado pensar que el inicio de la interacción de aves y flores en Europa pudiera situarse a finales de esta era o al comenzar el cuaternario. Es posible que la floración del altramuz hediondo, coincidente con los meses menos calurosos y más húmedos del año, sea una reminiscencia de su pasado terciario; una estrategia, en definitiva, que le permite soportar el clima actual y beneficiarse de la actividad polinizadora de las paseriformes en lugar de los insectos, muy escasos durante esa época del año. Adaptado de ORTEGA, A. y otros: «Primer caso de polinización por aves de una planta europea», en Quercus, 243 (mayo, 2006).

a) Esta investigación ilustra a la perfección las fases del método científico: observación, hipótesis, experimentación y conclusión. Identifica dichas fases en el artículo presente.

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Biología y Geología 1 Investigación científica 2

Investigación científica 2 PROCEDE DE UNA SEMILLA DE 2 000 AÑOS DE EDAD La palmera más vieja del mundo EFE | ELMUNDO.ES JERUSALÉN (ISRAEL) | MADRID.- Un grupo de científicos israelíes ha logrado germinar una palmera con semillas de unos dos mil años de antigüedad, descubiertas en la mítica fortaleza de Masada, próxima al Mar Muerto. La semilla de la que ha brotado una palma que ya mide unos 30 centímetros ha sido apodada por los investigadores «Matusalén», y se cree que es la más antigua de la que se ha conseguido hacer crecer un árbol. La planta tiene seis hojas, y su evolución es seguida minuciosamente en la cooperativa agraria “Kitubtz” de Ketura, situada en el desierto del Neguev. La semilla fue descubierta en los años setenta durante unas excavaciones arqueológicas realizadas en la fortaleza de Masada, donde centenares de judíos resistieron el asedio de la décima legión romana tras la conquista de Jerusalén y la destrucción del templo de Herodes. El hallazgo ha sido sometido a estudios con carbono en Suiza, que determinaron que tenía entre 1 940 y 2 040 años de antigüedad. Los científicos estiman que la semilla debió encontrarse en la montaña de Masada cuando Roma impuso el sitio a los rebeldes judíos, que prefirieron suicidarse en masa antes que rendirse antes las cohortes romanas.

Sin embargo, la palmera, en caso de seguir creciendo, tardará unos 30 años en empezar a producir frutos, y eso en el caso de que la semilla que ha germinado sea una hembra. Los científicos confían en que la investigación conduzca al descubrimiento de nuevas medicinas que beneficiarán a futuras generaciones y han mandado analizar muestras del ADN de la planta, con la esperanza de que pueda revelar cualidades medicinales que han desaparecido de las especies modernas. En el pasado se han podido germinar con éxito otras semillas, como una de 500 años de la que brotó una planta que comenzó a desarrollarse gracias al agua que ayudó a apagar un incendio en el Museo Natural de Historia de Londres, que resultó bombardeado por los alemanes durante la Segunda Guerra Mundial. También hace unos años científicos chinos lograron germinar una semilla de un viejo árbol de Loto de 1 200 años, pero la profesora Salon asegura que la de Masada, es la semilla más antigua de la que ha brotado una planta. La noticia procede de: http://www.elmundo.es/elmundo/2005/06/14/ciencia/ 1118748355.html

Cuestiones relacionadas con la noticia: Inicios pesimistas de la investigación La profesora Eliane Salon, jefa del equipo investigador admitió que al inicio del estudio pensó que existía “un cero por ciento de posibilidades de éxito”. Los investigadores remojaron las semillas en agua caliente, luego les esparcieron un fertilizante especial hecho a base de algas marinas y las plantaron en unas vasijas. Semanas después, un pequeño brote emergió de la tierra.

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1. ¿Cómo serán las flores de la planta a la que se refiere el artículo, unisexuales o hermafroditas? 2. ¿La planta será monoica o dioica? 3. ¿A qué crees que se debe que una semilla pueda resistir tanto tiempo? 4. ¿Piensas que se podrá obtener algún tipo de información del estudio del ADN de esta planta? 5. ¿Sería posible conseguir descendientes de esta planta? Si es así, explica cómo.

Biología y Geología 1 Trabajo de laboratorio 1

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13. El proceso de reproducción en las plantas Trabajo de laboratorio

Trabajo de laboratorio Estudio de la morfología de la flor de la amapola (Papaver roheas) Una de las grandes ventajas de las angiospermas es la presencia de flores que han facilitado la polinización de los órganos reproductores. Una flor completa presenta cuatro vercilos: sépalos, pétalos, estambres y pistilos.

Conclusiones a) ¿Cuántos verticilos tiene la flor de la amapola? ¿Cuáles son? ¿Cómo se llama a este tipo de flores? b) ¿Cuántos estambres tiene? c) ¿Qué forma tienen los granos de polen? ¿Cómo es su superficie? d) ¿Qué forma tiene el pistilo? ¿Cuántas cavidades tiene? e) ¿Qué células observas dentro del óvulo?

Objetivo Observar la morfología de una flor de angiosperma a la lupa binocular, y el polen y el óvulo, al microscopio óptico.

Materiales • • • • • • • •

Flor de amapola. Pinzas. Cuchilla de afeitar. Glicerina. Microscopio óptico. Lupa binocular. Portaobjetos. Cubreobjetos.

Procedimiento a) Coge la flor de amapola y cuenta los verticilos. b) Observa los sépalos y los pétalos. c) Con cuidado, arráncalos con las pinzas y observa los estambres. d) Extrae uno, obsérvalo a la lupa y dibújalo, señalando las anteras, las tecas y el filamento. e) Extrae un poquito de polen y colócalo sobre un portaobjetos. f) Echa una gotita de glicerina diluida, cubre la preparación con el cubreobjetos y obsérvala al microscopio. g) Extrae el pistilo y haz un dibujo en el que se señale el ovario y el estigma. h) Extrae un óvulo y hazle un corte fino con la cuchilla. Monta la preparación como has hecho en el apartado anterior y observa la preparación al microscopio

Resultados a) Dibuja los sépalos, los pétalos, el estambre y el pistilo señalando sus partes. b) Dibuja el grano de polen y el óvulo de las preparaciones microscópicas, primero a menor aumento y luego a mayor aumento.

Teca: cada una de las dos mitades de la antera.

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Biología y Geología 1 Trabajo de laboratorio 2

Trabajo de laboratorio 2 EL FRUTO

Material

El fruto, resultado de la transformación del ovario después de la fecundación, está formado por tres capas: epicarpo o parte más externa del fruto, el cual se conoce como la piel o cáscara; mesocarpo, que es la parte media del fruto, y es a veces carnosa y en otras ocasiones seca; y el endocarpo, que es la parte inferior, y puede ser leñosa o membranosa.

Varios tipos de frutos / Escalpelo

Objetivo

Procedimiento 1. Coge un fruto de los que quieres estudiar y realízale varios cortes, para ver sus diferentes partes. Observa también su semilla o semillas. 2. Para ver los frutos secos, es mejor remojarlos un tiempo.

Observar las partes del fruto en algunos ejemplos.

Cuestiones Completa el siguiente cuadro:

FRUTO

EJEMPLOS

CARNOSO/SECO

PERICARPO (exocarpo, mesocarpo y endocarpo) Y SEMILLAS

Drupa

Melocotón, aceituna, ciruela, etc.

Carnoso

Exocarpo membranoso, mesocarpo carnoso y endocarpo leñoso («hueso»). Una semilla.

Baya

Uva, tomate, etc.

Carnoso

Exocarpo membranoso, mesocarpo y endocarpo carnoso donde se encierran numerosas semillas.

Pepónide

Melón, sandía, etc.

Carnoso

Exocarpo coriáceo, mesocarpo y endocarpo carnosos y en su interior muchas semillas.

Legumbre

Judías, garbanzos, etc.

Seco

Vaina que se abre por ambos lados y en cuyo interior se encuentran colocadas las semillas.

Hesperidio

Naranja, mandarina, etc.

Carnoso

Exocarpo grueso, con glándulas aromáticas, mesocarpo y endocarpo segmentados con membranas internas.

Aquenio

Pipa de girasol

Seco

Pericarpio delgado, en conjunto, delgado y leñoso. Encierra una semilla.

Conclusión …............................................................................................................................................................................................. ................................................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................................................ .................................................................................................................................................................................................

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Biología y Geología 1 Examen

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Examen EL PROCESO DE REPRODUCCIÓN EN LAS PLANTAS 1. Pon nombres a los diferentes elementos de los siguientes dibujos de la flor y el fruto.

7. ¿En qué consiste la «doble fecundación» en angiospermas? Explícala.

Respuestas: Estigma Estambre (androceo)

2. a/4; b/1; c/3; d/2

Pétalo (corola) Sépalo (cáliz) Ovario súpero Tálamo Pedicelo

3. Por medio de la apomixis o proceso en el que las semillas guardan embriones formados por óvulos que no han sido fecundados. Los individuos originados serán clónicos.

Epicarpo

4. Ambos tienen un ciclo alternante en su reproducción sexual. Los briofitos son de tamaño pequeño, y su gametofito origina anteridios y arquegonios que, tras la fecundación de sus anterozoides y sus oosferas, origina un cigoto que vivirá sobre el gametofito. En él se formarán esporangios que darán esporas y que cuando son transportadas al caer a tierra darán de nuevo gametofitos.

Endocarpo

Mesocarpo

2. Indica, de los siguientes ejemplos, a qué tipo de reproducción asexual pertenece cada uno de ellos uniéndolos en las dos columnas con una flecha. a. b. c. d.

Lirio Patata Tulipán Fresa

1. 2. 3. 4.

Tubérculo Estolón Bulbo Rizoma

3. ¿Cómo se reproducen la mayoría de los cítricos en la actualidad? ¿Cómo son los individuos originados de esta forma? Razona la respuesta.

4. ¿Qué diferencia existe entre el esporofito y gametofito de los briofitos y de los pteridofitos? Explícalo.

5. ¿Son los conos o piñas de los pinos verdaderos frutos? Razónalo.

En los pteridofitos, la planta visible es el esporofito y, cuando éste forma las esporas, se caen al suelo y originan una estructura de muy pequeño tamaño o gametofito (protalo). El gametofito originará gametos que darán, al fusionarse, un cigoto que formará de nuevo un esporofito. Ambas son plantas separadas mientras que en los anteriores están unidas.

5. No, porque las flores no poseen ovario que encierre a las semillas, y el fruto, como sabemos, proviene del ovario fecundado y maduro.

6. Cáliz (conjunto de sépalos), corola (conjunto de pétalos), androceo (conjunto de estambres) y gineceo (conjunto de carpelos) Los estériles son el cáliz y la corola, porque no intervienen en la fecundación, y los fértiles son el androceo y gineceo porque sí lo hacen.

7. De los dos anterozoides formados en el grano de polen, uno fecundará a la oosfera y formará el embrión, y el otro fecundará al núcleo secundario y formará el endospermo o tejido nutricio de la semilla.

6. Las flores son estructuras reproductoras de algunos vegetales. Están formadas por cuatro tipos de órganos, que se colocan alrededor de un eje formando círculos (verticilos). Nómbralos y di cuáles son estériles y cuáles fértiles y por qué.

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Biología y Geología 1 El proceso de nutrición en los animales

14 El proceso de nutrición en los animales

¿No fueron acaso los dientes del lobo los que afinaron tanto los miembros del antílope? ¿No fue acaso el hambre lo que adornó con tales ojos la majestuosa cabeza del halcón?

1. La función de nutrición en animales 2. La función digestiva 3. La función respiratoria 4. La función circulatoria

Robinson Jeffers

5. La función excretora

Biología y Geología 1 El proceso de nutrición en los animales

c Identificación de la Unidad En esta Unidad se estudia la importancia para los animales del proceso de la nutrición, que posibilita a los organismos obtener la energía necesaria de los nutrientes ingeridos, contenidos en los diferentes alimentos, para desarrollar sus actividades vitales. El proceso de la nutrición se realiza en el aparato digestivo y está íntimamente relacionado con otros procesos llevados a cabo por el aparato circulatorio, por el respiratorio y por el excretor. Por ello, la Unidad trata de todos estos procesos en los diferentes grupos de animales, así como las estructuras que intervienen en ellos.

c Objetivos didácticos 1. Comparar el proceso de la nutrición en animales que poseen un aparato digestivo con un solo orificio con la de los animales que poseen un tubo digestivo con dos orificios: uno de entrada (la boca) y uno de salida (el ano). 2. Describir las diferentes estructuras que intervienen en el proceso digestivo en los grupos de animales más característicos para capturar el alimento, ingerirlo, triturarlo, digerirlo y defecar los restos. 3. Distinguir la importancia del proceso respiratorio en el aporte del oxígeno necesario, para llevar a cabo las reacciones metabólicas necesarias en la obtención de energía, así como la expulsión del dióxido de carbono producido. 4. Analizar, así mismo, la importancia del aparato circulatorio como vehículo transportador de los nutrientes, del oxígeno y de los desechos a excretar.

c Contenidos cc Conceptuales

1. La función de nutrición en animales. 2. La función digestiva. • Digestión sin necesidad de aparato digestivo. • Digestión dentro de una cavidad. • Digestión dentro de un tubo. 3. La función respiratoria. • Respiración sin necesidad de aparato respiratorio. • La respiración en el medio acuático: las branquias. • La respiración en el medio terrestre. 4. La función circulatoria. • Aparatos circulatorios abiertos. • Aparatos circulatorios cerrados. 5. La función excretora. • Estructuras excretoras en animales.

cc Actitudinales 1. Ser consciente de la importancia de tener una alimentación variada, sana y completa. 2. Practicar algún tipo de deporte o actividad que ayude a conseguir hábitos saludables.

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3. Actuar siempre con sentido crítico a la hora de defender actitudes que nos conduzcan a mejorar nuestra calidad de vida, ante las opuestas que pueda ofrecer nuestro entorno.

cc Procedimentales 1. Describir las características que identifican a los distintos tipos de estructuras que intervienen en los diferentes procesos tratados en la Unidad. 2. Resolver las actividades propuestas en el texto. 3. Utilizar el vocabulario científico que sea necesario a la hora de expresar contenidos. 4. Experimentar en el trabajo de laboratorio: disección del corazón de un cordero. 5. Poner nombre a elementos de dibujos sencillos de los diferentes tipos de aparatos, identificando a aquéllos con la función que realizan. 6. Observar esquemas, fotografías o dibujos explicativos de las diferentes partes de los aparatos tratados. 7. Conseguir material para realizar informes sencillos que tengan relación con el contenido de la Unidad. 8. Comentar alguna noticia de actualidad, de prensa oral o escrita, que tenga relación con el tema tratado en la Unidad.

c Metodología 1. Materiales y recursos: • Libro de texto. • Libros de consulta. • Dibujos, fotografías y esquemas identificativos de los diferentes aparatos analizados en la Unidad. • Transparencias o diapositivas explicativas del contenido de la Unidad. • Actividades recomendadas relacionadas con la Web. • Vídeos explicativos del tema. 2. Organización de espacio y tiempo: • Indicar si son actividades de aula, de laboratorio, de campo, etcétera. • El tiempo es tarea del departamento o del profesor, ya que hay que tener en cuenta el calendario escolar y las actividades programadas por el centro.

c Criterios de evaluación 1. Describir la importancia del proceso de la nutrición, los otros procesos relacionados con él y la conexión existente entre todos ellos. 2. Conocer tipos de estructuras relacionados con los procesos de nutrición, respiración, circulación y excreción. 3. Relacionar cada tipo de estructura con el proceso que en ella se lleva a cabo. 4. Conocer y aplicar algunas de las técnicas de trabajo utilizadas en la investigación de diversos aspectos (geología, botánica, ecología, etc.) de nuestro planeta. 5. Explicar los mecanismos básicos que inciden en el proceso de la nutrición vegetal y animal, relacionando los procesos con la presencia de determinadas estructuras que los hacen posibles. 6. Contrastar diferentes fuentes de información y elaborar informes relacionados con problemas biológicos y geológicos relevantes en la sociedad.

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Biología y Geología 1 El proceso de nutrición en los animales

c

14. El proceso de nutrición en los animales

Actividades

14.1 La función de nutrición en animales

1. Define los siguientes términos: digestión, asimilación, defecación, metabolismo, medio interno. 2. En los animales más complejos, ¿cuál es el papel del aparato circulatorio? 3. ¿Qué se quiere decir al afirmar que la función digestiva tiene una fase mecánica y otra química?

14.1 La función de nutrición en animales Los nutrientes que no pueden faltar en la dieta de un animal se incluyen en cinco grupos: glúcidos, lípidos, proteínas, minerales y vitaminas.

c Páginas web

Estos nutrientes proporcionan: — Energía para llevar a cabo todas las reacciones metabólicas. Los encargados de esta función son, principalmente, los glúcidos y los lípidos. — Materia para construir nuestras propias estructuras, como ocurre con los aminoácidos, sillares de las proteínas, o el colesterol, lípido estructural de nuestras membranas biológicas. — Regulación de los procesos metabólicos. Los minerales y las vitaminas actuan como cofactores de las proteínas enzimáticas que se ocupan de esta función.

cc The Life Wire

http://bcs.whfreeman.com/thelifewire/ Capítulo (chapter) 41 Figura 41.1: una buena imagen para integrar la función de nutrición. http://bcs.whfreeman.com/thelifewire/content/ chp41/f41001.gif

Los pueblos que viven a orillas del Mediterráneo poseen una de las mejores dietas del mundo, porque ésta incluye alimentos muy variados y de alto valor nutritivo: frutas y verduras, cereales y legumbres, pescado y aceite de oliva.

La nutrición es el proceso por el cual todos los seres vivos obtienen la materia y energía que necesitan para formar sus propias estructuras y realizar sus funciones vitales.

Tanto la materia como la energía son utilizadas por los animales para crecer, desarrollarse, reproducirse y relacionarse. Normalmente, la energía que utilizan los seres vivos procede del catabolismo de la materia orgánica que los animales; al ser heterótrofos, deben conseguirla a partir de otros seres vivos. Como además son multicelulares, la función de nutrición en animales implica los siguientes procesos: • Ingestión y digestión del alimento para liberar los nutrientes que contiene. • Distribución de los nutrientes a todas las células del organismo. • Absorción del oxígeno del medio externo y posterior transporte a las células. • Metabolismo celular. • Retirada de los desechos producidos por las células en la fase anterior. • Expulsión de dichas sustancias al exterior. En esta unidad se explica cómo la función de nutrición depende de la acción coordinada de varios sistemas; cómo se las ingenian los distintos tipos de animales para captar el alimento; qué diseño de sistema digestivo ha favorecido la evolución; cómo consiguen el oxígeno los peces; o cómo algunos animales se las apañan para vivir sin ingerir una gota de agua.

Actividades 1>

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A una consulta de nutrición y dietética ha acudido una paciente. Lee su historia clínica, y contesta las preguntas que se señalan a continuación. Mujer de 17 años. Siempre ha sido muy perfeccionista y cuando tenía 15 años, decidió que quería adelgazar porque su cuerpo no le satisfacía completamente.

c Escenarios de error cc Concepto erróneo de nutrición

Últimamente está muy preocupada porque alterna periodos de ayuno con otros de voracidad insaciable. Come compulsivamente cantidades de comida inimaginables.

Empezó sustituyendo el bocata del recreo del instituto por una manzana, después fue un tomate y, últimamente, no toma absolutamente nada.

Para evitar engordar, se provoca el vómito.

Se ha convertido en una calculadora andante que conoce el contenido calórico de todos los alimentos. Se alimenta de yogures desnatados y tira la comida que le preparan en casa. Abusa de los laxantes. Aunque está

b) ¿Qué problemas le pueden producir sus hábitos alimentarios?

a) ¿Qué enfermedad padece la paciente?

c) ¿Qué aconsejarías a la paciente?

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Los alumnos suelen definir bien el concepto de nutrición, sin embargo, en su cabeza, suelen asociar la función de nutrición a la captura y digestión de alimento, por eso es conveniente insistir en que la función de nutrición integra, en la mayor parte de los animales, todos estos aspectos: • La captura y digestión del alimento, la captura del oxígeno necesario para la respiración celular y el transporte del oxígeno y de los productos asimilados hasta las células. • El metabolismo en las células, cuya función es obtener energía y fabricar moléculas propias, tanto estructurales como aquellas que la célula necesita para funcionar, o las que fabrica y serán utilizadas fuera de ella. Además hay que tener en cuenta que la célula expulsa a su medio externo, no sólo sustancias útiles, sino también desechos, entre los que se encuentra el CO2, el NH3, etcétera. • La retirada de los desechos y sustancias segregadas del ambiente extracelular y su transporte hasta los órganos en los que van a ser necesarias o que se van a encargar de eliminarlas, como son el aparato respiratorio (CO2) y excretor (NH3 o sus derivados).

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realmente delgada, su único objetivo es seguir adelgazando.

• La eliminación al exterior de los desechos de la digestión. De este esquema general se puede deducir la necesidad de los distintos aparatos y sistemas que intervienen en la función de nutrición, sin embargo, conviene insistir en que para algunos animales las cosas son mucho más simples porque es posible que no necesiten alguno de esos aparatos o sistemas para poder realizar la función de nutrición. Elaboración propia.

c Lectura Todos los seres vivos necesitamos agua y sales minerales; también necesitamos monosacáridos, aminoácidos, ácidos grasos, etc., es decir, lo que denominamos moléculas orgánicas simples. Puedes encontrar la lectura completa en el CD del profesor.

Biología y Geología 1 El proceso de nutrición en los animales

c Actividades

14. El proceso de nutrición en los animales 14.2 La función digestiva

14.2 La función digestiva

4. Define: endocitosis, digestión extracelular, cavidad gastrovascular, cavidad atrial. 5. ¿Cómo capturan el alimento los celentéreos? 6. ¿Qué son los coanocitos o células de collar?

CEO

Los animales ocupamos la mayor parte de nuestra vida en conseguir alimento. Después de su ingestión (introducción en el cuerpo), el alimento debe sufrir un proceso digestivo.

La digestión consiste en la transformación de las macromoléculas que forman los alimentos (polisacáridos, proteínas, lípidos) en pequeñas moléculas más sencillas (monosacáridos, aminoácidos, ácidos grasos) que puedan ser absorbidas por las células.

En todos los animales se ha desarrollado una maquinaria encargada de la función digestiva. Desde las primitivas células digestivas de las esponjas hasta los sofisticados sistemas digestivos de los vertebrados, la evolución ha recorrido un largo camino cuyo fin ha sido conseguir cantidades crecientes de materia y energía, necesarias para mantener diseños corporales cada vez más complejos.

En el CD y en la CEO (centro de enseñanza on-line) creados para este proyecto podrás encontrar el siguiente material adicional:

c Páginas web

Enlaces, bibliografía, actividades interactivas (mecanismos respiratorios, la respiración en el medio terrestre, elementos y estructuras de un aparato circulatorio y aparatos circulatorios cerrados) y animaciones (aparato circulatorio, respiratorio, digestivo, neurona, aparato excretor, digestivo, riñón, etc.)

cc Biocourse McGraw-Hill Imagen: anatomía de una esponja. http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001_gbio/ folder_structure/di/m7/s2/dim7s2_2.htm Animación: anatomía de una esponja. Al pasar el cursor por los nombres de las distintas partes, las resalta en la figura. Las partes y fenómenos resaltados son: coanocitos, cavidad atrial, espículas y circulación del agua por el interior de la esponja. http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001_gbio/ folder_structure/di/m7/s2/dim7s2_3.htm

La función digestiva, se lleva a cabo gracias a dos procesos: uno físico o mecánico, que fragmenta los grandes trozos de alimento en otros más pequeños y los mezcla con las secreciones digestivas, y otro químico, que separa estos últimos en unidades moleculares mediante la acción de enzimas digestivas.

Actividades 2>

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ta costumbre era la creencia de que así atrapaban la energía contenida en los cuerpos de sus congéneres, e incluso pensaban que la persona no moría del todo porque parte de ella permanecía dentro de un vivo. ¿Crees que los caníbales portaban en sus músculos las proteínas de sus víctimas? ¿Por qué?

El caso más antiguo de canibalismo es el que practicaban nuestros antepasados (Homo antecessor) de la sierra de Atapuerca (Burgos) hace 800 000 años. También eran caníbales los aztecas y muchas tribus amazónicas y africanas. En el caso peninsular no está claro, pero se ha confirmado que una de las causas de es-

Digestión sin necesidad de aparato digestivo Los poríferos son organismos muy primitivos y no poseen ni tejidos ni órganos verdaderos. Estos animales realizan la digestión de las partículas alimenticias en unas células especializadas llamadas coanocitos, que tapizan el interior de su cuerpo. Los coanocitos poseen un flagelo y una estructura a modo de collar en su extremo libre. El alimento, arrastrado por el agua, penetra por los poros hacia el interior del animal. El batir del flagelo impulsa el agua hacia el collar, y éste filtra las partículas del alimento que entran en el coanocito por endocitosis. La vacuola que se forma se rodea de lisosomas con enzimas digestivas que degradan el alimento en moléculas más sencillas. Los residuos que no se han digerido son expulsados por exocitosis (véase Figura 14.1). A este tipo de digestión se le denomina digestión intracelular.

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Ósculo

Lisosoma Desechos

Coanocito

Aparato de Golgi

Imagen: la cavidad gastrovascular de un celen-

Fig. 14.2. a) Cavidad interna de un porífero y b) digestión dentro de un coanocito.

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c Materiales didácticos en el CD y en la CEO

Animación: función de nutrición. Esta animación muestra el papel de los distintos aparatos que intervienen en la función de nutrición.

téreo. http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001_gbio/folder_structure/an/m8/s1/anm8s1_2.htm Imagen: anatomía de una hidra. http://www.biocourse.com/mhhe/bcc/resources/ concept.xsp?id=000008578&type=IMAGE

cc Biología de la profesora Luengo ccc

Página que desarrolla la nutrición animal

Presentación del tema. http://www.lourdesluengo.es/nutricion/nutricion. htm Digestión y aparatos digestivos. http://www.lourdesluengo.es/nutricion/digestivo. htm Ejercicios: ordenación: etapas de la nutrición.

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Biología y Geología 1 El proceso de nutrición en los animales

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14. El proceso de nutrición en los animales

Materiales didácticos en el CD y en la CEO

14.2 La función digestiva

Animación: aparato digestivo. Esta animación per-

Para capturar a su presa, los pólipos y las medusas poseen unos órganos epidérmicos denominados nematocistos, cápsulas donde guardan un filamento enrollado dotado de púas que pueden contener veneno. El nematocisto se descarga cuando se estimula por sustancias químicas procedentes de la presa o, simplemente, por contacto (véase Figura 14.2).

mite reconocer las distintas partes del aparato digestivo humano; al pasar el cursor sobre el nombre de una parte, la resalta en la figura.

Imágenes: Tipos de aparato digestivo en animales.

Digestión dentro de una cavidad La digestión intracelular presenta grandes desventajas: sólo permite procesar partículas microscópicas de alimento, y cada célula debe poseer la maquinaria necesaria para digerirlas y asimilarlas. Para poder aprovechar trozos grandes de alimento, la evolución favoreció un nuevo tipo de digestión: los alimentos ya no tienen que penetrar en células especializadas porque se desarrolla una «bolsa» dentro del cuerpo, la cavidad gastrovascular, que posee un único orificio que funciona como boca y ano (véase Figura 14.1). El alimento se va rompiendo en trozos más pequeños por la acción de enzimas digestivas, que son vertidas directamente a esta cámara. A este tipo de digestión se la denomina digestión extracelular. Los primeros animales que poseen cavidad gastrovascular son los cnidarios y los platelmintos; en este último grupo, la cavidad digestiva se presenta muy ramificada para facilitar que los nutrientes lleguen a todas las células del cuerpo a un ritmo adecuado. La digestión en la cavidad gastrovascular no es completa. El alimento predigerido penetra en las células que revisten la cavidad donde se completa su catálisis (digestión intracelular).

Fig. 14.2. Nematocisto descargado y sin descargar.

Algunos platelmintos, como sucede con los animales adaptados a una forma de vida parasitaria, no poseen aparato digestivo: viven en el intestino de sus hospedadores, donde absorben los nutrientes ya digeridos por éste. A cambio, estos gusanos planos han desarrollado estructuras de fijación, como ventosas, ganchos y espinas. Un ejemplo de platelminto parásito es el Echinococcus granulosus (veáse Figura 14.3), que vive en el intestino de los perros y causa la hidatidosis humana, enfermedad muy frecuente en el mundo rural español hasta no hace mucho tiempo. Las personas se infectan al consumir agua o alimentos contaminados con los huevos que deposita el adulto sexualmente maduro, o por contacto directo con perros parasitados. A partir de los huevos se desarrollan los quistes hidatídicos, que crecen lentamente hasta llegar a contener miles de parásitos juveniles. Estos quistes pueden aparecer en distintos órganos como el corazón, el encéfalo o el hígado (donde llegan a alcanzar el tamaño de una pelota de baloncesto).

• Esquema de las partes y las funciones de un aparato digestivo.

• Aparato digestivo humano (rotulado y sin rotular). • Ejercicios: crucigrama: estructuras para la cap-

292

La mejor manera de luchar contra la enfermedad es la prevención. Los perros no deben ser alimentados con vísceras de rumiantes (animales que también pueden albergar quistes) y deben someterse a controles veterinarios periódicos.

tura de alimentos. Fig. 14.3. Echinococcus granulosus.

c Páginas web

Actividades 3>

cc Bio course McGraw-Hill Imagen: comparación de cavidad gastrovasculartubo digestivo. http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001_gbio/ folder_structure/an/m8/s1/anm8s1_3.htm Imagen: la digestión de las planarias. http://www.biocourse.com/mhhe/bcc/resources/ concept.xsp?id=000008870&type=IMAGE Imagen: aparato digestivo de los moluscos. http://www.biocourse.com/mhhe/bcc/resources/ concept.xsp?id=000008872&type=IMAGE

cc The Life Wire http://bcs.whfreeman.com/thelifewire/ Capítulo (chapter) 50 Figura 50.11: capas del tubo digestivo. http://bcs.whfreeman.com/thelifewire/content/ chp50/f50011.gif Figura 50.8: el aparato digestivo de la lombriz, cucaracha y conejo. http://bcs.whfreeman.com/thelifewire/content/ chp50/f50008.gif

Observa el interior de la planaria de la Figura 14.4. La mayor parte de su cuerpo está ocupada por la cavidad gastrovascular, que está muy ramificada y enrollada. ¿Qué sentido tiene que la cavidad gastrovascular de los platelmintos posea esta forma? ¿Existe alguna relación entre la forma de su cavidad gastrovascular y el hecho de que, al ser un animal diblástico, no posea sistema circulatorio?

Fig. 14.4. Cavidad gastrovascular de una planaria.

292

c Lectura

cc ¿Cómo nos debemos alimentar? Nunca en nuestra sociedad hemos tenido tanta información ni tantos medios para estar bien nutridos. Sin embargo, se puede afirmar que, en general, estamos mal nutridos, que no es lo mismo que estar desnutridos. Evidentemente no pasamos hambre, y eso puede ser parte del problema, sobre todo en los casos de obesidad, pero la otra parte es que no le damos a nuestro organismo los nutrientes orgánicos que necesita en las dosis adecuadas. Sobre todo necesitamos combustible, también componentes estructurales y sustancias como las vitaminas y las sales minerales. Puedes encontrar la lectura completa en el CD del profesor.

344

Biología y Geología 1 El proceso de nutrición en los animales

c Actividades

14. El proceso de nutrición en los animales 14.2 La función digestiva

7. ¿Por qué algunos animales pueden digerir la celulosa y otros no? 8. ¿Qué tiene de especial la dentición de los herbívoros y de los omnívoros? 9. Explica brevemente con dos ejemplos cómo consiguen el alimento los moluscos.

Digestión dentro de un tubo Aunque la cavidad gastrovascular supuso un gran avance evolutivo, presenta limitaciones que sólo la hacen adecuada para animales con una demanda energética escasa. No es posible la ingestión continua de alimentos, porque existe un único orificio que también sirve de salida a los desechos y, mientras se está digiriendo un alimento, no se puede procesar otro de manera eficiente, pues se utiliza la misma cámara. En el transcurso de la evolución aparecieron animales más activos, y la selección natural favoreció un nuevo diseño corporal: la simetría bilateral se completa con la aparición de un tubo digestivo que recorre todo el cuerpo del animal y posee dos aberturas, una de entrada (la boca) y otra de salida (el ano). El nuevo aparato digestivo permite al animal comer con frecuencia grandes cantidades de alimento y digerirlo de manera más eficaz porque cada porción del tubo se expecializa en una parte del proceso digestivo (primero se tritura el alimento, después se degrada enzimáticamente y, por último, se absorben los nutrientes). El tubo digestivo ha resultado tan eficaz que, con pequeñas variaciones, sigue un esquema básico que se mantiene en vertebrados y en casi todos los invertebrados, y que presenta las siguientes regiones: • • • • •

Histología del tubo digestivo Al observar al microscopio un corte transversal del tubo digestivo, podemos distinguir varias capas:

c Páginas web

— Mucosa: capa de tejido epitelial que recubre la luz del tubo digestivo y en la que se diferencian varias glándulas. — Submucosa: capa de tejido conjuntivo con vasos sanguíneos y nervios. — Muscular: capa formada por dos capas de tejido muscular liso, una externa, circular, y otra interna, longitudinal. — Serosa: epitelio sencillo que recubre completamente el exterior del tubo digestivo.

cc Biocourse McGraw-Hill Animación: las glándulas salivales. http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001_saladin/ folder_structure/ab/m4/s3/abm4s3_7.htm Imagen: tipos de dientes. http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001_saladin/ folder_structure/ab/m4/s3/abm4s3_3.htm Animación: de la boca al esófago. http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001_saladin/ folder_structure/ab/m4/s3/abm4s3_2.htm

Región receptora. Región de almacenamiento y transporte. Región de molido y digestión inicial. Región de digestión final y absorción de nutrientes. Región de absorción de agua y expulsión del alimento no digerido.

Región receptora La región receptora del tubo digestivo está constituida básicamente por una boca o cavidad bucal; una faringe muscular, para el paso del alimento; y unas piezas bucales, al servicio de la alimentación. Esta región está adaptada al tipo de alimento que consume el animal y a la forma que tiene de obtenerlo (depredadores, filtradores, parásitos, etc.), así que presenta una asombrosa variabilidad (véase Figura 14.6).

14

Fig. 14.5. Corte transversal de la pared del tubo digestivo.

cc The Life Wire http://bcs.whfreeman.com/thelifewire/ Capítulo (chapter) 50 Figura 50.11: diente de mamífero. Mandíbulas de omnívoro, carnívoro y herbívoro. http://bcs.whfreeman.com/thelifewire/content/ chp50/f50007.gif Figura 50.12: bajada del alimento y cierre de la glotis. Peristaltismo. http://bcs.whfreeman.com/thelifewire/content/ chp50/f50012.gif

Los animales que se alimentan de líquidos han desarrollado estructuras que funcionan como «pajitas» para absorber el alimento. Llama la atención la delicada espiritrompa de mariposas y polillas que se alimentan del néctar, o el aparato bucal perforador-chupador de los mosquitos, provisto de estiletes en forma de aguja y un canal alimentario para succionar la sangre. Muchos animales son depredadores y han desarrollado ingeniosas estructuras para capturar, sujetar e ingerir sus presas. En algunos crustáceos, como las cigalas (Nephrops norvegicus) o los bogavantes (Homarus gammarus), el primer par de apéndices marchadores se ha transformado en poderosas pinzas con las que capturan caracoles y gusanos. Las arañas cuentan con una uña en la base de la boca para atravesar y sujetar a la presa mientras le inyectan enzimas digestivas que la convierten en una sopa nutritiva que luego absorben. Los cefalópodos, activos cazadores, capturan pececillos con sus tentáculos y los desgarran con un pico córneo. Las estrellas de mar abren las valvas de ostras y almejas con sus pies ambulacrales para, después, proyectar su estómago hacia el exterior e ingerir el cuerpo blando del bivalvo.

293

(erizo de mar)

Entre las especializaciones de los herbívoros destacan la rádula de los gasterópodos (una lengua con diminutos dientes que sirve para roer las hojas) y la linterna de Aristóteles de los erizos de mar (unas piezas calizas a modo dientes que utilizan para raspar las algas incrustadas en las rocas).

Fig. 14.6. Aparato lamedor de una mariposa, aparato perforador-chupador de un mosquito aparato lamedor-chupador de mosca y linterna de Aristóteles de erizo de mar.

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c Glosario Canino. Diente en forma cónica y afilado que sirve para desgarrar la carne. Endocitosis. Paso de sustancias al interior de la célula rodeadas de membrana plasmática, que se invagina para ello, formando una vesícula. Exocitosis. Paso de sustancias al exterior de la célula en las que las vesículas que las contienen se unen a la membrana plasmática, una vez que las expulsan. Espiritrompa. Aparato bucal de algunos insectos (mariposas y polillas) que utilizan para chupar el néctar de las flores. Incisivos. Dientes planos que se utilizan para cortar los alimentos. Lisosomas. Orgánulo citoplasmático que contiene enzimas digestivas e interviene en la digestión celular. Molares. Dientes de superficie ancha que se utilizan para moler el alimento. Premolares. Dientes de superficie ancha que se utilizan para moler y masticar el alimento. Están situados entre los molares y los incisivos.

cc Proyecto Biosfera http://recursos.cnice.mec.es/biosfera/profesor/index.htm Animación: deglución. http://recursos.cnice.mec.es/biosfera/profesor/ animaciones/Deglucion.gif

Animación: bolo alimenticio bajando por el esófago. http://recursos.cnice.mec.es/biosfera/profesor/ animaciones/Esofago.gif

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14

Biología y Geología 1 El proceso de nutrición en los animales

c

14. El proceso de nutrición en los animales

Páginas web

14.2 La función digestiva

cc Biocourse McGraw-Hill Animación: partes del aparato digestivo, desde el

294

esófago hasta el ano. http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001_saladin/ folder_structure/ab/m4/s1/abm4s1_3.htm Animación: ejercicio de reconocimiento de las partes del aparato digestivo. http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001_saladin/ folder_structure/ab/m4/s1/abm4s1_2.htm Imagen: hígado, vesícula biliar y páncreas. http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001_saladin/ folder_structure/ab/m4/s6/abm4s6_6.htm Imagen: digestión química. Tabla mostrando los enzimas y las distintas fases de la digestión de glúcidos, proteínas y lípidos. http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001_saladin/ folder_structure/ab/m4/s9/abm4s9_1.htm Imagen: fases de la digestión de los glúcidos. http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001_gbio/ folder_structure/an/m8/s7/anm8s7_2.htm Imagen: fases de la digestión de las proteínas. http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001_gbio/ folder_structure/an/m8/s7/anm8s7_3.htm Imagen: vellosidades intestinales. http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001_gbio/ folder_structure/an/m8/s5/anm8s5_2.htm Animación: ejercicio de identificación de las partes del intestino delgado. http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001_saladin/ folder_structure/ab/m4/s7/abm4s7_7.htm Imagen: partes del intestino grueso. http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001_saladin/ folder_structure/ab/m4/s8/abm4s8_1.htm

¿Tiene alguna lógica la aracnofobia? La mayoría de las arañas no sólo son inofensivas para los humanos, sino que nos ayudan en la lucha contra los insectos perjudiciales. Incluso la viuda negra (Latrodectus mactans), cuya mordedura es muy peligrosa y, en algunos casos, mortal, sólo ataca cuando se ve amenazada o, como una madre más, cuando defiende a sus crías. Resulta sorprendente que seres tan pequeños y tímidos generen un miedo tan irracional en algunas personas.

Mientras que en la mayoría de los animales los alimentos atraviesan la cavidad bucal enteros, los mamíferos comienzan su digestión en la boca: la acción conjunta de dientes y lengua tritura el alimento y lo mezclan con la saliva que contiene una enzima llamada ptialina o amilasa salival, que rompe las moléculas de almidón liberando maltosa.

Los dientes de los mamíferos son tan variados que permiten su identificación. Los mamíferos carnívoros, como el lobo o el lince, poseen muelas carniceras, unos molares a modo de tijeras que cortan tendones y músculos; y unos caninos afilados, que se introducen en la piel de la presa, proporcionan un fuerte agarre que permite sujetar a la víctima si sigue luchando y, algunas veces, perforan los grandes vasos del cuello, lo que provoca hemorragias y colapsa la tráquea. No es de extrañar que los ataques se produzcan sobre esta zona. Los rumiantes, como el ciervo o la vaca, han sustituido los incisivos superiores por una estructura córnea que les sirve para cortar las hojas, y presentan unos molares anchos y planos con los que trituran el tejido vegetal. Los herbívoros que roen (ardillas, ratones, conejos y liebres) poseen incisivos cortantes que crecen durante toda la vida y que, por tanto, deben ser constantemente desgastados. Los omnívoros, como los cerdos, los osos o los humanos, han desgarrar una dentadura propicia que incluye incisivos planos para cortar, caninos en punta para desagarrar, y premolares y molares para aplastar y triturar (véase Figura 14.7).

Actividades

Fig. 14.7. Mandíbulas de lobo, vaca y humano.

4>

El tránsito del alimento a través del tubo digestivo es posible por los movimientos peristálticos, ondas provocadas por la contracción de las fibras circulares de la capa muscular del tubo digestivo.

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cc elmundo.es El mundo salud: el interior del cuerpo humano. Vellosidades intestinales. http://elmundosalud.elmundo.es/elmundosalud/especiales/2005/03/ galeria_cuerpo/06.html El apéndice. http://elmundosalud.elmundo.es/elmundosalud/especiales/2005/03/ galeria_cuerpo/11.html

cc The Life Wire http://bcs.whfreeman.com/thelifewire/ Capítulo (chapter) 50 Figura 50.9: aumento de la superficie intestinal, una adaptación para incrementar la absorción. http://bcs.whfreeman.com/thelifewire/content/chp50/f50009.gif Figura 50.17: el aparato digestivo de un rumiante. http://bcs.whfreeman.com/thelifewire/content/chp50/f50017.gif

346

Entre los vertebrados existen ejemplos que ilustran todo tipo de hábitos alimentarios. Es en ellos donde aparecen por primera vez los dientes y la lengua, que se modifican entre los distintos grupos según los modos alimentarios. En las aves y tortugas, los dientes se sustituyen por un pico. También se dotan de una lengua, que sólo en los mamíferos ayuda a mezclar el alimento con las enzimas y dirigir el bolo alimenticio a la siguiente región.

«Enséñame tus dientes y te diré lo que comes» (la especialización de la dentadura de los mamíferos)

cc Animaciones de Laurent Martorell Intestino delgado: de las vellosidades a las microvellosidades. http://www.accreteil.fr/biotechnologies/ doc_biohum-absorption.htm

Otros animales son filtradores, como los bivalvos, que se alimentan del plancton que hacen pasar a través de sus branquias.

Observa los picos de las aves que se muestran en la Figura 14.8 e intenta averiguar su régimen alimentario.

Fig. 14.8. Picos de piquituerto (Loxia curvirostra), garza real (Ardea cinerea) y águila real (Aquila chrysaetos).

Biología y Geología 1 El proceso de nutrición en los animales

didácticos c Materiales en el CD y en la CEO

14. El proceso de nutrición en los animales 14.2 La función digestiva

Región de almacenamiento y transporte

Animación: el proceso de la digestión. Esta anima-

El esófago es la siguiente región del tubo digestivo y se encarga del transporte del alimento al estómago. Algunos animales, como anélidos, insectos y aves, ingieren grandes cantidades de alimento de una sola vez y lo almacenan temporalmente en el buche, una dilatación del esófago.

Región de molido y digestión inicial Esta región se corresponde con el estómago, una bolsa donde el alimento se almacena y se mezcla con los jugos gástricos para digerirse parcialmente. El estómago surge como una dilatación del tubo digestivo; su función primitiva se limitaba al almacenamiento de comida a la espera de ser digerida en el intestino. Sin embargo, a lo largo de la evolución se especializa y comienza a participar activamente en el proceso digestivo: mediante sus movimientos de contracción y batido, agita y mezcla los alimentos con los jugos gástricos secretados por las células estomacales. Los animales que carecen de dientes o que no los utilizan para masticar poseen una molleja, un preestómago muscular donde, siguiendo distintas estrategias, se tritura el alimento. Para cumplir esta función, en anélidos, cocodrilos y aves, este órgano alberga piedras que traga el propio animal; en los crustáceos posee un conjunto de piezas calcáreas que forman el molinillo gástrico; y en los insectos, aparecen dientes quitinosos (véase Figura 14.9).

14

ción ilustra el proceso de digestión de las principales macromoléculas, la absorción de los nutrientes y la formación de heces fecales.

Muy a menudo, las aves ingieren piedras, restos vegetales, plumas, huesos o uñas que no pueden digerir. Estos restos son almacenados en el buche y regurgitados en forma de bolas que se denominan egagrópilas y que sirven a los ornitólogos para identificar el ave que las ha producido y conocer su dieta. Por ejemplo, las egagrópilas de rapaces diurnas, como las de buitres y águilas, están formadas de plumas y pelos, ya que sus jugos gástricos pueden digerir los huesos; sin embargo, en las egagrópilas de las rapaces nocturnas, como las del búho real, se pueden observar huesecillos e, incluso, identificar por éstos la presa que ha dado origen al festín.

Actividades 5>

¿Por qué nos «suena» el estómago cuando tenemos hambre?

Ejercicios: sopa de letras: función digestiva. Elementos de un aparato digestivo.

Si los rumiantes (vacas, ovejas, camellos o hipopótamos) no poseyeran un estómago tan especializado se morirían de hambre. La dieta de estos animales se basa en materiales vegetales duros (tallos y hojas principalmente) muy ricos en celulosa. Este polisacárido está formado por largas cadenas de glucosa unidas tan fuertemente, que ninguna enzima animal puede separarlas. Sin embargo, los rumiantes sí pueden hacerlo porque su estómago es una verdadera cuba de fermentación donde viven microorganismos (bacterias y protozoos ciliados) que secretan celulasa, enzima capaz de digerir este polímero. Estos microorganismos se encuentran principalmente en el rumen, una de las cuatro cámaras en las que está dividido el estómago (véase Figura 14.10). Los alimentos, casi sin masticar, llegan al rumen, donde los microorganismos comienzan la fermentación; posteriormente, este bolo alimenticio se regurgita y las duras fibras vegetales se trituran por los poderosos molares del animal; se vuelve a tragar y pasa al resto de las cámaras: retículo, omaso y abomaso. En realidad, las tres primeras cámaras surgen a partir del esófago, y es el abomaso el verdadero estómago donde tiene lugar la digestión química. Sin embargo, algunos herbívoros (cebras, conejos, caballos, roedores) no son rumiantes; en este caso, fermentan los alimentos vegetales en grandes ciegos que se encuentran en la unión entre el intestino delgado y el grueso. En los carnívoros también existe el ciego, pero ha quedado reducido a un apéndice vestigial.

c Escenarios de error

Fig. 14.9. Molleja de un ave, molinillo gástrico de un crustáceo.

cc Excreción-defecación

295

Es común que los alumnos confundan, en el caso del hombre, los términos de excreción y defecación.

Rumen Abomaso

Retículo

Omaso

Fig. 14.11. Estómago de un rumiante.

295

Solución La digestión química se produce mediante a la secreción de enzimas hidrolíticas: carbohidrasas, lipasas, etc. que transforman los alimentos digeridos en sus moléculas constituyentes. En mamíferos, los alimentos comienzan a digerirse en la boca al mezclarse con la saliva. Ésta contiene una enzima, la ptialina o amilasa, que rompe las moléculas de almidón en maltosas. Este proceso continuará en el intestino gracias a la amilasa pancreática. En el estómago se continúa la digestión gracias a la pepsina, enzima que hidroliza proteínas y las convierte en polipéptidos. En el intestino delgado se lleva a cabo la mayor parte de la digestión química del alimento. Participan en este proceso dos tipos de secreciones digestivas: las que producen las paredes del propio intestino y las que segregan el hígado y el páncreas. La bilis actúa sobre las grasas, que al ser insolubles necesitan ser emulsionadas para que la lipasa pancreática las pueda romper en ácidos grasos y glicerol. La quimotripsina pancreática rompe los polipéptidos en oligopéptidos y finalmente actúan los enzimas del jugo intestinal, que contiene disacaridasas y peptidasas; las primeras digieren los disacáridos hasta monosacáridos y las segundas los péptidos hasta aminoácidos.

Excreción es la función de eliminar los residuos del medio interno, pues en los seres pluricelulares cada célula produce sus propios desechos metabólicos, que deben expulsarse al exterior. Los líquidos del cuerpo son entonces filtrados en los órganos excretores; en el caso de la sangre, los riñones, eliminando todo aquello que pueda ser nocivo o esté en exceso, a través de la orina. Defecación es el acto por el que el hombre expulsa al exterior las heces por el recto hacia el ano. Éstas contienen los materiales que no se han podido digerir, y por tanto no se pueden asimilar, después de haber absorbido el agua y todo lo aprovechable del alimento ingerido, junto con bacterias y células muertas de las paredes del propio tubo digestivo. Elaboración propia.

c PAU ccc

País Vasco, junio 1999

Digestión de los alimentos: función de los enzimas digestivos.

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14

Biología y Geología 1 El proceso de nutrición en los animales

c Curiosidades

14. El proceso de nutrición en los animales 14.2 La función digestiva

El oxígeno se difunde por los medios acuosos con mucha lentitud, por eso las células de los animales tienen que estar a una distancia muy pequeña de su fuente de oxígeno (por ejemplo, de un capilar sanguíneo o del exterior), de ahí que los seres que carecen de aparato circulatorio tengan cuerpos extremadamente delgados.

Región de digestión final y absorción de los nutrientes La última región del tubo digestivo es el intestino, que se divide en dos tramos que desempeñan funciones diferentes y distinto grosor: intestino delgado e intestino grueso.

En el estómago también se absorben algunas sustancias como sales minerales, vitaminas y alcohol.

Elaboración propia.

c Lectura

En el intestino delgado se lleva a cabo la mayor parte de la digestión química del alimento, y los nutrientes se absorben, es decir, atraviesan su pared y llegan al torrente circulatorio, que los transportará a todas las células del organismo. En la digestión intestinal participan dos tipos de secreciones digestivas, las producidas por las células intestinales y las que se fabrican en glándulas anejas, que aparecen en todos los grupos de animales con tubo digestivo. En los vertebrados, estas glándulas adquieren un gran desarrollo: son el hígado y el páncreas. Para que la absorción de los nutrientes sea más eficaz, en el intestino surgen especializaciones que aumentan su superficie (véase Figura 14.11). En los anélidos, por ejemplo, la pared dorsal del intestino se pliega formando el tiflosol; en los tiburones, la mucosa intestinal se repliega a modo de muelle y forma la válvula espiral; y en el resto de vertebrados, el intestino se repliega aún más intensamente. Los pliegues de la mucosa poseen proyecciones digitiformes, denominadas vellosidades, que albergan una red de capilares y vasos linfáticos; por último, la membrana de cada célula individual de estas vellosidades también se encuentra replegada en microvellosidades.

cc Mecanismos respiratorios en animales En estos dibujos esquemáticos se pueden observar los distintos mecanismos de que se valen los animales para obtener el oxígeno necesario para la respiración.

296

1. En esponjas, celentéreos y otros invertebrados de cuerpo blando, los gases difunden a través de las células epiteliales y de allí van pasando célula a célula. Este proceso se realiza por difusión y sólo es posible en animales pequeños. 2. Las larvas de algunos insectos, como libélulas o efímeras, que son acuáticas, obtienen oxígeno del agua por difusión mediante branquias traqueales especializadas, que suministran una mayor superficie para la difusión. 3. Muchos animales acuáticos tienen un mecanismo muy eficiente para la captura de oxígeno, las branquias sanguíneas, formadas por numerosos filamentos largos cubiertos por una fina epidermis y que contienen una red de capilares. El intercambio de gases ocurre entre el agua y la sangre. 4. La respiración cutánea de la lombriz es posible porque el cuerpo de este animal se mantiene siempre húmedo, y a través de la epidermis se produce el intercambio de gases, que serán repartidos por el sistema circulatorio; inmediatamente debajo de la epidermis encontramos los capilares para dicho intercambio. 5. Los insectos tienen finos tubos que desde la superficie del cuerpo se ramifican hacia todos los órganos, son las tráqueas. Estos tubos, a la vez que se ramifican, van disminuyendo de calibre para poder llegar a todas las células del cuerpo a las que le llega el oxígeno desde el exterior gracias a movimientos de los segmentos torácicos y abdominales del cuerpo. 6. En vertebrados terrestres, el intercambio gaseoso se realiza a través de los alveolos pulmonares, últimas ramificaciones de los bronquiolos. Estos alveolos son bolsas cuya piel está formada por una sola capa de células y están rodeados de una red de capilares en los que se produce el intercambio de gases. El oxígeno llega a los alveolos recorriendo las vías respiratorias en las que han ingresado básicamente a través de los orificios nasales. Elaboración propia.

348

Actividad resuelta ¿Por qué el intestino de un renacuajo es relativamente mucho más largo que el de una rana?

Fig. 14.11. Válvula espiral de los tiburones. Las especializaciones que posee el intestino delgado para aumentar la superficie de absorción son tan eficaces que, por ejemplo, si extendiéramos la mucosa intestinal humana podríamos cubrir una cancha de tenis.

La dieta determina el tipo de intestino que posee un ser vivo. A pesar de tratarse de dos fases distintas dentro del ciclo vital del mismo individuo, los renacuajos poseen intestinos largos para que les dé tiempo a fermentar los materiales duros, principalmente algas, de los que se alimentan. Las ranas se alimentan de pequeños invertebrados y, como cualquier carnívoro, tienen un intestino más corto que secreta gran variedad de enzimas digestivas. El hecho de que la fase larvaria tenga una dieta completamente diferente a la fase adulta es una adaptación del ciclo vital de una especie para no competir por un mismo recurso.

Las bacterias lácticas, como las de los géneros Lactobacillus, Lactococcus, o Bifidus, forman parte de la flora gastrointestinal del hombre y de muchos animales. Debido a sus efectos beneficiosos para la salud de estos hospedadores (síntesis de vitaminas, inhibición de microbios patógenos, estimulación del sistema inmune, etc.) reciben el nombre de probióticos.

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Región de absorción de agua y expulsión del alimento no digerido En el intestino grueso se lleva a cabo la reabsorción de agua, y los materiales no digeridos forman las heces, que se expulsan a través del ano. En la mayoría de los invertebrados y en muchos vertebrados (anfibios, reptiles y aves) el ano no comunica directamente con el exterior, sino que termina en una cloaca, una cámara en la que también desembocan los aparatos urinario y genital. En muchos animales, como en insectos, reptiles y aves, la reabsorción de agua es muy intensa y producen heces muy secas.

Biología y Geología 1 El proceso de nutrición en los animales

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c Páginas web

14. El proceso de nutrición en los animales 14.3 La función respiratoria

cc Biocourse McGraw-Hill 14.3 La función respiratoria

Imagen: respiración de celentéreos y platelmintos. http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001_gbio/ folder_structure/an/m6/s1/anm6s1_1.htm Imagen: espiráculos y traqueas en un insecto. http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001_gbio/ folder_structure/di/m7/s8/dim7s8_9.htm

Para que tenga lugar la respiración celular y los nutrientes asimilados por las células liberen la energía que contienen, es necesario que éstas reciban un aporte continuo de oxígeno. Además, durante el metabolismo se genera dióxido de carbono que resulta tóxico y debe ser eliminado. Ambos procesos se consiguen gracias a la respiración.

La respiración es el proceso de intercambio de gases entre el organismo y el medio externo.

cc The Life Wire

No debemos confundir el término respiración con el de respiración celular, que es un proceso catabólico que tiene lugar en las mitocondrias y que consiste en la oxidación de la materia orgánica para extraer la energía que encierran sus enlaces. Los animales más primitivos carecen de aparato respiratorio pero, en función de su hábitat y modo de vida, la evolución favoreció el desarrollo de estructuras respiratorias muy variadas. Sin embargo, en todos los casos la entrada y salida de gases se reduce a un mecanismo de difusión gaseosa a través de una superficie corporal. Todas las superficies empleadas en el intercambio gaseoso deben cumplir tres propiedades: • Mantenerse húmedas, porque la difusión de los gases sólo es posible cuando están disueltos en agua. • Presentar superficies amplias para permitir un intercambio eficaz. • Ser lo suficientemente delgadas como para permitir el paso de los gases.

http://bcs.whfreeman.com/thelifewire/ Figura 48.3: estructuras de intercambio de gases en animales. http://bcs.whfreeman.com/thelifewire/content/ chp48/f48003.gif Figura 48.4: respiración traqueal. http://bcs.whfreeman.com/thelifewire/content/ chp48/f48004.gif Figura 48.5: circulación del agua entre las branquias. http://bcs.whfreeman.com/thelifewire/content/ chp48/f48005.gif

El tamaño de las branquias de un mismo animal puede variar en función del grado de oxigenación del agua. Esto se ha observado en las salamandras (Salamandra salamandra), que cuando viven en aguas estancadas pobres en oxígeno presentan branquias más grandes que cuando lo hacen en aguas limpias.

Respiración sin necesidad de aparato respiratorio Los cuerpos de esponjas, cnidarios, platelmintos y nematodos están formados por pocas capas de células, y su superficie exterior es muy grande en relación con su volumen. Además, estos animales no poseen grandes requerimientos energéticos, por lo que no necesitan un aparato respiratorio especializado: su propio cuerpo actúa como membrana respiratoria, y los gases viajan, por difusión, célula a célula. Algunos animales, como los oligoquetos y los hirudíneos, mejoran la eficacia de la respiración cutánea al combinarla con una red extensa de capilares sanguíneos situados debajo de la piel, que distribuyen el oxígeno hacia todas las células y, a su vez, recogen el dióxido de carbono.

297

Actividades 6>

¿Por qué las lombrices de tierra mueren cuando se exponen al sol?

Respiración en el medio acuático: las branquias Para satisfacer la demanda creciente de oxígeno, los animales desarrollaron aparatos respiratorios que facilitaron el intercambio de gases. En el mundo acuático aparecen unas estructuras respiratorias sencillas pero muy eficaces, que consisten en simples expansiones de la pared corporal hacia el agua circundante: se «inventan» las branquias.

297

c Lectura

cc ¿Cómo es la respiración de los mamíferos marinos? Los mamíferos marinos tienen respiración pulmonar, pero presentan una serie de características morfológicas y fisiológicas que les permiten optimizar la disponibilidad de oxígeno para sus células. Éstas son algunas de sus adaptaciones: tienen un volumen de sangre proporcionalmente mucho mayor que el de otros mamíferos, vasos sanguíneos gruesos y un número altísimo de glóbulos rojos; la concentración de mioglobina en sus músculos es muy alta, por otra parte, en su catabolismo utilizan con mayor frecuencia las vías anaerobias que, aunque generan una menor cantidad de energía, son una alternativa que permite un menor consumo de oxígeno. Puedes encontrar la lectura completa en el CD del profesor.

Figura 48.10: aparato respiratorio humano. Completa figura que representa el aparato respiratorio, la estructura de los alveolos y el intercambio de gases. http://bcs.whfreeman.com/thelifewire/content/ chp48/f48010.gif

didácticos c Materiales en el CD y en la CEO Animación: tipos de respiración. Estructuras respiratorias.

Imágenes: mecanismos respiratorios. Ejercicios: • verdadero o falso: la respiración en el medio acuático. • Rellenar huecos: la respiración en el medio terrestre. • Relación: mecanismos respiratorios.

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Biología y Geología 1 El proceso de nutrición en los animales

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14. El proceso de nutrición en los animales

Páginas web

14.3 La función respiratoria

cc Biocourse McGraw-Hill Animación: ejercicio de identificación de las par-

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tes del aparato respiratorio. http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001_gbio/ folder_structure/an/m7/s2/anm7s2_6.htm Imagen: bronquiolos y alveolos. http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001_saladin/ folder_structure/ab/m1/s2/abm1s2_3.htm Animación: ejercicio de identificación de las partes de alveolos y bronquiolos terminales. http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001_saladin/ folder_structure/ab/m1/s2/abm1s2_4.htm Imagen: circulación e intercambio de gases en los pulmones y en las células. http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001_gbio/ folder_structure/an/m7/s3/anm7s3_1.htm Imagen: intercambio de gases entre los alveolos y los capilares. http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001_gbio/ folder_structure/ce/m3/s2/cem3s2_4.htm Imagen: enfermedades del aparato respiratorio. http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001_gbio/ folder_structure/an/m7/s4/anm7s4_1.htm Vídeo: intercambio de gases en los alveolos. http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001_saladin/ folder_structure/ab/m1/s6/abm1s6_2.htm Vídeo: afinidad del oxígeno por la hemoglobina. http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001_saladin/ folder_structure/ab/m1/s7/abm1s7_1.htm Vídeo: efectos del tabaco en la hemoglobina. http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001_saladin/ folder_structure/ab/m1/s6/abm1s6_4.htm Vídeo: mecanismo de ventilación pulmonar. http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001_saladin/ folder_structure/ab/m1/s3/abm1s3_1.htm Vídeo: ataque de asma (se aprecian muy bien algunos detalles del aparato respiratorio). http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001_saladin/ folder_structure/ab/m1/s8/abm1s8_1.htm

Las branquias o agallas son extensiones de la superficie del cuerpo hacia el medio acuático que se encuentran muy ramificadas e intensamente vascularizadas para realizar eficazmente el intercambio gaseoso.

Los tiburones no poseen vejiga natatoria como los osteictios, pero no se hunden porque su esqueleto cartilaginoso es muy ligero y poseen aletas poderosas que les empujan hacia arriba y disminuyen la densidad de su cuerpo acumulando aceite en el hígado (que puede llegar a representar hasta el 24 % de su peso total).

En algunos invertebrados acuáticos (poliquetos, muchos crustáceos, larvas de insectos y equinodermos) y en las formas acuáticas de anfibios, las branquias son externas, no tienen protección. Este tipo de branquias resulta poco hidrodinámico y pueden ser mordisqueadas por depredadores, por lo que en moluscos acuáticos y en peces, la selección natural favoreció la aparición de branquias internas, que se encuentran protegidas: en bivalvos y cefalópodos se encuentran inmersas en la cavidad paleal, un espacio situado entre el manto y la masa visceral; en los peces condrictios están protegidas por septos interbranquiales blandos que proceden del tegumento; y en los osteictios aparecen cubiertas por una tapa ósea llamada opérculo.

Respiración en el medio terrestre Los primeros animales que se aventuraron a abandonar el medio acuático encontraron un lugar que ofrecía muchas posibilidades: nuevos recursos alimenticios, ausencia de depredadores acuáticos, espacios vacíos por conquistar y una atmósfera mucho más rica en oxígeno que el agua. Sin embargo, las branquias no sirven fuera del agua porque se secan y se colapsan; para superar esta dificultad, en los animales terrestres se desarrollaron dos tipos de estructuras respiratorias dentro del cuerpo: • las tráqueas: un sistema de tuberías que conectan el aire atmosférico con cada célula. • los pulmones: sacos más o menos ramificados y muy vascularizados (en este caso, la sangre es la encargada de la distribución de los gases).

Respiración por tráqueas

Fig. 14.12. Los arácnidos utilizan los llamados pulmones en libro para respirar. Estas estructuras constan de un conjunto de tráqueas laminares paralelas dispuestas dentro de una cámara llena de sangre. En estos artrópodos, es el sistema circulatorio el encargado de distribuir los gases respiratorios por todo el organismo.

Las tráqueas son conductos recubiertos por una cutícula de quitina que se ramifican para formar traqueolas, finísimos tubos ciegos formados por un solo tejido que se hunden en las membranas plasmáticas de las células para permitir el intercambio gaseoso.

Las tráqueas son estructuras respiratorias simples pero efectivas, y resultan muy apropiadas para los artrópodos terrestres, que, al poseer una vida muy activa, necesitan un gran suministro de oxígeno. El aire penetra en las tráqueas a través de unos orificios llamados espiráculos situados en el abdomen del animal. En los insectos más evolucionados, los espiráculos poseen válvulas que se abren y se cierran para reducir la pérdida de agua y evitar la entrada de suciedad.

298

cc Proyecto Biosfera http://recursos.cnice.mec.es/biosfera/profesor/ index.htm Animación: mecanismo de ventilación pulmonar. http://recursos.cnice.mec.es/biosfera/alumno/ 1bachillerato/animal/imagenes/respira/animares.gif

cc Biología de la profesora Luengo Respiración y aparatos respiratorios. http://www.lourdesluengo.es/nutricion/respiratorio.htm

350

c Lectura

cc Ventilación pulmonar e intercambio de gases En los seres vivos que respiramos mediante pulmones, la respiración consta de dos procesos diferentes: en primer lugar la ventilación pulmonar, que permite introducir aire en los pulmones, mantenerlo durante algún tiempo y expulsarlo a continuación; y en segundo lugar el intercambio de gases, que permite intercambiar algunos componentes gaseosos entre el aire inspirado y la sangre. Puedes encontrar la lectura completa en el CD del profesor.

Biología y Geología 1 El proceso de nutrición en los animales

c Actividades

14. El proceso de nutrición en los animales 14.3 La función respiratoria

10. ¿Es lo mismo ventilación pulmonar que intercambio de gases? 11. Las esponjas y los celentéreos, entre otros, son seres vivos que carecen de aparato respiratorio y circulatorio. ¿Cómo realizan el intercambio de gases y la distribución de nutrientes a las células de su cuerpo? 12. ¿Cuál es el destino del O2 captado por los pulmones y de dónde procede el CO2 eliminado por éstos? 13. ¿Qué quiere decir lamelibranquios? ¿A qué animales se aplica esta denominación? 14. Pon dos ejemplos de animales con respiración cutánea. ¿Por qué este tipo de animales necesitan tener la piel húmeda para poder respirar?

El gusto de los insectos por los deportes acuáticos El ditisco (Dytiscus sp.) es un escarabajo que respira por tráqueas pero que pasa gran parte de su vida sumergido, ya que encuentra su alimento en el agua. Para conseguir respirar en este medio, actúa como un «buceador» experimentado: guarda bajo sus élitros una burbuja de aire que se mantiene en contacto con los espiráculos. El ditisco puede permanecer sumergido muchas horas antes de que el oxígeno de la burbuja se agote y deba subir a la superficie. Otros buceadores consumados son las larvas de los mosquitos que viven justo debajo de la superficie de charcas y acequias. Para respirar, se sitúan boca abajo permitiendo que sus tubos respiratorios, a modo de diminutos tubos de buceo, sobresalgan por encima del agua para atrapar el aire atmosférico. a)

14

b)

Fig.14.13. a) Dytiscus sp. con burbuja de aire y b) larvas de mosquito respirando bajo el agua.

c Páginas web

Respiración por pulmones

cc Biocourse McGraw-Hill Los pulmones son cavidades internas muy vascularizadas que proceden de la invaginación de la porción anterior del tubo digestivo y que poseen paredes muy finas para facilitar el intercambio de gases entre el medio externo y la sangre.

Animación: composición de la sangre. http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001_saladin/ folder_structure/tr/m1/s1/trm1s1_2.htm Imagen: todas las células sanguíneas. http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001_saladin/ folder_structure/tr/m1/s1/trm1s1_1.htm Animación: porcentaje de células sanguíneas y estructura de la hemoglobina. http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001_gbio/ folder_structure/an/m6/s4/anm6s4_4.htm

Su localización dentro del cuerpo reduce al mínimo las pérdidas de agua y les brinda protección. El aire llega a los pulmones a través de las vías respiratorias que tienen las siguientes partes: fosas nasales y cavidad bucal, faringe, laringe, tráquea y bronquios (véase Figura 14.14). La mayoría de los peces óseos primitivos, además de branquias, poseían pulmones que asumían la función de órganos respiratorios cuando se secaban las charcas durante la estación seca o cuando disminuían los niveles de oxígeno en el agua. Además, los pulmones también servían para controlar la flotabilidad: llenándolas o vaciándolas de aire, los peces podían nadar a diferentes profundidades. Como prueba de este pasado, en la actualidad quedan unos pocos ejemplos de peces pulmonados (dipneos), como los del género Protopterus, que se entierra en el fango cuando se secan los ríos africanos en los que vive. En la mayoría de los peces óseos actuales, la función del antiguo pulmón ha quedado restringida a la de órgano de flotación (vejiga natatoria). La Figura 14.15 muestra la evolución del diseño pulmonar en vertebrados terrestres. Los anfibios fueron los primeros tetrápodos que conquistaron la tierra, pero siguen muy ligados al medio acuático. Sus fases larvarias respiran por branquias; aunque los adultos presentan pulmones, se trata de simples sacos que ofrecen poca superficie para el intercambio de gases. En estos animales, la respiración cutánea sigue siendo el mecanismo que prevalece.

299

didácticos c Materiales en el CD y en la CEO Imágenes: aparato respiratorio humano (rotulado y sin rotular).

Fig. 14.14. Aparato respiratorio humano.

299

c Lectura

cc Los sacos aéreos de las aves El aparato respiratorio de las aves es enormemente eficiente, pues tienen, además de pulmones, sacos aéreos; se trata de unas cavidades llenas de aire que están comunicadas con los pulmones y con el interior de algunos huesos; estos sacos además de constituir un depósito extra de aire aligeran el peso del esqueleto, lo que supone una gran ventaja para estos organismos. Una de las ventajas de los sacos aéreos de las aves es que al no quedar el aire retenido en los pulmones, éste siempre se renueva completamente, lo que permite que el intercambio de gases con la sangre sea mucho más eficaz. Elaboración propia.

cc El medio interno

Ejercicios: crucigrama: estructuras respiratorias.

Puedes encontrar la lectura completa en el CD del profesor.

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14

Biología y Geología 1 El proceso de nutrición en los animales

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14. El proceso de nutrición en los animales

Páginas web

14.3 La función respiratoria

cc Biocourse McGraw-Hill Imagen: la circulación de celentéreos y platelmintos. http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001_gbio/ folder_structure/an/m6/s1/anm6s1_1.htm Imagen: aparato circulatorio abierto de insectos y cerrado de anélidos. http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001_gbio/ folder_structure/an/m6/s1/anm6s1_2.htm Animación: estructura de una arteria. http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001_saladin/ folder_structure/tr/m3/s3/trm3s3_1.htm Animación: estructura de una vena. http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001_saladin/ folder_structure/tr/m3/s5/trm3s5_1.htm Imagen: comparación arteria, vena y capilar. http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001_saladin/ folder_structure/tr/m3/s2/trm3s2_1.htm

c

Los pulmones no son órganos exclusivos de los vertebrados terrestres, también aparecen en los caracoles, en los que surgen a partir del manto.

Materiales didácticos en el CD y en la CEO

El desarrollo evolutivo de los reptiles tiene lugar durante el pérmico, un periodo caracterizado por la falta de agua y las elevadas temperaturas. Para evitar la desecación, su cuerpo se cubre de escamas y, como ya no es posible la respiración cutánea, sus pulmones son más eficaces que los de anfibios, ya que al estar más lobulados, aumenta considerablemente la superficie respiratoria. Además, paralelamente el sistema circulatorio se va haciendo más complejo. Esta doble tendencia se va a intensificar en aves y mamíferos. La superficie total de los pulmones humanos puede llegar a alcanzar los 90 m2, y contienen 1 500 km de capilares.

Fig. 14.15. Evolución de los pulmones de los vertebrados: a) pez; b) anfibio; c) mamífero; d) reptil; e) ave.

Mecanismos de ventilación de los animales

Animación: tipos de aparatos circulatorios. Ejerci-

Cuando los aparatos respiratorios de los animales se encierran en cavidades corporales, es necesario desarrollar mecanismos eficaces de ventilación que aseguren un flujo continuo de entrada y salida de agua o aire hacia las superficies respiratorias.

cio de identificación de los diferentes tipos de aparatos circulatorios.

Algunos insectos, como abejas y langostas, ventilan sus tráqueas mediante movimientos de sus abdómenes telescópicos, que permiten encajar unos segmentos en otros. Los moluscos poseen distintos mecanismos para hacer circular el agua en un solo sentido dentro de la cavidad paleal: los bivalvos utilizan cilios y los cefalópodos poseen sifones. En peces, se mantiene un flujo continuo de agua que entra por la boca y sale por las aberturas branquiales. Los anfibios utilizan un mecanismo similar: tragan aire por la boca y lo empujan hacia los pulmones. Los reptiles, aves y mamíferos consiguen independizar la alimentación de la ventilación, ya que la entrada y salida de aire se produce mediante los movimientos de su diafragma. Para satisfacer la enorme demanda de energía durante el vuelo, las aves refuerzan la ventilación con sacos aéreos que actúan como depósito: se llenan de aire durante la inspiración, y cuando los pulmones se vacían durante espiración, les proporcionan aire fresco de forma inmediata.

300

Actividades 7>

Indica las diferencias entre respiración, ventilación y respiración celular.

Imágenes: aparatos circulatorios de vertebrados (rotulado y sin rotular). Relación arteria-venacapilares.

c

300

Lectura

cc La hemoglobina La hemoglobina es una proteina de estructura compleja, ya que está formada por cuatro cadenas polipeptídicas, dos de tipo α y dos de tipo β. En el centro de cada cadena se localiza el grupo hemo, que contiene hierro y es la zona a la que se une el O2. La hemoglobina tiene mayor afinidad cuando la [O2] es alta que cuando es baja, por eso tiende a recoger O2 cuando la sangre pasa por los pulmones y a cederlo cuando pasa por los tejidos, permitiendo el abastecimiento de este gas a las células. Es una proteína imprescindible para los vertebrados; la presencia de esta proteína en la sangre hace que la capacidad de transportar O2 por nuestro medio interno sea unas 70 veces mayor que si careciésemos de ella.

352

La hemoglobina fetal es diferente de la hemoglobina adulta. Su ventaja es que tiene una mayor afinidad por el oxígeno y esto es lo que permite la transferencia del O2 desde la sangre materna a la del embrión durante el embarazo.

cc Atención: hemoglobina y monóxido de carbono La hemoglobina tiene una mayor afinidad por el CO que por el O2, por este motivo la sangre de una persona fumadora tiene menor capacidad de transportar O2. También puede ser muy peligroso impedir la buena combustión del gas en los sistemas domésticos de calefacción: al tapar las rejillas de ventilación empobrecemos la cantidad de O2 que entra en combustión, formándose CO en vez de CO2 lo que en muchos casos puede acabar teniendo consecuencias fatales. Elaboraciones propias.

Biología y Geología 1 El proceso de nutrición en los animales

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c Páginas web

14. El proceso de nutrición en los animales 14.4 La función circulatoria

cc Biocourse McGraw-Hill 14.4 La función circulatoria Todas las células de un animal necesitan recibir un aporte de nutrientes y deshacerse de los productos de desecho que se forman durante el metabolismo. La difusión entre las células y el medio exterior es suficiente para intercambiar nutrientes y desechos en poríferos, cnidarios, platelmintos y nematodos, pero a medida que los animales adquieren mayor tamaño y complejidad, muchas de sus células no se encuentran en contacto directo con el medio ambiente. En estos casos se hace imprescindible el desarrollo de un aparato circulatorio que, por un lado, distribuya a todas las células los nutrientes absorbidos en el tubo digestivo y el oxígeno captado por el aparato respiratorio y, por otro, traslade los desechos al aparato excretor que, a su vez, los eliminará del cuerpo. Como estudiaremos a continuación, la evolución ha diseñado dos modelos básicos de aparato circulatorio, sin embargo, en ninguno de ellos pueden faltar los siguientes elementos: • La sangre: un líquido que actúa como medio de transporte. • Los vasos sanguíneos: un sistema de tuberías que reparte la sangre por todo el cuerpo. • El corazón: una bomba propulsora que mantiene la sangre en movimiento.

Actividades 8>

Animación: comparativa de la circulación de peces, de aves y mamíferos. http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001_gbio/ folder_structure/an/m6/s1/anm6s1_3.htm

La sangre de los vertebrados tiene dos componentes principales: — El plasma, un líquido formado por un 90 % de agua en el que están disueltos nutrientes, sales minerales, hormonas, proteínas (como los anticuerpos o el fibrinógeno), gases y desechos.

Animación: comparativa evolución del corazón, de los peces a los mamíferos. http://www.mhhe.com/biosci/genbio/biolink/ j_explorations/jhbch05.htm

— Las células sanguíneas, que son de tres tipos: glóbulos rojos (transportan oxígeno), glóbulos blancos (defienden el organismo de las enfermedades) y trombocitos (participan en la coagulación sanguínea). La sangre de los invertebrados recibe el nombre de hemolinfa.

Además de participar en la nutrición del organismo, ¿qué otras funciones desempeña la sangre en los vertebrados?

¿Tienen los nobles «sangre azul»? Si te pinchas un dedo, comprobarás que la sangre que pierdes es de un color rojo intenso, así que resulta curiosa la expresión popular que consideraba a los nobles personas de sangre azul. El color rojo de la sangre se debe a la hemoglobina, un pigmento respiratorio que contiene hierro y que se encarga del transporte de oxígeno. Cuando la hemoglobina cede el oxígeno a los tejidos, pierde su brillo y se vuelve ligeramente azulada. Tradicionalmente, la nobleza tenía la piel muy pálida porque, al contrario que los campesinos, no se exponía a los rigores del sol, por lo que se evidenciaba el color azulado de las venas superficiales. En realidad, los verdaderos seres de sangre azul son los moluscos y algunos artrópodos que en lugar de hemoglobina contienen hemocianina, un pigmento respiratorio con cobre que proporciona color azul.

cc Proyecto Biosfera

Aparatos circulatorios abiertos Este tipo de aparatos, característico de algunos artrópodos y moluscos no cefalópodos, se llama así porque la sangre sale de los vasos y llena los espacios entre las células (véase Figura 14. 16).

Ostiolos

Corazones

En estos animales, el corazón bombea la sangre hacia vasos sanguíneos abiertos y, posteriormente, se vierte en los espacios intercelulares. Después del intercambio de sustancias con las células, la sangre es recogida por otros vasos que la conducen hacia las branquias o pulmones, donde se oxigena, y retorna al corazón. En los artrópodos, este retorno se facilita porque el corazón posee unos orificios con fuerza succionadora llamados ostiolos. En los insectos con respiración traqueal, la hemolinfa no transporta gases, sólo nutrientes.

http://recursos.cnice.mec.es/biosfera/profesor/ index.htm Animación: la circulación simple de los peces. http://recursos.cnice.mec.es/biosfera/alumno/ 1bachillerato/animal/imagenes/circula/ Circulatorio2pez.gif

301

Hemocele Fig. 14.16. Aparato circulatorio de un saltamontes.

301

c Curiosidades

Es evidente que en el feto humano los pulmones no funcionan, por este motivo no tiene una gran importancia la circulación pulmonar. Lo llamativo es que el feto tiene comunicadas la arteria pulmonar (la que va a los pulmones) y la aorta (la arteria que inicia la circulación sistémica o mayor) y, por otra parte, existe una pequeña comunicación entre la aurícula derecha y la aurícula izquierda. Estas dos comunicaciones desaparecen poco antes del nacimiento, momento a partir del cual la circulación pulmonar va a ser imprescindible. Elaboración propia.

c Materiales didácticos en el CD y en la CEO

Animación: la circulación doble de los reptiles. http://recursos.cnice.mec.es/biosfera/alumno/ 1bachillerato/animal/imagenes/circula/Circulatorio_reptil.gif.GIF

cc Biología de la profesora Luengo Circulación y aparatos circulatorios. http://www.lourdesluengo.es/nutricion/ circulatorio.htm

Ejercicios: verdadero o falso: el sistema linfático. • Aparatos circulatorios cerrados. • Rellenar huecos: aparatos circulatorios abiertos. • Relación: aparatos circulatorios.

353

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Biología y Geología 1 El proceso de nutrición en los animales

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14. El proceso de nutrición en los animales

Páginas Web

14.4 La función circulatoria

cc Biocourse McGraw-Hill Los capilares son tan numerosos que si los colocáramos en fila, medirían 90 000 km, longitud suficiente para dar dos veces la vuelta al planeta.

Animación: anatomía externa del corazón (parte

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anterior). http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001_saladin/ folder_structure/tr/m2/s1/trm2s1_3.htm Animación: anatomía externa del corazón (parte posterior). http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001_saladin/ folder_structure/tr/m2/s1/trm2s1_4.htm Imagen: anatomía interna del corazón. http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001_gbio/ folder_structure/an/m6/s2/anm6s2_1.htm Animación: circulación sistémica y pulmonar humana. http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001_gbio/folder_structure/an/m6/s3/anm6s3_1.htm Animación: tutorial sencillo de la circulación humana. http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001_gbio/folder_structure/an/m6/s2/anm6s2_2.htm Animación: el ciclo cardiaco. http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001_saladin/ folder_structure/tr/m2/s2/trm2s2_3.htm Vídeo: ¿por qué se produce un infarto? http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001_saladin/ folder_structure/tr/m2/s8/trm2s8_2.htm Imagen: colesterol y arterosclerosis. http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001_gbio/ folder_structure/an/m6/s3/anm6s3_7.htm

Aparatos circulatorios cerrados Los anélidos, los cefalópodos y los vertebrados poseen un aparato circulatorio cerrado en el que la sangre siempre circula por el interior de vasos sanguíneos. Cuando la sangre sale del corazón, viaja de las arterias a arteriolas, capilares, vénulas y venas, que, finalmente, devuelven la sangre al corazón: • Las arterias presentan paredes gruesas provistas de músculo liso y tejido conjuntivo elástico que les permiten variar su diámetro, dilatándose cuando reciben sangre durante la contracción cardiaca, o volviendo a su forma inicial durante la relajación del corazón. Así se consigue que la sangre llegue a los vasos más pequeños sin que la presión sanguínea se desplome, como cabría esperar en un sistema donde la sangre es bombeada de forma intermitente. • Las arteriolas no poseen fibras elásticas, pero sí una pequeña capa de musculatura lisa que, en la unión entre arteriola y capilar, forma unos anillos llamados esfínteres precapilares, que regulan el paso de la sangre hacia estos pequeños vasos. También existen unos «atajos» que comunican directamente el lado arterial y el lado venoso de la circulación. • Los capilares son los vasos donde se produce el intercambio, por difusión, de nutrientes y desechos entre la sangre y las células del cuerpo. Para realizar esta función poseen paredes muy delgadas formadas por una única capa de células, y su diámetro microscópico ralentiza el paso de la sangre dejando más tiempo para la difusión de sustancias. Además, se encuentran formando redes extensas, llamadas plexos capilares, en casi todos los tejidos, y ninguna célula del cuerpo está a más de cien micras de un capilar. • Las vénulas recogen la sangre de los capilares y la vierten en las venas, de mayor diámetro. Las venas son los vasos encargados de devolver la sangre al corazón, y sus paredes también presentan una capa de músculo liso, aunque mucho más delgada que la de las arterias. Como en su interior la presión sanguínea es baja, están dotadas de unas válvulas unidireccionales que impiden que la sangre vuelva hacia atrás. Las contracciones de los músculos presionan las venas y empujan la sangre hacia el corazón.

Fig. 14.17. Plexo capilar

El modelo de aparato circulatorio cerrado presenta varias ventajas respecto al anterior: como la presión sanguínea que se consigue es más alta que en los aparatos circulatorios abiertos, la llegada de nutrientes y la retirada de desechos se realiza de una manera más rápida y eficaz. Además, abriendo o cerrando los vasos sanguíneos se consigue una irrigación selectiva, es decir, llevar más sangre y de forma más rápida a las regiones del cuerpo que más lo necesitan. De hecho, si un animal tuviera todos los capilares abiertos simultáneamente, los grandes vasos circulatorios se vaciarían y el sistema dejaría de funcionar. Afortunadamente, esto no ocurre nunca porque, por las características del sistema vascular, la sangre se dirige hacia los plexos capilares de los órganos que están en actividad.

cc Proyecto Biosfera http://recursos.cnice.mec.es/biosfera/profesor/ index.htm Imagen: estructura interna del corazón. http://recursos.cnice.mec.es/biosfera/alumno/ 1bachillerato/animal/imagenes/circula/coracpntic.jpg Animación: funcionamiento del corazón. http://recursos.cnice.mec.es/biosfera/alumno/ 1bachillerato/animal/imagenes/circula/corazanima.gif Animación: circulación doble completa. http://recursos.cnice.mec.es/biosfera/alumno/ 1bachillerato/animal/imagenes/circula/Circulamami.gif

c Curiosidades cc EPO

La eritropoyetina o EPO es una hormona producida en la corteza de los riñones. Cuando el organismo detecta baja concentración de oxígeno en las arterias renales se estimula la producción de esta hormona, cuyo efecto es provocar la formación de glóbulos rojos en la médula ósea, aumentando la capacidad de la sangre para transportar oxígeno hacia las células.

354

Actividades 9>

¿Por qué cuando estamos asustados o vivimos una situación de peligro nuestra piel palidece y, sin embargo, nos ponemos rojos en un día de mucho calor?

En los animales que siguen el modelo de aparato circulatorio cerrado, aparecen dos diseños distintos: la circulación simple y la circulación doble.

302

cc Ver gráficos el mundosalud http://www.elmundo.es/elmundosalud/documentos/2005/08/EPO.html

c Lectura

cc La enfermedad cardiovascular Una dieta rica en grasas y colesterol, el tabaco, el sedentarismo y el consumo excesivo de sal, suelen ser factores de riesgo de la enfermedad cardiovascular. Puedes encontrar la lectura completa en el CD del profesor.

Biología y Geología 1 El proceso de nutrición en los animales

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c Páginas web

14. El proceso de nutrición en los animales 14.4 La función circulatoria

cc The Life Wire

Circulación simple En la circulación simple, la sangre sale del corazón y efectúa un circuito completo por el cuerpo antes de regresar a él. Los anélidos, los cefalópodos y los peces, aunque con variaciones, presentan este tipo de circulación.

http://bcs.whfreeman.com/thelifewire/ Capítulo (chapter) 51

El aparato circulatorio de los anélidos consta de dos vasos principales que recorren longitudinalmente el cuerpo. El vaso dorsal, que recoge la sangre rica en oxígeno y nutrientes de los vasos de la pared del cuerpo y del tubo digestivo respectivamente, funciona como un corazón: bombea la sangre hacia adelante y hace que penetre en unos vasos laterales contráctiles que la impulsan al vaso ventral, que, a su vez, la distribuirá por el cerebro y el resto del cuerpo.

Figura 51.4: protonefridios de platelmintos. http://bcs.whfreeman.com/thelifewire/content/ chp51/f51004.gif Figura 51.5: metanefridios de anélidos. http://bcs.whfreeman.com/thelifewire/content/ chp51/f51005.gif Figura 51.6: túbulos de Malpighi de insectos. http://bcs.whfreeman.com/thelifewire/content/ chp51/f51006.gif

En los cefalópodos, el corazón ya se encuentra formado por cámaras: la sangre sale del ventrículo hacia los tejidos por la arteria aorta, y regresa a las aurículas por la vena cava. Sin embargo, mientras que en los vertebrados la sangre que llega al corazón va directamente a las branquias o a los pulmones, en estos moluscos el plan de circulación es diferente y, como se envía primero la sangre a los tejidos, llega a las branquias con una presión muy débil. Este problema se soluciona con la aparición de unos corazones accesorios en la base de cada branquia que aumentan la presión sanguínea de los capilares (véase Figura 14.17). El corazón de los peces presenta dos cavidades principales, la aurícula y el ventrículo, colocadas en serie (véase Figura 14.20). La sangre sale por el ventrículo hacia las branquias, donde se oxigena; a continuación la arteria aorta distribuye la sangre oxigenada por los órganos corporales; y, por último, regresa al corazón a través de las venas.

Circulación doble En el modelo anterior, la sangre, al seguir un circuito simple, tiene que vencer una doble resistencia, la que ofrecen los plexos capilares sistémicos y la de los respiratorios, por lo que nunca se alcanza una presión sanguínea alta y constante en los órganos del cuerpo. Como los vertebrados terrestres necesitan un sistema de reparto de sangre muy eficiente, han resuelto este problema desarrollando un sistema de circulación doble con dos circuitos circulatorios. • Circulación pulmonar: la sangre desoxigenada sale del corazón por las arterias pulmonares, llega a los pulmones, donde se oxigena, y regresa al corazón por las venas pulmonares. • Circulación sistémica: la sangre oxigenada sale del corazón por la arteria aorta, se distribuye por todo el organismo y regresa al corazón por las venas cavas. A lo largo de la evolución, el corazón de los vertebrados terrestres ha sufrido variaciones encaminadas a separar la sangre oxigenada y la desoxigenada. Por este motivo, está muy extendida la falsa creencia de que el corazón de aves y mamíferos, con dos aurículas y dos ventrículos completamente independientes, es más perfecto que el de anfibios y reptiles. Como veremos a continuación, cada diseño cardiaco está perfectamente adaptado a la forma que tiene el animal de conseguir oxígeno (véase Figura 14.20). El corazón de los anfibios es tricameral, posee dos aurículas y un ventrículo. La sangre pobre en oxígeno procedente de todos los tejidos corporales entra en el corazón por la aurícula derecha. Por otro lado, la sangre oxigenada se recoge en la aurícula izquierda. Ambas aurículas desembocan en un único ventrículo que, aunque no está dividido, dirige la sangre oxigenada hacia los tejidos y la sangre desoxigenada hacia las branquias (en las formas acuáticas) o los pulmones (en las formas terrestres). Aunque se produce una pequeña mezcla entre los dos tipos de sangre, la falta de un tabique interventricular beneficia a estos animales.

Fig. 14.18. Extremidades inferiores de un paciente con elefantiasis. El sistema linfático es un sistema circulatorio accesorio que sólo poseen los vertebrados. Está formado por un conjunto de túbulos ciegos, de estructura parecida a las venas, y unas acumulaciones de tejido en forma de ganglios donde se fabrican células inmunitarias. Los vasos recogen parte del líquido que baña las células (líquido intersticial) y que se había extravasado de los capilares, y lo devuelven al sistema sanguíneo. El líquido que se encuentra en los vasos linfáticos se denomina linfa y tiene una composición parecida a la del plasma sanguíneo. Cuando el sistema linfático deja de funcionar, se produce una acumulación de líquidos en los tejidos corporales que recibe el nombre de edema. Un caso grave de edema es el provocado por la filaria, un nematodo parásito que se aloja y obstruye los vasos linfáticos de las extremidades inferiores; además, la piel se endurece y adquiere un aspecto verrugoso, por lo que esta enfermedad recibe el nombre de elefantiasis.

Figura 51.2: glándulas nasales de las aves marinas. http://bcs.whfreeman.com/thelifewire/content/ chp51/f51002.gif Figura 51.3: animales amoniotélicos, ureotélicos y uricotélicos. http://bcs.whfreeman.com/thelifewire/content/ chp51/f51003.gif

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c Lectura

cc La importancia de la excreción

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Respecto a la glucosa, mantener una concentración equilibrada garantiza la disponibilidad de esta sustancia para las células en todo momento. El mantenimiento de este difícil equilibrio es lo que denominamos homeostasis, y ahí juega un importante papel el riñón. Este órgano se encarga de eliminar el agua cuando hay exceso y retenerla cuando no sobra, es capaz de discernir qué sales están en exceso y eliminarlas y al mismo tiempo retener aquellas que se encuentren en una concentración justa. Cuando ingerimos mucha sal producimos mucha orina para eliminarla y, como consecuencia, sentimos sed, lo que nos impulsa a recuperar el agua perdida, para poder seguir eliminando sales si fuera necesario. Al mismo tiempo, el riñón es el órgano responsable de eliminar aquellas sustancias tóxicas que llegan a nuestra sangre, entre ellas algunas que producimos nosotros naturalmente, como la urea. Pero también otras que introducimos en el cuerpo sin necesidad y que nos pueden hacer mucho daño. Elaboración propia.

En los animales es esencial mantener constante la composición de los medios internos. ¿Qué interés tiene para el organismo una concentración lo más estable posible de O2 y de CO2, de glucosa y de sales minerales? El mantener una concentración de O2 y de CO2 más o menos estable sirve para garantizar el aporte de O2 a las células y la recogida de CO2 de éstas. Algo parecido ocurre con las sales minerales, pues no sólo son necesarias para diversas acciones específicas, como es la contracción muscular, la coagulación sanguínea, la regulación del pH, etc., sino que además estas sales deben mantenerse en una concentración extracelular globalmente equilibrada con la intracelular. De esta manera se evita la entrada o salida de agua de las células para compensar las diferencias de concentración. Es lo que conocemos como fenómenos osmóticos.

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Biología y Geología 1 El proceso de nutrición en los animales

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14. El proceso de nutrición en los animales

Páginas web

14.4 La función circulatoria

cc Biocourse McGraw-Hill Si toda la sangre que recibe la aurícula derecha pasara directamente a los pulmones (o branquias), no llegaría sangre a la superficie corporal, y la respiración cutánea (la de mayor importancia en estos animales) no se realizaría.

Imagen: distribución del agua en nuestro organismo. http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001_saladin/ folder_structure/ab/m3/s1/abm3s1_1.htm Animación: componentes del aparato excretor humano. http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001_saladin/ folder_structure/ab/m2/s1/abm2s1_1.htm Imagen: partes del riñón y situación de las nefronas. http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001_saladin/ folder_structure/ab/m2/s2/abm2s2_3.htm Animación: estructura de la nefrona. http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001_gbio/ folder_structure/an/m9/s3/anm9s3_5.htm

Poiquilotermo: del griego poiquilo, ‘irregular, variado’, y termos, ‘calor’. Homeotermo: del griego homeo, ‘semejante’, y termos, ‘calor’.

Los reptiles, que respiran únicamente mediante pulmones, poseen un corazón con dos aurículas y un ventrículo parcialmente dividido en dos cámaras por un tabique interventricular incompleto, por lo que la mezcla de la sangre oxigenada y la desoxigenada es mucho menor que en el grupo anterior. La comunicación entre ambos lados del ventrículo sigue resultando una ventaja y, por eso, hasta en los cocodrilos, que ya poseen un tabique interventricular completo, se mantiene esta posibilidad mediante la existencia de un orificio. Al contrario que los mamíferos, que respiran de forma continuada, los reptiles alternan ciclos respiratorios con cortos periodos de apnea. Durante estos periodos la sangre no se envía a los pulmones, puesto que no se va a oxigenar, sino a los plexos capilares de la superficie corporal, donde se calentará; no hay que olvidar que estos animales son poiquilotermos, es decir, regulan su temperatura con la del ambiente. En mamíferos y aves el corazón es tetracameral, posee dos aurículas y dos ventrículos que funcionan como dos bombas independientes. Al ser homeotermos (mantienen constante su temperatura corporal), sus exigencias metabólicas son muy elevadas, por lo que necesitan llevar continuamente sangre rica en oxígeno a los tejidos. La concentración de oxígeno sanguíneo es máxima cuando se separan totalmente la sangre oxigenada y la desoxigenada, lo que se consigue con un tabique interventricular completo.

cc Biología de la profesora Luengo Excreción y aparatos excretores. http://www.lourdesluengo.es/nutricion/excretor.htm

didácticos c Materiales en el CD y en la CEO 304

Animaciones: • Aparato excretor. Ejercicio de identificación de las partes del aparato excretor humano. • Estructura del riñón. Ejercicio de identificación de las partes del riñón. • La nefrona. Identificación de las partes al pasar el cursor por el nombre.

Fig. 14.19. Seguramente sabes que cuando una persona se mide la tensión (presión arterial) recibe dos valores, la «alta» y la «baja». La presión arterial se mide con un manguito inflable y un estetoscopio. El manguito se infla hasta que su presión cierra la arteria principal del brazo: la sangre deja de fluir y no se detecta el pulso sanguíneo. Después se va desinflando gradualmente el manguito, hasta que se vuelve a percibir el pulso en la arteria, cuando la contracción del ventrículo vence la presión en éste: ésta es la lectura alta, que se corresponde con la presión sistólica. Cuando deja de percibirse el pulso, obtenemos la lectura baja, es decir, la presión diastólica. Es muy importante controlar periódicamente nuestra tensión porque la presión arterial elevada o hipertensión, muy frecuente en los países desarrollados, contribuye al padecimiento de graves enfermedades cardiovasculares, como la arteriosclerosis o endurecimiento de las arterias o los infartos.

Fig. 14.20. Corazones de vertebrados terrestres.

Actividades 10>

Describe el recorrido que realiza una gota de sangre de un mamífero desde que sale del ventrículo izquierdo hasta que regresa a él. No olvides mencionar el nombre de las arterias y las venas que salen y entran en el corazón, respectivamente.

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c Lectura

cc La diálisis

Imágenes: • Aparato excretor (rotulado y sin rotular). • Estructura interna del riñón (rotulado y sin rotular).

La diálisis consiste en separar en un coloide las macromoléculas de las moléculas de baja masa molecular, y para eso se utiliza una membrana semipermeable, que deje pasar al disolvente y a los solutos de pequeño tamaño, pero no a las macromoléculas. Las personas cuyos riñones no funciona adecuadamente se tienen que someter con frecuencia a un tratamiento de hemodiálisis, en el que su plasma sanguíneo se enfrenta a una disolución a través de una membrana de diálisis, de esta manera la sangre elimina urea, sales que contenga en exceso y otras sustancias tóxicas. La solución definitiva para estos enfermos es el transplante de riñón, pero para ello es necesario que la sociedad se sensibilice a favor de la donación de órganos. Elaboración propia. Animaciones elpais.es: hemodiálisis. http://www.unav.es/malofiej/entries/11/020-3/hemodialisis.swf

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Biología y Geología 1 El proceso de nutrición en los animales

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14. El proceso de nutrición en los animales 14.5 La función excretora

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14.5 La función excretora Los principales desechos que las células producen como resultado de la utilización de los nutrientes durante el metabolismo son dióxido de carbono, agua y residuos nitrogenados. La eliminación de estos desechos forma parte de un conjunto más amplio de procesos dirigidos a mantener la homeostasis, esencial para la supervivencia del organismo.

Homeostasis Las reacciones metabólicas que sostienen la vida sólo pueden producirse si los organismos mantienen relativamente constantes las características de su medio interno (la concentración de sales y de otras sustancias y el pH). Fue el fisiólogo francés Claude Bernard, a mediados del siglo XIX, el primero en descubrir la existencia de esta regulación interna u homeostasis, que implica la acción coordinada de los sistemas nervioso y endocrino, del aparato circulatorio y de algunas superficies en contacto con el medio exterior: piel y aparatos respiratorio, digestivo y excretor. Los dos pilares que mantienen la homeostasis de los animales son la excreción y la osmorregulación: • La excreción consiste en la eliminación de los desechos metabólicos que continuamente producen las células. • La osmorregulación es el intercambio de sales y agua entre el medio extracelular y el mundo exterior para compensar las pérdidas y ganancias de estas sustancias. Los mecanismos de osmorregulación son los que permiten, por ejemplo, a un cangrejo común (Carcinus maenas) habitar en un ambiente costero, sometido a fluctuaciones constantes de la concentración salina, a una gaviota reidora (Larus ridibundus) sobrevivir sin aportes de agua dulce, o a la rata canguro (Dipodomys merriami) habitar en el desierto sin beber una gota de agua.

Estructuras excretoras Los aparatos excretores de todos los animales, desde los protonefridios de la fasciola hasta el complejo riñón humano, presentan el mismo diseño: un sistema de tubos que colectan fluidos de la sangre, de la hemolinfa o del líquido extracelular para, después, ajustar su composición mediante la reabsorción de sustancias útiles y la secreción activa de más desechos.

1. Concepto de circulación abierta y cerrada. 2. Esquema de circulación en peces.

El metabolismo de aminoácidos y nucleótidos produce amoniaco que el organismo debe eliminar. En líneas generales, la disponibilidad de agua determina la forma en que se excreta este desecho nitrogenado, y permite clasificar a los animales en tres grupos:

Solución 1. Abierta: la sangre circula por vasos y por espacios o lagunas hacia los tejidos del cuerpo del animal. Ejemplo: en insectos.

Animales amoniotélicos: excretan amoniaco disuelto en agua. Esta forma de excreción implica la eliminación de grandes cantidades de agua que diluyan este desecho, porque para que se produzca la difusión del amoniaco su concentración en el líquido excretor debe ser menor que en el interior del cuerpo. Todos los invertebrados y vertebrados acuáticos son amoniotélicos.

Cerrada: la sangre siempre circula por vasos. Ejemplo: en aves. 2. La circulación es simple (pasa una sola vez por el corazón en su recorrido) y cerrada (siempre va por vasos). El corazón de los peces presenta: un seno venoso, una aurícula y un ventrículo, colocados uno detrás de otro. El seno venoso recoge la sangre del cuerpo del animal y la conduce a la aurícula, de la aurícula va al ventrículo hacia las branquias, donde se oxigena, y a partir de aquí la arteria aorta distribuye la sangre oxigenada por todo el cuerpo y, después, regresa al corazón por las venas.

Animales ureotélicos: utilizan la urea como molécula de excreción. La urea, formada en el hígado a partir del ion amonio, es una sustancia mucho menos tóxica que el amoniaco y, aunque se excreta disuelta en agua, el volumen de líquido que se pierde es mucho menor que en el caso anterior. Son animales ureotélicos los mamíferos y los anfibios adultos. Animales uricotélicos: excretan los desechos nitrogenados en forma de ácido úrico, que se sintetiza en los riñones. Este tipo de excreción resulta muy ventajoso para los animales que necesitan ahorrar agua, porque el ácido úrico es muy poco soluble y se excreta como un precipitado cristalino. Los insectos, aves y reptiles son uricotélicos.

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Como estos animales no tienen sistema circulatorio, los protonefridios están intensamente ramificados y se distribuyen por todo el cuerpo. Los protonefridios se han especializado en la osmorregulación; los desechos metabólicos de los gusanos planos siguen excretándose por difusión a través de la superficie corporal.

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• • • •

Materiales didácticos en el CD y en la CEO

Excreción en invertebrados. Rellenar huecos: el riñón. Sopa de letras: la función excretora. Crucigrama: estructuras excretoras.

Islas Baleares, junio 1999

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Justificar la importancia biológica de la circulación en los organismos pluricelulares, indicando tres diferencias entre la circulación en vegetales y la circulación en animales.

• Los platelmintos son los primeros animales en los que aparece un aparato excretor especializado: los protonefridios, un sistema de tubos ciegos que en uno de sus extremos posee células flamígeras, llamadas así porque poseen un penacho de cilios, encargadas de introducir los fluidos en el sistema. La orina formada se excreta a través de poros que se abren en la superficie corporal (véase Figura 14.21).

Ejercicios: respuesta múltiple: osmorregulación.

Madrid, junio 1999

Aparato circulatorio:

• Esponjas, cnidarios, nematodos y equinodermos no poseen estructuras excretoras especializadas porque consiguen eliminar sus desechos por difusión a través de la superficie corporal, sin ningún gasto energético. En las células de algunas esponjas existen vacuolas pulsátiles que regulan el equilibrio hídrico.

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Solución Dada la distancia a la que se encuentran las células en los organismos pluricelulares y a que éstas están separadas del medio o incluso por sus propias membranas, ha sido preciso un desarrollo de un sistema que sirva de vehículo entre dichas células y el exterior para transportar los nutrientes, el oxígeno, productos de desecho, etcétera. Los vegetales poseen raíz que les sirve para conducir la savia bruta (agua y sales minerales) a la vez que fija la planta al suelo. El xilema es el conjunto de vasos leñosos que conducen la savia bruta en dirección ascendente. El floema conduce la savia elaborada (agua y sustancias orgánicas disueltas) en todas las direcciones. En los animales, la sangre conduce los nutrientes, el oxígeno, hormonas, etc. También recoge los productos de desecho para transportarlos hacia el exterior por los órganos excretores. El aparato circulatorio está formado por el corazón y un conjunto de vasos (arterias, venas y capilares).

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14. El proceso de nutrición en los animales

Vídeos recomendados de la Unidad

14.5 La función excretora

cc Distribuciones Áncora audiovisual • • • • • •

El sistema respiratorio. Los pulmones y el sistema respiratorio. La sangre: el milagro microscópico. El corazón: estructura y función. El aparato digestivo. Los riñones: su estructura y función.

Fig. 14.23. Túbulos de Malpighi de los insectos.

• Los anélidos y los moluscos poseen metanefridios, un sistema más eficaz que el anterior porque los túbulos que los forman, al estar abiertos en ambos extremos, facilitan la entrada de fluidos a través del nefrostoma, una abertura ciliada a modo de embudo. Además, están rodeados por una red de vasos sanguíneos que contribuye a la formación de la orina por reabsorción de sales, glucosa y otras sustancias útiles para el organismo. Los metanefridios participan tanto en la osmorregulación como en la excreción (véase Figura 14.22).

cc Vídeos de BioCourse.com A lo largo de las páginas de este tema aparecen numeroso vídeos de BioCourse.com (McGraw-Hill).

Fig. 14.21. Protonefridios de los platelmintos.

Fig. 14.24. Glándulas antenales de los crustáceos.

c Lectura

cc La necesidad de la digestión 306

La digestión es precisa por dos razones fundamentales: No se podría asimilar un alimento si sus macromoléculas no son reducidas a moléculas orgánicas simples. Piensa que en los seres pluricelulares los nutrientes tienen que pasar desde la luz del aparato digestivo hasta el interior de los capilares, y para ello tiene que atravesar las membranas celulares de las células de la mucosa digestiva y del endotelio de los capilares. Incluso en los animales más simples, como las esponjas, cuyas células captan el alimento por endocitosis y, para que los nutrientes puedan pasar al hialoplasma, y de allí a otras células, es necesaria la digestión con ayuda de los lisosomas. Por otra parte, las proteínas de otro ser vivo sólo sirven como fuente de aminoácidos para poder fabricar las propias proteínas; básicamente lo mismo ocurre con el resto de macromoléculas, que nos sirven en la medida que nos aportan las moléculas orgánicas simples con las que podamos obtener energía y nuestras propias macromoléculas. Elaboración propia.

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Fig. 14.22. Metanefridios de un anélido.

Fig. 14.25. Corte transversal de un riñón humano. En un riñón de mamífero se distinguen, de fuera hacia a dentro, las siguientes capas: — Cápsula renal, formada por una membrana de tejido conjuntivo fibroso. — Corteza renal, con un aspecto granuloso porque contiene los corpúsculos de Malpighi (complejos formados por el glomérulo y la cápsula de Bowman). — Médula renal, que contiene las asas de Henle y presenta un aspecto estriado. — Pelvis renal, una cámara interior subdividida que recoge la orina y la dirige hacia el uréter.

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Notas

• Los insectos y arañas poseen un sistema excretor muy original que consiste en unas prolongaciones de la pared intestinal llamadas túbulos de Malpighi (véase Figura 14.23). Como estos animales respiran por tráqueas, no poseen un sistema circulatorio eficiente, y los tubos de Malpighi no reciben una irrigación sanguínea directa. En este caso, la orina se forma porque las células malpighianas secretan ácido úrico, sales minerales y otras sustancias al interior de los túbulos arrastrando agua. Una vez formada, la orina pasa al recto, donde la mayor parte del agua y de las sustancias útiles son reabsorbidas por glándulas rectales especializadas, formándose unas heces prácticamente secas. Este sistema constituye una importante adaptación para conservar agua y ha contribuido de forma decisiva a la expansión de estos animales en ambientes terrestres. Muchas arañas también presentan glándulas coxales, que son nefridios que se abren en la coxa o base de algunas patas marchadoras. • El aparato excretor de los crustáceos es muy semejante al de los vertebrados. Lo forman un par de glándulas antenales, unas estructuras tubulares que se sitúan en la parte ventral de la cabeza. Estos órganos excretores carecen de nefrostomas, y la formación de la orina comienza en un saco ciego que recoge un ultrafiltrado libre de proteínas a partir de la sangre. Esta orina inicial pasa a la porción tubular de la glándula, donde su composición se modifica por reabsorción y secreción de sustancias. El amoniaco no se excreta en la orina, sino por difusión a través de zonas delgadas de la cutícula (véase Figura 14.24).

Biología y Geología 1 El proceso de nutrición en los animales

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c Lectura

14. El proceso de nutrición en los animales 14.5 La función excretora

cc El medio interno • El riñón es el aparato excretor de los vertebrados y está formado por miles de nefronas, diminutos filtros que constituyen las unidades funcionales de estos sistemas excretores y que desembocan en un conducto colector. Cada nefrona está formada por tres partes: — El glomérulo, un ovillo de capilares donde la sangre es filtrada a gran presión. Las paredes de los capilares son muy permeables al agua y a las sustancias disueltas (sales, glucosa, aminoácidos, desechos nitrogenados, etc.), pero no dejan pasar ni proteínas ni células sanguíneas. — La cápsula de Bowman, un saco en forma de cuenco que rodea completamente al glomérulo y recoge el ultrafiltrado sanguíneo, una mezcla de desechos y nutrientes, y lo transfiere a la siguiente región. — El túbulo renal, un tubo largo y de pequeño diámetro que cambia la composición del ultrafiltrado por reabsorción y secreción tubular. Consta de una porción proximal, una distal y, en aves y mamíferos, de un segmento adicional en forma de horquilla, llamado asa de Henle.

Nuestro medio interno está formado por el plasma sanguíneo, el plasma intersticial y la linfa. Este líquido está en continua circulación y renovación, lo que determina su idoneidad. Esta idoneidad es lo que conocemos con el nombre de homeostasis. Mantener constantes las características fisicoquímicas del medio interno es la base de nuestra supervivencia. El plasma sanguíneo equivale a la sangre libre de glóbulos rojos, blancos y plaquetas, este plasma se extravasa desde los capilares hasta los espacios intercelulares que rodean a las células, donde forma el plasma intersticial, del que éstas recogen sus nutrientes y al que vierten sus desechos. En su mayor parte el plasma intersticial es recogido por los vasos linfáticos, empujado por la presión de llegada de más plasma sanguíneo a los espacios intercelulares. El plasma que circula por los vasos linfáticos es lo que denominamos linfa, que acaba regresando así a la circulación sanguínea. Este medio interno, que cuando se encuentra dentro de vasos sanguíneos denominamos sangre, está circulando permanentemente: a su paso por los pulmones deja CO2 y recoge O2, a su paso por el aparato digestivo recoge nutrientes procedentes de la digestión, a su paso por el aparato excretor deja sustancias tóxicas y algunas sales que se encuentran en exceso en nuestra sangre, a su paso por el hígado deja nutrientes o los recoge, según proceda, y deja el amoniaco que ha recogido en las células para que el hígado lo transforme en urea, menos tóxica para el organismo.

Fig. 14.26. Nefrona de mamífero mostrando su abastecimiento sanguíneo. La sangre, con los desechos celulares disueltos, entra en cada riñón por la arteria renal, que se ramifica en arteriolas, las cuales, a su vez, dan lugar a los glomérulos. Una vez que la sangre se ha filtrado, los capilares dan lugar a vénulas cada vez mayores y, finalmente, la sangre sale por la vena renal.

La osmorregulación en vertebrados Los vertebrados se caracterizan porque han colonizado todos los ecosistemas de nuestro planeta, sin embargo, cada hábitat ha supuesto un reto osmorregulador que estos animales han resuelto utilizando distintas estrategias (véase Figura 14.28). • La sangre de los peces dulceacuícolas es hipertónica respecto al ambiente que les rodea. Aunque su piel es bastante impermeable, ya que está cubierta por escamas y moco protector, estos animales no pueden impedir la entrada constante de agua en exceso a través de las branquias ni la salida de sales. Para resolver este problema, los riñones se han dotado de grandes glomérulos que facilitan la formación de elevadas cantidades de orina muy diluida; además, existen células especializadas en las branquias que extraen minerales del agua. A través de las branquias también se excretan los residuos nitrogenados en forma de amoniaco. Como la mayoría de los anfibios también pasan una gran parte de su vida en agua dulce, eliminan el exceso de agua, que penetra a través de su piel, utilizando el mismo mecanismo (en este último caso, con la orina también se eliminan los desechos nitrogenados).

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La circulación por las estructuras anteriores garantiza que la sangre siempre lleve nutrientes suficientes y las sustancias minerales precisas, y que no contenga tóxicos, de tal manera que a su paso por las células pueda dejar todo lo que estas necesitan y pueda seguir recogiendo desechos. Elaboración propia.

c Lectura

cc ¿Para qué necesitamos el oxígeno? Los primeros seres vivos eran anaerobios, es decir, no utilizaban el oxígeno en su metabolismo, hoy día aún existen seres incapaces de aprovechar el oxígeno, lo que supone, en general, una merma en el rendimiento energético de su catabolismo. Que los primeros organismos vivientes fueran anaerobios era lógico, ya que el oxígeno tardó tiempo en aparecer, era necesaria la aparición de la fotosíntesis y su perfeccionamiento. La presencia de oxígeno supuso un incremento en el rendimiento energético del catabolismo, nuestras células en presencia de oxígeno obtienen una cantidad diecinueve veces mayor de energía, que en ausencia de este gas.

Los animales, al igual que la mayor parte de los seres vivos, obtienen energía en sus células mediante la respiración celular, de tal manera que la energía contenida en la glucosa se libera en las mitocondrias, en procesos en los que se desprende inicialmente algo de energía y poder reductor, esto es, hidrogeniones (H+) y electrones altamente energéticos, estos electrones van a acabar liberando la energía que contienen al final de la respiración celular, siendo captados finalmente por el oxígeno, junto con los H+ desprendidos anteriormente; formándose H2O. Es por esto, por lo que se dice que el oxigeno es el aceptor final de los electrones en los procesos de respiración celular. En general, en ausencia de oxígeno no se puede producir la respiración celular, por lo que el mecanismo de obtención de energía pasa a ser la fermentación, lo que supone una oxidación incompleta y, por lo tanto, un rendimiento energético mucho menor. Elaboración propia.

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Biología y Geología 1 El proceso de nutrición en los animales

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14. El proceso de nutrición en los animales

Bibliografía de la Unidad

14.5 La función excretora

SOLOMON, BERG, MARTIN, VILLEE, Biología Editorial McGraw-Hill Interamericana 5.ª edición, 2005.

• Los teleósteos marinos se enfrentan a la situación opuesta: como su medio interno es hipotónico respecto al mar, tienden a perder agua y a ganar sal. Sus riñones se han especializado para compensar este desequilibrio hidrosalino y poseen glomérulos pequeños o, incluso, son aglomerulares.

Biología Bernstein Editorial McGraw-Hill Interamericana 10.ª edición, 2001.

Como ocurría con los insectos, la orina se forma por secreción y no por filtración, lo que ayuda a conservar agua. Además, beben agua de mar que es absorbida en el intestino, y el exceso de sal es devuelto al medio a través de las células especializadas de las branquias, por donde también se excreta el amoniaco.

Vida, la ciencia de la biología. PURVES, SADAVA… Editorial Médica Panamericana 6.ª edición, 2002.

• Los condrictios, que comparten hábitat con los teleósteos marinos, ofrecen una solución distinta al mismo problema. Logran un medio interno hipertónico respecto al agua de mar porque sus riñones conservan urea, permitiendo que se acumule en la sangre. El exceso de sal se excreta a través de glándulas rectales especializadas.

Biología FRIED Editorial McGraw-Hill Interamericana, 1990.

• Como los vertebrados terrestres poseen mayor concentración de agua que el aire circundante, ésta se pierde por evaporación a través de la piel y de los pulmones, y al eliminar las heces y la orina.

Diccionario de Biología. Editorial Oxford Complutense 2004.

Para evitar la desecación, reptiles y aves producen orinas semisólidas: excretan el nitrógeno en forma de ácido úrico y reabsorben agua en la cloaca. Los mamíferos excretan urea, lo que, en principio, implica mayor pérdida de agua a través de la orina. Sin embargo, han desarrollado un mecanismo muy eficaz para ahorrar agua: sus nefronas poseen un segmento tubular adicional, el asa de Henle, que permite recuperar agua y producir orinas hipertónicas. Las aves tiene nefronas mixtas, de tipo reptiliano y mamífero, así que la reabsorción de agua no es tan eficaz.

Términos biológicos. Editorial Akal 2003. Diccionario de Biología, Mileto ediciones 2001. HICKMAN-ROBERTS-LARSON, Zoología Editorial McGraw-Hill Interamericana, 1999.

Las grandes acumulaciones de excrementos semisólidos de las aves marinas que se acumulan en algunas islas del Perú y otros países sudamericanos reciben el nombre de guano. Esta sustancia, formada por la mezcla de orina y heces, es rica en nitrógeno y fósforo, por lo que se utiliza como una excelente alternativa ecológica a los abonos químicos.

c Vídeos recomendados 308

Actividad resuelta ¿Tiene alguna base científica la expresión popular «llorar lágrimas de cocodrilo»?

cc Fundación Seveis de Cultura Popular ccc

Los reptiles acuáticos poseen glándulas salinas que eliminan el exceso de sal en forma de lágrimas saladas, así que los cocodrilos están llorando permanentemente aunque no sientan

ningún dolor; igual ocurre con algunas personas que lloran falsamente con dolor fingido. Las aves marinas también poseen este tipo de glándulas, pero vierten su contenido en las narinas (orificios nasales situados en el pico), por eso gaviotas, cormoranes y otras aves marinas están constantemente moqueando.

Cuerpo humano II

3.ª parte: función de la digestión (15’). 4.ª parte: estructura y función del riñón. ccc

Cuerpo humano III:

1.ª parte: la sangre (20’). 2.ª parte: el corazón (15’). 5.ª parte: el hígado (15’). 308

c Páginas web

cc El cuerpo humano virtual: corazón y aparato digestivo

cc Elmundosalud

http://www.medtropolis.com/VBody.asp

Bypass un puente entre arterias. http://www.elmundo.es/elmundosalud/documentos/2004/09/bypass. html

cc Animaciones consumer.es Sistema circulatorio y varices. http://www.consumer.es/web/es/salud/problemas_de_salud/2002/11/ 27/140016.php

360

Animaciones

Biología y Geología 1 Actividades

14

14. El proceso de nutrición en los animales Actividades

Actividades finales 1>

Indica las diferencias entre:

6>

¿Por qué se ahogan los peces fuera del medio acuático, si el aire contiene más oxígeno que el agua?

7>

Las aves pueden volar cómodamente, sobre montañas de gran altitud, mientras que los alpinistas, a una altura menor, necesitan hacer grandes esfuerzos y respirar con botellas de oxígeno. ¿A qué crees que es debido?

8>

¿Por qué los sacos aéreos permiten la flotabilidad durante el vuelo?

9>

¿Qué pasaría si el tórax se perforase durante un accidente de tráfico?

10>

¿Qué diferencia hay entre el ultrafiltrado que se recoge en la cápsula de Bowman y la sangre?

11>

Busca información de cómo respiran los embriones de vertebrados.

12>

Los peces de agua dulce producen un volumen de orina diez veces superior al de sus parientes marinos. ¿A qué crees que es debido?

13>

¿Por qué podemos tragar mientras hacemos el pino?

14>

¿Por qué se «sube antes el alcohol a la cabeza» con el estómago vacío?

15>

Los conejos, las liebres y algunos roedores se comen las heces que proceden directamente del ciego, pero no las que se forman en el intestino principal. ¿A qué crees que es debido este comportamiento?

16>

La cita «agua, agua por todas partes, pero ni una gota para beber» pertenece a un poema del escritor inglés Samuel Taylor Coleridge. ¿Qué nos pasaría si bebiéramos agua salada? ¿Existe algún grupo animal para el que no tengan sentido las palabras del poeta?

a) Alimentación y nutrición. b) Digestión intracelular y extracelular.

2>

Define: rádula, molinillo gástrico, buche, abomaso y molleja.

3>

Uno de los animales más característicos de nuestra costa mediterránea es la esponja de baño (Euspongia officinalis). Pertenece a uno de los grupos de animales más sencillos, carentes de tubo digestivo, los poríferos o esponjas. Como no posee espículas silíceas, se utiliza como esponja de baño, de ahí su nombre. ¿Qué significado biológico tiene la posesión de multitud de canales internos que recorren todo su cuerpo?

4>

Lee la noticia aparecida en prensa y contesta las preguntas planteadas a continuación: «La anunciada explosión en la población de medusas del Mediterráneo ya ha tenido antecedentes significativos. Desde 1996, el mar Menor sufre una permanente invasión de estos animales. Esta laguna salada costera puede considerarse un modelo a pequeña escala de todo el Mediterráneo, donde se han instalado las medusas de manera permanente desde hace diez años. Los dos momentos de mayor aglomeración de medusas coinciden con abril y septiembre, explica el director del centro de Instituto Español de Oceanografía (IEO) en el mar Menor, Julio Mas. La especie más frecuente es la Cotylhoriza tuberculata. Esta especie tiene una ventaja: que no pica (caza sin necesidad de inocular toxinas a sus víctimas). Pero otras medusas autóctonas del Mediterráneo, como la Pelagia noctiluca, inoculan a sus presas toxinas que son las responsables de las molestas e incluso peligrosas «picaduras» que producen irritaciones cutáneas a los bañistas. Sólo un reequilibrio del ecosistema marino podría parar su expansión.» Adaptado de «El mar Menor como probeta», El País, 4-10-2006. a) Investiga los motivos por los que cada vez es más frecuente la invasión de medusas en el Mediterráneo. b) ¿Cómo caza a sus presas la Cotylhoriza tubercalata?

5>

Define: medio interno, medio extracelular, medio intracelular y medio externo.

309

361

14

Biología y Geología 1 Actividades

14. El proceso de nutrición en los animales Actividades

17>

La siguiente figura representa el tubo digestivo de un humano. Identifica sus distintas regiones e indica los procesos digestivos que se llevan a cabo en cada una de ellas.

18>

Completa la siguiente tabla:

Grupos

¿Dónde Tipo de ¿Cómo ¿Cómo digieren el aparato excrerespiran? alimento? circulatorio tan?

Esponjas

Coanocitos (dig. intracelular)

Cnidarios

No poseen

Nematodos Platelmintos Anélidos Moluscos Tubos de Malpighi

Artrópodos Peces

Branquias

Anfibios Reptiles Aves Mamíferos

PAU La función digestiva. Digestión mecánica y química. Centra la pregunta Esta pregunta se responde con los conocimientos adquiridos en la Unidad 14, concretamente aquéllos sobre la digestión como parte de un proceso más general en animales que es la nutrición.

310

362

más pequeñas (monosacáridos, aminoácidos, ácidos grasos) que puedan ser absorbidas y utilizadas por las células. La función digestiva se realiza mediante dos procesos:

Debes recordar Los conceptos de nutrición, digestión física y química.

a) Físico o mecánico, que fragmenta los grandes trozos de alimento en otros más pequeños y los mezcla con las secreciones digestivas. Ciertos órganos realizan esta función, como los dientes y los movimientos en el estómago de mamíferos, la molleja en aves, o los dientes quitinosos en insectos.

Responde la pregunta La digestión es una parte de la nutrición que consiste en transformar las macromoléculas (polisacáridos, proteínas, lípidos) que forman los alimentos en otras

b) Químico, que extrae los nutrientes del alimento por la acción de enzimas digestivas. Ejemplo de estas enzimas es la amilasa salinal, que rompe las moléculas de almidón y las transforma en maltosa.

Biología y Geología 1 Investigación científica 1

14

14. El proceso de nutrición en los animales Investigación científica

Investigación científica Bichitos Pregúntese a los europeos o los norteamericanos por qué no comen insectos y seguro que responden: «Los insectos son repugnantes y están llenos de gérmenes». A mi entender, todo el asunto está planteado al revés. La razón de que no los comamos no consiste en que sean sucios y repugnantes; más bien, son sucios y repugnantes porque no los comemos. La mayoría de las especies de grandes simios que viven en la actualidad consume cantidades importantes de insectos; nuestros parientes más cercanos, los chimpancés, fabrican herramientas para capturarlos. Estas costumbres insectívoras son esperables si pensamos que, muy probablemente, los primates descienden de una musaraña primitiva que pertenecía al orden de los mamíferos insectívoros. Ocupando antepasados insectívoros un puesto tan destacado en el árbol familiar, no debería extrañarnos que la aversión hacia los insectos y pequeños invertebrados que manifiestan los europeos y los norteamericanos sea la excepción, no la regla. A lo largo y ancho del mundo, las gentes parecen ser especialmente aficionadas a las langostas, los saltamontes, los grillos, las hormigas y las termitas, así como a las larvas y crisálidas de polillas, mariposas y escarabajos. En algunas sociedades, los insectos rivalizan a menudo con los vertebrados como fuentes de grasa y proteínas animales. Desde un punto de vista alimentario, la carne de insecto es casi tan nutritiva como la carne roja o las aves de corral. Cien gramos de termitas africanas contienen 610 calorías, 38 gramos. de proteínas y 46 gramos de materia grasa. En comparación, cien gramos de hamburguesa cocinada con un contenido de materia grasa medio ofrecen solamente 245 calorías, 21 gramos de proteínas y 17 gramos de grasa. La única comparación desfavorable que puede hacerse entre los insectos y la carne roja, las aves de corral o el pescado, afecta a la calidad de sus proteínas, medida en términos de aminoácidos esenciales. Otra posible inconveniente de los insectos es que están cubiertos por una sustancia dura, llamada quitina, que los seres humanos no pueden digerir. La solución al problema es bien sencilla: cómanse los insectos en su fase de crisálida o larva; o si no, consúmanse sólo las partes más tiernas de las formas adultas. Nos toca ahora analizar la racionalización fundamental del aborrecimiento hacia los insectos: que transmiten enfermedades espantosas. Nadie negará que transportan hongos, virus, bacterias y protozoos que pueden tener efectos negativos sobre la salud

humana; pero lo mismo sucede con el ganado vacuno, las ovejas, los cerdos o los pollos. Hay, en general, una solución sencilla al problema de la carne contaminada: cocinarla. Hasta las moscas y las cucarachas son muchísimo más peligrosas cuando se pasean por platos, útiles de cocina y alimentos listos para servir, que hervidas en una sopa o fritas en aceite. Además, ¿por qué han de asociarse con la suciedad las langostas, las larvas de escarabajo, los gusanos de seda o las termitas, que pasan sus días al aire libre, comiendo hierba, hojas y madera? ¿Acaso no se basó la agricultura europea históricamente en la fertilización mediante estiércol? En todo caso, los insectos son, en su mayoría, tan limpios, si no más, como la mayor parte de los productos de campos y granjas. La única forma de alcanzar a comprender por qué los insectos unas veces son objeto de evitación y otras de preferencia, consiste en examinar los costes y beneficios comparativos de comer insectos u otras criaturas de pequeño tamaño. Esta relación puede comprenderse de forma intuitiva si imaginamos un bosque en el que alguien haya colgado de las ramas billetes de dólar y de 20 dólares. ¿Deberemos trepar para coger los billetes de dólar? Es evidente que la respuesta depende de la cantidad de billetes de 20 que haya. Si sólo hay unos cuantos en todo el bosque, nos conformaríamos con los primeros; pero si hubiera muchos, cometeríamos un grave error dedicándonos a los de dólar, aunque hubiera también muchísimos. Comparadas con los trópicos, las zonas templadas como Europa poseen menos insectos y, además, escasean las formas gigantes y las especies que forman enjambres y colonias fácilmente cosechables. Aunque los insectos sean fáciles de capturar y ofrezcan un elevado rendimiento calórico y proteínico por unidad de peso, el beneficio que rinde su captura y preparación es pequeño en comparación con los grandes mamíferos, el pescado o las aves. Y si no es buena para comer, una especie será objeto de apoteosis o abominación, dependiendo de su utilidad residual o de su carácter nocivo. Una vaca hindú que no es comida proporciona bueyes, leche y estiércol. Es objeto de apoteosis. Un caballo que no es comido gana batallas y ara los campos. Es una criatura noble. Un cerdo que no es comido es inútil: ni ara campos, ni produce leche, ni gana guerras. Por lo tanto, es abominado. Los insectos no consumidos son peores que los cerdos no consumidos. No sólo devoran los cultivos del campo, sino que nos muerden y chupan nuestra sangre y son los candidatos perfectos para hacerse detestables a los ojos de los occidentales. Adaptado de HARRIS, Marvin: Bueno para comer, Madrid, Alianza Editorial, 2005.

a) ¿Estás de acuerdo con el texto en que los insectos son animales sin «utilidad residual»? b) ¿Por qué el cocinado, desde un punto de vista higiosanitario, convierte los alimentos en aptos para el consumo? c) Busca información sobre tabúes alimentarios de otras culturas.

311

363

14

Biología y Geología 1 Investigación científica 2

Investigación científica 2 PEDALADAS DE SOLIDARIDAD Extraída de: http://www.elmundo.es/elmundosalud/2005/04/20/ deporte/1113987543.html

Dos hermanos y un riñón ELMUNDO.ES A Aitor Aulestia siempre le gustó el deporte, sobre todo el ciclismo y la natación. A su hermano Gorka, 22 meses mayor, también. Esta pasión por las actividades deportivas es la que podía haberles impulsado a emprender el camino de Santiago en bicicleta, pero en su caso el recorrido, los 732 kilómetros que separan Roncesvalles de Santiago, tiene una motivación diferente: celebrar la mayoría de edad del riñón que Aitor tiene trasplantado y que le donó Gorka. El 20 de abril de 1987 “volví a nacer”, afirma rotundo Aitor. “Después de estar seis años atado a una máquina de hemodiálisis (tres veces por semana y cuatro horas por sesión), liberarme de ella fue un alivio, volví a ver la luz de un túnel que ya se hacía demasiado profundo”. Ese día, hace ahora 18 años, se llevó a cabo en el hospital Clínic de Barcelona el trasplante de riñón que le salvó la vida. En 1981 le habían diagnosticado una insuficiencia renal crónica. Para conmemorar que el riñón trasplantado ya es «mayor de edad», los hermanos se han propuesto hacer el camino de Santiago, en un proyecto conocido como Pedaladas de Solidaridad… El objetivo de este viaje, que iniciaron el pasado día 12 y concluirán el viernes 22 de abril, es poner de manifiesto que existe una buena calidad de vida después del trasplante. “En primer lugar, queremos demostrarnos a nosotros mismos que, después de 18 años seguimos en forma, nos cuidamos y tenemos ganas de hacer cosas juntos. Y en mi caso, como receptor del inmenso regalo que me hizo mi hermano Gorka, quiero demostrarle que su acto de bondad no ha caído en saco roto”, declara Aitor Aulestia.

teró de que existía una opción para ayudarle: la donación entre familiares. Sin pensarlo un momento, los hermanos se realizaron las pruebas inmunológicas para estudiar el grado de compatibilidad de sus riñones y el resultado no pudo ser major: Aitor y Gorka eran HLA-idénticos, es decir, compartían todos los antígenos HLA, unas proteínas en la superficie celular que ayudan al organismo a combatir enfermedades. Esta situación supone que la probabilidad de supervivencia del órgano trasplantado a largo plazo es muy elevada. “Me sentí el más afortunado del mundo al ser elegido entre los familiares, quería hacerlo y no dudé un instante”, recuerda Gorka Aulestia. Tras la operación, los dos volvieron con normalidad a su rutina diaria.

Campeón de ciclismo A los dos años del trasplante, Aitor ya participaba en pruebas cicloturistas y se animó a visitar los míticos puertos del tour de Francia, subiendo el Tourmalet, Aubisque, Luz Ardiden y en España los lagos de Covadonga. Entre sus logros deportivos se cuentan una medalla de plata en ciclismo en los campeonatos del mundo de Sydney (Australia) y varias medallas también de plata en los europeos de Bolzano (Italia). “Igual que los paraolímpicos nosotros tenemos nuestros campeonatos de trasplantados, que se celebran por todo el mundo. Son unos campeonatos preciosos, todos trasplantados de distintos órganos pero con la misma ilusión y compañerismo; sólo con las miradas nos entendemos”, indica Aitor. En la actualidad, los dos hermanos llevan una vida normal, con sus respectivos trabajos, familias y actividades deportivas.

El trasplante renal Entre otras cosas, los hermanos pretenden concienciar a la sociedad sobre la importancia del trasplante y animar a todos a que donen sus órganos. Aitor lo expresa a su manera: “Quiero con nuestras Pedaladas de Solidaridad, con subidas y bajadas, animar a los que esperan un trasplante para que sigan esperanzados y confiados en que ese órgano tan necesario les llegará.”

Órganos «gemelos» Hasta los 20 años Aitor Aulestia, nacido el 15 de marzo de 1959 en Ondarroa (Vizcaya), llevaba una vida normal. Trabajaba de madrugada descargando cajas de pescado y era un gran deportista. Pero después de varias pruebas médicas, en 1981 le detectan una insuficiencia renal crónica que, poco a poco, le va alejando de sus aficiones. Seis años después, Gorka, que veía a su hermano Aitor muy deteriorado, pues con 1,80 de estatura pesaba sólo 58 kilos, se en-

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En España, menos del 3 % de los trasplantes son de donante vivo. Este bajo porcentaje se debe, en parte, a que existe un programa de cadáver que funciona muy bien. Sin embargo, el doctor Federico Oppenheimer, de la Unidad de Trasplante Renal del Hospital Clínic de Barcelona, que trató a Aitor Aulestia, considera que “el trasplante renal de donante vivo debería plantearse como primera opción terapéutica en personas jóvenes, pues los resultados de supervivencia son mejores que con riñón de cadáver”. Las dos alternativas para los pacientes que necesitan un trasplante son el donante vivo y el donante en asistolia (corazón parado). En cualquier caso, el trasplante ofrece a la persona una mejor calidad de vida que la diálisis, tanto en el rendimiento intelectual como en la resistencia física y en la desaparición de pequeños síntomas como cefaleas, calambres musculares, etc. Además, mejora el rendimiento laboral y la capacidad sexual.

Biología y Geología 1 Trabajo de laboratorio 1

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14. El proceso de nutrición en los animales Trabajo de laboratorio

Trabajo de laboratorio Disección de un riñón de cordero Los riñones en mamíferos son un par de órganos en forma de habichuela que se encuentran localizados en la zona inferior dorsal a ambos lados de la columna vertebral y están protegidos por tejido adiposo que los protege de posibles golpes.

Objetivo Conocer la estructura externa e interna del riñón de vertebrados.

Materiales • • • • • • • • •

Un riñón de cordero. Bandeja de disección. Plancha de disección. Bisturí. Pinzas. Tijeras. Agua oxigenada. Cuentagotas. Guantes de látex.

Procedimiento a) Limpia cuidadosamente el riñón con los dedos para quitar la grasa que lo rodea. b) Coloca la plancha de disección dentro de la bandeja e introduce el riñón. c) Localiza la arteria renal, la vena renal y el uréter. d) Corta el riñón longitudinalmente por la mitad con el bisturí. e) Localiza la cápsula renal, la corteza, la médula, las pirámides renales, la pelvis renal y el uréter. f) Echa unas gotitas de agua oxigenada sobre la superficie del riñón. Si el riñón es fresco, observarás una efervescencia. Después de unos segundos elimina el agua oxigenada con los dedos y observa los tubos colectores y las asas de Henle de las nefronas (donde todavía hay cierta efervescencia).

Resultados a) Dibuja el aspecto externo del riñón y señala la arteria renal, la vena renal y el uréter. b) Dibuja el aspecto interno del riñón y señala la cápsula renal, la corteza, la médula, las pirámides renales, la pelvis renal y el uréter.

Conclusiones

Bisturí, bandeja de disección plancha de disección.

a) ¿Por qué los riñones de vertebrados están rodeados de grasa? b) ¿En qué zona del riñón se encuentran los glomérulos? ¿Y las asas de Henle? c) ¿Qué relación tiene el riñón con el mantenimiento de la constancia del medio interno? d) Busca información sobre las enfermedades que afectan al riñón en humanos.

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365

14

Biología y Geología 1 Trabajo de laboratorio 2

Trabajo de laboratorio 2 DISECCIÓN DE CORAZÓN DE CORDERO Es un órgano musculoso hueco, situado en el tórax, que envía la sangre al contraerse, de forma regular, hacia el sistema circulatorio. Los mamíferos tienen un corazón tetracameral con dos aurículas y dos ventrículos. La parte derecha del corazón está separada totalmente de la izquierda. Entre las aurículas y ventrículos están situadas las válvulas bicúspide (o mitral) y tricúspide, a la izquierda y a la derecha, respectivamente, las cuales impiden el retroceso de la sangre. La sangre sale por el ventrículo derecho → arteria pulmonar → pulmón → venas pulmonares → aurícula izquierda → válvula mitral → ventrículo izquierdo → arteria aorta hacia todo el cuerpo. Vuelve la sangre no oxigenada → las venas cavas → aurícula derecha → válvula tricúspide → ventrículo derecho.

Objetivo

5. Ahora corta por la línea B de la Figura 1, debajo del surco anterior, desde la arteria aorta. Observarás el ventrículo izquierdo. Podrás observar también las válvulas sigmoideas en la pared de la arteria y en el corazón la válvula bicúspide (o mitral) sostenida por los pilares musculares. 6. Si cortas siguiendo el recorrido C de la Figura 2, se abrirá totalmente la aurícula derecha. 7. Si cortas ahora entre las venas pulmonares, podrás ver el interior de la aurícula izquierda.

Cuestiones a) Pon nombres a las Figuras 1 y 2. b) ¿A qué cavidad llegas si introduces la aguja enmangada por las venas pulmonares, por las venas cavas, por la arteria aorta o por la pulmonar? Indícalo. c) ¿Qué cavidad de los dos ventrículos es más grande? ¿Por qué? d) ¿Cuál es la función de las válvulas sigmoideas situadas en las paredes de las arterias?

Observar la anatomía de un corazón.

Conclusión

Material Cubeta de disección / Corazón de cordero / Tijeras / Pinzas / Escalpelo / Aguja enmangada Corte Corte B

4 5

1

10 Corte

A

C 8

11

6

A

2

B 12 3

9

13

7

Figura 1

…......................................................................................... ............................................................................................. ............................................................................................. ............................................................................................. ............................................................................................. ............................................................................................. ............................................................................................. ............................................................................................. ............................................................................................. ............................................................................................. ............................................................................................. ............................................................................................. ............................................................................................. ............................................................................................. .............................................................................................

Figura 2

Respuestas Procedimiento 1. Retira toda la grasa que rodea al corazón si la tuviese. 2. Coloca el corazón sobre la cubeta de disección con la cara abombada hacia arriba (cara anterior), apoyado sobre la cara posterior. 3. Identifica los diferentes vasos. Para localizarlos, introduce la aguja enmangada por ellos para ver hasta que cavidad llega. Contesta a la cuestiones a) y b). 4. Con ayuda de las tijeras, corta con cuidado por la línea A de la Figura 1, encima del surco anterior, desde la arteria pulmonar. Observarás el ventrículo derecho. Podrás observar en las paredes de la arteria las válvulas sigmoideas en forma semilunar, y la tricúspide sostenida por los pilares musculares.

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a. Figura 1, cara anterior: 1-aurícula derecha; 2-ventrículo derecho; 3-surco anterior; 4-aorta; 5-arterias pulmonares; 6-válvula izquierda; 7-ventrículo izquierdo. Figura 2, cara posterior: 8-aurícula izquierda; 9-ventrículo izquierdo; 10-aorta; 11-aurícula derecha; 12-surco posterior; 13-ventrículo derecho. b. Por las venas pulmonares a la aurícula izquierda, por las cavas a la aurícula izquierda, por la arteria aorta al ventrículo izquierdo y por la arteria pulmonar al ventrículo derecho. c. La del ventrículo izquierdo, ya que la sangre sale por él para repartirse por todo el cuerpo y necesita que el impulso sea mayor. d. Impedir que la sangre retorne desde éstas a los ventrículos de nuevo.

Biología y Geología 1 Examen

14

Examen EL PROCESO DE NUTRICIÓN EN LOS ANIMALES 1. Marca en el siguiente dibujo las regiones: receptora, almacenamiento y transporte, molido y digestión inicial, digestión final y absorción de nutrientes, y absorción de agua y expulsión alimento.

2. Explica la diferencia entre los siguientes conceptos: a) Circulación abierta/circulación cerrada. b) Circulación simple/circulación doble.

3. Explica las diferencias entre los diferentes tipos de vasos sanguíneos: venas, arterias, capilares, arteriolas y vénulas.

4. De la función digestiva, explica los siguientes conceptos: a) Digestión. b) Endocitosis.

5. ¿Por qué la digestión dentro de un tubo se considera un avance evolutivo? 6. Completa el siguiente cuadro.

ANÉLIDOS

ARTRÓPODOS

MOLUSCOS

MAMÍFEROS

Trituración del alimento

Molleja

Dientes quitinosos

Molinillo gástrico

Dientes

Respiración

Cutánea

Tráqueas

Branquias

Pulmones

Circulación

Cerrada

Abierta

Abierta (no cefalópodos)

Cerrada

Excreción

Metanefridios

Túbulos de Malpighi

Metanefridios

Riñones

Respuestas: 1. • Región receptora: boca, faringe. • Región de almacenamiento y transporte: esófago. • Región de molido y digestión inicial: estómago. • Región de digestión final y absorción de nutrientes: intestino delgado. • Región de absorción de agua y expulsión del alimento no digerido: intestino grueso y ano. 2. a) Circulación abierta: la sangre sale de los vasos y llena espacios entre las células. Circulación cerrada: la sangre siempre va por los vasos. b) Circulación simple: la sangre sale del corazón y efectúa un circuito completo por el cuerpo y vuelve de nuevo al corazón. Circulación doble: cuando la sangre recorre dos circuitos circulatorios: • Circulación pulmonar: corazón → arterias pulmonares → pulmones → venas pulmonares → corazón de nuevo. • Circulación sistémica: corazón → arteria aorta → hacia todo el cuerpo → venas cavas → corazón. 3. • Venas: vasos mayores que las arterias, pero de pared más delgada que aquéllas. Retornan la sangre al corazón. Poseen válvulas que impiden el retroceso de la sangre. • Arterias: paredes gruesas, lo que les permite bombear más fácilmente la sangre. Son vasos que salen del corazón.

• Capilares: vasos de pequeño calibre y paredes muy delgadas que permiten intercambio de nutrientes entre la sangre y las células del cuerpo. • Vénulas: vasos de pequeño calibre que recogen la sangre de los capilares y la llevan a las venas. • Arteriolas: vasos de pequeño calibre que reciben sangre de las arterias y la llevan a los capilares. 4. a) Digestión: cuando se transforman los polisacáridos, lípidos y proteínas (macromoléculas) que forman parte de los alimentos en monómeros (monosacáridos, ácidos grasos, aminoácidos), que pueden ser absorbidos por la célula. b) Endocitosis: cuando el alimento es introducido en una célula, al invaginarse la membrana plasmática que lo rodea formando una vacuola se le acerca un lisosoma e incorpora su contenido (enzimas hidrolíticas), se desdobla el alimento en compuestos más sencillos, pasan al citoplasma para ser utilizados y el resto no digerido se expulsa al exterior. 5. Porque posee un orificio de entrada y otro de salida, lo que permite que la ingestión de alimento sea continua, porque permite al animal comer más cantidad de comida, ya que cada parte del tubo está especializada en un proceso concreto (receptora, almacén y transporte, trituración, digestión, absorción y expulsión de lo no digerido).

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15

Biología y Geología 1 El proceso de relación en los animales

15 El proceso de relación en los animales

1. La función de relación en animales Todo lo que nos pasa en la vida es el resultado de una serie de moléculas que se agitan en algún lugar de nuestra mente.

2. La neurona 3. El sistema nervioso

Don DeLillo 4. El sistema hormonal o endocrino

Biología y Geología 1 El proceso de relación en los animales

c

Identificación de la Unidad

El contenido de esta Unidad está relacionado con la importancia del desarrollo de un sistema, en este caso, el nervioso, el cual es capaz de relacionarnos con el medio en que vivimos. Además, el sistema nervioso controla las actividades internas de nuestro cuerpo y mantiene la homeostasis. Al mismo tiempo, debemos recordar su relación con el sistema endocrino, ya que éste responde a información recibida (emitida por otras partes del encéfalo o por hormonas presentes en la sangre), y algunas neuronas situadas en el hipotálamo secretan hormonas que regulan la liberación de otras a partir de la hipófisis. Ambos sistemas mantienen estable al organismo.

c Objetivos didácticos 1. Enumerar y describir los procesos que intervienen en el control realizado por el sistema nervioso: a. Recepción de los estímulos. b. Transmisión de estímulos de neurona a neurona o de neurona a músculo o a glándula. c. Integración (clasificar e interpretar la información). d. Respuesta llevada a cabo por los efectores (músculos o glándulas). 2. Explicar el proceso de transmisión de un impulso a lo largo de una neurona. 3. Comentar el aumento de complejidad del sistema nervioso a lo largo de la evolución, lo que conlleva a una vida más activa del animal en todos los sentidos. 4. Describir el sistema nervioso en vertebrados respecto a su organización en: sistema nervioso central (SNC), sistema nervioso periférico (SNP) y sistema nervioso autónomo (SNA). 5. Reconocer la relación que existe entre el sistema nervioso y el endocrino integrada en el hipotálamo que, a su vez, regula la actividad hipofisiaria. 6. Identificar las principales glándulas endocrinas en vertebrados y señalar la acción de las principales.

c Contenidos cc Conceptuales

1. La función de relación en animales. 2. La neurona es la unidad básica del sistema nervioso. • El impulso nervioso. • La transmisión de información entre neuronas: la sinapsis. 3. El sistema nervioso. • El sistema nervioso difuso. • El sistema nervioso centralizado. • Modelos de sistemas nerviosos en invertebrados. • El sistema nervioso en vertebrados. — Sistema nervioso periférico (SNP). — Sistema nervioso central (SNC). — Sistema nervioso autónomo (SNA). 4. El sistema hormonal o endocrino. • Mecanismos de acción hormonal. • Hormonas de invertebrados. • Hormonas de vertebrados.

15

cc Actitudinales 1. Ser consciente de la importancia que tiene conseguir que nuestros hábitos de conducta logren que tengamos una vida sana, alejados de cualquier situación o ambiente que la altere. 2. Valorar la importancia de realizar algún tipo de actividad deportiva o lúdica que llene nuestro tiempo libre. 3. Comportarse siempre con sentido crítico, actuando en contra de situaciones que nos conduzcan al consumo de cualquier tipo de drogas.

cc Procedimentales 1. Resolver las actividades propuestas en el texto referentes al contenido de esta Unidad. 2. Utilizar el vocabulario científico preciso a la hora de expresar contenidos. 3. Experimentar en el trabajo de laboratorio: disección de encéfalo de cordero. Respuestas de los paramecios. 4. Poner nombre a elementos de dibujos sencillos tales como la neurona, la sinapsis o el arco reflejo. 5. Elegir material, seleccionarlo y emitir opiniones personales para realizar un informe sencillo sobre temas como el sueño, la enfermedad de Parkinson, esclerosis múltiple, algún tipo de droga, etcétera. 6. Comentar alguna noticia de actualidad, de prensa oral o escrita, que tenga relación con el contenido de la Unidad.

c Metodología 1. Materiales y recursos: • Libro de texto y libros de consulta. • Fotografías, dibujos y esquemas identificativos de los órganos implicados en los sistemas nervioso y hormonal. • Transparencias o diapositivas explicativas del contenido de la Unidad. • Vídeos que aclaren los contenidos de la Unidad. • Actividades recomendadas relacionadas con la Web. 2. Organización de espacio y tiempo: • Indicar si son actividades de aula, de laboratorio, etcétera. • El tiempo es tarea del departamento o del profesor, ya que hay que tener en cuenta el calendario escolar y las actividades programadas por el centro.

c Criterios de evaluación 1. Distinguir en esquemas o imágenes de microscopía los diferentes tipos de células nerviosas (neuronas y de glía). 2. Relacionar el grado de complejidad evolutivo del sistema nervioso con el tipo de vida que presenta un animal concreto. 3. Indicar y comparar la acción del sistema nervioso y la del endocrino, así como la relación establecida entre ambos tipos de sistemas. 4. Señalar la importancia de los sistemas nervioso y endocrino para el animal, ya que mantienen la estabilidad de cualquier organismo. 5. Conocer y aplicar algunas de las técnicas de trabajo utilizadas en la investigación de diversos aspectos (geología, botánica, ecología, etc.) de nuestro planeta. 6. Explicar el mantenimiento de las constantes vitales de los organismos a partir de la comprensión del proceso de coordinación neuro-endocrina, indicando algunas aplicaciones derivadas del conocimiento de las hormonas. 7. Contrastar diferentes fuentes de información y elaborar informes relacionados con problemas biológicos y geológicos relevantes en la sociedad.

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15

Biología y Geología 1 El proceso de relación en los animales

c

15. El proceso de relación en los animales

Actividades

15.2 La neurona

1. Define los siguientes conceptos, indicando su importancia en la función de relación: estímulo, percepción, respuesta. 2. ¿Qué es un sistema de coordinación? ¿Por qué está formado? 3. ¿Qué es la neurona? 4. ¿Qué es una glándula? 5. ¿Qué es la secreción?

15.1 La función de relación en animales La supervivencia de cualquier organismo depende, en gran medida, de su capacidad para captar estímulos del medio externo y del interno y elaborar respuestas adecuadas. Toda función de relación implica la existencia de un receptor, que detecta estímulos, un efector, que ejecuta la respuesta para adaptar el organismo al cambio producido en el ambiente, y un sistema integrador, que comunica las dos estructuras anteriores. La materia viva es un conjunto de biomoléculas altamente organizadas, así que no es de extrañar que la primera estrategia de relación fuera la comunicación química. Incluso las bacterias, los seres vivos más sencillos que existen, se comunican con otras bacterias a través de compuestos químicos (secretando, por ejemplo, bacteriocinas, unos pequeños péptidos que regulan las poblaciones bacterianas) o son capaces de nadar hacia una fuente de alimento o huir de un compuesto tóxico porque detectan estas sustancias gracias a proteínas de membrana.

c Páginas web

La comunicación química, sin embargo, tiene un gran inconveniente en los organismos multicelulares porque las sustancias tienen que viajar por difusión célula a célula o a través de fluidos corporales desde los lugares de producción hasta las células donde ejercen su acción. Para acelerar la transmisión de la información, los animales (multicelulares y activos) complementaron la comunicación química a través de hormonas con unas células especializadas en recibir estímulos, elaborar órdenes adecuadas y conducir esta información a diferentes partes del cuerpo a través de impulsos eléctricos muy rápidos: habían aparecido las neuronas.

cc The Life Wire

http://bcs.whfreeman.com/thelifewire/ Capítulo (chapter) 44 Figura 44.2: estructura de la neurona. http://bcs.whfreeman.com/thelifewire/content/ chp44/f44002.gif Figura 44.3: estructura del axón y de la vaina de mielina. http://bcs.whfreeman.com/thelifewire/content/ chp44/f44003.gif

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Figura 44.13: la sinapsis. http://bcs.whfreeman.com/thelifewire/content/ chp44/f44013.gif

cc Biocourse McGraw-Hill Imagen: formación de la vaina de mielina. http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001_gbio/ folder_structure/an/m2/s3/anm2s3_4.htm Vídeo: funcionamiento de la bomba de sodio-potasio. http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001_gbio/ folder_structure/an/m2/s3/anm2s3_2.htm Vídeo: transmisión del impulso nervioso a lo largo del axón. http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001_gbio/ folder_structure/an/m2/s3/anm2s3_5.

370

Fig. 15.1. En una neurona típica distinguimos las siguientes partes: • Las dendritas: ramificaciones cortas y numerosas que se encargan de recibir información del entorno interno o externo, o de otras neuronas. • El cuerpo celular o soma: contiene el núcleo y los orgánulos celulares y actúa como centro de integración, es decir, suma todas las señales que recibe y si la excitación es suficientemente elevada, iniciará una respuesta. • El axón: una fibra larga y fina que transmite la señal producida cuyo extremo final se ensancha y recibe el nombre de botón terminal. Normalmente sólo existe un axón en cada neurona, y puede medir más de un metro (como ocurre con los axones de las neuronas motoras de la médula espinal que se extienden hasta el final de las extremidades). Según la función que llevan a cabo, las neuronas se clasifican en: • Neuronas sensitivas o aferentes: reciben información de los receptores y la transmiten a la región del sistema nervioso que se encarga de su procesamiento. • Neuronas de asociación: conectan unas neuronas con otras. • Neuronas motoras o eferentes: transmiten las órdenes elaboradas hasta los órganos efectores (músculos y glándulas).

Aunque tradicionalmente se han estudiado por separado, los sistemas nervioso y endocrino están muy relacionados: la neurona conduce la información eléctricamente, pero esta información se transmite a otras células a través de sustancias químicas que, en ocasiones, son las mismas que actúan como hormonas, y como veremos, algunas neuronas controlan el funcionamiento del sistema hormonal e, incluso, secretan hormonas. Es tan difícil separar ambos sistemas que muchos científicos hablan de uno solo: el sistema neuroendocrino.

15.2 La neurona Con la aparición de las neuronas (véase Figura 15.1), empezó a organizarse una gran red de comunicaciones por la que circulan multitud de mensajes; la del ser humano, por ejemplo, está formada por varios miles de millones de neuronas, pero, ¿qué «lenguaje» utilizan las células nerviosas para conducir mensajes?

El impulso nervioso Las neuronas pueden transmitir numerosos mensajes (cambios en el medio externo e interno, órdenes de movimiento hacia los músculos, etc.). Toda esta información se transmite en forma de señales eléctricas que reciben el nombre de impulso nervioso. Pero, ¿cómo puede una neurona iniciar una corriente eléctrica?

La neurona en reposo: potencial de membrana Los líquidos orgánicos, tanto dentro como fuera de las células, contienen electrolitos. En el citoplasma celular abundan los iones potasio con carga positiva (K+), mientras que el líquido que baña las células es rico en iones sodio con carga positiva (Na+).

314

c Escenarios de error cc Relación-reproducción

Los alumnos tienden a asociar los conceptos de relación y reproducción. Indudablemente, la función reproductora incluye la respuesta a toda una serie de estímulos y provoca toda una serie de cambios en la fisiología del organismo. Sin embargo, conviene dejar claras las diferencias entre una función y otra, ya que aunque la función de relación impregna a las demás funciones vitales, su significado es mucho muy concreto y preciso: todo aquello a lo que un individuo es sensible, y puede desencadenar una respuesta.

Biología y Geología 1 El proceso de relación en los animales

didácticos c Materiales en el CD y en la CEO

15. El proceso de relación en los animales 15.2 La neurona

Animación: la sinapsis.

Como ocurre con todas las células del organismo, en una neurona en reposo existe un exceso de cargas negativas a lo largo de la superficie interior de la membrana celular, y un número igual de cargas positivas en el exterior de la membrana (véase Figura 15.2b). Esta diferencia de cargas a ambos lados de la membrana se mantiene principalmente gracias a dos mecanismos: • La difusión de los iones de potasio, que tienden a salir de la célula siguiendo su gradiente de concentración a través de los canales de potasio, unos poros que dejan en su interior algunas proteínas transmembrana (véase Figura 15.2a). Cada ión potasio que sale del axón supone una carga positiva extra en el exterior de la membrana. Además, los iones de sodio no pueden difundir porque, aunque la membrana también posee canales de sodio, éstos permanecen completamente cerrados. • La bomba de Na+/K+, que es una proteína de membrana que aparece en todas las células animales y que continuamente está bombeando tres Na+ hacia el exterior de la célula y dos K+ hacia el interior (véase Figura 15.2a). Como el transporte se hace contra gradiente, requiere gasto de energía proporcionado por la hidrólisis del ATP.

El descubrimiento de los sucesos eléctricos producidos en las neuronas tuvo lugar a principios de los años cincuenta, cuando los fisiólogos británicos B. Katz, A. Hodgkin y A. Huxley insertaron dos electrodos, conectados a un voltímetro, en los axones gigantes de un calamar.

Esta diferencia de cargas entre el interior, cargado negativamente, y el exterior, positivo, se llama potencial de membrana, y su valor varía entre −40 y −90 milivoltios (mV). Gracias a él, la célula funciona como una pequeña batería que almacena energía potencial y que permitirá, cuando las condiciones lo requieran, su transformación en energía eléctrica.

La neurona recibe un estímulo: potencial de acción Cuando una neurona recibe un estímulo, la situación cambia radicalmente. La membrana abre de forma súbita sus canales de sodio y grandes cantidades de este elemento pasan al interior de la célula por difusión, cambiando el potencial de membrana (alcanza los +50 mV dentro de la célula), que pasa a llamarse potencial de acción. El movimiento de cargas implica el establecimiento de una corriente eléctrica: las neuronas ya están enviando información. Inmediatamente, los conductos de sodio se cierran con gran rapidez y se restablece el potencial de membrana normal de la neurona en reposo. Una de las grandes maravillas del sistema nervioso es que la transmisión del impulso eléctrico, y por tanto de mensajes a través de las neuronas, es extraordinariamente veloz. Los potenciales de acción duran unas pocas milésimas de segundo y van fluyendo rápidamente axón abajo (véase Figura 15.2b).

15

Imágenes: la neurona (rotulada y sin rotular). Ejercicios: • Verdadero o falso: el impulso nervioso. • Ordenación: transmisión impulso nervioso. • Rellenar huecos: la neurona.

CEO En el CD y en la CEO (centro de enseñanza on-line) creados para este proyecto podrás encontrar el siguiente material adicional:

c Páginas web

Enlaces, bibliografía, actividades interactivas (hormonas, organos y células productoras de hormonas y el cerebro) y animaciones (acto reflejo, aparato nervioso en invertebrados, hipófisis y relaciones hormonales, glándulas hormonales, estructura del encéfalo, el sistema endocrino)

cc Animación Sumanas, Inc. La sinapsis: animación → step-through. http://www.sumanasinc.com/webcontent/anisamples/ neurobiology/synaptictransmission.html

315

Fig. 15.2. Membrana mostrando los canales de potasio y de sodio y la bomba de Na+/K+ que intervienen en la transmisión del impulso nervioso.

Actividades 1>

La procaína y la tetracaína son dos sustancias que dificultan la apertura de los canales de sodio. ¿Por qué crees que se utilizan como anestésicos locales?

315

c Glosario

Axón. Prolongación larga de una célula nerviosa (neurona), que transmite el impulso nervioso desde el cuerpo neuronal hacia la zona terminal o botón sináptico. Dendrita. Prolongación corta que sale del cuerpo o soma de una neurona. Está especializada en la recepción de impulsos nerviosos procedentes de otra neurona. Espacio sináptico. Separación entre los elementos de una sinapsis. Neurona de asociación. Célula nerviosa que relaciona a una neurona sensitiva con otra motora en un arco reflejo. Neurona motora. Neurona que transmite impulsos desde el sistema nervioso central hasta el órgano efector. Neurona presináptica. Neurona que conduce el impulso a una sinapsis. Neurona postsináptica. Neurona que transmite el impulso desde una sinapsis. Neurona sensitiva. Neurona que conduce el impulso desde un receptor, por ejemplo la piel, hasta el sistema nervioso central. Neurotransmisor. Sustancia química que actúa de mensajero químico transmitiendo impulsos desde una parte a otra de la sinapsis. Sinapsis. Unión entre dos neuronas o entre una neurona y un efector (músculo o glándula) en donde se transmite un impulso.

c Lectura

cc Los neurotransmisores Los neurotransmisores son moléculas fabricadas y segregadas por las neuronas. Sirven para comunicarse con otras células, que pueden ser neuronas o no. Tienden a unirse a receptores de membrana de éstas. Algunos neurotransmisores tienen efectos activadores, otros inhibidores. Los neurotransmisores, al actuar sobre los músculos provocan su contracción, sobre las glándulas estimulan la secreción de la sustancia correspondiente; otros intervienen en la transmisión y percepción del dolor. A nivel cerebral, algunos neurotransmisores influyen en el estado de ánimo y otros se relacionan con los mecanismos de aprendizaje y memoria. Cuando se produce algún desequilibrio en la concentración de ciertos neurotransmisores pueden aparecer trastornos como la depresión y la esquizofrenia. Elaboración propia.

371

15

Biología y Geología 1 El proceso de relación en los animales

c ccc

15.2 La neurona

Galicia

1. ¿Qué son los priones? ¿Cuál es su composición química? ¿Son responsables de producir alguna enfermedad que conozcas? Explica tus respuestas. (Septiembre 2006.) 2. Contesta verdadero o falso: a. Los priones son microorganismos formados por proteínas y ARN. (Junio 2005.) b. Las bombas Na+ – K+ sirven para mantener un gradiente iónico. (Junio 1994.) c. Los priones son fragmentos de ácidos nucleicos causantes de encefalopatías espongiformes. (Septiembre 2004.) d. En la sinapsis química se liberan neurotransmisores. (Junio 1994.) e. El agente patógeno causante del mal de las vacas locas se denomina virión. (Junio 2001.) 3. ¿Podría mantenerse el potencial de reposo de una neurona sin ATP? Razona brevemente la respuesta. (Junio 1994.) Solución

316

15. El proceso de relación en los animales

PAU

La transmisión de información entre neuronas: la sinapsis Hasta finales del siglo XIX se pensaba que el sistema nervioso era una red continua por donde circulaba la electricidad. Sin embargo, el científico aragonés Santiago Ramón y Cajal descubrió que las neuronas eran células independientes, así que cuando el potencial de acción llegaba al final del axón, se encontraba con un pequeño espacio que impedía la transmisión del impulso nervioso. La zona de contacto entre dos neuronas se llama sinapsis (véase Figura 15.3). La pregunta obvia era cómo se transmitían los mensajes entre neuronas. Fue en 1921 cuando el científico Otto Loewi demostró que la química era la responsable de todo el proceso y que los botones terminales de las neurona presinápticas contienen numerosas vesículas cargadas de neurotransmisores, unas sustancias químicas que transmiten el mensaje de una neurona a otra. Cuando el impulso nervioso llega al final de la neurona presináptica, el botón terminal adquiere carga positiva, lo que provoca la apertura de las vesículas y la liberación de los neurotransmisores al espacio sináptico. Las moléculas de neurotransmisor se encajan en sus receptores de la membrana de la neurona postsináptica, como una llave en una cerradura. Esta unión provoca la apertura de canales iónicos y el establecimiento en la segunda neurona de un potencial de acción, por lo que el mensaje seguirá su curso. Fig. 15.3. En una sinapsis podemos distinguir los siguientes elementos: • El botón terminal del axón de la neurona presináptica, con numerosas vesículas cargadas de neurotransmisores. • El espacio existente entre las dos neuronas o espacio sináptico, que posee una anchura de 20 ηm. • La membrana de la neurona postsináptica, que contiene receptores para los neurotransmisores.

1. Los priones son proteínas infecciosas, responsables de la encefalopatía espongiforme bovina, también llamada enfermedad de las vacas locas, la cual acaba destruyendo el cerebro de estos animales. 2. a.- F. b.- V. c.- F. d.- V. e.- F. 3. Para mantener el potencial de reposo es necesario el funcionamiento de la bomba de Na-K, que consume energía suministrada por el ATP.

Las moléculas de neurotransmisor se reabsorben por la neurona presináptica o se inactivan por enzimas para evitar que el estímulo continúe por tiempo indefinido. La existencia de la sinapsis hace que la transmisión de la información sea un proceso controlado. Si no existieran, la excitación de una neurona se transmitiría inevitablemente por toda la red de neuronas interconectadas, sin ningún control. Las dendritas y el soma de una neurona pueden recibir las señales de cientos o miles de sinapsis. Si el efecto del neurotransmisor sobre la neurona es hacer el interior menos negativo, se trata de un neurotransmisor excitante; si, por el contrario, su efecto consiste en mantener el potencial de reposo o, incluso, hacer el interior más negativo, el neurotransmisor será un inhibidor. La neurona integrará toda la información y si las señales de excitación superan a las inhibitorias, se iniciará un potencial de acción. En la actualidad se conocen unos cincuenta neurotransmisores, pero la lista sigue creciendo. En la Tabla 15.1 se presentan los más conocidos. Intervienen en multitud de procesos, actuando sobre neuronas que trasmiten órdenes de movimiento, sensaciones de depresión, de euforia, de placer o de miedo, y es que, en el fondo, hasta el amor y el odio son procesos químicos.

NEUROTRANSMISOR

LOCALIZACIÓN Sinapsis entre las neuronas motoras y los músculos

c Curiosidades

Dopamina

Mesencéfalo

Controla los movimientos

Adrenalina

Sistema nervioso simpático

Activa los órganos inervados por esta región del sistema nervioso

Serotonina

Mesencéfalo y bulbo raquídeo

Influye en el estado de ánimo y el sueño

Las endorfinas y las encefalinas son neurotransmisores naturales inhibidores del dolor. Se unen a los mismos receptores que la morfina en el cerebro, de ahí que esta droga sea útil en el tratamiento del dolor y sea utilizada en los hospitales.

GABA

Encéfalo

Inhibe las sinapsis del encéfalo

Las neuronas que transmiten los impulsos del dolor al sistema nervioso central liberan un neurotransmisor llamado sustancia P. Tanto la morfina como los neurotransmisores antes citados inhiben la secreción de esta sustancia. Sin embargo, una sobredosis de morfina, o de ciertos barbitúricos, deprime la actividad del centro respiratorio, la parte del cerebro que regula el ritmo respiratorio, provocando una parada respiratoria. Elaboración propia.

Activa los músculos esqueléticos

Tabla 15.1. Algunos neurotransmisores importantes.

316

c Escenarios de error

cc Las neuronas no se pueden regenerar (Santiago Ramón y Cajal) «Una vez que el desarrollo humano finaliza, las fuentes para el crecimiento y regeneración de axones y dendritas se secan para siempre. En el cerebro adulto las vías nerviosas se convierten en algo fijo, inmutable y perecedero, de forma que cualquier célula puede morir y ninguna va a poder ser regenerada.» «Es imposible que aparezcan nuevas neuronas en el cerebro tras el nacimiento. Nacemos con un número determinado de neuronas y a partir de ahí perdemos células en un proceso lento e inexorable a lo largo de la vida.» Puedes encontrar la lectura completa en el CD del profesor.

372

FUNCIÓN PRINCIPAL

Acetilcolina

Biología y Geología 1 El proceso de relación en los animales

15

c Actividades de refuerzo

15. El proceso de relación en los animales 15.3 El sistema nervioso

6. ¿Qué es la sinapsis? ¿Qué papel realizan los neurotransmisores? Nombra dos neurotransmisores. 7. Describe el sistema nervioso de los anélidos. 8. ¿Qué ventajas supone la cefalización? 9. ¿Qué son las endorfinas?

La ciencia de la neuroquímica La neuroquímica es la ciencia que estudia los neurotransmisores. Proporciona herramientas valiosas para conocer los mecanismos moleculares de muchas enfermedades del sistema nervioso y para buscar fármacos que puedan combatirlas. Por ejemplo, el mecanismo de acción del mundialmente utilizado antidepresivo Prozac se basa en impedir la reabsorción por la neurona presináptica del neurotransmisor serotonina, y se ha comprobado que el mal de Parkinson (que cursa con temblores y rigidez muscular) está asociado con la muerte de neuronas que producen dopamina, un importante neurotransmisor para el control del movimiento. La neuroquímica también está ayudando a entender muchos efectos de las drogas, como el de la adicción. La cocaína impide la reabsorción de los neurotransmisores serotonina y adrenalina, que producen una sensación de bienestar y contribuyen a nuestro nivel de energía así que, al permanecer durante más tiempo en la sinapsis, sus efectos se intensifican. Sin embargo, nuestro organismo intenta compensar el desequilibrio creado reduciendo el número de receptores para esos neurotransmisores en la neurona postsináptica. Al contar con menos receptores, el consumidor de cocaína debe seguir tomando su droga ya sólo para sentirse normal. Cuando se retira la droga, el malestar es evidente porque, aunque el cuerpo produce la misma cantidad de neurotransmisores, su efecto es menor. Afortunadamente, si se abandona el consumo de estas sustancias, los receptores alcanzan sus niveles normales.

c Páginas web

cc Biocourse McGraw-Hill

En los últimos años también se ha descubierto que nuestro cuerpo produce neuromoduladores, unas sustancias que regulan la respuesta de la neurona ante un neurotransmisor. Desde tiempos remotos, las personas han empleado medicamentos contra el dolor, y los opiáceos vegetales, como la morfina o el opio, se utilizan con este fin desde hace siglos. Sin embargo, su mecanismo de acción no se conoció hasta bien entrado el siglo XX, al comprobarse que, aunque su estructura es semejante a la sustancia P (un neurotransmisor implicado en la transmisión de sensaciones dolorosas), no producen su efecto, así que cuando se unen a los receptores, bloquean la transmisión del mensaje doloroso.

Imagen: del estímulo a la respuesta, fases. http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001_gbio/ folder_structure/an/m2/s1/anm2s1_2.htm Imagen: sistema nervioso de la hidra, neurona motora, cerebro humano. http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001_gbio/ folder_structure/an/m2/s1/anm2s1_1.htm Animación: comparación del sistema nervioso de la hidra, planaria, anélido y vertebrado. http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001_gbio /folder_structure/an/m2/s1/anm2s1_3.htm

En la década de los setenta, los científicos descubrieron que el cuerpo poseía estos receptores porque fabricaba unas sustancias neuromoduladoras, a las que llamó endorfinas (morfinas endógenas) por su semejanza estructural con los opiáceos vegetales, cuya función era inhibir el neurotransmisor P. La práctica del ejercicio físico estimula la producción de endorfinas, y algunos de los efectos analgésicos de la acupuntura también se basan en estas sustancias.

15.3 El sistema nervioso Es indudable que desde las sencillas redes nerviosas de los cnidarios (los primeros animales en los que aparece un sistema nervioso) hasta el complejo encéfalo de los vertebrados, la evolución ha recorrido un largo camino, pero, en cualquier caso, siempre se observa que existe una clara correlación entre el sistema nervioso de un animal y su modo de vida.

Sistema nervioso difuso

317

El sistema nervioso de los cnidarios es una red o plexo nervioso que se compone de un conjunto de neuronas que se extienden por todo el cuerpo (véase Figura 15.4). Los impulsos nerviosos desencadenados por los estímulos se transmiten en todas las direcciones por esta red de neuronas, y en las respuestas participan grandes regiones del cuerpo. En esta red nerviosa no existe un órgano de control ni se diferencian neuronas sensitivas y motoras, aunque algunas ramas del plexo enlazan los receptores de la epidermis (como los ocelos que detectan la luz) con células epiteliomusculares encargadas de las respuestas, entre las que destacan la descarga de los nematocistos y el movimiento coordinado de los tentáculos. La ventaja de este sistema nervioso es que permite reaccionar rápidamente ante los estímulos, independientemente de la dirección en que se presenten, algo imprescindible para unos organismos de simetría radial que son sedentarios o vagan a la deriva arrastrados por corrientes.

Fig. 15.4. Cnidarios.

317

Imágenes: • • • • • •

Sistema nervioso de celentéreos (rotulado y sin rotular). Sistema nervioso de platelmintos (planaria) (rotulado y sin rotular). Sistema nervioso de anélidos (lombriz) (rotulado y sin rotular). Sistema nervioso de moluscos (calamar) (rotulado y sin rotular). Sistema nervioso de equinodermos (estrella) (rotulado y sin rotular). Sistema nervioso de insectos (rotulado y sin rotular).

didácticos c Materiales en el CD y en la CEO Animación: sistemas nerviosos de invertebrados. Este ejercicio permite repasar los sistemas nerviosos de los diferentes grupos de invertebrados, asociando las figuras a cada grupo de invertebrado. Tras la realización permite comprobar el número de aciertos.

Ejercicios: • Respuesta múltiple: sistemas nerviosos (invertebrados). • Relación: sistemas nerviosos de invertebrados.

373

15

Biología y Geología 1 El proceso de relación en los animales

c

15. El proceso de relación en los animales

Páginas web

15.3 El sistema nervioso

cc Biocourse McGraw-Hill Sistema nervioso centralizado Imagen: el sistema nervioso humano. http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001_gbio/ folder_structure/an/m2/s5/anm2s5_1.htm Animación: todas las partes del sistema nervioso central y periférico. http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001_saladin/ folder_structure/in/m3/s1/inm3s1_1.htm Imagen: ¿cómo llega la información desde el receptor hasta el cerebro? http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001_gbio/ folder_structure/an/m3/s1/anm3s1_1.htm Imagen: arco reflejo. http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001_gbio/ folder_structure/an/m2/s5/anm2s5_3.htm Animación: conexión nervio-médula. http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001_saladin/ folder_structure/in/m3/s1/inm3s1_2.htm

El modelo de sistema nervioso reticular de los cnidarios se conserva en algunos animales superiores en forma de plexos nerviosos localizados, por ejemplo, en las paredes intestinales, donde controlan movimientos generalizados, como los peristálticos.

Fig. 15.5. Sistema nervioso de un platelminto.

didácticos c Materiales en el CD y en la CEO 318

Los platelmintos ya poseen unos ganglios cefálicos, es decir, unas agrupaciones de células nerviosas que actúan como un cerebro primitivo, que ejercen cierto grado de control sobre el resto del sistema nervioso. Desde los ganglios se extienden dos cordones nerviosos, que poseen ramificaciones laterales y que, en posición ventral, se extienden hasta el extremo posterior del cuerpo (véase Figura 15.5). Fig. 15.6. Sistema nervioso de una lombriz de tierra.

c Lectura

cc Fibras nerviosas mielínicas y amielínicas Es común creer que las fibras nerviosas mielínicas están rodeadas por las células de Schwann, y que las amielínicas no tienen relación con este tipo de células. En vertebrados, los nervios periféricos (SNP) están rodeados de una capa de mielina, que se forma al enrollarse varias veces sobre los axones unas células de glía, denominadas células de Schwann. Esto se debe a que la membrana plasmática de la célula de Schwann es rica en esfingomielina (un fosfolípido). Es decir, que la vaina de mielina no es parte de la neurona, sino que es parte del tejido de sostén. La vaina de mielina constituida así, está interrumpida por unos intervalos denominados nódulos de Ranvier. Este tipo de fibras facilita la conducción del impulso a mayor velocidad (120 m/s), ya que el potencial de acción salta de nódulo a nódulo (conducción saltatoria) donde el axón no está protegido y los iones pasan fácilmente a través de la membrana plasmática, gastando además menos energía.

374

• Aumento del número total de células nerviosas, que se especializan en neuronas sensitivas, neuronas motoras y neuronas de asociación. El incremento del número de neuronas de asociación y unos contactos sinápticos más complejos empiezan a permitir una mayor integración de mensajes y de variedad de respuestas. • Concentración de las células nerviosas para formar ganglios (acumulaciones de cuerpos neuronales) y nervios (agrupamiento de axones). De esta manera se inicia la diferenciación entre un sistema nervioso periférico, con nervios que se extienden por todo el cuerpo, y un sistema nervioso central, que recibe la información procedente de los receptores, la integra y envía órdenes a los efectores. Esta división ofrece la ventaja de que el estímulo de una parte específica del organismo provoca una respuesta individualizada que no afecta a todo el animal, como sucede en los cnidarios. • Cefalización: como la cabeza es la primera parte del cuerpo que se topa con el alimento o los depredadores, los órganos sensoriales se concentran en esta zona del cuerpo. Además, como las respuestas también pueden ser más rápidas si la distancia entre los órganos sensoriales y las células nerviosas «encargadas de tomar decisiones» se acortan, el tejido nervioso empieza a acumularse también en la cabeza. La cefalización alcanza su máxima expresión en los vertebrados, en los que casi todos los cuerpos celulares de las neuronas se encuentran en la médula y el encéfalo.

Modelos de sistemas nerviosos de invertebrados

Animación: reflejo rotuliano. Esta animación presenta de forma detallada todos los elementos y fases de un arco reflejo. Para ver la secuencia, hacer clic en los botones. Imágenes: reflejo rotuliano (rotulado y sin rotular).

En un mundo de recursos limitados, no todos los organismos podían optar por un modo de vida tan pasivo como el de pólipos y medusas, así que muchos animales se lanzaron a la búsqueda activa de recursos. Este cambio de vida exigía desplazamientos activos en una dirección determinada y órganos sensoriales más complejos para detectar los alimentos, los peligros y los posibles competidores. Este nuevo modo de vida corre paralelo a la aparición de sistemas nerviosos más complejos, en los que se observan las siguientes tendencias:

Fig. 15.7. Sistema nervioso de un calamar.

Los anélidos presentan un ganglio principal en la cabeza, bilobulado, que se une, a través de dos cordones nerviosos, a una cadena ganglionar doble: cada segmento corporal posee un par de ganglios de los que parten nervios laterales (véase Figura 15.6). En los cordones nerviosos de los anélidos ya se aprecian claramente ramas sensoriales (aferentes) y motoras (eferentes) que comunican los ganglios con los receptores, los músculos y otras estructuras corporales, y algunos experimentos demuestran que su primitivo encéfalo ya posee cierto grado de control central: al extirparlo, el animal puede moverse tan bien como antes, pero cuando choca con un obstáculo, el animal intenta seguir avanzando de frente porque ha perdido su capacidad de rodear el obstáculo. El sistema nervioso de los moluscos presenta varios grados de complejidad. Mientras que los moluscos más sencillos poseen un sistema parecido al de los platelmintos, el modelo de vida de los cefalópodos, activos cazadores, exige un sistema nervioso muy desarrollado (véase Figura 15.7): sus ganglios nerviosos se agrupan en un anillo que rodea al esófago y constituyen un encéfalo de unos 168 millones de neuronas. Además, poseen órganos sensoriales bien desarrollados y una capacidad de aprendizaje comparable a la de algunos mamíferos.

318

Otras veces, la célula de Schwann, en vez de rodear a un solo axón, envuelve a varios axones y no hay capa de mielina. Así se forman las fibras nerviosas periféricas denominadas amielínicas. En ellas, el impulso nervioso se conduce con más lentitud (0,5 m/s). Elaboración propia.

Notas

Biología y Geología 1 El proceso de relación en los animales

15

didácticos c Materiales en el CD y en la CEO

15. El proceso de relación en los animales 15.3 El sistema nervioso

La estructura del sistema nervioso de los artrópodos es similar a la de los anélidos, pero sus ganglios son más grandes y tienen asociados receptores muy complejos. Además, en los ganglios de algunos artrópodos ya se diferencian regiones que se especializan en la integración de la información recibida desde los órganos de los sentidos. Con este sistema nervioso, los artrópodos han alcanzado un gran éxito evolutivo (ya sólo los insectos suman el millón de especies) y, algunos de ellos, como los himenópteros (abejas, avispas, hormigas, etc.), han adquirido comportamientos sociales muy complejos perfectamente adaptados al medio.

Imágenes: encéfalo humano (rotulado y sin rotular).

Por último, los equinodermos poseen un anillo nervioso alrededor de la boca, desde el que se extiende un gran nervio radial hacia cada brazo (véase Figura 15.8).

Sistema nervioso de vertebrados Todos los vertebrados, desde los peces hasta los mamíferos, poseen la misma estructura de sistema nervioso, que se puede dividir en dos partes:

Fig. 15.8. Sistema nervioso de una estrella de mar.

• El sistema nervioso periférico (SNP), que consiste en un conjunto de nervios y ganglios que comunican el encéfalo y la médula espinal con el resto del cuerpo. • El sistema nervioso central (SNC), formado por la médula espinal, un cordón nervioso dorsal hueco y el encéfalo, una gran masa de ganglios nerviosos. El SNC recibe y procesa la información e inicia las acciones.

c Lectura

El sistema nervioso periférico (SNP) El SNP se compone de pares de nervios y ganglios que comunican el encéfalo y la médula espinal con el resto del cuerpo. Los nervios pueden ser sensitivos (si sólo contienen axones de neuronas sensitivas), motores (si todos sus axones son motores) o mixtos (si poseen ambos tipos de fibras). Según su origen, los nervios pueden ser craneales o espinales. En la especie humana existen 12 pares de nervios craneales que fundamentalmente se dedican a inervar la cabeza y el cuello y 31 pares de nervios raquídeos que inervan los brazos, las piernas y el tronco. Las fibras motoras del SNP se pueden dividir en dos tipos: • El sistema nervioso somático, que controla los movimientos voluntarios activando los músculos esqueléticos. • El sistema nervioso autónomo, que controla las funciones involuntarias del cuerpo actuando sobre vísceras y músculos lisos y que se describirá más adelante.

cc ¿Qué quiere decir que el cerebro es plástico?

Los axones de las neuronas de los vertebrados están cubiertos por unas vainas de mielina que se interrumpen en unos puntos llamados nódulos de Ranvier. Como la mielina es una sustancia aislante, en estas fibras nerviosas el impulso nervioso salta de nódulo en nódulo y aumenta enormemente la velocidad de su propagación, que llega a alcanzar los 200 m/s. Además, este sistema supone un ahorro de energía porque la bomba de Na+/K+ sólo funciona en los nódulos.

Un material plástico es aquél capaz de cambiar su forma, adaptándose a las fuerzas a las que se ve sometido, sin romperse. Hablamos de plasticidad del cerebro para referirnos a su capacidad de adaptación ante las nuevas experiencias e informaciones.

El sistema nervioso central (SNC) Para poder realizar su función, el SNC posee los cuerpos celulares de la mayoría de las neuronas de los vertebrados, cuyas acumulaciones aquí no se llaman ganglios, sino núcleos, pero también contiene conjuntos de axones que conectan sus distintas regiones y que en el SNC no reciben el nombre de nervios sino de tractos. Sus delicadas estructuras poseen una triple protección: el armazón óseo (el cráneo que protege el encéfalo y la columna vertebral a la médula); tres capas de tejido conjuntivo llamadas meninges; y una barrera hematoencefálica, es decir, unos capilares mucho menos permeables que los del resto del cuerpo y que dificultan la entrada de sustancias peligrosas.

319

Notas

319

En la evolución de los seres vivos se produjo, hace uno 600 millones de años, un hecho que sería decisivo: se desarrolló en los animales un tejido, el nervioso, capaz de adaptarse a un medio en continuo cambio, así algunos animales desarrollaron órganos de los sentidos enormemente desarrollados, fundamentales para su adaptación al medio, desde la visión de los insectos, hasta el olfato de otras especies, pasando por la increíble capacidad de análisis del cerebro humano. La plasticidad es una característica de la sinapsis. Consiste en la capacidad de variar las conexiones entre las neuronas y, por lo tanto, de adaptar las características de los circuitos neuronales como respuesta a nuevos estímulos y experiencias. Esta plasticidad, máxima en los primeros años de vida, se sigue manteniendo a lo largo de los años, sobre todo en la medida en que se tienen nuevas experiencias y se mantiene la capacidad de aprendizaje de nuestro cerebro. Elaboración propia.

375

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Biología y Geología 1 El proceso de relación en los animales

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15. El proceso de relación en los animales

Páginas web

15.3 El sistema nervioso

cc Biocourse McGraw-Hill La médula espinal

Animación: las meninges. http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001_saladin/ folder_structure/in/m2/s3/inm2s3_4.htm Animación: ejercicio de identificación de las meninges. http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001_saladin/ folder_structure/in/m2/s3/inm2s3_6.htm Animación: regiones del encéfalo. http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001_saladin/ folder_structure/in/m2/s1/inm2s1_5.htm Imagen: sistema nervioso simpático y parasimpático. http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001_gbio/ folder_structure/an/m2/s6/anm2s6_5.htm

La médula espinal es un cordón hueco del grosor del dedo meñique, aproximadamente, que se extiende a lo largo de la espalda y que ha sufrido muy pocos cambios evolutivos. En una sección transversal de la médula se observan dos zonas claramente diferenciadas: una interna, en forma de alas de mariposa, de sustancia gris, que se encuentra rodeada de una zona externa de materia blanca (véase Figura 15.9). La materia gris debe su color a que está formada por los cuerpos celulares de neuronas motoras y de neuronas de asociación, mientras que la sustancia blanca está constituida por tractos de axones cubiertos por mielina (sustancia que proporciona el color blanco) que se extienden hacia arriba o hacia abajo por la médula espinal y transportan señales sensoriales de los órganos internos y del mundo exterior hacia el encéfalo y señales desde el encéfalo hasta las zonas que dirigen las porciones motoras del sistema nervioso periférico. Fig. 15.9. Además de transmitir impulsos hacia el encéfalo y desde él, la médula espinal controla numerosos actos reflejos, como el de evitación del dolor o el reflejo rotuliano. Un reflejo es una respuesta involuntaria y automática de una parte del cuerpo a un estímulo específico. Los elementos nerviosos que intervienen en un acto reflejo (retirar la mano cuando nos pinchamos) constituyen el denominado arco reflejo, en el que intervienen los siguientes elementos: • Receptor de la piel: detecta el estímulo (pinchazo). • Neurona sensitiva: transmite la señal de dolor a la médula espinal. • Neurona de asociación: transmite la señal dentro de la médula espinal a la siguiente neurona. • Neurona motora: estimula el músculo adecuado. • Músculo efector: se contrae para retirar la mano.

Las alas de mariposa de la médula espinal se llaman astas y se dividen en astas anteriores o ventrales, por donde salen los axones de neuronas motoras, y en astas posteriores o dorsales, por donde entran los axones de neuronas sensitivas. Estos axones se fusionan para formar los nervios espinales (véase Figura 15.9).

Actividades 2>

El actor Christopher Reeve, que encarnó durante muchos años el papel de Superman, sufrió en 1995 una terrible caída cuando montaba a caballo. El golpe le destrozó las dos primeras vértebras cervicales y le aplastó la médula espinal. ¿Por qué se quedó totalmente paralizado de cuello para abajo aunque sus nervios y sus músculos permanecían intactos? ¿Podrán los tetrapléjicos retirar la pierna si se pinchan con una chincheta?

¿Existen esperanzas de curación para los enfermos medulares? Para mejorar la calidad de vida de los pacientes con lesiones medulares, algunos investigadores están programando con éxito ordenadores para que estimulen los músculos directamente con corrientes eléctricas y conseguir que se contraigan en cierto orden, realizando funciones útiles. Sin embargo, la gran esperanza para estos enfermos está en la utilización de células madre embrionarias. Estas células proceden de embriones humanos y, como todavía no se han diferenciado, son multipotentes, por lo que pueden dar lugar, al menos en teoría, a todos los tipos celulares que necesita un animal, incluidas las neuronas de la médula. Aunque los resultados experimentales son esperanzadores, todavía queda un largo camino por recorrer.

320

didácticos c Materiales en el CD y en la CEO

El encéfalo

Animación: partes del encéfalo humano. Este ejercicio permite repasar las partes del encéfalo humano, asociando nombres y zonas de la figura. Tras la realización permite comprobar el número de aciertos.

Fig. 15.10. Encéfalo embrionario de vertebrados.

En el encéfalo embrionario de los vertebrados se diferencian tres regiones: el rombencéfalo o encéfalo posterior, el mesencéfalo o encéfalo medio y el prosencéfalo o encéfalo anterior (véase Figura 15.10), que posteriormente se subdividen y dan origen a estructuras específicas del adulto (véase Tabla 15.2).

320

c Lectura

cc Algunas drogas compiten con los neurotransmisores Los neurotransmisores liberados por la neurona presináptica se unen específicamente a los receptores de la neurona postsináptica. Algunos venenos y algunas drogas que actúan sobre el sistema nervioso influyen de manera directa en las interacciones entre neurotransmisores y receptores, alterando el funcionamiento normal del sistema.

Imágenes: localizaciones cerebrales (rotulado y sin rotular). Ejercicios: • Verdadero o falso: la médula espinal. • Respuesta múltiple: el encéfalo. • Rellenar huecos: el cerebro. • Ordenación: etapas de un acto reflejo. • Sopa de letras: estructuras de un encéfalo. • Crucigrama: elementos de un sistema nervioso.

376

El curare es un veneno que utilizan algunas tribus indígenas para cazar. Esta sustancia impide la unión del neurotransmisor acetilcolina con las células musculares a las que debía estimular; al impregnar las flechas con este veneno, los animales cazados quedan paralizados y se mueren por asfixia. Puedes encontrar la lectura completa en el CD del profesor.

Biología y Geología 1 El proceso de relación en los animales

y desarrollo c Alcohol del cerebro

15. El proceso de relación en los animales 15.3 El sistema nervioso

En los vertebrados no mamíferos, estas tres divisiones anatómicas son también funcionales: el rombencéfalo gobierna los comportamientos automáticos, como la respiración o la presión sanguínea; el mesencéfalo controla la visión; y el prosencéfalo se ocupa principalmente del sentido del olfato. Sin embargo, en los mamíferos adultos, y especialmente en el ser humano, el encéfalo ha sufrido grandes cambios: algunas regiones se han reducido mientras que otras, sobre todo el prosencéfalo, han crecido mucho. Es como si nuestro cerebro proviniese de otro más sencillo al que se le han ido añadiendo nuevos acabados para aumentar su capacidad. La Figura 15.11 muestra las principales estructuras del encéfalo de vertebrados: a) Rombencéfalo

La segunda década de la vida, entre los 10 y los 20 años, es una época de gran trascendencia para el desarrollo del cerebro, ya que es cuando se consolidan los circuitos neuronales en los lóbulos frontales, en el hipocampo y en otras regiones, todas ellas relacionadas con la memoria, la planificación y el lenguaje.

Encéfalo Partes principales embrionario del encéfalo adulto Prosencéfalo • Telencéfalo • Diencéfalo

Mesencéfalo Rombencéfalo

Tálamo Hipotálamo Hipófisis Mesencéfalo Cerebelo Bulbo raquídeo

Tabla 15.2. Partes principales del encéfalo.

El alcohol se absorbe rápidamente en el estómago y en el intestino, pasando a la sangre y distribuyéndose por difusión hacia los órganos con mayor contenido acuoso, entre los que destacan el cerebro, los músculos y los riñones. Hoy sabemos que el alcohol interacciona con proteínas receptoras de neurotransmisores GABA, con efecto inhibidor de las sinapsis, por lo que produce un efecto depresor. El alcohol es un potente amnésico que actúa a diferentes niveles del proceso de memorización; su mayor efecto se centra en la etapa de consolidación de los recuerdos de corta duración a recuerdos de larga duración.

• El bulbo raquídeo contiene núcleos de cuerpos neuronales que controlan muchas funciones involuntarias, como la respiración, el ritmo cardiaco, la presión arterial, la deglución, la tos y el vómito. Las funciones vitales que asume esta región explican por qué los golpes en la base de la nuca son tan peligrosos. • El cerebelo es imprescindible para controlar los movimientos finos del cuerpo. Compara la información que recibe desde las áreas conscientes del cerebro y la procedente de los receptores de músculos y articulaciones, y reprograma las respuestas consiguiendo movimientos precisos y una postura corporal adecuada. Lógicamente, es de pequeño tamaño en animales poiquilotermos, de movimientos lentos, pero se encuentra muy desarrollado en las aves, que realizan la compleja actividad de volar, y en los mamíferos (sólo un gran cerebelo puede explicar el arte del violín, que implica la acción coordinada de cientos de músculos simultáneamente). b) Mesencéfalo • El mesencéfalo es la principal zona de asociación de peces y anfibios (recibe información sensorial, la integra y envía decisiones a los nervios motores adecuados), pero en los mamíferos la mayor parte de sus funciones son asumidas por el cerebro. También es un centro de reflejos visuales y auditivos (reflejo pupilar, parpadeo y ajuste del oído al volumen del sonido). El conjunto formado por el rombencéfalo (a excepción del cerebelo) y el mesencéfalo recibe el nombre de tallo encefálico y, además de los núcleos celulares estudiados, contiene fibras nerviosas que se dirigen hacia la médula espinal y hacia las áreas superiores del encéfalo. Muchos de estos tractos de axones se cruzan en el tallo encefálico, por lo que el lado derecho del encéfalo recibe información de la parte izquierda del cuerpo y envía señales a la misma. Con el otro lado ocurre lo mismo.

15

Experiencias con ratas de laboratorio y estudios neurofisiológicos indican que el alcohol altera el funcionamiento del hipocampo, y recientes evidencias apuntan que el consumo de alcohol en edades tempranas tiene un gran impacto en el desarrollo funcional del cerebro. Esto podría afectar a largo plazo a capacidades como la memoria y el aprendizaje. También sabemos que el alcohol disminuye la neurogénesis.

Fig. 15.11. Corte transversal del encéfalo humano.

c) Prosencéfalo • Diencéfalo — El tálamo, que tiene forma de huevo, es un centro de retransmisión de mensajes sensoriales. En los mamíferos, todos los mensajes sensoriales, excepto los procedentes de los receptores olfatorios, son enviados al tálamo, donde se integran antes de ser retransmitidos a las zonas sensoriales del cerebro. — El hipotálamo posee células nerviosas que producen hormonas (células neurosecretoras), células que controlan la liberación de hormonas por la hipófisis y células que dirigen las actividades del sistema nervioso autónomo. De esta manera, actúa como un importante centro de control de la homeostasis, pues se ocupa de regular la temperatura corporal, el ciclo menstrual, el equilibrio hídrico, el apetito o el ciclo de sueño-vigilia.

321

La ciencia nos dice que los cerebros jóvenes son más vulnerables a los efectos del alcohol que los adultos. Hay que añadir también que la absorción del alcohol es mayor en la mujer que en el hombre. Elaboración propia. 321

c Lectura

cc Lo que hoy sabemos del hipocampo En 1957, un paciente que responde a las iniciales de H. M. fue sometido a una operación quirúrgica con el objeto de curarle los frecuentes ataques epilépticos que hacían peligrar su vida. Los médicos decidieron extirparle el hipocampo, y los resultados fueron nefastos, pues el cerebro del paciente perdió la facultad de formar nuevas memorias. Hoy sabemos que la memoria humana no se encuentra deslocalizada en el cerebro, como se pensaba antiguamente, sino que más bien tiene una estructura que la soporta, con una localización concreta. El hipocampo juega un papel esencial en la adquisición de memorias explícitas, es decir, aquellas que pueden ser expresadas con palabras. En otras regiones del cerebro se localizan otro tipo de funciones, por ejemplo: la corteza motora controla el movimiento de los músculos voluntarios; las distintas zonas de la corteza sensorial reciben información de los órganos de los sentidos; la corteza de asociación es el lugar donde se localiza el intelecto, la memoria, el lenguaje y las emociones y donde se interpreta la información sensorial.

c Lectura

cc Lesiones medulares Quien ha visitado alguna vez una unidad de lesionados medulares se queda impresionado por varios motivos. El primero personal, ya que en principio está viviendo de cerca una situación que le afecta y que resulta muy dura, pues seguramente está visitando a una persona de su familia o a un amigo. Puedes encontrar la lectura completa en el CD del profesor.

Elaboración propia.

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Biología y Geología 1 El proceso de relación en los animales

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15. El proceso de relación en los animales

Actividades de refuerzo

15.3 El sistema nervioso

• Telencéfalo

10. ¿Qué son las hormonas? ¿Cuál es su naturaleza y su función? 11. ¿Qué es una glándula exocrina, una endocrina y una mixta? Pon un ejemplo en cada caso. 12. ¿Qué son las feromonas y cuál es su importancia biológica? 13. ¿Existe alguna relación entre colesterol y hormonas? Justifica tu respuesta. 14. Diferencia los términos naturaleza y función, tomando como ejemplo la insulina.

c Páginas web

— El telencéfalo o cerebro se divide en dos mitades llamadas hemisferios cerebrales que se comunican entre sí mediante una gruesa banda de axones llamada cuerpo calloso. La región más externa es la corteza cerebral y, por debajo, se encuentran los bulbos olfatorios, la amígdala y el hipocampo. — Los bulbos olfatorios son importantes para el sentido químico del olfato, el más importante en todos los vertebrados acuáticos y terrestres, por lo que ésta es la parte predominante del cerebro de peces y anfibios (véase Figura 15.12). — La amígdala y el hipocampo son cúmulos de neuronas relacionadas con las emociones y la excitación sexual. El hipocampo también desempeña un papel importante en la formación de la memoria a largo plazo. Fig. 15.12. Encéfalos de pez y anfibio con los grandes lóbulos olfatorios del cerebro.

cc Biocourse McGraw-Hill Imagen: estructura de las hormonas esteroideas. http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001_saladin/ folder_structure/in/m5/s8/inm5s8_3.htm Imagen: estructura de hormonas peptídicas (tiroxina y oxitocina). http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001_saladin/ folder_structure/in/m5/s8/inm5s8_5.htm Imagen: estructura de una glándula endocrina. http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001_gbio/ folder_structure/an/m4/s1/anm4s1_7.htm

Fig. 15.13. La corteza cerebral.

322

Para coordinar la multitud de procesos que se producen en el cuerpo de un animal, debe existir una comunicación efectiva entre las distintas regiones del encéfalo a través de tractos de axones que forman auténticas redes integradoras. Dos ejemplos de ellas son:

didácticos c Materiales en el CD y en la CEO

• La formación reticular, que recorre el tallo encefálico y recibe información de muchas áreas del cerebro y de, prácticamente, todos los receptores sensoriales. Filtra esta información entrante discriminando lo importante de lo accesorio. La existencia de esta red explica por qué una madre que duerme plácidamente en una casa ruidosa se despierta al escuchar el llanto de su bebé.

Ejercicios: rellenar huecos: las hormonas.

c Curiosidades A mediados del siglo XIX, el fisiólogo alemán Berthold observó que al castrar a gallos jóvenes, éstos no desarrollaban suficientemente la cresta; sin embargo, al transplantar los testículos a algunos de estos gallos, la cresta crecía hasta alcanzar un tamaño normal. Hoy sabemos que la cresta típica de los gallos es un carácter sexual secundario, propio de los machos, y que está regulado por hormonas que se sintetizan en los testículos. Elaboración propia.

378

— La corteza cerebral sólo tiene dos milímetros de grosor, pero está formada por decenas de miles de cuerpos neuronales (que le confieren su color gris); en ella radica la consciencia y la capacidad de hacer razonamientos complejos y constituye la parte evolutiva más reciente del encéfalo. Los peces y los anfibios carecen de corteza cerebral y en los reptiles y en las aves es muy rudimentaria. En el ser humano y otros mamíferos la corteza se divide en zonas sensoriales (que reciben señales desde los órganos sensoriales, como los ojos y los oídos, que convierten en sensaciones subjetivas como la luz y el sonido), zonas motoras (que controlan los movimientos voluntarios) y zonas de asociación que se encargan del pensamiento, aprendizaje, lenguaje, memoria, juicio y personalidad. Ciertas investigaciones han revelado que las áreas de asociación del cerebro no siempre tienen la misma función en el hemisferio izquierdo y derecho (el hemisferio izquierdo se encarga del lenguaje y del aprendizaje de las matemáticas, mientras que el derecho está relacionado con la percepción espacial y las capacidades artísticas). Para aumentar su superficie, la corteza cerebral se pliega formando circunvoluciones, y una serie de surcos la dividen en lóbulos frontal, parietal, temporal y occipital (véase Figura 15.13). Los científicos han empezado a trazar mapas de la corteza cerebral y han descubierto que las distintas zonas de la misma se encargan de funciones específicas; por ejemplo, los lóbulos occipitales contienen la corteza visual (su estimulación produce sensación de luz y su extirpación causa ceguera). Afortunadamente, la corteza cerebral posee cierta plasticidad, y si una zona queda dañada, el resto de regiones asumen, en parte, las funciones perdidas.

• El sistema límbico es un lazo de unión entre centros nerviosos del tálamo, el hipotálamo, la corteza cerebral y otras partes del cerebro, como la amígdala y el hipocampo. Todas estas estructuras participan en la producción de nuestras emociones, impulsos y conductas más básicas (ira, placer, hambre, respuestas sexuales, etcétera).

322

Notas

Biología y Geología 1 El proceso de relación en los animales

c Páginas web

15. El proceso de relación en los animales 15.3 El sistema nervioso

cc Biocourse McGraw-Hill

El sistema nervioso autónomo (SNA) El SNA está bajo el control del bulbo raquídeo y del hipotálamo y controla las funciones involuntarias del cuerpo actuando sobre vísceras y músculos lisos a través de sus dos divisiones, con efectos antagónicos, el sistema nervioso simpático y el parasimpático. Los axones de la rama simpática forman parte de los nervios de las regiones torácica y lumbar de la médula espinal, mientras que los de la rama parasimpática se originan en la región craneal y sacra (véase Figura 15.14). La mayoría de los órganos posee una doble inervación. El sistema simpático actúa sobre los órganos preparando al cuerpo para situaciones de alerta y de actividad, que implican gasto de energía: dilata la pupila, aumenta la frecuencia cardiaca, inhibe la digestión, abre las vías respiratorias, etcétera.

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Imagen: mecanismo de actuación de las hormonas proteicas. http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001_gbio/ folder_structure/an/m4/s1/anm4s1_2.htm Vídeo: mecanismo de acción de la epinefrina (adrenalina) en el hígado: unión a receptor → AMPc → hidrólisis de glucógeno → liberación de glucosa. http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001_gbio/ folder_structure/an/m4/s1/anm4s1_3.htm

Aunque, afortunadamente, la corteza cerebral no ejerce un control sobre las vísceras, algunas personas entrenadas (como los maestros de yoga) sí pueden modificar «voluntariamente» algunas funciones «involuntarias» como el ritmo cardiaco o la presión arterial. Es probable que este control se realice a través del sistema límbico.

El sistema parasimpático interviene en momentos de calma: el ritmo cardiaco se hace más lento, las vías pulmonares reducen su volumen, el aparato digestivo empieza a funcionar, etcétera.

Imagen: mecanismo de acción de las hormonas esteroides. http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001_gbio/ folder_structure/an/m4/s1/anm4s1_4.htm Animación: mecanismo de acción de las hormonas esteroides. h t t p : / / w w w. m h h e. c o m / b i o s c i / e s p / 2 0 0 1 _ gbio/folder_structure/an/m4/s1/anm4s1_6.htm

c Lectura

323

cc El AMP cíclico (AMPc)

Fig. 15.14. El sistema nervioso autónomo.

323

c Glosario AMP cíclico. Se trata del adenosín monofosfato, ciclado por su grupo fosfato. Actúa como segundo mensajero en reacciones en las que intervienen hormonas de naturaleza proteica. Célula diana. Célula que puede detectar una señal determinada, por ejemplo una hormona. Endocrina. Glándula que secreta su contenido directamente a la sangre. Feromona. Sustancia que secretan los individuos de la misma especie al exterior y que sólo es recibida por ellos y les sirve de señal. Retroalimentación. Mecanismo regulador que activa o inhibe la formación del compuesto final de una serie de reacciones, siendo la cantidad de este producto el factor determinante en la regulación. Segundo mensajero. Sustancia como el AMPc, que transmite al interior de la célula el mensaje o efecto regulador de una hormona proteica que se ha unido a un receptor de membrana.

Es fácil entender cómo una hormona proteica reconoce a la célula sobre la que debe actuar: al tener que unirse a un receptor específico de la membrana, la hormona sólo se unirá a sus células diana correspondientes. Sin embargo, la respuesta dentro de las células reguladas por hormonas proteicas es siempre la misma: se sintetiza un segundo mensajero, en la mayor parte de los casos el AMPc. ¿Por qué el AMPc provoca respuestas diferentes en células de distintos tipos? Porque a continuación se va a unir a otras proteínas, activándolas, y éstas serán responsables, directa o indirectamente, de los cambios fisiológicos que se generen dentro de la célula. En algunos casos se modifica el metabolismo celular, en otros la permeabilidad de la membrana plasmática y en otros se regula la expresión de determinados genes. Lo que varía entre los distintos tipos celulares son precisamente las proteínas intracelulares sobre las que actúa el AMPc. El AMPc es rápidamente degradado, por lo que para que se mantenga el efecto regulador de la hormona, ésta debe seguir uniéndose a la célula, que seguirá fabricando más moléculas de segundo mensajero. Elaboración propia.

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15. El proceso de relación en los animales

Materiales didácticos en el CD

15.4 El sistema hormonal o endocrino

Animación: glándulas endocrinas.

15.4 El sistema hormonal o endocrino

Esta animación permite localizar las principales glándulas endocrinas humanas. Al hacer clic en el rótulo, se resalta la glándula en la figura. Endocrino: del griego endo, ‘dentro’, y krine, ‘secreción’.

En 1902, dos fisiólogos ingleses, William M. Bayliss y Ernest H. Starling, demostraron que existía una sustancia producida en la mucosa del intestino que, viajando por el torrente sanguíneo, estimulaba la síntesis de los jugos pancreáticos. Para referirse a este tipo de sustancias acuñaron el término hormona.

Desde un punto de vista clásico, las hormonas son mensajeros químicos que, en respuesta a un estímulo externo o interno, son sintetizados por células o glándulas especializadas, vertidas directamente a la sangre y transportadas por el sistema circulatorio hasta alguna parte del organismo donde ejercen una acción fisiológica.

Las células o glándulas especializadas en fabricar hormonas se denominan endocrinas o glándulas de secreción interna (porque liberan sus productos directamente a la sangre sin necesidad de conductos), y las células que están bajo la acción hormonal reciben el nombre de células diana o células blanco. Según su naturaleza química, distinguimos: • Hormonas derivadas de aminoácidos, como las hormonas tiroxina y adrenalina, que se forman a partir del aminoácido tirosina. • Hormonas de naturaleza proteica, como la oxitocina, la calcitonina, la insulina y la hormona de crecimiento. • Hormonas lipídicas, como las derivadas del colesterol (corticoides, andrógenos, estrógenos y hormona de la muda de los insectos) o de ácidos grasos (hormona juvenil de los insectos y la prostaglandina).

Imágenes:

324

• • • • • • • •

Glándulas endocrinas (rotuladas y sin rotular). Hipófisis (rotulada y sin rotular). Tiroides (rotulado y sin rotular). Páncreas (rotulado y sin rotular). Detalle del páncreas. Cápsulas suprarrenales (rotuladas y sin rotular). Ovarios (rotulados y sin rotular). Testículos.

Concepción actual de hormona Las glándulas exocrinas, al contrario que las endocrinas, producen sustancias que se liberan al exterior del cuerpo por medio de conductos. Las glándulas sudoríparas (que producen sudor para controlar la temperatura corporal), las sebáceas (que fabrican aceites que lubrican la piel) y las glándulas mamarias (que sintetizan leche, el primer alimento de las crías de los mamíferos) son ejemplos de este tipo de glándulas.

c Lectura

Actividades

cc Diabetes y regulación de la glucemia Es muy importante mantener una concentración de glucosa constante en la sangre, su valor debe ser cercano a 1 g/L. La glucosa es nuestro combustible ideal y aunque en muchos órganos podemos utilizar otros, nuestro cerebro, por ejemplo, sólo puede utilizar glucosa Puedes encontrar la lectura completa en el CD del profesor.

380

El concepto actual de hormona es mucho más amplio y no se restringe a un reducido número de glándulas que vierten sus productos a la sangre. Investigaciones recientes han puesto de manifiesto que cualquier célula del organismo puede producir sustancias que modifican su actividad o la de otras células cercanas. Así por ejemplo, las células del sistema inmunológico producen interleuquinas, unas proteínas que estimulan la proliferación de linfocitos y modulan las respuestas inmunológicas; y también se ha observado que muchas células del organismo fabrican prostaglandinas, un grupo de sustancias de naturaleza lipídica que poseen efectos muy variados (regulan la presión arterial, participan en la contracción uterina durante el parto, activan la respuesta inflamatoria y los procesos febriles ante una infección, etc.). Todas estas sustancias también son hormonas.

3>

324

Notas

Investiga por qué la agricultura ecológica utiliza feromonas en el control de plagas.

Biología y Geología 1 El proceso de relación en los animales

c Actividades

15. El proceso de relación en los animales 15.4 El sistema hormonal o endocrino

15. ¿Qué es una hormona? ¿Cuál es su naturaleza química? 16. ¿Cómo se transportan las hormonas? ¿Cómo reconocen las hormonas a sus células diana? 17. Explica por qué el hipotálamo conecta al sistema nervioso con el endocrino. 18. Nombra dos hormonas cuya acción sea antagónica con la de otras dos. 19. ¿Qué glándula produce melatonina y cuál es su función? 20. Indica cuáles son las dos hormonas que secreta la hipófisis posterior, neurohipófisis, y cuál es su función.

Actividad resuelta Cuando sus receptores antenales detectaron bombicol en el aire, la mariposa macho del gusano de seda (Bombyx mori) no pudo parar de volar hasta que, exhausto por un desplazamiento de 20 km, encontró lo que estaba buscando: una preciosa mariposa hembra que le llevaba esperando varios días. ¿Qué es el bombicol, capaz de generar respuestas tan sorprendentes? El bombicol pertenece al grupo de las feromonas, unas sustancias químicas que los animales expulsan en pequeñísimas dosis y actúan sobre el comportamiento de otros individuos de la misma especie. En este caso, los mensajeros químicos traspasan las fronteras de un organismo para comunicarse con las células de otro individuo.

Las feromonas pueden ser potentes atrayentes sexuales, como el bombicol que producía la mariposa hembra de nuestra historia; otras sirven para avisar a los compañeros de la existencia de fuentes de alimento, como ocurre con algunas feromonas de hormigas; en las abejas determinan el estatus social: la reina de la colmena produce una feromona que impide el desarrollo de los ovarios de las obreras y así evita que se transformen en posibles rivales; la orina de los mamíferos contiene feromonas repelentes para disuadir a los individuos que intentan traspasar los límites de su territorio; y aunque en humanos todavía no se ha comprobado la existencia de feromonas, podría resultar una buena explicación para el hecho de que mujeres que viven bajo el mismo techo sincronicen sus ciclos menstruales (algo conocido y utilizado desde la antigüedad por los veterinarios para fertilizar a hembras de mamífero).

c Páginas web

Mecanismos de acción hormonal Las hormonas viajan por todo el cuerpo a través de la sangre, detectan sus células diana y ejercen su acción. Cuando, por ejemplo, un bebé es amamantado, el estímulo de succión provoca que la hipófisis de la madre sintetice prolactina, una hormona que estimula la producción de leche en las glándulas mamarias de los mamíferos. ¿Por qué la prolactina ejerce su acción en las células de las glándulas mamarias y no en otras células del cuerpo? La prolactina consigue discriminar sus células diana de las que no lo son porque las primeras presentan receptores específicos para esta hormona. Así que una determinada hormona sólo puede desencadenar una respuesta en aquellas células que tengan el receptor adecuado.

cc Biocourse McGraw-Hill Polar: sustancia que se disuelve en agua. Es sinónimo de hidrófilo o lipófobo. Apolar: sustancia que no puede disolverse en agua. Es sinónimo de hidrófobo o lipófilo.

Según la naturaleza química de la hormona, los receptores se encuentran en la membrana plasmática o en el citoplasma.

Receptores de membrana Las hormonas proteicas y aquellas derivadas de aminoácidos no pueden atravesar la bicapa lipídica de la membrana debido a su gran tamaño y a su naturaleza polar, por lo que sus receptores consisten en proteínas que se encuentran inmersas en la membrana plasmática. La unión hormona-receptor estimula la formación de un segundo mensajero, una molécula que transfiere la información del primer mensajero, la hormona, a otras moléculas, lo que provoca cambios fisiológicos en la célula blanco (aumento de la permeabilidad de la membrana, síntesis de sustancias, activación de enzimas, etcétera). El adenosín monofosfato cíclico o AMP cíclico (AMPc) es un nucleótido que funciona como segundo mensajero de muchas hormonas (adrenalina, oxitocina, prolactina, etcétera). Cuando una hormona se une al receptor, se activa la enzima adenilatociclasa, que cataliza la transformación de ATP en AMPc. El AMPc actúa entonces como segundo mensajero activando enzimas que controlan reacciones bioquímicas específicas que responden a la acción hormonal (véase Figura 15.15a).

325

Ejercicios: • Respuesta múltiple: mecanismos de acción hormonal. • Relación: — Glándulas y hormonas. — Las hormonas y su acción fisiológica. • Sopa de letras: — Nombres de hormonas. — Glándulas endocrinas.

15

Imagen: comparación entre neurosecreción y secreción endocrina. http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001_saladin/ folder_structure/in/m5/s1/inm5s1_5.htm Animación: hormonas del hipotálamo, hipófisis, glándula pineal, tiroides y paratoroides (al pasar el cursor por cada hormona, resalta donde se sintetiza). http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001_gbio/folder_structure/an/m4/s2/anm4s2_1.htm Imagen: hormonas del páncreas, glándulas suprarrenales, ovarios y testículos (al pasar el cursor por cada hormona, resalta donde se sintetiza). http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001_gbio/ folder_structure/an/m4/s2/anm4s2_2.htm Imagen: hormonas fabricadas por el hipotálamo. http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001_gbio/ folder_structure/an/m4/s3/anm4s3_1.htm Imagen: efecto regulador de los factores de liberación hipotalámicos. http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001_gbio/ folder_structure/an/m4/s3/anm4s3_2.htm Animación: ejercicio de identificación de las hormonas segregadas por cada una de las dos regiones de la hipófisis. http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001_saladin/ folder_structure/in/m5/s3/inm5s3_8.htm

325

didácticos c Materiales en el CD y en la CEO Animación: glándulas y hormonas. Ejercicio consistente en identificar las principales glándulas del cuerpo y asociar con cada glándula las hormonas que segregan.

381

15

Biología y Geología 1 El proceso de relación en los animales

c

15. El proceso de relación en los animales

Páginas web

15.4 El sistema hormonal o endocrino

cc Biocourse McGraw-Hill Receptores citoplasmáticos

Imagen: glándula paratiroides. http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001_saladin/ folder_structure/su/m2/s6/sum2s6_1.htm Imagen: el páncreas, detalle del páncreas exocrino y endocrino. http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001_saladin/ folder_structure/in/m5/s7/inm5s7_1.htm Imagen: las hormonas que regulan la concentración de glucosa, insulina y glucagón. http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001_gbio/ folder_structure/an/m4/s4/anm4s4_8.htm Imagen: glándulas suprarrenales. http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001_gbio/ folder_structure/an/m4/s4/anm4s4_5.htm Imagen: regulación del ciclo menstrual. http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001_saladin/ folder_structure/re/m1/s7/rem1s7_7.htm Imagen: regulación de la actividad de los testículos. http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001_saladin/ folder_structure/re/m1/s2/rem1s2_1.htm

Las hormonas de naturaleza lipídica, como pueden atravesar la membrana plasmática debido a su carácter apolar, poseen sus receptores en el citoplasma de la célula diana. Una vez formado, el complejo hormona-receptor traspasa la envuelta nuclear donde se une a ciertas regiones del ADN, alterando la expresión genética y favoreciendo así la síntesis de proteínas específicas (véase Figura 15.15b). Las hormonas sexuales utilizan este mecanismo. Los estrógenos (hormonas sexuales femeninas) de las gallinas activan la expresión del gen de la albúmina, una proteína que forma parte de la clara de huevo, alimento esencial para el desarrollo del embrión. Como las hormonas tienen efectos muy potentes sobre las células diana, sería peligroso que se acumularan; además, un estímulo mantenido en el tiempo deja de percibirse, así que una vez que se ha producido la acción hormonal, es la propia célula diana la encargada de destruirlas. Por otro lado, las hormonas sólo se necesitan en momentos determinados, por lo que existe un estricto control sobre la producción de hormonas en las glándulas endocrinas a través de un mecanismo de retroalimentación o feed-back (véase Figura 15.16). La retroalimentación es negativa cuando el propio producto sintetizado por la célula diana inhibe la secreción hormonal (es el caso de la adrenalina que, entre otras funciones, provoca un aumento de la concentración de glucosa en sangre. Cuando se alcanza un nivel adecuado de glucosa, es el propio monosacárido la señal que inhibe la secreción de la hormona). La retroalimentación también puede ser positiva. Un ejemplo de este tipo de control ocurre durante el parto. Las primeras contracciones uterinas estimulan la liberación de oxitocina, una hormona producida por la hipófisis, la cual provoca contracciones uterinas aun más fuertes que, a su vez, promueven la liberación de más oxitocina. La retroalimentación positiva tiene un efecto en el tiempo; en este caso finaliza con el nacimiento del bebé y la posterior relajación del útero.

didácticos c Materiales en el CD y en la CEO 326

Animación: la hipófisis y sus relaciones hormonales. Este ejercicio permite repasar las hormonas de la hipófisis, asociándolas con los órganos sobre los que actúan y los efectos que producen sobre ellos.

Animación: regulación por retroalimentación. La tiroxina. Esta animación permite entender los efectos de la concentración, alta o baja, de tiroxina en el organismo.

382

Fig. 15.15. Mecanismos de acción hormonal: a) receptor de membrana y b) receptor citoplasmático.

Ejercicios:

326

• Verdadero o falso: órganos y células productoras de hormonas. • Crucigrama: hormonas no producidas por órganos endocrinos.

Notas

Fig. 15.16. Control de la secreción hormonal por retroalimentación: a) negativa y b) positiva.

Biología y Geología 1 El proceso de relación en los animales

15

c Páginas web

15. El proceso de relación en los animales 15.4 El sistema hormonal o endocrino

cc Gráficos El mundo salud Hormonas de invertebrados En contra de la creencia general, las hormonas no son exclusivas de los vertebrados y ni tan siquiera del mundo animal; la insulina, por ejemplo, se ha encontrado en bacterias, protoctistas y hongos, aunque aún no se conoce cuál es su función en estos organismos. En los invertebrados, las hormonas juegan un papel fundamental pues regulan la mayoría de los procesos fisiológicos, como la metamorfosis, la muda, el envejecimiento, la reproducción, la puesta, el cuidado de los huevos, y, en su mayoría, son secretadas directamente al torrente circulatorio por los axones de neuronas secretoras. En grupos más avanzados, la actividad neurosecretora se complementa con glándulas que poseen función endocrina. En los anélidos, algunas neuronas situadas en el ganglio cefálico secretan hormonas implicadas en el crecimiento y desarrollo del animal. El control endocrino de la madurez sexual de los cefalópodos reside en un par de glándulas ópticas situadas cerca de los ojos. Estas glándulas secretan el factor gonadotrópico, hormona que desencadena el desarrollo de los testículos y de los ovarios que, a su vez, estimulan la síntesis de hormonas sexuales. La actividad de las glándulas ópticas está regulada por la luz: la hormona se produce en la oscuridad, pero su secreción se inhibe en presencia de luz intensa. El significado biológico de esta regulación es claro. Sólo compensa producir el factor gonadotrópico en condiciones de oscuridad, que supone que las hembras reproductoras están resguardadas en cuevas, fuera del alcance de posibles depredadores. Las glándulas ópticas regulan muchos otros procesos, como el cuidado de los huevos, el metabolismo o el envejecimiento y la muerte, asociados al fin de la etapa reproductora, lo que ha llevado a muchos zoólogos a relacionarlas funcionalmente con una de las glándulas más importantes en el control endocrino de vertebrados, la hipófisis. En los artrópodos, las hormonas mejor conocidas son las encargadas del ciclo de la muda y de la metamorfosis: • La muda es una etapa crítica para los artrópodos porque se encuentran totalmente desprotegidos, lo que explica el estricto control hormonal al que está sometido este proceso, que se ha estudiado con detenimiento en el grupo de los crustáceos. Los ciclos de crecimiento y muda están regulados por dos hormonas distintas. Cuando en el medio existen factores ambientales apropiados para el crecimiento, como la luz o la concentración de determinados nutrientes, se estimulan las neuronas secretoras de los pedúnculos oculares y de los ganglios cerebrales, que responden produciendo la hormona inhibitoria de la muda (MIH). Esta hormona se almacena en una glándula, llamada órgano X, que es la que se encarga de verter la secreción a la hemolinfa. Cuando los tejidos presionan un exoesqueleto que se va quedando pequeño, el animal se esconde en busca de refugio (los camarones, por ejemplo, se entierran en la arena). La falta de luz inhibe la secreción de MIH y activa el órgano Y (situado cerca de las mandíbulas), que produce la segunda hormona implicada, la ecdisona, provocando la muda.

Fig. 15.17. Los artrópodos recubren su cuerpo blando con un exoesqueleto de quitina que protege al animal. El inconveniente de esta coraza rígida es que, al no poder expandirse, debe cambiarse periódicamente para que el animal pueda crecer. Al cambio de exoesqueleto se denomina muda o ecdisis.

El dialogo de las neuronas. http://www.elmundo.es/elmundosalud/documentos/ 2006/04/neuronas.html El cerebro. http://www.elmundo.es/elmundosalud/documentos/ 2005/09/cerebro.html Accidente cerebro vascular. http://www.elmundo.es/elmundosalud/documentos/ 2006/10/ictus.html La depresión. http://www.elmundo.es/elmundosalud/documentos/ 2006/08/depresion.html

c PAU

Ecdisis: del griego ekdyein, ‘desnudarse’.

ccc

Galicia

1. Contesta verdadero o falso: a. La insulina es una proteína con función hormonal. (Junio 2006) b. La insulina estimula la síntesis de glucógeno. (Septiembre 2001) c. En el timo ocurre la maduración de las hormonas hipotalámicas. (2000) d. La retroalimentación es un mecanismo de regulación hormonal y enzimática. (1995) e. Las hormonas esteroideas atraviesan la membrana celular. (Junio 1998)

Algunos invertebrados pasan por una etapa de larva, un tipo de forma inmadura, por lo que deben sufrir una serie de transformaciones corporales severas para convertirse en adultos. A todo este proceso se le denomina metamorfosis. La metamorfosis es sencilla, en aquellos invertebrados en los que la larva es muy parecida al adulto, como es el caso de crustáceos y saltamontes, o compleja, cuando la larva nada tiene que ver con el adulto, como ocurre en mariposas y moscas. En este caso, antes de alcanzar la madurez, la larva pasa por una fase de aletargamiento llamada pupa o crisálida.

327

2. ¿Qué es la homeostasis? (1996) Solución

Actividades 4>

¿Qué le ocurriría a un cangrejo de río si se le extirparan los pedúnculos oculares?

327

Notas

1. a. – V b. – V c. – F d. – V e. – F 2. La homeostasis consiste en el mantenimiento de la estabilidad de las características físicoquímicas del organismo y es mantenida gracias a la actuación reguladora del sistema nervioso y del endocrino. En general el sistema nervioso activa una serie de procesos que se autorregulan por un mecanismo de retroalimentación, es decir, los procesos se inhiben cuando se ha conseguido el efecto deseado. Así se regulan la concentración de los componentes químicos en la sangre, la temperatura corporal, la secreción de jugo gástrico e intestinal, la síntesis de hormonas, etcétera.

383

15

Biología y Geología 1 El proceso de relación en los animales

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15. El proceso de relación en los animales

Vídeos recomendados de la Unidad

15.4 El sistema hormonal o endocrino

• En la compleja metamorfosis de los insectos intervienen varias hormonas producidas por neuronas secretoras y glándulas endocrinas (véase Figura 15.18). Las neuronas secretoras de los ganglios cerebrales producen la hormona ecdisiotropina, que se acumula en los cuerpos alados, unos órganos pares situados a ambos lados del «cerebro». Bajo la acción de la ecdisiotropina, las glándulas protorácicas, unas glándulas endocrinas situadas en la cabeza, secretan ecdisona. Los efectos de la hormona de la muda varían en función de la concentración de una segunda hormona, la neotenina u hormona juvenil, producida por los cuerpos alados, en la hemolinfa. Cuando los cuerpos alados dejan de producir neotenina, la larva ya no experimenta una simple muda, sino que comienza su metamorfosis.

Distribuciones Áncora audiovisual • • • •

El sistema nervioso. El encéfalo humano. El sistema endocrino. La guía máxima: el cuerpo humano.

Vídeos de BioCourse.com A lo largo de las páginas de este tema aparecen numerosos vídeos de BioCourse.com (McGraw-Hill).

c

Fig. 15.19. Principales glándulas endocrinas en la especie humana.

La tiroxina: una hormona multiusos

Lectura

La tiroxina es una de las hormonas sintetizadas por la glándula tiroides a partir del aminoácido tirosina y de yodo. Los efectos de esta hormona son completamente diferentes en cada grupo de vertebrados.

cc La regulación de la temperatura en los animales, algunos ejemplos

328

En los peces que sufren cambios fisiológicos drásticos durante su ciclo vital, como los salmones, interviene en la osmorregulación; en anfibios, activa la metamorfosis y retrasa el crecimiento; en reptiles, controla la muda; y en aves y mamíferos, estimula el aumento del consumo de oxígeno por las células, y mantiene así la temperatura corporal; además, favorece la caída y regeneración del plumaje y el pelaje.

El calor de nuestro cuerpo es esencial para el metabolismo. Aunque cada proceso fisiológico tiene una temperatura óptima, encontrar el punto en el que el conjunto del metabolismo funciona bien es esencial, y esa temperatura es para nuestra especie de 36 ºC. Este equilibrio tan preciso requiere un termostato sumamente eficaz; el problema es que nuestro termostato no admite una variación de más de un grado, por ese motivo si nuestra temperatura baja producimos calor, si sube sudamos. En el desierto enseguida nos deshidrataríamos, y si no reponemos agua nos moriríamos.

Elaboración propia.

384

Hormonas de vertebrados La mayoría de las hormonas de los vertebrados se produce en glándulas endocrinas que se encuentran distribuidas por todo el cuerpo, y se encargan de regular procesos como la reproducción, el desarrollo del embrión, el crecimiento, el metabolismo, la osmorregulación, la digestión o la metamorfosis.

Principales hormonas en vertebrados Todos los vertebrados poseen hipófisis, tiroides, paratiroides, glándulas adrenales, páncreas y gónadas y, aunque las hormonas que se sintetizan en estas glándulas son químicamente idénticas, poseen efectos completamente distintos según el grupo animal que las secrete (véanse Figura 15.19 y Tabla 15.3).

Regulación del sistema endocrino de los vertebrados: el eje hipotálamo-hipofisiario El sistema endocrino de los vertebrados se encuentra bajo el control del sistema nervioso central, y en él participan el hipotálamo y una pequeña glándula asociada, la hipófisis (véase Figura 15.21). I

El camello es un animal sumamente adaptado al calor: su piel es muy gruesa, lo que constituye un aislamiento muy eficaz; su termostato admite oscilaciones de hasta 7 ºC, lo que le permite acumular cierta cantidad de calor sin empezar a sudar hasta que su temperatura corporal alcanza los 41 ºC, y por la noche puede perder buena parte de ese calor sin gastar energía en producir calor, mientras que su temperatura no baje de 34 ºC. Además, puede beber una cantidad de agua equivalente a la tercera parte de su peso.

Fig. 15.18. Regulación de la metamorfosis de una mariposa hembra de Papilio machaon.

HO

I O

I

CH2 I

Fig. 15.20. Fórmula química de la tiroxina.

328

Notas

CH NH2

COOH

• El hipotálamo secreta varias hormonas, los factores de liberación, que actúan sobre la hipófisis, y la vasopresina o ADH y la oxitocina, cuyos órganos diana son el riñón y el útero respectivamente. • La hipófisis es una pequeña glándula, presente en todos los vertebrados, situada en la base del cerebro, justamente debajo del hipotálamo. Está constituida por dos partes, la adenohipófisis y la neurohipófisis, que poseen un origen embrionario diferente.

Biología y Geología 1 El proceso de relación en los animales

c Biografía

15. El proceso de relación en los animales 15.4 El sistema hormonal o endocrino

— La adenohipófisis, procede embriológicamente del paladar y está formada por dos lóbulos: anterior e intermedio. El lóbulo anterior secreta seis hormonas: cuatro de ellas regulan la acción de otras glándulas endocrinas y por eso reciben el nombre de hormonas trópicas: la tiropropina o TSH regula la síntesis de hormonas del tiroides; la hormona adenocorticotropa o ACTH estimula la corteza adrenal; y la hormona estimulante de los folículos o FSH y la hormona luteinizante o LH regulan la secreción en los testículos y los ovarios. Las dos hormonas restantes son la prolactina y la hormona de crecimiento o GH, que estimulan órganos no endocrinos. El lóbulo intermedio de la adenohipófisis secreta la hormona estimulante de los melanocitos o MSH que estimula la síntesis de melanina responsable de la pigmentación de la piel. — La neurohipófisis, que procede embriológicamente del cerebro, es el lugar de almacenamiento de la vasopresina (estimula la absorción de agua en el riñón) y la oxitociona (favorece la expulsión del feto durante el parto y la secreción de leche durante el amamantamiento de las crías en los mamíferos) producidas por el hipotálamo. Los factores de liberación del hipotálamo son conducidos por los axones de las neuronas secretoras hasta una red de capilares, que constituye el sistema porta-hipofisiario, que irrigan la adenohipófisis. La vasopresina y la oxitocina no alcanzan la neurohipófisis por vía sanguínea, sino que son secretadas directamente por los axones de las células productoras del hipotálamo.

cc Julius Axelrod, el Nobel que inventó el antidepresivo moderno La depresión es una enfermedad que afecta a más de 120 millones de personas en el mundo occidental. El alcohol inhibe la acción de la ADH porque bloquea los receptores celulares de esta hormona, por lo que favorece la eliminación de grandes cantidades de orina e incrementa el peligro de deshidratación. Así que, paradójicamente, una persona que ha ingerido grandes cantidades de alcohol eliminará más líquido por la orina del que ha tomado.

Se trata de una enfermedad sin síntomas fisiológicos, pero que hace caer en una profunda melancolía y apatía a las personas que la padecen. Axelrod fue galardonado en 1970 con el premio Nobel por sus descubrimientos en la transmisión del impulso nervioso. Este investigador demostró que se podía bloquear el reciclaje de la serotonina y otros neurotransmisores mediante fármacos como el prozac, los cuales demostraron ser eficaces en el tratamiento de la depresión.

Veamos con un ejemplo concreto cómo funciona el eje hipotálamo-hipofisiario (véase Figura 15.21): Cuando sales de tu casa en un día de frío invierno, tu cuerpo sigue manteniendo su temperatura constante de 36 ºC. Cuando el hipotálamo recibe la información procedente de los receptores del frío, comienza a sintetizar el factor liberador de la tirotropina, que viaja por el sistema porta-hipofisiario al lóbulo anterior de la adenohipófisis. Una vez allí, estimula la síntesis de la hormona estimulante del tiroides (TSH), que, a través del torrente circulatorio, alcanza el tiroides, que una vez estimulado comienza a secretar tiroxina. La tiroxina vía sanguínea estimula todas las células del cuerpo y su ritmo metabólico se incrementa: aumenta la degradación de glucosa y se produce energía en forma de calor. Además, el hipotálamo también envía señales nerviosas a los vasos sanguíneos para que se constriñan, y a los músculos para que se contraigan (escalofríos), mecanismos que evitan la pérdida de calor.

Elaboración propia.

Cuando los niveles de tiroxina en sangre son muy elevados o la temperatura corporal es muy alta, la propia tiroxina inhibe su síntesis a tres niveles: a nivel de hipotálamo, de hipófisis y de glándula tiroides. En este caso, el hipotálamo también envía señales nerviosas a los vasos sanguíneos de la piel, que se dilatan, y a las glándulas sudoríparas, que empiezan a producir sudor, y el organismo se refresca.

Fig. 15.21. El eje hipotálamo-hipofisiario.

15

329

Fig. 15.22. Regulación de la glándula tiroides.

329

Notas

385

15

Biología y Geología 1 El proceso de relación en los animales

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15. El proceso de relación en los animales

Lectura

15.4 El sistema hormonal o endocrino

cc El sistema endocrino se complementa con el nervioso

GLÁNDULA ENDOCRINA

Ciertamente el sistema nervioso es el principal regulador del funcionamiento del organismo, al recibir estímulos internos y externos, integrarlos, procesarlos y decidir la respuesta más adecuada; coordina la actividad de los demás sistemas, y, en definitiva, del organismo.

Notas

386

Hipófisis

Adenohipófisis Lóbulo anterior

Factores de liberación

Péptidos

Adenohipófisis

ADH o vasopresina

Péptido

Riñón

Favorece la absorción de agua en el túbulo colector de la nefrona

Péptido

Útero y glándulas mamarias

Favorece la expulsión del feto durante el parto y la secreción de leche durante el amamantamiento de las crías de mamífero

H. estimulante de los melanocitos (MSH)

Péptido

Melanocitos

Estimula la síntesis de melanina responsable de la pigmentación(muy importante en peces, anfibios y reptiles)

H. estimulante del tiroides (TSH)

Proteína

Tiroides

Estimula la síntesis de las hormonas tiroideas

H. estimulante del folículo (FSH)

Proteína

Ovario y testículo

Estimula la síntesis de estrógenos en hembras y la maduración de espermatozoides en machos

H. luteinizante (LH)

Proteína

Ovario y testículo

Estimula la síntesis de progesterona por el cuerpo lúteo en hembras y la síntesis de testosterona en machos

H. adenocorticotropa (ACTH)

Proteína

Corteza de las glándulas adrenales

Estimula la síntesis de glucocorticoides

H. de crecimiento (GH)

Proteína

Todo el organismo

Estimula el desarrollo de los músculos y de los huesos

Glándulas mamarias

En mamíferos, estimula el desarrollo de las glándulas mamarias durante la gestación y la producción de leche. En aves, estimula la secreción de una sustancia nutritiva en el buche y está relacionada con la incubación de los huevos. En reptiles, favorece la regeneración de la cola. En anfibios regula el crecimiento

Prolactina

Proteína

Tiroxina y triyodotironina

Aminoácido

Todo el organismo

Estimula el crecimiento de todos los vertebrados, excepto anfibios, donde estimula la metamorfosis. Estimula el metabolismo generando calor

Calcitonina

Péptido

Huesos

Disminuye el calcio en la sangre favoreciendo su fijación en los huesos

Parathormona

Péptido

Huesos, riñones y aparato digestivo

Efecto contrario al de la calcitonina

Tiroides

Paratiroides

330

FUNCIONES PRINCIPALES

Almacena y libera ADH y oxitocina sintetizadas por las neurohormonas del hipotálamo Lóbulo medio

Hormona viene del griego ormon, que quiere decir excitar; podemos afirmar, en líneas generales, que las hormonas activan una serie de funciones en el organismo, son sustancias de diversa naturaleza, generalmente proteica o lipídica, que intervienen, junto con el sistema nervioso, en la regulación del metabolismo y de la concentración de numerosas sustancias en la sangre.

Elaboración propia.

ÓRGANO DIANA

Estimulan o inhiben la producción de hormonas de sus órganos diana

Oxitocina

Neurohipófisis

Los sistemas nervioso y endocrino constituyen el sistema de coordinación del organismo. Las respuestas del sistema nervioso son muy rápidas, pero poco duraderas, mientras que las del endocrino son lentas, pero sostenidas en el tiempo. Ambos sistemas se autorregulan ya que la necesidad de una hormona es detectada por el sistema nervioso, quien activa la glándula correspondiente. La consecución del objetivo o la alta concentración de dicha hormona bloquean los mecanismos que anteriormente provocaron su síntesis.

NATURALEZA QUÍMICA

Hipotálamo

Pero a la hora de emitir respuestas el sistema nervioso depende de otros, por ejemplo cualquier movimiento depende de los músculos, cualquier secreción de las glándulas, y entre éstas juegan un papel esencial las endocrinas, que son aquellas formadas por conjuntos de células epiteliales que sintetizan y segregan sustancias a la sangre, que van a realizar un papel regulador a cierta distancia del lugar donde se han originado.

330

HORMONA

Biología y Geología 1 El proceso de relación en los animales

15

c Páginas web

15. El proceso de relación en los animales 15.4 El sistema hormonal o endocrino

cc The Life Wire GLÁNDULA ENDOCRINA

Corteza Glándulas adrenales

Médula

HORMONA

NATURALEZA QUÍMICA

ÓRGANO DIANA Todo el organismo

Regula el metabolismo de los glúcidos, lípidos y proteínas. Controla las inflamaciones

Mineralocorticoides Esteroide (aldosterona)

Túbulo renal

Aumenta la reabsorción de sales en el riñón

Adrenalina y noradrenalina

Aminoácidos

Músculos, vasos sanguíneos y corazón

Prepara al organismo en estados de alerta aumentando la cantidad de glucosa en sangre, la presión sanguínea y los latidos cardiacos

Insulina

Péptido

Todo el organismo

Disminuye la concentración de glucosa en sangre favoreciendo su entrada en las células

Glucagón

Péptido

Hígado y adipocitos

Función contraria a la insulina

Estrógenos

Esteroide

Útero

Determina los caracteres sexuales femeninos

Glucocorticoides (cortisona)

Esteroide

Páncreas

Ovarios Gónadas Testículos

Placenta

FUNCIONES PRINCIPALES

Progesterona

Esteroide

Útero

Prepara el útero para el embarazo

Testosterona

Esteroide

Testículos

Determina los caracteres sexuales masculinos

Gonadotropina coriónica

Péptido

Cuerpo lúteo

En mamíferos, mantiene las estructras durante las primeras etapas del embarazo

http://bcs.whfreeman.com/thelifewire/ Capítulo (chapter) 42 Figura 42.4: regulación hormonal de las mudas y metamorfosis del gusano de seda Hyalophora cecropia. http://bcs.whfreeman.com/thelifewire/content/ chp42/f42004.gif

cc Sumanas, Inc. Animación: función de la insulina.

Tabla 15.3. Glándulas y hormonas más importantes en vertebrados.

Actividad resuelta Si observas con detenimiento la Tabla 15.3, verás que en el control del metabolismo de la glucosa intervienen distintas glándulas endocrinas (tiroides, páncreas y glándulas adrenales). ¿Cuál es el motivo de un control tan estricto?

Fig. 15.16. Detalle de los islotes de Langerhans.

alimentación del cerebro. En ausencia de glúcidos, la mayoría de las células del organismo pueden conseguir energía a partir de grasas y de proteínas. Sin embargo, las neuronas sólo pueden funcionar con glucosa, por lo que las alteraciones de la concentración de glucosa son muy peligrosas y pueden, incluso, causar la muerte.

331

El excelente control hormonal sobre los niveles de glucosa en sangre está más que justificado porque de ellos depende la

Otras hormonas de vertebrados Recientes investigaciones revelan la amplia variedad de órganos y células que producen hormonas. Entre ellas, las mejor estudiadas son las secretadas en los siguientes órganos:

Fig. 15.17. Célula β segregando insulina en presencia de glucosa.

• El riñón, además de su función homeostática, segrega dos hormonas: la eritropoyetina y la renina. La primera estimula la producción de glóbulos rojos, mientras que la renina participa en la regulación de la presión sanguínea.

331

Notas

387

15

Biología y Geología 1 El proceso de relación en los animales

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15. El proceso de relación en los animales

Bibliografía de la Unidad

15.4 El sistema hormonal o endocrino

• El timo, órgano situado cerca del corazón y cuya función principal consiste en fabricar linfocitos T (células defensivas de nuestro organismo) también sintetiza timosina, una hormona que estimula la diferenciación y el funcionamiento de estos linfocitos.

BERNSTEIN: Biología, McGraw-Hill, 10.ª edición, 2001. FRIED: Biología, McGraw-Hill, 1990. La actividad humana ha introducido en el aire, en el agua y en los alimentos sustancias que alteran las funciones del sistema hormonal, los llamados disruptores endocrinos, que son frecuentes en plaguicidas, detergentes, plásticos, etc. Entre los efectos descritos, destacan la feminización de los machos, la masculinización de las hembras, cánceres en las gónadas o el aumento de la esterilidad.

HICKMAN, ROBERTS, LARSON: Zoología, McGraw-Hill, Madrid, 1999. MOORE, PERSAUD: Embriología básica, McGraw-Hill, México, 1995. PURVES, SADAVA: Vida. La ciencia de la biología, Médica Panamericana, 6.ª edición, 2002.

• El corazón sintetiza el péptido natriurético auricular, una hormona que inhibe la acción de la ADH y de la aldosterona. La distensión de las aurículas producida por un aumento del volumen sanguíneo estimula la producción de esta hormona que facilita la micción. • El estómago y el intestino delgado secretan varias hormonas que intervienen en los procesos digestivos: la gastrina estimula la secreción de ácido clorhídrico en el estómago cuando entra el alimento; la secretina, secretada por el intestino delgado, estimula la secreción de jugo pancreático rico en bicarbonato que neutraliza el ácido estomacal, y la colecistocinina, otra hormona intestinal, estimula la producción de bilis por el hígado. • Los adipocitos producen leptina, una hormona que controla el volumen de grasa en el organismo. Probablemente, la leptina también está implicada en la estimulación del sistema inmunológico, en el inicio de la pubertad y en el desarrollo de los caracteres sexuales secundarios.

SOLOMON, BERG, MARTIN, VILLEE: Biología, McGraw-Hill, 5.ª edición, 2005.

• La glándula pineal está situada entre los hemisferios cerebrales y responde a los cambios de luz. La hormona que secreta, la melatonina, disminuye durante el día y aumenta durante la noche y está involucrada en los ciclos reproductivos, en la regulación del sueño y en los ritmos circadianos. La producción de esta hormona disminuye con la edad.

Diccionario de biología, Oxford-Complutense, México, 2004. Diccionario de biología, Mileto, Madrid, 2001.

Actividad resuelta Un becario del departamento de endocrinología de la facultad de medicina se encuentra en la fase final de su tesis doctoral. Trabaja doce horas diarias y, a la preocupación por la defensa de su trabajo, se une la preocupación por un futuro laboral incierto. Últimamente, observa que duerme mal y que enferma con mucha facilidad. ¿Qué le está ocurriendo?

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Este estudiante está sufriendo los efectos del estrés crónico. A pesar de su mala fama, el estrés es una respuesta útil que forma parte de nuestra herencia evolutiva y que nace como resultado de cualquier alteración de los sistemas fisiológicos del cuerpo. Ante una situación de peligro, por ejemplo, se pone en marcha el mecanismo de estrés: el hipotálamo estimula, por un lado, la rama simpática del sistema nervioso autónomo y, por otro, las glándulas adrenales que producen adrenalina y cortisol. Como resultado, se aceleran el ritmo cardiaco y la frecuencia respiratoria y se eleva la presión arterial para conseguir un estado de alerta que nos ayude a huir del peligro.

332

Notas

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En una situación de estrés, el cortisol ayuda a mantener una alta actividad metabólica porque estimula la degradación de proteínas en aminoácidos (que pueden usarse en la síntesis de enzimas o reconvertirse en glucosa); además, el cortisol inhibe la respuesta inmunitaria y suprime el proceso inflamatorio. Cuando el estrés es crónico, este segundo efecto, que en condiciones normales controla la respuesta inmunitaria (un tipo de interleuquina activa la producción de cortisol y éste inhibe la producción de más interleucina), se acentúa y el organismo tiende a enfermar. Éste no es el único ejemplo de la interacción que existe entre los sistemas nervioso, hormonal e inmunológico, y cada vez es más evidente que nuestras emociones y nuestro modo de afrontar los problemas pueden afectar nuestra salud. Se ha comprobado científicamente que el optimismo mejora el estado de pacientes con cáncer.

Biología y Geología 1 Actividades

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15. El proceso de relación en los animales Actividades

Actividades finales 1>

¿Por qué se hace necesaria la comunicación entre las células de los organismos multicelulares?

2>

Define: • • • •

Neurona Hormona Neurotransmisor Glándula endocrina.

3>

¿Qué significa que la bomba de Na+/K trabaja contra gradiente?

4>

Greta Garbo, en la película Ninotchka, afirma que el amor es la designación romántica de unos cuantos procesos químicos ordinarios. ¿Estás de acuerdo con dicha afirmación? Justifica su respuesta.

5>

6>

Señala las tendencias evolutivas que se observan en la evolución del sistema nervioso de los vertebrados y explica su significado biológico.

11>

En Hannibal, la famosa película de Ridley Scott, Anthony Hopkins, a medida que cena rebanadas de la corteza cerebral de su víctima, observa que ésta va presentando deficiencias mentales específicas, como problemas en el habla, dificultad para leer o incapacidad para mover algunas zonas del cuerpo, sin embargo, el sujeto permanece con vida. ¿Tiene alguna base científica esta historia o es pura fantasía?

12>

Busca información sobre las aplicaciones terapéuticas de las prostaglandinas.

13>

¿Por qué se administra adrenalina durante una crisis asmática?

14>

Un estudiante de fisiología animal está investigando cómo influyen algunas sustancias en la metamorfosis de los anfibios. Para ello, somete a un grupo de renacuajos a tres condiciones diferentes:

El curare es un veneno de origen vegetal que bloquea los receptores de acetilcolina. ¿A qué atribuyes que algunas tribus cazadoras de Suramérica unten esta sustancia en la punta de sus flechas?

7>

Indica el tipo de sistema nervioso que posee: una esponja de baño; una medusa; la lombriz de tierra; un escarabajo pelotero; un pulpo; y un atún.

8>

Haz una clasificación del sistema nervioso de los vertebrados y explica brevemente la función de cada una de sus regiones.

9>

Sin darte cuenta, te has pillado un dedo de la mano al cerrar la puerta. Retiras la mano y te lamentas de tu mala suerte. Indica todos los elementos nerviosos implicados en estas respuestas.

10>

c) Podemos concentrarnos en el estudio a pesar de los ruidos externos. d) Un toro de lidia, tras recibir la puntilla, cae al suelo. e) Nos enamoramos.

a) Caso 1: los renacuajos son alimentados con insectos y son mantenidos en una urna con agua de charca que intenta reproducir las condiciones naturales de la especie. b) Caso 2: los renacuajos son alimentados con tiroides de caballo, y se mantienen las condiciones naturales de su ambiente. c) Caso 3: los renacuajos son alimentados con insectos pero, además, viven en agua pobre en yodo. Explica cómo influirán las condiciones recreadas por el estudiante en la metamorfosis de los renacuajos.

15>

a) El metabolismo del calcio. b) La digestión. c) La reproducción.

Indica la región del sistema nervioso implicada cuando: a) Un ave no puede volar pero bate sus alas desordenadamente. b) La mitad derecha de nuestro cuerpo está paralizada.

Cita las hormonas y glándulas endocrinas que intervienen en:

16>

¿Por qué las cucarachas huelen mal?

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Biología y Geología 1 Actividades

15. El proceso de relación en los animales Actividades

17>

El 23 de agosto de 2005 el diario francés L´Equipe aseguraba que Lance Armstrong tomó EPO durante el Tour de 1999. a) ¿Qué hormona es la EPO? b) ¿Con qué parámetro sanguíneo se detecta esta sustancia? c) ¿Qué alteraciones provoca una concentración alta de esta hormona en el organismo? d) Busca información sobre los efectos de la administración de otras hormonas prohibidas por la Agencia Mundial Antidopaje que se hayan utilizado para mejorar el rendimiento deportivo.

18>

Ana lleva una temporada sintiéndose muy cansada, su sed es insaciable y, aunque come a todas horas, ha perdido diez kilos en un mes. Su médico de atención primaria la ha remitido a su endocrino. ¿Qué le está pasando a Ana? Busca en la web otras enfermedades endocrinas

PAU Universidad de León: junio de 1995 La sinapsis Centra la pregunta Esta pregunta se responde con los conocimientos adquiridos en este tema dentro del apartado sobre la coordinación nerviosa y. en concreto, sobre cómo se transmite el impulso nervioso. Debes recordar Los conceptos de impulso nervioso, neurona presináptica, neurona postsináptica, botón terminal y neurotransmisor. Resuelve la pregunta La zona de contacto entre dos neuronas se llama sinapsis, y mediante ella se produce la transmisión del impulso nervioso de una neurona a la siguiente.

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producidas por hipo o hiperfunción de la hipófisis, tiroides, cápsulas adrenales y gónadas en humanos.

19>

¿Por qué a las personas mayores les cuesta conciliar el sueño?

20>

Los biólogos que estudian la flora y la fauna de un paraje natural han detectado una disminución drástica de la población de ranitas de San Antón (Hyla arborea) en la zona del río cercana a una industria química que se dedica a la fabricación de plásticos. Los científicos se dieron cuenta que los huevos de rana no eclosionaban y que si lo hacían, los machos tenían rasgos femeninos (con una alta concentración de estrógenos en sangre) y las hembras también tenían una alta concentración de esta hormona y ovarios anormales que les impedían reproducirse. Establece una hipótesis que explique lo que puede estar pasando.

En una sinapsis podemos distinguir los siguientes elementos: el botón terminal del axón de la neurona presináptica, con numerosas vesículas cargadas de neurotransmisores, el espacio existente entre las dos neuronas, o espacio sináptico, y la membrana de la neurona postsináptica, que contiene receptores para los neurotransmisores. Cuando el impulso nervioso llega al final de la neurona presináptica, el botón terminal adquiere carga positiva, lo que provoca la apertura de las vesículas y la liberación de los neurotransmisores al espacio sináptico. Las moléculas de neurotransmisor se encajan en sus receptores de la membrana de la neurona postsináptica. Esta unión provoca la apertura de canales iónicos y el establecimiento en la segunda neurona de un potencial de acción, con lo que el mensaje seguirá su curso.

Biología y Geología 1 Investigación científica 1

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15. El proceso de relación en los animales Investigación científica

Investigación científica Las madres no nacen, se hacen En los mamíferos, desde las ratas hasta los monos y los humanos, las hembras experimentan cambios de comportamiento durante el embarazo y la maternidad. Esta experiencia transforma organismos autónomos dedicados a sus necesidades y supervivencia en individuos centrados en el cuidado y bienestar de su prole. De acuerdo con una investigación reciente, las drásticas fluctuaciones de estrógenos, progesterona y prolactina operadas durante el embarazo, el parto y la lactancia pueden remodelar el cerebro de la hembra mediante el aumento de tamaño de las neuronas en algunas regiones y la producción de cambios estructurales en otras. De estas regiones, unas se hallan implicadas en los procesos mentales que rigen la construcción del nido, la higiene de las crías o la protección frente a depredadores. Otras, en cambio, controlan la memoria, el aprendizaje y las respuestas ante el miedo y el estrés. Estos cambios persisten hasta que la madre llega a la vejez. De hecho, se ha sugerido que el desarrollo de la conducta materna constituyó uno de los principales motores de la evolución del cerebro en mamíferos. Además de las hormonas sexuales femeninas, intervienen en la estimulación de los impulsos maternales otras moléculas que afectan al sistema nervioso. Es el caso de las endorfinas, que son proteínas producidas en la hipófisis y en el hipotálamo que provocan un efecto analgésico durante el parto y están implicadas en activar el comportamiento maternal. También se han identificado las regiones cerebrales que gobiernan esta conducta. La responsabilidad de esta actividad compete a una región del hipotálamo llamada área preóptica medial (APOm). Intervienen otras zonas del cerebro donde abundan receptores para hormonas así como diferentes sustancias que afectan al sistema nervioso central, como son la zona, la corteza cingulada, reguladora de las emociones, y el nucleus accumbens, región clave para activar el sistema de motivación y recompensa. Una vez que las hormonas reproductoras inician la respuesta materna, la dependencia del cerebro hacia ellas parece disminuir; la prole estimula, desde entonces, el comportamiento maternal. Aunque el mamífero recién nacido requiere mucha atención y resulta poco atractivo, la inclinación de la madre hacia la cría es prioritaria entre todas las manifestaciones animales, incluidos el comportamiento sexual y la alimentación.

En opinión de muchos expertos, cuando las crías se alimentan de la leche materna pueden provocar la liberación de pequeñas cantidades de endorfinas en la madre. Tales moléculas naturales pueden actuar de forma parecida a un opiáceo, impulsando a la madre a establecer contacto una y otra vez con sus crías. La acción de amamantar y el contacto con las crías provocan también la liberación de la oxitocina, hormona que puede producir el mismo efecto en la madre, además de favorecer las contracciones durante el parto y la secreción de leche.

¿Qué cambios se producen en el cerebro de una madre? La interacción de las hormonas con ciertas regiones del cerebro estimulan su capacidad cognitiva: son eficaces depredadoras, mejoran la memoria y el aprendizaje, demuestran menos miedo y ansiedad ante situaciones de estrés y agudizan sus capacidades sensoriales respecto a las hembras sin hijos. En resumen, la experiencia reproductora promueve cambios en el cerebro de los mamíferos que alteran el comportamiento y la destreza de las hembras. Para éstas el mayor desafío consiste, desde un punto de vista evolutivo, en asegurar la prosperidad de su inversión genética. La conducta maternal ha evolucionado para incrementar las posibilidades de éxito de la hembra. Ello no significa que las madres sean mejores que las hembras sin descendencia en la realización de cualquier tarea; lo más probable es que se potencien los comportamientos que afectan a la supervivencia de la camada. Adaptado de KINSLEY, C.H. y LAMBERT, K.G.: «El cerebro materno», en Investigación y Ciencia, Madrid, núm. 354 (marzo, 2006).

a) Analiza la frase: «Para éstas, el mayor desafío consiste, desde un punto de vista evolutivo, en asegurar la prosperidad de su inversión genética». b) Dibuja un encéfalo humano y señala las partes de este órgano mencionadas en el texto.

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Biología y Geología 1 Investigación científica 2

Investigación científica 2 NOTICIA DE PRENSA Extraída de: http://www.elmundo.es/salud/2000/378/00534.html

INVESTIGACIÓN Las células madre curan la diabetes y, probablemente, el párkinson en ratones Myriam López Blanco Un equipo estadounidense ha obtenido células madre pancreáticas de ratas adultas. Otro equipo de Canadá las ha conseguido a partir del cerebro de un individuo adulto. Ambos estudios ofrecen una esperanza para el tratamiento de la diabetes y las enfermedades neurodegenerativas, como el párkinson. El número de marzo de la revista Nature Medicine publica dos investigaciones que ofrecen esperanza a los diabéticos y a los que padecen enfermedades neurodegenerativas como el párkinson o el alzheimer. Ambas se basan en la obtención de células madre, los comodines más buscados por los científicos, capaces de convertirse potencialmente en cualquier otra del organismo. Hasta ahora, el mayor impedimento era que la única fuente para obtenerlas eran embriones, lo cual inició un debate ético que todavía dura. Pero los dos nuevos estudios muestran que es posible obtenerlas de individuos adultos. DIABETES. La diabetes ocurre cuando el páncreas produce una cantidad insuficiente de insulina (imprescindible para transformar la glucosa en energía) o cuando no se puede utilizar la insulina producida por el páncreas. En las últimas dos décadas, numerosos científicos han tratado de trasplantar células productoras de insulina del páncreas, pero no han tenido mucho éxito. ¿El motivo? Es muy difícil conseguir células para el trasplante. Ahora, el doctor Amon Peck y sus colaboradores de la Universidad de Florida (EEUU) han logrado superar ese obstáculo. Han sido capaces de cultivar grandes cantidades de estas células productoras de insulina a partir de células epiteliales pancreáticas pluripotenciales que fueron extraídas de un ratón diabético no obeso. Además, han podido mantenerlas en cultivo durante un largo periodo de tiempo, y, después de insertarlas en ratones diabéticos no obesos, curaron a los animales dependientes de insulina. En el editorial que acompaña al estudio, David Sachs y Susan Bonner-Weir, del Centro de Diabetes Joslin, de Boston (EEUU), dicen que si estos resultados se repiten en los ensayos clínicos «significaría poder cultivar un ilimitado número de células a partir de un trozo de páncreas de un individuo diabético que esté al inicio de su enfermedad y poder producir suficientes células para reinfundirlas después como tratamiento contra la diabetes».

392

CEREBRO. Los científicos están tratando de encontrar la forma de regenerar el tejido cerebral dañado desde que se demostró, en contra de lo que se creía, que el cerebro es capaz de generar nuevas células nerviosas. Se sabe que la clave está, por una parte, en conseguir la fuente de células que dan origen a esa neurogénesis y, por otra, en hacer que estas nuevas células, que son una especie de comodines de una baraja, se integren en el entorno en el que se trasplantan, hasta regenerar el tejido dañado. La primera parte del problema la acaba de solucionar un equipo estadounidense. Steven Goldman y sus colaboradores del Centro Médico de Cornell (EEUU) han desarrollado un método para identificar y aislar unas células del hipocampo (concretamente, del gyrus dentado) de un humano adulto, y para cultivarlas hasta convertirlas en neuronas. Esta investigación demuestra que estas células son capaces de proliferar y diferenciarse in vitro. Es decir, que existen células madre neurogénicas que se encuentran alojadas en el hipocampo y podrían servir para repoblar la zona afectada por una determinada enfermedad neurodegenerativa. Los próximos estudios se encargarán de demostrarlo. En el editorial que acompaña al estudio, firmado por los doctores Jack Antel, Josephine Nalbantoglu y André Olivier, de la Universidad McGill y del Instituto Neurológico de Montreal (ambos en Canadá), anotan otra ventaja de este estudio. La obtención de células madre del tejido neural de un adulto resuelve el dilema ético que existe actualmente en torno a su fuente de obtención, embriones y fetos de abortos voluntarios, y en torno a los xenotrasplantes (animales como fuente de células y tejidos para el trasplante), asociados a respuestas inmunogénicas. «Aunque se han conseguido células inmortales por ingeniería genética que expresan propiedades neurales específicas, el reto sigue siendo derivar células que puedan expresar todos los requisitos necesarios para restaurar la función», escriben Antel y sus colegas. «Hasta ahora, ha habido poco éxito en inducir a las células neurales diferenciadas a desdiferenciarse y proliferar», concluyen. Pero el equipo de Goldman ha trabajado con células progenitoras, que pueden proliferar y diferenciarse. O sea, que podría conseguirse con ellas un ilimitado número de células para restaurar la función cerebral, algo que había sido hasta ahora uno de los mayores impedimentos en esta investigación. Las células progenitoras son las células madre pluripotenciales que pueden obtenerse de dentro o de fuera del sistema nervioso central (SNC) o, también, pueden ser células precursoras de neuronas, que se encuentran sólo dentro del SNC. Ambos tipos se habían obtenido, hasta ahora, sólo de embriones animales. @LEAD: Las células madre curan la diabetes y, probablemente, el Parkinson en ratones @FIRMA: Myriam López Blanco.

Biología y Geología 1 Trabajo de laboratorio 1

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15. El proceso de relación en los animales Trabajo de laboratorio

Trabajo de laboratorio Disección de encéfalo de cordero El sistema nervioso central de los vertebrados está formado por una estructura de tipo tubular que se ensancha en la región anterior y constituye el encéfalo, y una parte posterior estrecha llamada médula. Ambos órganos están protegidos por las meninges, que son tres envolturas membranosas (duramadre, piamadre y aracnoides), y una estructura ósea (el cráneo, en el encéfalo, y la columna vertebral, en la médula).

Objetivo

c) Observa la zona dorsal y distingue: lóbulos olfativos, nervios ópticos, nervios craneales, cerebelo, bulbo raquídeo, hipófisis y médula espinal. d) Coloca el encéfalo sobre la plancha de disección (que previamente habrás colocado en la bandeja) y haz un corte longitudinal del cerebro con ayuda del bisturí. Observa la distribución de la sustancia gris y la sustancia blanca. e) Localiza la médula espinal y realiza un corte transversal; observa la disposición de la sustancia gris y la sustancia blanca en esta parte del sistema nervioso central. f) Compara la disposición de las sustancias gris y blanca en el encéfalo y en la médula.

Reconocer las partes principales del encéfalo de mamífero.

Resultados Materiales • • • •

Encéfalo congelado de cordero. Bandeja y plancha de disección. Bisturí. Guantes de látex.

Haz dibujos de la zona dorsal y ventral del encéfalo y señala todas la partes que has identificado durante la disección, así como de los cortes longitudinal del cerebro y transversal de la médula.

Procedimiento

Conclusiones

a) Coge el encéfalo de cordero, previamente congelado, y distingue la zona dorsal de la ventral. b) Observa la zona dorsal e identifica las circunvoluciones, los surcos, los lóbulos (frontal, parietal, temporal y occipital), el cerebro, los hemisferios cerebrales, el cerebelo, el bulbo raquídeo y la médula espinal.

• • • • •

¿Qué es la meningitis? ¿Por qué el encéfalo de cordero está tan irrigado? ¿Qué es la sustancia blanca? ¿Qué es la sustancia gris? ¿Cómo se distribuyen ambas sustancias en el sistema nervioso central?

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Biología y Geología 1 Trabajo de laboratorio 2

Trabajo de laboratorio 2 RESPUESTA DE PARAMECIOS ANTE DIVERSOS FACTORES Los paramecios, Paramecium caudatum, son protozoos ciliados, unicelulares, de agua dulce. Los cilios los baten de forma rítmica para desplazarse. Cuando entran en contacto con estímulos químicos, que le son molestos, producen la llamada reacción de huida y continuamente cambian de posición para alejarse del estímulo que les causa perjuicio. Algunos de estos estímulos hacen que el organismo cambie de movimiento, vaya a más velocidad, gire frecuentemente, se pare un momento, etc. Estas respuestas se consideran cinesias.

Objetivo

Añade ahora una gota de NaCl al 0,5 % en un extremo del cubreobjetos y seca con papel de filtro en la otra. Contesta a la cuestión b). 6. Realiza otra preparación como la anterior, pero añade ahora ácido acético al 0,02 % y contesta a la cuestión c). 7. Realiza ahora una nueva preparación y calienta el extremo del portaobjetos, sujetándolo con pinzas de madera y teniendo mucho cuidado para no quemarte. Contesta a la cuestión d).

Cuestiones a) b) c) d) e)

¿Qué observas? ¿Cuál es la reacción de los microorganismos? ¿Cuál es la reacción ahora de los paramecios? Observa cuál es la repuesta de los organismos ante el calor. Analiza y compara los resultados.

Analizar la respuesta de los paramecios ante factores determinados.

Material Hojas secas / Vaso de precipitados / Ácido acético al 0,02 % / Microscopio / Disolución de NaCl al 0,5 % / Rojo neutro al 0,1 % / Algodón / Cuentagotas / Pinzas de madera / Porta objetos y cubreobjetos / Papel de filtro

Procedimiento 1. En un vaso de precipitados pon agua, hasta la mitad aproximadamente, y mete las hojas secas. Mantén a temperatura ambiente durante unos 15 días, sin exponer al sol. 2. Toma una gota del líquido, de la parte superior, en un portaobjetos y cúbrelo. Sécalo con papel de filtro. Observa la preparación al microscopio. 3. Para ver mejor el movimiento de los protozoos puedes poner entre el porta y el cubre unas fibras de algodón, así se paralizará su movimiento. 4. Verás mejor la preparación si añades una gota de rojo neutro al 0,1 % en un extremo del cubreobjetos y secas con papel de filtro en el otro, de manera que se extienda bien el colorante por toda la preparación. Contesta a la cuestión a). 5. Vuelve a colocar una gota del cultivo, tomada superficialmente con el cuentagotas, en un portaobjetos y pon el cubreobjetos.

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Conclusión …......................................................................................... ............................................................................................. ............................................................................................. ............................................................................................. ............................................................................................. ............................................................................................. ............................................................................................. ............................................................................................. ............................................................................................. ............................................................................................. ............................................................................................. ............................................................................................. .............................................................................................

Respuestas a) Se puede ver a los paramecios moviéndose rápidamente en zig-zag. b) Observarás un movimiento distinto al de la experiencia anterior. c) Será más rápida que la anterior, huyendo de la acción del estímulo ácido. d) Verás que la reacción ahora es más rápida y diferente a las anteriores.

Biología y Geología 1 Examen

15

Examen PROCESO DE RELACIÓN EN LOS ANIMALES 1. Del siguiente dibujo:

2. Compara el sistema nervioso central con el periférico y con el autónomo.

a. Pon nombres a las distintas partes señaladas. b. Explícalo. 3. Explica la diferencia entre arco reflejo y acto reflejo.

4. Indica la función de las siguientes partes del encéfalo de los vertebrados: a. cerebro,

b. hipotálamo,

c. cerebelo.

5. Establece las diferencias entre el sistema nervioso y el sistema hormonal. 6. Completa el siguiente cuadro:

GLÁNDULA

HORMONA

ACCIÓN

Adenohipófisis

Adrenocorticotrópica

Estimula la síntesis de hormonas esteroideas por las glándulas suprarrenales.

Neurohipófisis

Vasopresina

Reabsorción de agua en los riñones.

Pancreas

Glucagón

Eleva la concentración de glucosa en sangre.

Paratiroides

Parathormona

Aumenta la concentración de calcio en la sangre a partir del hueso.

Corteza suprarrenal

Glucocorticoides

Aumenta la concentración de glucosa en sangre y moviliza la grasa.

Ovario

Estrógenos

Mantiene los caracteres sexuales en la mujer y prepara el revestimiento del útero.

Testículo

Testosterona

Desarrolla los caracteres sexuales masculinos, promueve la formación de espermatozoides.

Respuestas: 1. a. Neurona presináptica, vesículas, neurotransmisores, espacio sináptico, receptores de los neurotransmisores y elemento postsináptico. b. Se trata de una sinapsis. Cuando el impulso nervioso llega al final de la neurona presináptica, se abren las vesículas y se liberan los neurotransmisores al espacio sináptico. Las moléculas de los neurotransmisores conectan con los receptores de la neurona postsináptica y se establece el potencial de acción en ésta.

2. El sistema nervioso de los vertebrados se divide en: sistema nervioso central, formado por encéfalo y medula espinal, y en sistema nervioso periférico, que está formado por los órganos receptores y los nervios. El sistema nervioso periférico puede dividirse, a su vez, en somático (que capta los cambios del ambiente externo) y autónomo (que regula el ambiente interno del individuo).

3. El arco reflejo son grupos de neuronas, por lo menos dos, que conectan un receptor (órgano de los sentidos, piel, etc.) con un efector (músculo o glándula). Las neuronas son: sensitiva, que va desde el receptor al sistema nervioso central, y motora o eferente, que va desde el sistema nervioso central al órgano efector. Entre ellas puede haber neuronas de asociación. El acto reflejo es la respuesta a un estímulo que se lleva a cabo a través de un arco reflejo. Es involuntario.

4. a. Cerebro: controla el movimiento de los músculos esqueléticos y capta estímulos, integra datos, etcétera. b. Hipotálamo: controla las funciones de origen autónomo, las apetencias (hambre, sed, apetito sexual), algunos estados emocionales, etcétera. c. Cerebelo: mantiene equilibrio, tono muscular y postura.

5. El sistema nervioso actúa con respuesta rápida y poco duradera y el hormonal lo hace con respuesta lenta y muy duradera.

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Biología y Geología 1 El proceso de reproducción en los animales

16 El proceso de reproducción en los animales

1. La reproducción en los animales Nuestra vida entera desde el útero a la tumba es de hecho una etapa transitoria en el ciclo vital de unas minúsculas células fusionadas.

2. Reproducción asexual en animales 3. Reproducción sexual en animales

Lynn Margulis y Dorion Sagan 4. La clonación

Biología y Geología 1 El proceso de reproducción en los animales

c

Identificación de la Unidad

En esta Unidad se comparan los tipos de reproducción animal, asexual y sexual, y su importancia tanto en la transmisión de caracteres de padres a hijos como en la perpetuación de las especies. Así mismo, se analizan las diferentes etapas del desarrollo embrionario y la importancia de cada una de ellas hasta su finalización, dando origen al individuo adulto.

c Objetivos didácticos 1. Analizar los diferentes tipos de reproducción animal, como medio para la perpetuación de las especies. 2. Distinguir entre la reproducción asexual, llevada a cabo por un solo progenitor, y la sexual, generalmente originada por dos progenitores, lo que conlleva una mayor variabilidad genética y, por tanto, un aumento en la adaptación y evolución de las especies que la realizan. 3. Comparar las ventajas e inconvenientes entre ambos tipos de reproducción animal. 4. Indicar la importancia, así mismo, de la aplicación de algunas formas de reproducción utilizadas en la mejora de especies animales.

c Contenidos cc Conceptuales

1. La reproducción en los animales. 2. La reproducción asexual en animales. • Gemación. • Fragmentación o escisión. • Partenogénesis. 3. La reproducción sexual en animales. • Los gametos. • La formación de los gametos: la gametogénesis. • La fecundación. • El desarrollo embrionario. • Anexos embrionarios. • El desarrollo postembrionario. 4. La clonación. • Aplicaciones éticas de la clonación. • Valoración ética y social de la clonación.

cc Actitudinales 1. Ser consciente de la importancia que tiene, a la hora de controlar su producción, el que muchas especies animales sean base de nuestra alimentación. 2. Valorar la tarea de científicos cuyo trabajo se emplea en la mejora de las especies animales, cuyo fin es la obtención de alimentos, pero sin perder de vista la necesidad de combinar unas condiciones de vida apropiadas para los animales y la rentabilidad obtenida por el ser humano.

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3. Preocuparse por que nuestra alimentación sea rica y variada, y en la que algunas especies animales jueguen un papel importante como base de la misma.

cc Procedimentales 1. Resolver las actividades propuestas en el texto. 2. Utilizar vocabulario científico adecuado. 3. Experimentar en el trabajo de laboratorio: estudio de los microorganismos de una charca. 4. Poner nombres a elementos de dibujos esquemáticos, relacionados con el contenido de la Unidad. 5. Distinguir las formas de reproducción en dibujos o fotografías recopiladas a tal efecto. 6. Seleccionar material para algún trabajo relacionado con el contenido de la Unidad, resumirlo, exponerlo y extraer conclusiones del mismo. 7. Analizar alguna noticia de actualidad, de prensa oral o escrita, relacionada también con el contenido de la Unidad.

c Metodología 1. Materiales y recursos: • Libro de texto. • Libros de consulta. • Dibujos y esquemas identificativos de diferentes aspectos relacionados con el contenido de la Unidad. • Dibujos que muestren imágenes del desarrollo embrionario en sus diferentes vertientes. • Actividades recomendadas relacionadas con la Web. 2. Organización de espacio y tiempo: • Indicar si son actividades de aula, de laboratorio, de campo, etcétera. • El tiempo es tarea del departamento o del profesor, ya que hay que tener en cuenta el calendario escolar y el grupo con el que se está trabajando.

c Criterios de evaluación 1. Comparar los tipos de reproducción, asexual y sexual, como procesos importantes también en la perpetuación de las especies animales. 2. Señalar la diferencia entre la reproducción asexual, en la que un individuo origina descendientes genéticamente iguales, y la sexual, en la que los descendientes presentan características de ambos progenitores, lo que ha llevado a una mayor diversidad y supervivencia de los mismos. 3. Estudiar las diferentes fases del desarrollo embrionario que se dan en los animales. 4. Indicar las ventajas que aporta la reproducción sexual sobre la asexual, determinando algunas aplicaciones prácticas que se derivan del conocimiento del proceso. 5. Contrastar diferentes fuentes de información y elaborar informes relacionados con problemas biológicos y geológicos relevantes en la sociedad.

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Biología y Geología 1 El proceso de reproducción en los animales

c

16. El proceso de reproducción en los animales

Actividades de ampliación

16.2 Reproducción asexual en animales

1. ¿Cuál es el fin de la reproducción de los organismos? 2. ¿De qué depende que un ser vivo que puede reproducirse sexual o asexualmente, lo haga de una manera u otra? 3. Define los siguientes conceptos: gónada, gameto, gemación.

16.1 La reproducción en los animales Los animales, como los demás seres vivos, tienen la capacidad de reproducirse, es decir, de formar organismos iguales o semejantes a sus progenitores. Es por esta capacidad que las distintas especies continúan existiendo a lo largo del tiempo. Todos los animales se reproducen sexualmente. Además, un gran número de especies animales presenta también reproducción asexual. Como ya hemos visto en la Unidad 9, cada uno de estos tipos de reproducción tiene sus ventajas y sus inconvenientes. La principal ventaja de la reproducción sexual frente a la asexual es que incrementa la variabilidad genética, lo que favorece la adaptación de los organismos al medio y, por tanto, su evolución. Sin embargo, las ventajas de la reproducción asexual (como la mayor sencillez y rapidez) hacen que muchos animales se reproduzcan asexualmente, al menos en algún momento de su vida.

c Lectura

Actividad resuelta

cc Estrategias reproductoras de los animales

Muchos animales se pueden reproducir sexual o asexualmente. Teniendo en cuenta las ventajas e inconvenientes de cada tipo de reproducción, ¿de qué dependerá que un animal se reproduzca de una forma u otra?

Es sorprendente la enorme cantidad de estrategias reproductoras que presentan los animales, desde la asexualidad, mucho más simple y rápida, y sumamente eficaz para individuos muy adaptados a ambientes estables, hasta la sexualidad, mucho más complicada, pero con indudables ventajas desde el punto de vista evolutivo. Llama la atención que muchos invertebrados pueden «escoger» entre una modalidad u otra, según lo que más les convenga en cada caso.

338

16.2 Reproducción asexual en animales Mediante la reproducción asexual se forman nuevos organismos a partir de un solo individuo y su dotación genética es idéntica a la de su progenitor. Para ello, un fragmento del cuerpo de un animal es capaz de dar lugar, mediante procesos de mitosis, a un nuevo individuo completo.

En algunos grupos, los gametos tienen tamaños y formas semejantes; en otros, el grado de especialización es enorme. El espermatozoide es una célula capaz de autopropulsarse y de recorrer distancias «astronómicas», mientras que el óvulo se ha convertido en una célula enorme, que provee de alimento al embrión en sus primeras fases; además, el óvulo, tiene una gran importancia para dirigir la evolución de los grupos de células que se van originando durante la segmentación. Llama la atención la capacidad de regeneración de una esponja o de una estrella de mar, o que la agresividad del mar pueda romper una colonia de corales y que este hecho pueda suponer el origen de nuevas colonias. Algunos seres vivos son capaces de cambiar de sexo a lo largo de su vida, incluso los hay que son capaces de generar descendencia a partir de óvulos sin fecundar. Pero también hay especies en las que sólo hay hembras, sin embargo es necesario el cortejo y aparente apareamiento entre ellas para que se desarrollen los huevos no fecundados. En la naturaleza, el medio en el que viven los seres vivos condiciona enormemente su reproducción: en los seres acuáticos predomina la fecundación externa, mientras que en los terrestres la forma de garantizar que los gametos conserven la humedad que necesitan para asegurar su unión es que el macho los introduzca dentro del cuerpo de la hembra. Tras la fecundación, el desarrollo: en muchos casos en el medio acuático en el que tuvo lugar la unión

398

La principal ventaja de la reproducción sexual frente a la asexual es que se produce una mayor variabilidad genética, lo que favorece la evolución por selección natural. Sin embargo, la reproducción asexual supone un menor gasto energético

para los organismos, es más rápida y más sencilla, y genera un mayor número de descendientes. Por lo tanto, los organismos se reproducirán de una u otra manera según las condiciones del medio. Generalmente, si éstas no cambian, y el organismo está adaptado al medio, se reproducirá asexualmente. Si las condiciones cambian, lo que disminuye la eficacia biológica, esos organismos recurrirán a la vía sexual para aumentar la variabilidad genética, creciendo las posibilidades de adaptarse a esos cambios del medio y sobrevivir.

La reproducción asexual se produce según dos mecanismos: por gemación y por fragmentación o escisión. Además, existe un tipo especial de reproducción asexual denominado partenogénesis.

Gemación La gemación consiste en la formación de una protuberancia o yema sobre el organismo progenitor que, al crecer, formará un nuevo individuo.

Fig. 16.1. Reproducción asexual mediante gemación en una hidra.

Este proceso es típico de poríferos y cnidarios. Los individuos que se forman pueden quedar unidos a su progenitor formando colonias, como los corales, o desprenderse de él y dar lugar a organismos independientes, como la hidra de agua dulce (véase Figura 16.1).

338

de gametos; en otros, en un medio acuoso fuera del cuerpo de la hembra, pero dentro de un huevo con cáscara; y el caso más llamativo, el de los mamíferos placentarios, en los que el embrión se desarrolla dentro de su madre, como si fuera un parásito, obteniendo todos los recursos que necesita a partir de la sangre de su progenitora, hasta que se pueda hacer relativamente independiente y ver la luz tras el parto. Elaboración propia.

cc¿Qué seres vivos se reproducen asexualmente? En su mayoría invertebrados, pero especialmente los organismos sésiles, es decir, los que viven fijos, lo cual dificulta la búsqueda de pareja. También aquellas especies en las que la población presenta a los individuos muy dispersos, para los que la búsqueda de pareja es también problemática. Pero sobre todo, aquellos seres que viven en ambientes cuyas características son prácticamente invariables, en los que la variabilidad de la descendencia pasa a ser algo de importancia secundaria, sobre todo si se trata de organismos muy adaptados a su medio. Elaboración propia.

Biología y Geología 1 El proceso de reproducción en los animales

c PAU

16. El proceso de reproducción en los animales 16.2 Reproducción asexual en animales

ccc

Fragmentación o escisión La fragmentación o escisión consiste en la división de un individuo en dos o más fragmentos, cada uno de los cuales dará lugar, mediante reconstrucción de las partes que faltan, a un nuevo organismo completo. Este tipo de reproducción, propio de muchos poríferos y platelmintos, y algunos equinodermos y anélidos, puede ser longitudinal o transversal al eje principal del cuerpo: • Longitudinal: se da en poríferos y algunos equinodermos. • Transversal: se da en algunos platelmintos y anélidos. En algunos cnidarios se produce un tipo especial de fragmentación llamada estrobilación, en la que los pólipos se dividen en «rodajas», y cada una de ellas originará un individuo completo (véase Figura 16.2). Cuando un animal se fragmenta de forma accidental, por ejemplo una estrella de mar a la que un barco le corta un brazo, la fragmentación se llama regeneración. La capacidad de regeneración en los animales disminuye a medida que avanzamos en la escala evolutiva. Así, en el ser humano, esta capacidad está limitada a la cicatrización de las heridas y a la regeneración de algunos órganos, como el hígado.

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Galicia

Los zánganos se reproducen a partir de un óvulo no fecundado (partenogénesis). ¿Serán genéticamente iguales los zánganos descendientes de la misma abeja reina? Razona la respuesta.

Hermanos siameses Dentro de la fragmentación, se incluye un tipo especial de reproducción, la poliembrionía. En ella, un embrión formado por reproducción sexual se divide asexualmente (en las primeras etapas del desarrollo), y origina individuos genéticamente iguales, es decir, clones. Este proceso es típico de algunos animales, como el armadillo, en el que pueden formarse hasta ocho individuos en cada parto. Cuando ocurre en el ser humano, produce gemelos univitelinos, que son idénticos.

Solución: Dado que los óvulos se forman por meiosis, son genéticamente diferentes, por lo tanto los zánganos descendientes de la abeja reina serán diferentes unos de otros.

didácticos c Materiales en el CD y en la CEO

Cuando dos embriones humanos formados por poliembrionía no se separan correctamente, se forman gemelos siameses, los cuales pueden compartir diferentes estructuras del cuerpo (pueden estar unidos por la cabeza, compartir una pierna, estar unidos por el abdomen y compartir órganos, etcétera).

Animación: reproducción alternante (celentéreos): ejercicios de identificación de procesos y elementos en el ciclo biológico de celentéreos.

Imágenes: — Gemación: hidra. — Reproducción alternante (rotulada y sin rotular). Ejercicios: rellenar huecos: reproducción asexual.

Fig. 16.2. Reproducción por fragmentación: a) longitudinal y b) transversal al eje del cuerpo. Un tipo especial de división transversal es c) la estrobilación, d) estrobilación.

Partenogénesis La partenogénesis consiste en la formación de un nuevo organismo a partir de un óvulo sin fecundar, es decir, sin la participación del espermatozoide. En función de la carga genética del óvulo, la partenogénesis puede ser de dos tipos: meiótica o haploide y ameiótica o diploide. En la partenogénesis meiótica, el óvulo es haploide y se forma mediante una ovogénesis normal, es decir, por meiosis. Este proceso ocurre de forma natural en algunos insectos, como las abejas. En este caso, si los óvulos no son fecundados nacen machos haploides (llamados zánganos) y si son fecundados nacen hembras diploides (llamadas obreras). Este tipo de partenogénesis se considera un tipo especial de reproducción sexual.

c Lectura

CEO En el CD y en la CEO (centro de enseñanza on-line) creados para este proyecto podrás encontrar el siguiente material adicional:

cc Algunos ejemplos de reproducción asexual en animales

Enlaces, bibliografía, actividades interactivas (los gametos, desarrollo embrionario, clonación y elementos de la reproducción) y animaciones (metamorfosis de la rana, segmentación de huevos, desarrollo embrionario y ciclo diplohaplonte)

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En las hidras (Hydra sp.), los brotes que se originan (yemas) se desarrollan por actividad mitótica, la masa de células que se forma se diferencia posteriormente, antes de desprenderse como un pequeño individuo ya formado.

En la partenogénesis ameiótica, el óvulo es diploide, ya que se forma por mitosis. En este caso se considera a la partenogénesis un tipo especial de reproducción asexual ya que se originan individuos genéticamente idénticos a su progenitor. Algunas especies de peces y reptiles, cuyas poblaciones están formadas únicamente por hembras, se reproducen mediante este proceso. La partenogénesis puede ser inducida en laboratorio mediante estimulación. Por ejemplo, mediante una descarga eléctrica con una intensidad adecuada.

339

c Lectura

cc La partenogénesis La partenogénesis es bastante común en artrópodos, pero también en algunos peces, anfibios y reptiles. Los pulgones se reproducen por partenogénesis cuando las condiciones son favorables, originándose machos y hembras que, cuando las condiciones se vuelven desfavorables, se aparean, poniendo las hembras huevos fecundados, que a la primavera siguiente originarán sólo hembras. En el caso de las abejas y otros muchos himenópteros, los machos se originan al desarrollarse huevos no fecundados y, por lo tanto, son haploides, mientras que las hembras lo hacen a partir de huevos fecundados y son, por lo tanto, diploides. Las hembras (obreras) son en su mayoría estériles, pero algunas se convierten en reinas fértiles. Después de aparearse una reina, una parte de los gametos masculinos va a fecundar óvulos, determinándose de esta manera qué recursos de la colonia se utilizarán para formar machos.

En cuanto a la regeneración, es llamativa la capacidad de las esponjas: podemos deshacer un individuo haciéndolo pasar por un tamiz, separando sus células en pequeños grupos. Cada conjunto de células es capaz de originar una pequeña esponja completa. Esta capacidad de regeneración de las esponjas se llegó a utilizar en las costas de Florida para recuperar la población de esponjas, previamente esquilmada por su interés comercial como esponjas de baño. Si una estrella de mar pierde un brazo, es capaz de regenerarlo, pero lo más sorprendente es que si un brazo porta un trozo del disco central de la estrella, dicho brazo es capaz de regenerar un individuo completo. Elaboración propia.

Elaboración propia.

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Biología y Geología 1 El proceso de reproducción en los animales

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16. El proceso de reproducción en los animales

Materiales didácticos en el CD y en la CEO

16.3 Reproducción sexual en animales

Imágenes:

16.3 Reproducción sexual en animales La reproducción sexual consiste en la formación de un nuevo individuo a partir de la unión de dos células especializadas: los gametos. Los gametos se forman en el aparato reproductor, que, aunque presenta diferencias entre los distintos grupos animales, está formado por los mismos elementos básicos, las gónadas, que son las que producen los gametos. Éstas pueden ser masculinas (testículos), femeninas (ovarios) o mixtas (ovoteste), según originen gametos masculinos, femeninos o de ambos tipos, respectivamente. En animales unisexuales (con sexos separados), los individuos tienen gónadas masculinas o femeninas, según el sexo. En los hermafroditas aparecen gónadas de los dos tipos o bien un ovoteste. El hermafroditismo se presenta en la mayoría de los platelmintos y algunos nematodos, anélidos, equinodermos y moluscos (como el caracol).

— Óvulo (rotulado y sin rotular). — Espermatozoide (rotulado y sin rotular).

La complejidad de las estructuras y mecanismos que constituyen el proceso reproductivo (véase Figura 16.3) aumenta a medida que ascendemos en la escala evolutiva: • En las especies menos evolucionadas (cnidarios y poríferos) no hay gónadas, de modo que los gametos se producen en determinadas células que se modifican para la ocasión. • En las especies más evolucionadas, el aparato reproductor está formado por órganos reproductores primarios y por órganos accesorios. Los órganos primarios son las gónadas, que, además de producir gametos, segregan hormonas sexuales. Los órganos accesorios son los gonoductos.

Ejercicios: respuesta múltiple: aparatos reproductores. Rellenar espacios: los gametos. Crucigrama: reproducción sexual en animales.

Los gonoductos son conductos que parten de las gónadas y a través de los cuales salen los gametos. Se denominan espermiducto y oviducto, según correspondan al aparato reproductor masculino o femenino, respectivamente. El gonoducto comunica con el exterior a través de un orificio denominado gonoporo.

c Páginas web

cc Biocourse McGraw-Hill ccc

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Aparato reproductor femenino humano

Imagen: partes. http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001_saladin/ folder_structure/re/m1/s6/rem1s6_1.htm

Fig. 16.3. Cuanto más evolucionado es un animal, más complejo es su aparato reproductor.

Actividades

Imagen: anatomía interna y externa. http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001_saladin/ folder_structure/re/m1/s6/rem1s6_4.htm

1>

Animación: ejercicio de reconocimiento de la anatomía externa. http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001_saladin/ folder_structure/re/m1/s6/rem1s6_5.htm

Animación: ejercicio de reconocimiento de las partes. http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001_saladin/ folder_structure/re/m1/s6/rem1s6_2.htm

• En los animales más evolucionados pueden aparecer otras estructuras accesorias, asociadas a lo largo de los gonoductos, que participan en los procesos de formación y liberación de los gametos (véase Figura 16.3): — En el aparato reproductor masculino puede haber glándulas prostáticas y vesículas seminales, que segregan los fluidos que forman el semen, y un órgano copulador, encargado de introducir los gametos masculinos en el interior de la hembra. — En el aparato reproductor femenino pueden aparecer glándulas vitelinas (segregan sustancias para nutrir a los gametos), la glándula de la cáscara (segrega sustancias para formar la cáscara de los huevos), y el receptáculo seminal (órgano para almacenar los espermatozoides que se introducen en la hembra). En muchos animales, el oviducto se ensancha en ciertas zonas y forma el útero (donde se desarrollará el embrión) y la vagina (donde se introduce el órgano copulador para depositar los gametos).

Revisa los textos de biología de cursos anteriores y haz un esquema de la estructura de los aparatos reproductores masculino y femenino del ser humano, indicando los nombres y funciones de cada una de las partes que lo integran.

2>

Dibuja el ciclo de vida de un animal indicando en qué momento se forman los gametos y mediante qué tipo de división celular.

340

c Lectura

cc Los inconvenientes de la reproducción sexual son evidentes, sin embargo… ¿Cuántos gametos tienen que generar dos individuos de una misma especie para garantizar la fecundación? y ¿cuántos individuos tienen que nacer para que puedan llegar suficientes a la edad adulta y reproducirse? Está muy claro que la época de liberación de gametos y de formación de los «pequeñines» supone un festín para muchas especies de animales que tienen garantizada su manutención durante una buena temporada. La reproducción sexual, además, supone por parte de los individuos que la presentan una gran inversión de tiempo y energía dedicados a todo lo relacionado con el comportamiento sexual. Esto expone a los animales con más facilidad a los depredadores y aparta a los individuos de otras actividades más importantes para la supervivencia de la especie, como el cuidado de las crías, la búsqueda de alimento y de lugares seguros para vivir, etcétera. Puedes encontrar la lectura completa en el CD del profesor.

400

Biología y Geología 1 El proceso de reproducción en los animales

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16. El proceso de reproducción en los animales 16.3 Reproducción sexual en animales

ccc En la reproducción sexual tienen lugar las siguientes etapas: gametogénesis (formación de los gametos), fecundación (unión de los gametos) y desarrollo del cigoto resultante para originar un organismo completo.

a) Según la cantidad y la distribución del vitelo. b) Según la modalidad de segmentación.

Solución:

Los gametos son células haploides implicadas en la reproducción sexual que se forman como resultado de una división meiótica.

a) Huevos isolecitos u oligolecitos: con poco vitelo distribuido uniformemente. Mamíferos. Huevos heterolecitos: el vitelo se distribuye irregularmente, hay más en el polo vegetativo y menos en el polo animal. Anfibios. Huevos telolecitos: mucho vitelo distribuido por todo el huevo, excepto en el polo animal. Aves. Huevos centrolecitos: el vitelo se sitúa en la parte central del huevo. Insectos.

Como los animales presentan un ciclo de vida diplonte, los gametos son las únicas células haploides del organismo. Los gametos femenino ( ) y masculino ( ) se denominan óvulo y espermatozoide, respectivamente, y presentan diferentes características.

Estructura del óvulo El óvulo es una célula grande, de forma esférica y sin movilidad. Está formado por (véase Figura 16.4): • Núcleo: está desplazado hacia un lado y se llama vesícula germinativa. Contiene varios nucléolos (de color más oscuro), que forman la mancha germinativa. • Citoplasma: contiene sustancias de reserva (proteínas, fosfolípidos, etc.) que forman el vitelo, cuya función es alimentar al embrión en las primeras etapas del desarrollo. • Membrana: el óvulo está rodeado de envolturas, que pueden ser primarias, secundarias y terciarias. La primaria es la membrana plasmática. La secundaria es la membrana vitelina, formada por dos capas: la zona pelúcida y la corona radiada. Las terciarias, como la clara y la cáscara de los huevos de aves y reptiles, se forman en el oviducto por las secreciones de diversas glándulas.

Núcleo

b) Holoblástica o total (si la segmentación afecta a todo el huevo): • Igual: cuando los blastómeros resultantes son todos de igual tamaño. • Desigual: con blastómeros de diferente tamaño, debido a que el vitelo no se reparte por igual en el huevo. Son mayores en el polo vegetativo que en el polo animal.

Mancha germinativa

Vitelo Corona radiada Membrana plasmática

Zona pelúcida

Fig. 16.4. Estructura típica de un óvulo.

c) Meroblástica o parcial (si la segmentación no afecta a todo el huevo): • Discoidal: la segmentación afecta a un disco del huevo en el polo animal. • Superficial: el núcleo se divide varias veces y los núcleos hijos se colocan en la periferia, se rodean de citoplasma y forman blastómeros que rodean al vitelo.

Estructura del espermatozoide Los espermatozoides son pequeños y móviles. Aunque su estructura puede variar de unas especies a otras, un espermatozoide típico está formado por (véase Figura 16.5):

Cuello Cabeza

Cola

Acrosoma

341

Núcleo

c Glosario

Centriolo Mitocondrias Filamento axial

Fig. 16.5. Estructura típica de un espermatozoide.

341

c Páginas web

cc Biocourse McGraw-Hill ccc

Madrid, 1998

Indicar los tipos de huevos o cigotos:

Los gametos

• Cabeza: está ocupada en su mayor parte por el núcleo. En la zona anterior está el acrosoma, vesícula que contiene enzimas para perforar la membrana del óvulo en la fecundación. • Cuello: es la zona intermedia entre la cabeza y la cola. En su interior se encuentra el filamento axial (que continúa en la cola), que está rodeado de numerosas mitocondrias que suministran energía al espermatozoide para que se mueva. • Cola o flagelo: formada por el filamento axial, que está rodeado de una fina capa de citoplasma. Esta capa disminuye en grosor a lo largo del fl agelo de modo que, al final del mismo, llega a desaparecer.

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Aparato reproductor masculino humano

Imagen: partes del aparato reproductor masculino. http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001_gbio/folder_structure/an/m11/s2/anm11s2_1.htm Animación: ejercicio de reconocimiento de las partes. http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001_gbio/folder_structure/an/m11/s2/anm11s2_2.htm Imagen: anatomía del pene. http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001_gbio/folder_structure/an/m11/s2/anm11s2_6.htm Animación: reconocimiento de la anatomía del pene. http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001_saladin/folder_structure/re/m1/s1/rem1s1_3.htm Imagen: testículos y estructura del espermatozoide. http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001_saladin/folder_structure/re/m1/s1/rem1s1_4.htm

Gameto. Célula haploide, especializada para la reproducción sexual. Gónada. Órgano productor de gametos y de hormonas sexuales. El ovario, que es la gónada femenina productora de óvulos, y el testículo, que es la gónada masculina productora de espermatozoides. Hermafroditismo. Tipo de reproducción sexual en la que un mismo individuo produce óvulos y espermatozoides. Ovoteste. Órgano productor de gametos femeninos y masculinos en los animales hermafroditas. Partenogénesis. Es un tipo de reproducción asexual en la que se origina un individuo, a partir de un óvulo sin fecundar. Puede ser meiótica y ameiótica.

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Biología y Geología 1 El proceso de reproducción en los animales

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16. El proceso de reproducción en los animales

Páginas web

16.3 Reproducción sexual en animales

cc Biocourse McGraw-Hill La formación de los gametos: la gametogénesis

Imagen: formación del óvulo y ovulación. http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001_gbio/ folder_structure/an/m12/s5/anm12s5_2.htm En los animales, la primera diferenciación importante se produce entre células germinales (encargadas de la reproducción) y somáticas (las que forman el resto del animal, como células musculares, nerviosas, etcétera).

• Proliferación: las células germinales (2n) presentes en las gónadas se dividen mediante sucesivas mitosis para formar otras células: las espermatogonias (2n). • Crecimiento: las espermatogonias aumentan de tamaño y se transforman en espermatocitos primarios o de primer orden (2n). • Maduración: los espermatocitos primarios experimentan la primera división meiótica y se transforman en espermatocitos secundarios o de segundo orden (n) que, seguidamente, sufren la segunda división meiótica y se convierten en espermátidas (n). Así, al final de esta fase, cada espermatocito primario (2n) ha originado cuatro espermátidas (n). • Espermiogénesis o diferenciación: las espermátidas se diferencian en esperOVOGÉNESIS ESPERMATOGÉNESIS matozoides, para lo cual sufren una profunda transformación: desaparece gran parte del citoplasma, se forma la cabeza, el aparato de Golgi da lugar al acrosoma, las mitocondrias se acumulan en el cuello y se forma el flagelo a partir de los centriolos.

Proliferación

http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001_saladin/ folder_structure/re/m1/s5/rem1s5_2.htm Animación: ejercicio de identificación de elementos de la espermatogénesis. http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001_saladin/ folder_structure/re/m1/s5/rem1s5_3.htm

Ovogonias (2n)

Espermatogonias (2n)

Ovogénesis u oogénesis Es la gametogénesis producida en el ovario. Consta de las siguientes etapas (véase Figura 16.6): Espermatocito de 1º orden (2n)

Maduración

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Espermatogénesis Es la gametogénesis producida en los testículos. Consta de las siguientes etapas (véase Figura 16.6):

Crecimiento

Imagen: espermatogénesis.

La gametogénesis es el proceso de formación de los gametos, mediante meiosis, en el interior de las gónadas. Es de dos tipos: espermatogénesis y ovogénesis (u oogénesis).

Ovocito de 1º orden (2n) Meiosis I Ovocito de 2º orden + Corpúsculos polares (n)

Espermatocitos de 2º orden (n)

Meiosis II

Diferenciación

Espermátidas (n) Óvulo + Corpúsculos polares (n)

Espermatozoides (n)

Fig. 16.6. Esquema de la espermatogénesis y la ovogénesis.

didácticos c Materiales en el CD y en la CEO Imágenes: gametogénesis.

• Proliferación: las células germinales (2n) se dividen mediante sucesivas mitosis para formar otras células: las ovogonias (2n). • Crecimiento: las ovogonias se transforman en ovocitos primarios o de primer orden (2n), para lo cual aumentan de tamaño y acumulan reservas nutritivas. • Maduración: cada ovocito primario experimenta la primera división meiótica, lo que origina un ovocito secundario o de segundo orden (n) y un corpúsculo polar (n) (es una célula más pequeña sin apenas citoplasma). El ovocito secundario y el corpúsculo sufren la segunda división meiótica (sólo si se produce la fecundación): el primero da lugar a un óvulo y a otro corpúsculo, y el segundo puede formar dos nuevos corpúsculos.

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c Glosario Acrosoma. Estructura de la cabeza de un espermatozoide que ayuda a éste a introducirse en el óvulo, contiene enzimas digestivas y se origina a partir del aparato de Golgi. Espermátida. Cada una de las células que se originan del espermatocito de primer orden tras sufrir la meiosis. Espermatogénesis. Formación de los espermatozoides en los testículos. Espermiogénesis. Proceso de diferenciación celular por el que se originan los espermatozoides o gametos masculinos a partir de las células espermátidas. Gametogénesis. Proceso de formación de las células reproductoras o gametos, espermatozoides y óvulos. Oogénesis. Proceso por el cual se forman los óvulos en los ovarios. Óvulo. Gameto femenino (n) que se origina a partir de un oocito de primer orden (primario) tras sufrir la meiosis.

Ejercicios: respuesta múltiple: gametogénesis.

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Biología y Geología 1 El proceso de reproducción en los animales

c Actividades de refuerzo

16. El proceso de reproducción en los animales 16.3 Reproducción sexual en animales

Así, al final de la maduración cada ovocito primario (2n) ha originado un óvulo (n) y tres corpúsculos polares que degeneran y mueren. De esta forma, las reservas nutritivas del ovocito primario se concentran, tras producirse la meiosis, en una sóla célula: el óvulo. En el ser humano, la espermatogénesis se produce, una vez que se alcanza la madurez sexual (en la pubertad), de manera continua a lo largo de la vida. La ovogénesis, por el contrario, comienza durante el desarrollo embrionario y se detiene en la profase I. Cuando llega la pubertad se reanuda de nuevo, y lo hace de forma periódica, de modo que, aproximadamente cada 28 días, madura un ovocito, lo que se conoce como ciclo menstrual.

4. Indica si cada uno de los ejemplos siguientes es un caso de reproducción asexual o sexual. En el primer caso, anota también el nombre del proceso. a) En la hidra de agua dulce. b) En tenia o solitaria. c) En una obrera de abeja. d) En el desarrollo de las fases libres (medusas) de los cnidarios. e) En la sardina.

Revisa tus libros de cursos anteriores acerca del ciclo menstrual y de su regulación hormonal.

Actividad resuelta El síndrome de Down es una alteración genética en la que las células de quienes la padecen tienen tres copias del cromosoma 21 (trisomía del par 21), lo que provoca ciertas discapacidades en estas personas. Las células del organismo son diploides, es decir, tienen dos copias de cada cromosoma, una que procede del padre y otra de la madre. Entonces, ¿cómo explicas que en el síndrome de Down aparezcan tres copias de un cromosoma? ¿Dónde crees que está el fallo? El síndrome de Down se produce porque uno de los gametos aporta dos cromosomas 21 en lugar de uno solo. Esto sucede porque se produce un error en la meiosis (durante la gametogénesis) a la hora de distribuir los cromosomas.

El problema se puede dar en los gametos femeninos (óvulos) o en los masculinos (espermatozoides). En el caso de los óvulos, el problema se incrementa con la edad de la madre. Esto es debido a que la meiosis comienza en los ovarios cuando la mujer aún es un feto, y se detiene en profase I. Cuando se alcanza la madurez sexual (en la pubertad), sólo unas cuantas células continúan la meiosis cada ciclo menstrual, de modo que cuanto mayor es la edad de la madre, más tiempo llevan las células en meiosis y más probabilidad hay de que se produzcan errores. La edad del padre no influye tanto, ya que los espermatozoides se producen de manera continua a lo largo de la vida.

5. Explica si crees que existe alguna ventaja en la autofecundación, durante el proceso de hermafroditismo. 6. ¿Crees que los individuos que se reproducen asexualmente son siempre idénticos?

c Páginas web cc The Life Wire

La fecundación La fecundación es el proceso de unión de los gametos masculino y femenino, haploides, para formar una célula diploide, el cigoto, que dará lugar a un nuevo organismo. Los gametos que se unen proceden de distintos individuos (fecundación cruzada) o del mismo individuo (autofecundación). La fecundación cruzada se produce en animales unisexuales y en hermafroditas que, aunque producen gametos de ambos tipos, los intercambian con otros individuos. La autofecundación ocurre en algunos hermafroditas, cuando no tienen cerca a otro individuo con el que intercambiar gametos (como la tenia o solitaria). Para que se produzca la fecundación es necesario un medio acuoso que permita la supervivencia de los gametos y que facilite su unión.

Tipos de fecundación Según donde tenga lugar la unión de los gametos se distinguen dos tipos de fecundación: externa e interna. • Fecundación externa: los gametos se unen fuera del cuerpo de los progenitores, para lo cual los animales expulsan de su cuerpo (desovación) una gran cantidad de gametos. Sucede en la mayoría de los animales que viven en el agua.

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Imagen: espermatogénesis (localización del pro-

La fecundación in vitro

ceso y fases), estructura del espermatozoide. http://bcs.whfreeman.com/thelifewire/content/ chp43/f43009.gif

Algunas mujeres no consiguen quedar embarazadas porque, debido a problemas en su aparato reproductor, no es posible que se produzca la fecundación.

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En estos casos se puede recurrir a la fecundación in vitro. Esta técnica consiste en poner juntos, en una placa de vidrio, los espermatozoides y los óvulos de los progenitores. Una vez tiene lugar la fecundación, el embrión formado se introduce en el útero de la madre, donde se desarrollará hasta formar un nuevo individuo. Los niños nacidos mediante técnicas de fecundación in vitro se conocen como «bebés probeta». El primero de ellos fue la británica Louise Brown, y nació el 25 de julio de 1978.

343

c Lectura

cc La edad de los óvulos humanos

cc Gráficos del mundo

Los óvulos se forman en los ovarios, tras un complejo proceso que dura mucho tiempo, a lo largo del cual tienen lugar divisiones celulares mitóticas y meióticas. Las células germinales de los ovarios se multiplican y originan numerosas ovogonias, que crecen al almacenar grandes cantidades de reservas nutritivas. El ovocito de primer orden así formado entra en meiosis, interrumpiéndose el proceso en la profase de la primera división meiótica. Esto ocurre durante el desarrollo embrionario, y la ovogénesis se a reinicia cuando la mujer es fértil, a partir de la pubertad. El proceso de ovogénesis lo va a continuar cada folículo en cada ciclo ovárico, completándose la meiosis que va a dar lugar a cada óvulo. A lo largo de su vida, una mujer puede formar unos 400 óvulos, pero los últimos pueden llegar a tener en torno a 50 años. Ésta es la razón por la que cuanto mayor sea la mujer embarazada, mayor será la posibilidad de que aparezcan problemas en el embrión.

Animación: una causa de la infertilidad masculina. http://www.elmundo.es/elmundosalud/documentos/ 2003/08/fecundacion.html

Elaboración propia

403

16

Biología y Geología 1 El proceso de reproducción en los animales

c

16. El proceso de reproducción en los animales

Páginas web

16.3 Reproducción sexual en animales

cc Biocourse McGraw-Hill • Fecundación interna: la unión de los gametos tiene lugar en el aparato reproductor femenino, por lo que es necesario introducir los gametos masculinos en su interior. En los animales más evolucionados este proceso se realiza mediante la copulación, en la que el macho introduce los espermatozoides con la ayuda de su órgano copulador.

Imagen: microfotografía de la fecundación (MEB. 1 200 X). http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001_saladin/ folder_structure/re/m2/s1/rem2s1_6.htm Imagen: penetración de un espermatozoide. http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001_saladin/ folder_structure/re/m2/s1/rem2s1_5.htm Imagen: representación esquemática de la fecundación (penetración y fusión de los núcleos). http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001_gbio/ folder_structure/an/m12/s1/anm12s1_2.htm

En algunos animales la fecundación interna se produce sin copulación. Para ello, el macho libera al medio una bolsa llena de espermatozoides, llamada espermatóforo, que después se introduce en el aparato reproductor de la hembra, donde se abre y deja libres a los espermatozoides. En algunos organismos, como el escorpión, es la hembra la que introduce el espermatóforo en su aparato reproductor. En otras es el macho, como ocurre con el calamar, que introduce el espermatóforo con ayuda de un tentáculo. La fecundación interna presenta ventajas frente a la externa. Por una parte, los gametos están más protegidos que si se liberan al medio exterior. Además, como el encuentro de los gametos se produce en un espacio reducido (el aparato reproductor femenino), hace falta menor número de éstos que en la fecundación externa para asegurar que el óvulo sea fecundado.

Mecanismo de la fecundación El proceso de fecundación comprende una serie de etapas, que son las mismas para la fecundación externa e interna (véase Figura 16.7):

Fig. 16.7. Mecanismo de la fecundación.

344

didácticos c Materiales en el CD y en la CEO

• Acercamiento y reconocimiento de los gametos. Los espermatozoides se acercan nadando (mediante su flagelo) al óvulo. Cuando los espermatozoides y el óvulo son de la misma especie, se reconocen entre sí debido a que en su superficie presentan las mismas proteínas específicas. Por eso la fecundación se produce siempre entre gametos de la misma especie, y no de especies diferentes. • Penetración del espermatozoide en el óvulo. Si, tras el reconocimiento, un espermatozoide toca la membrana vitelina de un óvulo, el acrosoma libera sus enzimas, que perforan la membrana, y el espermatozoide penetra en el interior. Sólo entra la cabeza, ya que el cuello y la cola se sueltan en el momento de la penetración y quedan fuera del óvulo. • Formación de la membrana de fecundación. Inmediatamente después de la penetración, se forma una gruesa capa (membrana de fecundación) alrededor del óvulo que impide que el óvulo pueda ser penetrado por más de un espermatozoide. • Fusión de los núcleos de los gametos. Tras la penetración, los núcleos del espermatozoide y del óvulo, que en el momento de la fecundación se denominan pronúcleo masculino y femenino respectivamente, fusionan sus membranas. Se forma así una célula, el huevo o cigoto, que es diploide y contiene la información completa para formar un nuevo organismo.

Actividades

Animación: aparato reproductor femenino y fe-

3>

cundación. Esta animación ilustra la ovulación, fecundación, inicio del desarrollo y nidación.

María está investigando la reproducción de un animal hermafrodita de vida acuática, y ha descubierto que un mismo individuo no produce a la vez óvulos y espermatozoides, de modo que no es posible la autofecundación. ¿Supone esto algún inconveniente para el animal? ¿Qué explicación le darías a María?

4>

La mayoría de los organismos terrestres presentan fecundación interna. ¿Sabrías explicar por qué, desde un punto de vista evolutivo?

5>

Paco ha acudido a una clínica de fertilidad donde le han diagnosticado astenospermia, que quiere decir que sus espermatozoides han perdido movilidad. ¿Qué consecuencias puede tener esto para Paco?

344

c Curiosidades

cc No siempre es la fecundación la que induce el desarrollo Imágenes: tipos de huevos (rotulada y sin rotular). Ejercicios: verdadero o falso: mecanismo de la fecundación. Respuesta múltiple: tipos de fecundación. Rellenar huecos: tipos de huevos. Crucigrama: de los gametos al cigoto.

c Un poco de historia

cc Preformación y epigénesis Puedes encontrar la lectura completa en el CD del profesor.

404

Lo habitual es que sea la entrada del espermatozoide en el óvulo el desencadenante del desarrollo embrionario, sin embargo no siempre es así. Como sabes, en muchos insectos el desarrollo se puede producir a partir de óvulos sin fecundar, originándose, en el caso de las abejas, individuos machos. Esto es lo que llamamos partenogénesis. Si ponemos erizos de mar en una disolución altamente concentrada de sal también se desencadena el desarrollo embrionario. El óvulo de los anfibios se desarrolla si recibe descargas eléctricas de baja intensidad. Elaboración propia.

Biología y Geología 1 El proceso de reproducción en los animales

16

c Lectura

16. El proceso de reproducción en los animales 16.3 Reproducción sexual en animales

cc «La ontogenia es una recapitulación de la filogenia» (Haeckel, 1868)

Tipos de huevos El huevo o cigoto formado puede ser de varios tipos, según la cantidad de vitelo (sustancias nutritivas) que contenga y cómo se distribuya. Son los siguientes (véase Figura 16.8): • Isolecitos u oligolecitos: tienen muy poco vitelo y distribuido de manera uniforme. Son típicos de cnidarios, equinodermos y mamíferos marsupiales y placentarios. • Heterolecitos o mesolecitos: tienen más vitelo que los anteriores, y distribuido de forma desigual, ya que se concentra en una zona del huevo, llamada polo vegetativo, opuesta al lugar donde está el núcleo, que recibe el nombre de polo animal. Son típicos de anélidos, moluscos y anfibios. • Telolecitos: tienen mucho vitelo distribuido por todo el huevo, excepto en la zona en la que está el núcleo (polo animal). Son típicos de reptiles, aves y numerosos peces. • Centrolecitos: tienen mucho vitelo, que ocupa el centro del huevo, rodeado de una fina capa de citoplasma. El núcleo está en medio del vitelo. Son típicos de insectos.

Fig. 16.8. Tipos de huevos según la cantidad y distribución del vitelo.

Es llamativa la semejanza entre embriones de distintas especies de vertebrados. Un análisis detallado de éstos muestra no sólo la presencia de estructuras comunes y de una enorme cantidad de semejanzas, sino que evidencia, además, la presencia, en las primeras fases del desarrollo, de estructuras que posteriormente desaparecen. La presencia de dichas estructuras carecería de todo sentido si no fuera porque concuerdan con nuestra historia evolutiva.

A partir del cigoto se originará un nuevo individuo formado por miles de células. Este proceso se llama ontogénesis y comprende dos etapas: el desarrollo embrionario y el postembrionario.

El desarrollo embrionario El desarrollo embrionario es el conjunto de procesos que ocurren desde que se forma el cigoto hasta el nacimiento del nuevo individuo, que tiene lugar con la rotura del huevo (eclosión) o en el momento del parto.

El desarrollo embrionario comprende varias etapas: segmentación, gastrulación y organogénesis.

Segmentación

La segmentación es el conjunto de transformaciones que se producen en el cigoto hasta que se convierte en una estructura llamada blástula. Para ello, el cigoto se divide sucesivamente por mitosis y origina unas células, llamadas blastómeros, que constituyen una estructura llamada mórula. Los blastómeros que se van formando son cada vez más pequeños a medida que aumenta su número, de modo que la mórula tiene el mismo tamaño que el cigoto de partida (veáse Figura 16.9).

Según dónde y cómo se produce el desarrollo embrionario, los animales se dividen en:

¿Qué sentido tiene si no la aparición de hendiduras branquiales en las primeras fases del desarrollo? Si pensamos en nuestra historia evolutiva, podría tener sentido su aparición y posterior desaparición a lo largo del desarrollo fetal. También, en fase embrionaria, hemos tenido una cola de la que simplemente nos queda el coxis.

— Ovíparos: se desarrollan fuera de la madre y se alimentan del vitelo del huevo. El proceso acaba cuando el nuevo ser sale del huevo (eclosión). — Vivíparos: se desarrollan dentro de la madre, de la que reciben los nutrientes. El proceso acaba con el parto. — Ovovivíparos: el desarrollo ocurre dentro de la madre, pero se alimentan del vitelo del huevo. El proceso acaba cuando el nuevo ser sale del huevo y abandona el cuerpo materno en un proceso semejante a un parto.

Después, los blastómeros se desplazan hacia la superficie, formándose una estructura esférica hueca, llamada blástula. El interior de la misma es el blastocele y la capa de células que rodea a esta cavidad se denomina blastodermo.

345

c Glosario Cigoto. Célula diploide que se forma cuando el espermatozoide fecunda al óvulo. Copulación. Unión de dos individuos, durante la reproducción, con el fin de facilitar la fecundación de los gametos. Mediante la copulación, el macho introduce los gametos masculinos en el interior del cuerpo de la hembra. Desove. Puesta o liberación de huevos, por ejemplo en el caso de los peces. Fecundación. Proceso de fusión de los gametos. Cariogamia. Nombre con el que se puede denominar también a la fusión de los núcleos en el proceso de fecundación. Espermatóforo. Bolsa llena de espermatozoides que algunos animales liberan al medio. Se da en casos de fecundación interna sin cópula. Ontogénesis. Desarrollo completo de un individuo a partir del cigoto.

345

Estas observaciones realizadas por Haeckel le llevaron, en 1868, a formular la que sería conocida como ley biogenética de Haeckel. Según ésta, los rasgos coincidentes de grupos de animales que tienen antepasados comunes son los primeros que se desarrollan durante la ontogenia (desarrollo embrionario). Así, por ejemplo, la columna vertebral, común a todos los vertebrados, es una de las estructuras más tempranas en los embriones, mientras que el cerebro de los humanos se desarrolla mucho más tarde que en el resto de los vertebrados, incluso que en los primates. Durante el desarrollo embrionario de las ballenas aparecen las extremidades inferiores, para desaparecer en las fases posteriores del desarrollo. Haeckel afirmaba que «la ontogenia es una recapitulación de la filogenia», es decir, a lo largo de nuestro desarrollo se manifiestan los principales rasgos de nuestra historia evolutiva, incluso aquéllos que a lo largo de la evolución hemos ido perdiendo. Elaboración propia.

405

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Biología y Geología 1 El proceso de reproducción en los animales

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16. El proceso de reproducción en los animales

Actividades

16.3 Reproducción sexual en animales

7. ¿Por qué en la reproducción sexual se da más variabilidad genética que en la asexual? ¿Qué ventaja tiene esto? Razónalo. 8. Explica las ventajas e inconvenientes entre fecundación interna y externa. 9. Establece las diferencias entre el espermatozoide y el óvulo a dos columnas. 10. Haz un esquema de la espermatogénesis y otro de la ovogénesis. 11. Describe los procesos que se llevan a cabo cuando se pone en contacto el espermatozoide con el óvulo.

La segmentación depende de la cantidad de vitelo y de su distribución, es decir, del tipo de huevo. Esto es debido a que el vitelo dificulta la formación de los blastómeros al impedir la división del citoplasma. Por lo tanto, se distinguen los siguientes tipos de segmentación (véase Figura 16.9): • Segmentación total u holoblástica: los blastómeros se forman en todo el huevo, ya que se produce en cigotos con cantidades de vitelo pequeñas o medianas. Es de dos tipos: ⎯ Igual: los blastómeros son del mismo tamaño, ya que se produce en huevos oligolecitos. La blástula formada se llama celoblástula, y el blastocele ocupa una posición central. En los mamíferos, la blástula se llama blastocisto y presenta en el interior un acúmulo de células (masa interna celular). ⎯ Desigual: los blastómeros son mayores en el polo vegetativo que en el polo animal, ya que se produce en huevos heterolecitos, en los que el vitelo se concentra en el polo vegetativo. La blástula formada se llama esteroblástula, y en ella el blastocele es de menor tamaño que en las celoblástulas y está desplazado hacia un lado. • Segmentación parcial o meroblástica: se produce en el polo animal, ya que el resto del huevo tiene tanto vitelo que impide la división celular. Es de dos tipos: ⎯ Discoidal: los blastómeros forman un disco en el polo animal, y es típico de huevos telolecitos. El resto del huevo constituye el saco vitelino, que, como sirve de alimento al embrión, disminuye de tamaño a medida que avanza el desarrollo. La blástula formada se llama discoblástula. ⎯ Superficial: el núcleo se divide varias veces. Los núcleos formados migran hacia la superficie, donde se rodean de citoplasma y forman blastómeros que se disponen alrededor del vitelo. Se produce en huevos centrolecitos y la blástula formada se denomina periblástula.

c Páginas web

cc Biocourse McGraw-Hill Imagen: iniciación del desarrollo.

346

http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001_gbio/ folder_structure/an/m12/s2/anm12s2_1.htm Imagen: del cigoto a la mórula (1). http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001_gbio/ folder_structure/an/m12/s2/anm12s2_2.htm Imagen: del cigoto a la mórula (2). http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001_gbio/ folder_structure/an/m12/s2/anm12s2_3.htm Imagen: de la mórula a la blástula. http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001_gbio/ folder_structure/an/m12/s2/anm12s2_4.htm Imagen: de la blástula a la gástrula. http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001_gbio/ folder_structure/an/m12/s2/anm12s2_5.htm Imagen: Formación de las tres hojas embrionarias. http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001_gbio/ folder_structure/an/m12/s2/anm12s2_6.htm

didácticos c Materiales en el CD y en la CEO Animación: tipos de huevos y segmentación. Este ejercicio permite repasar los tipos de huevos y las modalidades de segmentación. Tras la realización permite comprobar el número de aciertos.

Fig. 16.9. Los distintos tipos de segmentación dependen del tipo de huevo.

346

Imágenes: tipos de huevos (rotulada y sin rotular). Segmentación parcial (rotulada y sin rotular). Segmentación total (rotulada y sin rotular). Gástrula (rotulada y sin rotular). Mesodermo por enterocelia (rotulada y sin rotular). Mesodermo por esquizocelia (rotulada y sin rotular).

Ejercicios: relación: tipos de huevos y segmentación. Fases del desarrollo embrionario.

406

Biología y Geología 1 El proceso de reproducción en los animales

didácticos c Materiales en el CD y en la CEO

16. El proceso de reproducción en los animales 16.3 Reproducción sexual en animales

Animación: desarrollo embrionario. Imágenes: desarrollo embrionario (rotulado y sin

Gastrulación Blastocele

rotular).

La gastrulación es el conjunto de movimientos que experimentan las células de la blástula para formar la gástrula, que es un embrión cuyas células se disponen en capas denominadas hojas embrionarias.

c Glosario

Blastodermo BLÁSTULA

Las hojas embrionarias son tres (ectodermo, endodermo y mesodermo), y a partir de ellas se originarán los distintos tejidos y órganos que forman un animal. En animales menos evolucionados (poríferos y cnidarios) sólo se forman dos hojas embrionarias (ectodermo y endodermo), por lo que se denominan diblásticos. En los demás animales se forma la tercera capa (mesodermo), por lo que se denominan triblásticos. Inicialmente, se forma una gástrula con dos capas, una externa, ectodermo, y otra interna endodermo, que se disponen dejando una cavidad, el arquénteron, que comunica con el exterior por un orificio, el blastoporo (véase Figura 16.10). A partir del arquénteron se forma el tubo digestivo. A partir del blastoporo se forma la boca o el ano, lo que divide a los animales en dos grupos: protóstomos, cuando se forma la boca (como en anélidos, moluscos y artrópodos), y deuteróstomos, cuando se forma el ano (como en equinodermos y cordados).

Ectodermo Endodermo Arquénteron Blastoporo

Los movimientos celulares que se producen en la blástula para formar el ectodermo y el endodermo varían mucho de unos animales a otros, aunque dependen, principalmente, de la cantidad de vitelo del huevo y, por tanto, de la blástula. El proceso más sencillo se produce en huevos isolecitos y tiene lugar mediante la invaginación de las células del blastodermo hacia el interior de la blástula (véase Figura 16.10).

GÁSTRULA

Fig. 16.10. Gastrulación por invaginación que se produce en celoblástulas.

La formación del mesodermo se lleva a cabo, principalmente, mediante dos tipos de procesos (véase Figura 16.11): • Enterocelia: se produce una invaginación del endodermo, en dirección al ectodermo, y forma una bolsa que se acaba desprendiendo. Se produce en animales deuteróstomos. • Esquizocelia: alguna células del endodermo se desprenden de él y migran hacia el espacio que queda entre éste y el ectodermo, donde se multiplican, dando lugar a los cordones mesodérmicos, que acaban originando el mesodermo. Se produce en protóstomos.

ENTEROCELIA

Endodermo

Celoma Blastoporo

En el interior del mesodermo se forma una cavidad llamada celoma o cavidad celomática. En algunos animales, como los platelmintos, no se forma esta cavidad, por lo que se denominan acelomados. Los animales en los que se forma el celoma (como moluscos, anélidos y cordados) se llaman celomados. El celoma dará lugar, durante el desarrollo, a la cavidad interna de los organismos, en la que se encuentran los órganos.

16

Ectodermo

Mesodermo

Arquénterón

Blastoporo

Celoma ESQUIZOCELIA

Endodermo

Fig. 16.11. Procesos de formación del mesodermo.

347

c Curiosidades Existen genes que controlan el desarrollo embrionario. Estos genes codifican factores de transcripción, que inducen la expresión de otros genes, responsables de la aparición de una determinada estructura, como por ejemplo una pata, un ojo, una antena… Cuando alguno de estos genes reguladores sufre una mutación, puede ocurrir que en el lugar donde correspondería que se desarrollara una determinada estructura, aparezca otra, por ejemplo una pata en el lugar donde debería aparecer una antena. Imagen de mosca con patas donde corresponderían antenas: http://www.sulinet.hu/termeszetvilaga/archiv/2001/0104/154-2.jpg

Blastocisto. Blástula de los mamíferos. Blastómeros. Cuando el cigoto se segmenta, cada una de las células que se forman durante las primeras divisiones se denominan blastómeros. Blástula. Durante el desarrollo de un embrión, la mórula se ahueca y forma una bola de células en cuyo interior queda una cavidad, el blastocele. Celoblástula. Blástula que se origina en los huevos isolecitos, en los que la segmentación es total e igual y los blastómeros formados son todos del mismo tamaño. En celentéreos. Centrolecito. Huevo cuyo vitelo está situado en el centro. Insectos. Discoblástula. Segmentación en forma de disco en el polo animal de los huevos con mucho vitelo. Aves. Esteroblástula. Blástula que se origina en los huevos heterolecitos en los que los blastómeros formados son de diferente tamaño debido al vitelo, ya que se han dividido más lentamente por ello en el polo vegetativo. En peces. Heterolecitos. Huevos con una cantidad de vitelo moderada en el polo vegetativo y poca en el polo animal. Holoblástica. Segmentación de los huevos isolecitos (poco vitelo) que afecta a todo el huevo. Meroblástica. Segmentación parcial de huevos que contienen gran cantidad de vitelo. Aves. Mórula. Huevo segmentado en la primera fase de su desarrollo, su aspecto recuerda a una mora. Oligolecito. Huevo o cigoto con muy poca cantidad de vitelo. En cordados. Telolecitos. Huevos con mucho vitelo en el polo vegetativo. Anfibios.

347

c Escenarios de error cc Todos los mamíferos son vivíparos

El ornitorrinco es la excepción, se trata de un mamífero muy especial, ya que no tiene placenta y pone huevos. Es, por lo tanto, ovíparo. En cuanto a los marsupiales, son ovíparos, pero dado que el desarrollo de las crías es muy corto, tienen que terminar este proceso en una bolsa que tienen las hembras en su vientre, el marsupio, un bolsillo en el que son transportados y amamantados hasta que crecen lo suficiente. Elaboración propia.

407

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Biología y Geología 1 El proceso de reproducción en los animales

c ccc

16. El proceso de reproducción en los animales

PAU

16.3 Reproducción sexual en animales

Galicia Organogénesis

1. Contesta verdadero o falso: la meiosis es un proceso que hace posible la formación de células diploides a partir de células haploides. (Septiembre de 2001) 2. ¿Cuál es la importancia de la mutación y de la recombinación en los seres vivos? (Junio de 2002) 3. ¿Cuándo y cómo se crea la variabilidad genética durante la meiosis? (Septiembre de 2003)

Diagnóstico prenatal El líquido amniótico sirve para detectar defectos genéticos en el futuro bebé (por ejemplo, el síndrome de Down). Se debe a que este líquido contiene células del feto cuyo material genético se puede analizar y así detectar cualquier anomalía. El análisis del líquido amniótico se realiza mediante una prueba llamada amniocentesis. Se realiza a partir de las doce semanas de gestación y consiste en tomar una muestra del líquido amniótico con una aguja muy fina que se introduce en el abdomen de la madre.

Solución 1. Falso. 2. Ambas son una fuente de variabilidad genética. La mutación, tanto de la reproducción sexual como asexual; mientras que la recombinación es una fuente de variabilidad propia de la meiosis y, por lo tanto, de la reproducción sexual. 3. En la profase I, como consecuencia de la recombinación, esto es, el intercambio de segmentos entre cromosomas homólogos. Y en las respectivas anafases, en las que se produce la segregación de los cromosomas.

348

cc Biocourse McGraw-Hill Animación: nidación, identificación de las partes de un embrión de catorce días. http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001_saladin/ folder_structure/re/m2/s3/rem2s3_1.htm Imagen: anexos embrionarios. http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001_saladin/ folder_structure/re/m2/s3/rem2s3_2.htm Imagen: embrión de cinco semanas. http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001_saladin/ folder_structure/re/m2/s3/rem2s3_5.htm Imagen: dos semanas antes del parto. http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001_saladin/ folder_structure/re/m2/s3/rem2s3_7.htm Imagen: parto. http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001_saladin/ folder_structure/re/m2/s3/rem2s3_9.htm

didácticos c Materiales en el CD y en la CEO Animaciones: anexos embrionarios (ejercicio). Metamorfosis de los anfibios. Imágenes: embriones de vertebrados (rotulada y sin rotular). Metamorfosis de la rana (rotulada y sin rotular). Ejercicios: verdadero o falso: desarrollo postembrionario. Relación: elementos de reproducción. Ordenación: metamorfosis de la rana.

408

A partir del ectodermo se forman la capa externa que recubre a los animales (epidermis, y estructuras asociadas, como pelos, glándulas sudoríparas, uñas, etc.) y el sistema nervioso. El endodermo da lugar al sistema digestivo y glándulas anejas (hígado y páncreas) y al sistema respiratorio. A partir del mesodermo se forman los aparatos reproductor y circulatorio, el tejido conjuntivo (como la dermis), los músculos, el esqueleto y la mayoría de los órganos internos.

Anexos embrionarios Los anexos embrionarios son envolturas que se forman durante el desarrollo embrionario y que rodean el embrión para protegerlo y nutrirlo.

Estas estructuras, que se forman a partir de las hojas embrionarias, son especialmente importantes en aves, reptiles y mamíferos. Los anexos embrionarios son los siguientes (véase Figura 16.12): • Corion: es la envoltura más externa. En los ovíparos se encuentra justo debajo de la cáscara, y su función es el intercambio de gases con el Albúmina exterior. La cáscara es porosa, por lo que per(clara) mite también el intercambio gaseoso. Amnios En los mamíferos, esta envoltura rodea al embrión y se encuentra en contacto con el útero materno. A partir del corion y de la pared del útero, se forma la placenta, cuya principal función es el intercambio de sustancias (gases, nutrientes, etc.) entre la madre y el embrión. Este intercambio se produce a través del cordón umbilical, que se forma a partir de la Embrión placenta. A medida que avanza el desarrollo embrionario, el alantoides y el saco vitelino se Alantoides van reduciendo y pasan a formar parte del cordón umbilical. Cordón umbilical Saco vitelino • Amnios: envoltura que rodea al embrión para protegerlo de posibles impactos. Para ello, Fig. 16.12. Anexos embrionarios en a) aves y reptiles y b) mamíferos. contiene un líquido, llamado líquido amniótico, que sirve para amortiguar los golpes. • Alantoides: forma un saco conectado con el embrión que almacena productos de desecho. En los mamíferos, estas sustancias pasan a la madre para ser eliminadas. • Saco vitelino: contiene vitelo para alimentar al embrión. Está muy desarrollado en los ovíparos. En los vivíparos es muy pequeño, ya que el embrión recibe el alimento de la madre. Corion

Cáscara

c Páginas web

La organogénesis es la formación de los tejidos y órganos que constituyen a los animales a partir de las hojas embrionarias y mediante pocesos de diferenciación celular.

A

B

348

c Lectura

cc Medicamentos durante el embarazo ¿Quién no ha leído alguna vez el prospecto de un medicamento y se ha encontrado con la frase de «en caso de embarazo consulte a su médico» o «no tomar durante los tres primeros meses de embarazo»? El desarrollo embrionario es un proceso muy complejo, en el que cualquier factor «externo» puede provocar interferencias, especialmente durante las primeras semanas, en las que las células del embrión se van diferenciando y se va determinando el destino de las distintas estirpes celulares. En esta etapa es cuando comienza a formarse la mayor parte de los órganos, aunque algunos no dejan de desarrollarse a lo largo de todo el embarazo. Algunos medicamentos están claramente contraindicados, por su efecto teratogénico, lo que quiere decir que pueden provocar malformaciones; otros, como el ácido acetil salicílico, simplemente por el hecho de que aumentan la fluidez de la sangre, incrementándose el riesgo de hemorragias. Elaboración propia.

Biología y Geología 1 El proceso de reproducción en los animales

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c Páginas web

16. El proceso de reproducción en los animales 16.3 Reproducción sexual en animales

cc Biocourse McGraw-Hill El desarrollo postembrionario

Imagen: amniocentesis. http://www.biocourse.com/bcc/assets/000005890.gif

El desarrollo postembrionario es el conjunto de procesos que ocurren desde el nacimiento de un individuo hasta que llega a la fase adulta, que es cuando se produce la maduración sexual.

Imagen: incidencia del síndrome de Down en función de la edad de la madre. http://www.biocourse.com/bcc/assets/000005885

Según la cantidad de vitelo que tenga el huevo o cigoto, puede ser directo o indirecto: • Desarrollo directo: se presenta en animales que se forman a partir de huevos con mucho vitelo (aves y reptiles) o que se desarrollan en el interior de la madre, de la que se nutren (mamíferos). Estos animales nacen como adultos en miniatura, por lo que el desarrollo postembrionario consiste en el crecimiento del individuo hasta que alcanza la capacidad reproductora (madurez sexual).

cc Gráficos del mundo

• Desarrollo indirecto: se presenta en animales (como insectos o anfibios) en los que el vitelo no es suficiente para completar un desarrollo que produzca todas las estructuras y mecanismos del proceso reproductivo. Por ello, los individuos que salen del huevo, llamados larvas, son muy diferentes del adulto, incluso en muchos casos su alimentación y su hábitat son distintos Adulto (por ejemplo, una oruga y una mariposa).

Embarazo y parto. http://www.elmundo.es/elmundosalud/documentos/ 2006/06/embarazo.html Adulto

Para alcanzar la fase adulta, las larvas sufren un conjunto de cambios, denominado metamorfosis, que puede ser de dos tipos: ⎯ Simple: la larva experimenta cambios de manera continua hasta dar lugar al organismo adulto (véase Figura 16.13a). Se da en anélidos, equinodermos, moluscos, anfibios y muchos insectos. ⎯ Compleja: la larva pasa por etapas en las que se inmoviliza, durante las cuales sufre cambios muy profundos (véase Figura 16.13b). Se da en la mayoría de los insectos (como moscas o mariposas).

cc Infografías consumer.es Animación: el embarazo paso a paso.

Huevos

Pupa

Larva

Huevos

Renacuajo

Fig. 16.13. Metamorfosis a) complicada en insectos, b) sencilla en anfibios.

Actividad resuelta Existen sustancias, denominadas teratogénicas (del griego teratos, ‘monstruo’), capaces de producir malformaciones morfológicas y funcionales en los embriones si se administran durante el periodo de gestación. Entre estas sustancias se encuentran algunos medicamentos cuyo efecto dependerá, entre otros factores, del momento de desarrollo en el que se encuentre el embrión, de la cantidad administrada y del tiempo que se administre. Considerando las distintas etapas del desarrollo en el ser humano, ¿cuándo será más peligroso un medicamento teratógeno?

— hasta que se produce la gastrulación (quince días después de la fecundación), las células del embrión son totipotentes, de modo que pueden suceder dos cosas: que la sustancia teratogénica destruya alguna célula y que, al ser totipotentes, ésta sea sustituida por otra, o bien que el daño sea irreversible y se produzca la muerte del embrión (aborto). — entre la tercera y la octava semanas, las células pierden la totipotencia y empiezan a diferenciarse para formar los órganos. Por ello, es la etapa más crítica, ya que los teratógenos pueden provocar malformaciones que, si son muy graves, pueden causar la muerte del embrión (aborto).

La etapa de mayor riesgo son los dos primeros meses de embarazo; en esta etapa se pueden diferenciar dos fases:

A partir de la octava semana, aunque el riesgo es menor, es posible que se produzcan defectos funcionales (por ejemplo, ceguera, sordera, retraso mental, etcétera).

c Glosario

349

c Lectura

cc La talidomida La talidomida es un medicamento que se recetó a finales de los 50 a las mujeres embarazadas para tratar las típicas nauseas y vómitos matutinos. Fue la causante de miles de casos de bebés con gravísimas deformaciones, que nacieron con extremidades muy cortas y, en muchos casos, sin dedos. Este medicamento interfiere en el desarrollo de nervios y vasos sanguíneos, y las peores consecuencias se producen cuando se toma en la cuarta o quinta semana, cuando se están desarrollando las extremidades. Hoy día se utiliza como tratamiento de la lepra y de algunas complicaciones del cáncer y del sida. Elaboración propia.

http://www.consumer.es/web/es/salud/prevencion/ 2006/10/16/156385.php Animación: amniocentesis. http://www.consumer.es/web/es/salud/prevencion/ 2004/10/27/140170.php

349

Arquénteron. En la fase gástrula, cavidad rodeada por el endodermo, aparato digestivo inicial. Deuteróstomo. Animal en el que, durante el desarrollo embrionario, el blastoporo origina el ano y la boca se formará posteriormente, a partir de otra abertura. En cordados. Diblástico. Metazoo formado por dos hojas embrionarias, una externa o ectodermo y otra interna o endodermo. Enterocelia. Formación del mesodermo a partir de una evaginación del mesodermo a ambos lados del arquénteron. En equinodermos. Esquizocelia. Formación del celoma a partir de masas de células que se separan desde el blastoporo y se sitúan entre el ectodermo y endodermo. Después se ahueca el celoma en el interior de dicha masa celular. En moluscos. Gástrula. Fase del desarrollo embrionario en la que, a partir de la blástula, se origina una estructura con tres capas germinativas: ectodermo, endodermo y, entre ambas, el mesodermo con una cavidad corporal o celoma. En el interior de la estructura, se abre una cavidad o arquénteron y una abertura o blastoporo. Organogénesis. Una vez formada la gástrula, se originan grupos de células especializadas en la formación de tejidos que, posteriormente, formarán órganos determinados. Protóstomo. Animal en el que, durante el desarrollo embrionario, el blastoporo origina la boca y el ano se formará posteriormente, a partir de otra abertura. En anélidos.

409

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Biología y Geología 1 El proceso de reproducción en los animales

c

16. El proceso de reproducción en los animales

Materiales didácticos en el CD y en la CEO

16.4 La clonación

Ejercicios: verdadero o falso: la clonación. Sopa

16.4 La clonación

de letras: modalidades reproductoras.

c Páginas web

La clonación consiste en la obtención de organismos genéticamente idénticos a su progenitor. Clon: del griego Κλων, ‘retoño’.

Aunque la clonación ocurre de forma natural en organismos con reproducción asexual, este término se suele utilizar para referirse a la obtención de organismos clónicos de manera artificial, lo cual puede llevarse a cabo mediante las siguientes técnicas:

cc The Life Wire

http://bcs.whfreeman.com/thelifewire/ Capítulo (chapter) 19 Figura 19.6: obtención de células madre. http://bcs.whfreeman.com/thelifewire/content/ chp19/f19006.gif

En 1997 el equipo de Ian Wilmut (del Roslin Institute, en Edimburgo) realizó el primer experimento de clonación verdadera en mamíferos al transferir el núcleo de una célula mamaria de una oveja al óvulo enucleado de otra oveja. Como resultado de este experimento, nació la famosa oveja Dolly.

Figura 19.4: clonación de la oveja Dolly (fotografía de Dolly y su descendencia). http://bcs.whfreeman.com/thelifewire/content/ chp19/f19004.gif

cc Sumanas, inc. Células madre

http://www.sumanasinc.com/webcontent/ anisamples/stemcells.html Colocar el cursor sobre step-through. Interesante animación, que podemos dividir en tres partes: La primera parte ilustra la obtención de células madre embrionarias, su diferenciación hasta células madre pluripotenciales, que al ser cultivadas permiten obtener células que se utilizan en medicina regenerativa. La segunda parte representa el papel de la insulina en el mecanismo de entrada de la glucosa en las células del organismo. La tercera parte se refiere a la diabetes tipo I (juvenil), su causa autoinmune y su tratamiento mediante el uso de células madre adultas.

Animal A

350

• Transferencia o trasplante de núcleos: consiste en transferir el núcleo de una célula a un óvulo o cigoto enucleados (a los que se les ha quitado previamente el núcleo o los pronúcleos). Según de dónde provenga el núcleo que se transfiere, se distinguen dos mecanismos: ⎯ Paraclonación: el núcleo proviene de una célula de un embrión, que será el progenitor, ya que la descendencia lleva sus genes. Los individuos que se forman son idénticos entre sí e idénticos a su progenitor. Sin embargo, como el embrión que dona los núcleos se destruye, el progenitor no llega a nacer, por eso se llama paraclonación. ⎯ Clonación verdadera: el núcleo que se transfiere procede de una célula somática de un individuo vivo, que será el progenitor. Los individuos resultantes son genéticamente iguales entre sí e idénticos a su progenitor, por lo que se denomina clonación verdadera (véase Figura 16.14). En cualquiera de los casos, el embrión resultante se implanta en el útero de una «madre de alquiler» para que complete su desarrollo y origine un nuevo organismo.

Animal B

ccc

• Gemelación artificial: es un proceso semejante al que ocurre en la naturaleza cuando se forman gemelos univitelinos. Consiste en separar las células de un embrión al inicio de su desarrollo (cuando está formado por unas pocas células), cada una de las cuales, debido a su totipotencia, originará un nuevo individuo. Estos nuevos individuos serán idénticos entre sí pero distintos de su progenitor.

Célula somática extraida de A

Se toma un óvulo

Se extrae el núcleo

Se elimina el núcleo

Se transfiere el núcleo A al óvulo enucleado B

Cigoto clonado

Embrión clonado

Se implanta el embrión clonado en el útero del animal C

Clon de animal A

Fig. 16.14. Clonación mediante transferencia de núcleos.

350

c PAU ccc

La Rioja, 1998

Diferencias entre gameto, cigoto y espora.

Solución: Gameto

Cigoto

Célula reproductora, Dos gametos (n) se fuhaploide (n), que se sionan y dan lugar a una origina por meiosis. célula huevo o cigoto (2n), que originará un individuo.

410

Espora En plantas con alternancia de generaciones, el esporofito diploide (2n) origina esporas por meiosis. Estas esporas germinan y dan lugar al gametofito haploide (n), que dará gametos. Estos gametos, al fusionarse, originarán un cigoto que, a su vez, formará un esporofito.

Biología y Geología 1 El proceso de reproducción en los animales

16

c Páginas Web

16. El proceso de reproducción en los animales 16.4 La clonación

cc Gráficos del mundo Aplicaciones de la clonación

Animación: clonación animal, clonación humana y clonación terapéutica. http://www.elmundo.es/elmundosalud/documentos/ 2006/04/clonaciones.html

Una vez que sabemos qué es y cómo se obtiene un animal clónico, surge otra pregunta: ¿para qué clonar? La clonación puede tener distintas aplicaciones según el grupo tratado: animales, humanos, vegetales, microorganismos: • La clonación en animales, vegetales y microorganismos puede ser útil: ⎯ En medicina: mediante técnicas de manipulación genética, se podrían «fabricar» organismos que produjeran sustancias de interés en medicina (por ejemplo, ovejas o vacas cuya leche contenga un determinado principio activo), y después clonarlos. ⎯ En ganadería: también mediante la manipulación genética, se podrían obtener animales que fueran buenos productores de carne o de leche, o que fueran inmunes a enfermedades, etc., que después se clonarían. ⎯ En la conservación de la biodiversidad: mediante la clonación de especies en peligro de extinción.

Animación: células madre del cordón umbilical. http://www.elmundo.es/elmundo/2006/graficos/ feb/s4/celulas_cordon.html

c Glosario

• La clonación en humanos: las dos principales aplicaciones son: ⎯ Clonación reproductiva: se utilizaría como técnica de reproducción asistida para procrear y se obtendrían individuos clónicos a su progenitor (el que dona el núcleo). ⎯ Clonación terapeútica: es la obtención de embriones clónicos que no se van a implantar en el útero para desarrollar un nuevo individuo, sino que se utilizarán, principalmente, en investigación y para la obtención de células madre (o stem cells) (véase Figura 16.15). Así, por ejemplo, se podrían obtener cultivos de piel para personas que hayan sufrido quemaduras graves o bien células hepáticas para regenerar el hígado de enfermos de cirrosis.

Amnios. Membrana que rodea al líquido amniótico donde está sumergido el embrión. Alantoides. Evaginación de la parte posterior del intestino que interviene en funciones respiratorias y excretoras el embrión. Clonación. Células u organismos que se originan asexualmente de un progenitor, por tanto son idénticos genéticamente a éste. Cordón umbilical. Estructura que comunica al embrión con la placenta en los mamíferos. Corion. Membrana exterior al amnios, que rodea al embrión en reptiles, aves y mamíferos. Larva. Fase de la vida de algunos animales que se origina a partir del embrión y que, tras una serie de cambios o metamorfosis, originará al adulto. Placenta. Estructura que se forma entre la madre y el embrión en la pared del útero. A través de ella se realiza el intercambio de alimento y gases por medio de los vasos sanguíneos del cordón umbilical. Saco vitelino. Estructura del embrión que contiene el vitelo del que se nutre.

Las células madre son las que se forman, a partir del cigoto, en las fases iniciales de desarrollo del embrión y que tienen la capacidad de diferenciarse y dar lugar a cualquier tipo celular. Por ello, la principal aplicación de estas células es la obtención de tejidos y órganos para trasplantes. La ventaja de los órganos obtenidos mediante clonación es que se evita el problema del rechazo de órganos, ya que el tejido u órgano trasplantado se obtiene mediante clonación de células del propio paciente. Otras fuentes de obtención de células madre son los embriones sobrantes de técnicas de reproducción asistida (como la fecundación in vitro), determinados tejidos de individuos adultos (cómo la médula ósea) y el cordón umbilical.

Fig. 16.15. Obtención de células madre mediante clonación.

China clona el primer ternero inmune al mal de las vacas locas «[…] Pese a que el alumbramiento del animal se desarrolló sin problemas, los expertos del Instituto se mostraron prudentes y destacaron que todavía hará falta un tiempo y varias pruebas para comprobar que la clonación y la manipulación genética han sido un completo éxito.» El País, 26-4-2006 Harvard comienza la clonación de embriones humanos para obtener células madre

351

« [...] Nuestra meta a largo plazo es la creación de células madre de embriones a partir de los tejidos del paciente para corregir los defectos genéticos y retornar las células reparadas a los pacientes.» La Vanguardia, 6-6-2006

351

Solución La figura representa la división meiótica. En 1 se ha duplicado la información genética (es un proceso anterior al comienzo de la meiosis) y en 2 se produce el emparejamiento de los cromosomas homólogos para realizar el proceso de recombinación. La importancia de la meiosis se debe a que genera células haploides que además son genéticamente diferentes, lo cual posibilita la reproducción sexual y genera además una enorme variabilidad genética, muy importante desde el punto de vista evolutivo. Una célula haploide es aquélla que tiene un sólo cromosoma de cada tipo, y una diploide tiene dos cromosomas de cada tipo.

c PAU ccc

Galicia, septiembre 2004

¿Qué proceso representa la figura? ¿Qué sucede en 1? ¿y en 2? Explica brevemente la importancia biológica de la meiosis. Define los conceptos de célula haploide y diploide. ¿Las células somáticas de un mismo organismo tienen el mismo ADN?, ¿y los mismos ARN mensajeros?

1

2

Todas las células somáticas de un mismo organismo son genéticamente idénticas, ya que se han originado a partir del cigoto por mitosis, sin embargo, dado que expresan distintos genes para formar proteínas diferentes, presentan ARN mensajeros diferentes.

411

16

Biología y Geología 1 El proceso de reproducción en los animales

c

16. El proceso de reproducción en los animales

Páginas web

16.4 La clonación

cc BioCourse McGraw-Hill Hasta la fecha se han clonado numerosos animales, como ratones, cerdos, vacas, ovejas o caballos. Sin embargo, a pesar de los avances científicos de los últimos años, la clonación presenta importantes problemas técnicos.

Secuencias breves de vídeos.

Por una parte, el número de éxitos es muy bajo, ya que es necesario realizar numerosos ensayos para lograr que un embrión clonado se desarrolle y sea viable. Así, por poner un ejemplo, para la clonación de la oveja Dolly se realizaron 277 experimentos, de los cuales sólo uno llegó a buen término, y para la clonación del primer caballo, una yegua llamada Prometea, se manipularon 800 embriones (Figura 16.16).

Espermatogénesis: http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001_saladin/ folder_structure/re/m1/s5/rem1s5_4.htm

Ovulación y fecundación:

Por otra parte, cuando se consigue el nacimiento de los clones, se ha observado que en muchos casos éstos presentan malformaciones. Además, muchos de los animales clonados mueren de forma prematura.

http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001_saladin/ folder_structure/re/m1/s7/rem1s7_3.htm

Vasectomía: http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001_saladin/ folder_structure/re/m1/s8/rem1s8_1.htm

Valoración ética y social de la clonación

Ligadura de trompas: http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001_saladin/ folder_structure/re/m1/s8/rem1s8_2.htm

Erección del pene: http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001_saladin/ folder_structure/re/m1/s5/rem1s5_6.htm

Fig. 16.16. La yegua Prometea (situada en primer plano), el primer caballo clonado del mundo, nació el 28 de mayo de 2003 en Cremona (Italia).

Operación de fimosis: http://www.mhhe.com/biosci/esp/2001_saladin/ folder_structure/re/m1/s5/rem1s5_8.htm En España, la Ley 14/2006, de 26 de mayo, sobre técnicas de reproducción humana asistida, prohíbe expresamente la clonación en seres humanos con fines reproductivos.

c Bibliografía de la Unidad 352

Mientras que la clonación reproductiva es rechazada por la mayoría de la sociedad la clonación con fines terapeúticos cuenta con mayor aceptación, ya que, mediante ella, es posible curar enfermedades. Quienes se oponen a la clonación en humanos lo hacen, principalmente, porque implica el uso de embriones humanos, algunos de los cuales serán destruidos, lo que choca con diversas concepciones ideológicas y religiosas acerca del momento del desarrollo en que un embrión puede considerarse un ser humano. Los diversos contextos sociales, políticos y culturales provocan que las leyes que regulan la clonación y la manipulación de embriones en humanos varíen de unos países a otros. Por lo tanto, debido a los problemas legales que acarrea la manipulación de embriones, muchas de las investigaciones que se están desarrollando con células madre se dirigen a su obtención a partir de tejidos no embrionarios, como el cordón umbilical y la médula ósea.

BALINSKY, B I: Introducción a la embriología, Omega, Barcelona, 1983.

Actividades

BERNSTEIN: Biología, 10.ª edición, McGraw-Hill, Colombia, 2001. HICKMAN, ROBERTS, L ARSSON: Zoología, McGraw-Hill, Madrid, 1999. MOORE, PERSAUD: Embriología básica, McGraw-Hill, 1995. PURVES, SADAVA: Vida. La ciencia de la biología, 6.ª edición, Médica Panamericana, Argentina, 2003. SOLOMON, BERG, MARTIN, VILLEE: Biología, 5.ª edición, McGraw-Hill, México, 2005. WEISZ, Paul: La ciencia de la biología, Omega, Barcelona, 1987. Diccionario de biología, Oxford-Complutense, Madrid, 2004. Diccionario de biología, Mileto, Madrid, 2001. Términos biológicos, Akal, Madrid, 2003.

412

A pesar de las aplicaciones que puede tener la clonación, existe cierto rechazo social. La clonación de animales es motivo de rechazo por la desconfianza y temor que provocan los productos obtenidos mediante esta técnica, ya que se desconocen los efectos a largo plazo de su consumo. En cuanto a la clonación en humanos, el rechazo se debe, fundamentalmente, a razones éticas.

6>

La gemelación artificial y la paraclonación no son verdaderas clonaciones. ¿Por qué?

7>

Explica el proceso que tendrías que seguir en un laboratorio para clonar una vaca mediante clonación verdadera. Si quisieras clonar un toro, ¿el procedimiento sería el mismo? ¿En qué se diferenciaría?

8>

Lee detenidamente el siguiente titular aparecido en la prensa: «Futbolistas de la liga británica guardan células de cordón umbilical de sus hijos.» (El País, 28-8-2006.) Busca información acerca del uso del cordón umbilical como fuente de células madre. ¿Qué opinión te merece su utilización? ¿Qué ventajas e inconvenientes crees que presenta? Debátelo con tus compañeros.

352

c Vídeos de la Unidad El primer desafío, nacer, Serie desafíos de la vida, BBC Enterprises, 1992. Sistema reproductor: reproducción humana. La fertilización y la reproducción sexual, Áncora Audiovisual.

Biología y Geología 1 Actividades

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16. El proceso de reproducción en los animales Actividades

Actividades finales 1>

Si un hombre sufre la amputación de un brazo, no puede regenerarlo, mientras que organismos menos evolucionados, como la estrella de mar, sí pueden. ¿Por qué el ser humano tiene tan limitada la capacidad de regeneración?

2>

Teniendo en cuenta las características que presentan la espermatogénesis y la ovogénesis ¿cuáles son las principales semejanzas y diferencias entre ambos procesos?

3>

¿Qué es la fecundación? ¿Cuántos tipos existen y qué características presenta cada uno de ellos?

4>

¿Puede un óvulo ser fecundado por más de un espermatozoide? ¿Por qué?

5>

Completa la siguiente tabla en la que se relacionan las características de los distintos tipos de huevos con la segmentación que presentan. ¿De qué depende que un huevo presente un tipo u otro de segmentación?

Tipo Cantidad Distribución de huevo de vitelo del vitelo Segmentación

6>

¿Qué representa la siguiente figura? Señala el nombre de las estructuras señaladas con números. Indica qué son y qué originan.

9>

La partenogénesis es un proceso que ocurre con relativa frecuencia en la naturaleza. Realiza un trabajo de investigación acerca de cómo se produce este proceso, qué tipos hay, su importancia, etcétera.

10>

Los manzanos de la huerta de Pepe se han llenado de larvas de una mosca que están devorando las hojas y los brotes de los árboles. Cada día aparecen más larvas, y Pepe teme que los árboles acaben muriendo. Para acabar con la plaga, fumiga los árboles con un producto que mata las larvas, pero no las moscas. Al cabo de unos días vuelven a aparecer larvas de nuevo. Pepe piensa que algunas larvas han podido sobrevivir al veneno y reproducirse. ¿Qué opinas tú? ¿De dónde salen las larvas? Explícaselo a Pepe.

11>

¿Qué es la clonación? ¿Qué técnicas existen para la obtención de organismos clónicos?

12>

¿Qué son las células madre? ¿De dónde se pueden obtener? ¿Qué aplicaciones tienen?

13>

Los organismos hermafroditas pueden autofecundarse. Sin embargo, normalmente se reproducen mediante fecundación cruzada. ¿Por qué?

14>

Algunos animales, como las medusas, presentan un ciclo de vida en el que se alternan individuos que se reproducen asexualmente con otros que presentan reproducción sexual (ver dibujo). Esta alternancia de generaciones se llama metagénesis. Las plantas también presentan alternancia de generaciones. ¿Qué semejanzas y diferencias hay entre ambos procesos reproductivos?

Bla

Ce

7>

¿Qué son los anexos embrionarios? Enumera los tipos de anexos que conoces, sus características y en qué tipo de animales aparecen.

8>

¿Qué es el desarrollo postembrionario? Explica los tipos que hay y las características de cada uno de ellos.

353

413

16

Biología y Geología 1 Actividades

16. El proceso de reproducción en los animales Actividades

15>

Uno de los argumentos en los que se basan quienes se oponen a la clonación en humanos con fines reproductivos es que no es aconsejable porque se prescinde de la reproducción sexual. ¿Qué quieren decir con esto?

16>

El hombre es fértil prácticamente durante toda su vida. Sin embargo, la mujer no. ¿Sabrías explicar por qué? Revisa libros de otros cursos, te ayudará a resolver esta cuestión.

17>

Los hermanos gemelos, ¿pueden ser del mismo sexo? ¿Y los mellizos? ¿Qué diferencia hay entre gemelos y mellizos? Busca información al respecto.

18>

Para que un espermatozoide fecunde un óvulo, tienen que ser de la misma especie. Sin embargo, se pueden dar cruces de algunas especies, como, por ejemplo, una yegua y un burro, que dan una mula. Ésta no se puede reproducir, ya que es estéril. ¿Cómo se explica esto? Busca información al respecto.

Universidades de Cataluña: junio de 2002

354

414

En relación con el atentado de las Torres Gemelas de Nueva York se ha escrito multitud de artículos. Aquí se presenta un fragmento adaptado de uno de ellos: «Para determinar la identidad de restos mediante el ADN, hay que comparar los resultados de los análisis con la huella genética de una persona desaparecida o de sus parientes. Un cabello en un peine o un resto de saliva en un cepillo de dientes del desaparecido son enviados al laboratorio de la Policía de Nueva York. […] En el caso de los restos más estropeados, la obtención de ADN es compleja. Entonces hay que recurrir al material genético de las mitocondrias, para lo cual hay que comparar los análisis con los de algún familiar femenino (la madre o la abuela) para determinar la identidad de la persona». (Ciberp@ís, 11 de octubre de 2001.)

Centra la pregunta Se plantean varias cuestiones relacionadas con el ADN (estructura, localización, funciones…).

a) Elabora un esquema sencillo de un fragmento de la molécula de ADN. En el esquema tienen que aparecer tres pares de nucleótidos y hay que señalar los siguientes componentes estructurales: bases nitrogenadas, desoxirribosas, grupos fosfato, puentes de hidrógeno (no hace falta escribir las fórmulas estructurales de las biomoléculas, es suficiente con hacer una representación simbólica de ellos). b) Justifica por qué con un cabello o con una muestra de saliva sería suficiente para obtener la huella genética. c) Justifica por que la presencia de ADN en las mitocondrias refuerza la hipótesis de que éstas proceden de bacterias que establecieron relaciones de simbiosis con otras células. d) Explica por qué el ADN mitocondrial sirve como huella genética de una persona desaparecida si lo comparamos con el ADN mitocondrial de su madre o abuela (materna), pero no con el su padre o abuelo (paterno).

Resuelve la pregunta a) Dibuja la estructura en doble hélice del ADN tal y como se ha visto en la Unidad 8. En cuanto a los puentes de hidrógeno a que hace referencia la pregunta, son el tipo de enlace químico que une las bases nitrogenadas de las dos hebras de ADN. Ese tipo de enlace lo verás el curso que viene. b) La saliva y la raíz del cabello contienen muchas células de las cuales se puede extraer el ADN nuclear y compararlo con la muestra de la persona desaparecida. c) Revisa la teoría endosimbiótica vista en la Unidad 8 de este libro. d) Si recuerdas, durante la fecundación sólo la cabeza del espermatozoide (que contiene el núcleo de la célula) penetra en el óvulo. La cola, donde se encuentran las mitocondrias del espermatozoide, queda fuera. Por lo tanto, las mitocondrias que se heredan son siempre las de la madre.

Debes recordar — Los elementos que componen la molécula del ADN y la estructura en doble hélice de la misma (lo has visto en la Unidad 8 de este libro). — Las células contienen ADN nuclear y mitocondrial (en las vegetales, también los cloroplastos tienen ADN). — El ADN constituye la huella genética de cada individuo. — La teoría endosimbiótica. — Estructura del óvulo y del espermatozoide y cuál es el mecanismo de la fecundación.

Biología y Geología 1 Investigación científica 1

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16. El proceso de reproducción en los animales Investigación científica

Investigación científica ¿Comería un filete de vaca clonada? El Gobierno de EE.UU. autorizará en breve la venta de alimentos procedentes de animales clonados El Gobierno de Estados Unidos tiene la intención de autorizar, en un futuro próximo, la comercialización de alimentos —como leche, carne y huevos— procedentes de animales clonados, según afirma el diario The Washington Post en su edición de hoy. La Agencia para Alimentos y Medicamentos (FDA), que lleva tres años estudiando el asunto, no ha encontrado ningún indicio de peligro para el consumidor, según los científicos y funcionarios citados por el rotativo, aunque la propia agencia ha evitado fijar una fecha para la publicación de la normativa al respecto.

El 63 % no lo haría Los ganaderos estadounidenses ya cuentan con gran cantidad de vacas, cerdos, pollos y otros animales clonados, a la espera de la luz verde de la FDA para poder ponerlos en el mercado. Se han clonado sobre todo machos con cualidades excepcionales para producir otros ejemplares idénticos, cuyo semen, a su vez, se emplea para fecundar a las hembras. Fuentes del sector han indicado al Post que la carne de vástagos de cerdos y toros clonados ya ha sido comercializada sin aviso ni distinción alguna en las etiquetas. En su reportaje, el diario señala, sin embargo, que una gran parte de los consumidores rechazaría los alimentos procedentes de animales clonados, como sucede en la actualidad con los alimentos genéticamente modificados. Así, un sondeo realizado este año por el Consejo Internacional de Información Alimenticia indica que un 63 % de los encuestados no compraría a sabiendas carne, leche o huevos que tengan su origen en animales clonados. Extraído de El País, 6-10-2005

a) ¿Por qué se produce un rechazo tan fuerte del consumidor hacia el consumo de productos procedentes de animales clonados? b) ¿Crees que se debería indicar en el etiquetado si un alimento procede de animales clonados? c) ¿Qué opinas de la clonación en animales? Debate con tus compañeros acerca de estas cuestiones.

Cien pacientes españoles probarán una terapia para el infarto con células madre adultas Investigadores de la Clínica Universitaria de Navarra (CUN) anunciaron ayer un ensayo clínico con un centenar de pacientes españoles infartados de corazón a quienes se les inyectarán células madre adultas extraídas del músculo esquelético de la pierna. La primera fase del ensayo clínico de esta nueva terapia celular, que ha sido completamente desarrollada en España, comenzó en 2002, y los resultados obtenidos en los doce primeros pacientes tratados en la clínica de Navarra, responsable de la dirección médica de la investigación, y en el hospital clínico de Salamanca han constatado una sensible mejoría de la función cardiaca general, señala Felipe Prosper, director del área de Terapia Celular del hospital pamplonés. El proceso para conseguir las células madre comienza 21 días antes de la intervención, cuando al enfermo se le extrae una pequeña porción del músculo de la pierna. Mediante procesos in vitro se aíslan y expanden células madre de ese músculo que posteriormente se inyectan en el corazón enfermo […]

Dos años de ensayos La segunda fase de los ensayos clínicos, que durará al menos dos años y en la que participarán cien pacientes en quince centros hospitalarios españoles, ha sido aprobado por los correspondientes comités de ética y se está a la espera de recibir la autorización de la Agencia Española del Medicamento. […] Los doce pacientes tratados en la primera fase, en su mayoría varones de entre 50 y 75 años, habían sufrido un infarto al menos un mes antes del tratamiento. Su capacidad funcional mejoró, y en estos cuatro años de seguimiento once de ellos han continuado estables y sólo uno falleció debido a una enfermedad ajena a su dolencia cardiaca. […] Extraído de El País, 4-8-2006

a) ¿Por qué es interesante la utilización de células madre en medicina? b) ¿Cuál es la fuente de obtención de las células madre que se describen en este artículo? c) ¿Tiene alguna ventaja el tratamiento de dolencias cardiacas con células madre frente al trasplante de corazón? ¿Por qué?

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Biología y Geología 1 Investigación científica 2

Investigación científica 2 NOTICIA DE PRENSA http://www.elmundo.es/papel/2004/05/24/ciencia/1640933.html EL MUNDO. Lunes 24 de mayo de 2004

SALUD / Una sola res transgénica puede producir hasta 4 000 litros de leche hormonada al año / Los científicos tratan de reducir así el coste de los fármacos para esta enfermedad

El resultado fue espectacular. Los científicos comprobaron que un litro de leche del clon contenía siete gramos de somatropina. Con esa proporción, la producción anual de una sola vaca del linaje Pampa —unos 4 000 litros— alcanzaría para abastecer a ¡todo el mercado latinoamericano!

Científicos argentinos clonan vacas que generan hormonas contra el enanismo

Tres años después de su creación el establo farmacéutico de Biosidus cuenta con 18 bovinos clonados y transgénicos. Sumando dos ejemplares más al rebaño, la demanda mundial de la hormona, que expresada en dinero se cifra en los 2 000 millones de dólares, quedaría garantizada.

RAMY WURGAFT. Corresponsal BUENOS AIRES.- En apariencia, las terneras en la granja experimental de la empresa Biosidus, al sur de Buenos Aires, son idénticas a las que vemos pastar en cualquier rincón de la campiña argentina. Sólo si indagamos en su genealogía descubriremos que poseen la particularidad de pertenecer a una dinastía de bovinos capaces de producir la hormona humana del crecimiento. La gestación de estas vacas representa uno de los mayores éxitos de Argentina en el campo de la biotecnología, que en un mediano plazo aportará un significativo avance en la lucha contra el enanismo hipofisario, denominado así por tener su origen en una deficiencia de la hipófisis, la glándula que segrega la hormona responsable del desarrollo de los huesos de las extremidades. A principios de 2 000, un equipo multidisciplinario de 40 investigadores, que cuentan con la asesoría del Consejo de Investigaciones Científicas y Técnicas (CONICET), pusieron en marcha un proyecto para fabricar la citada hormona utilizando como biorreactores a vacas de la raza Jersey, reconocidas por su producción lechera y su docilidad. Dos años más tarde, el bioquímico Eduardo Criscuolo, director ejecutivo de Biosidus, anunciaba el nacimiento de la primera vaca clonada en Latinoamérica, bautizada con el nombre de Pampa. «Nuestro propósito era crear una matriz con las características que buscábamos. La ternera no había cumplido un mes cuando repetimos el proceso de clonación, pero esta vez insertando en el núcleo de una célula de Pampa el gen humano que estimula a la hipófisis para producir somatropina (nombre científico de la hormona)», dice el doctor Criscuolo.

Leche «enriquecida» Mediante un sofisticado proceso de codificación, a este gen (obtenido de un pool de sangre humana) se le «impartió la orden» de producir la hormona en las glándulas mamarias y secretarla en la leche. Este procedimiento dio como fruto a Pampa Mansa, un animal clonado a la vez que transgénico. Es decir, la réplica exacta de su madre, pero con un gen añadido de otra especie.

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Hasta hoy, el tratamiento del enanismo se realizaba con hormonas fabricadas en bacterias transgénicas, que requieren medios de cultivo de elevado coste y muy bajo nivel de rendimiento. Las cifras son rotundas: harían falta 500 000 litros de fermentación para conseguir la misma cantidad de hormonas que una sola de las copias de Pampa es capaz de producir. «Éste era nuestro objetivo: reducir el precio del fármaco mediante la producción masiva a través de un biorreactor como la vaca que, en un país como Argentina, posee varias ventajas comparativas», explica Criscuolo. Para empezar, los clones se alimentan básicamente de alfalfa y avena fresca, dos productos que abundan en la pampa argentina, y de un alimento similar al que consumen los gatos o los perros. Y en segundo lugar, la leche de vaca es en sí estéril, lo cual simplifica el proceso de depuración, que en el caso de las bacterias o las levaduras es muy complejo. Tercero, la provincia de Buenos Aires goza de un clima benigno, por lo tanto no hace falta crear un entorno artificial, como ocurre en los establos de los países escandinavos, por ejemplo. Y por último, Argentina es un país donde ha sido sencillo encontrar un equipo especializado como el que maneja este proyecto. «La inversión inicial para crear un stock de vacas clonadas ronda los cinco millones de dólares, pero una vez en marcha, la rentabilidad del sistema superará a los métodos tradicionales de producción de somatropina.» El doctor Marcelo Criscuolo calcula que en poco más de un año Biosidus habrá obtenido el permiso de las autoridades para distribuir la hormona en las farmacias o ponerla a disposición de los servicios de sanidad. El enanismo hipofisario es un mal de mediana incidencia. Según los estudios de la Fundación Crecer (Argentina), una de cada 3 500 personas lo padecen. Pero el tratamiento, que consiste en inyectar una dosis diaria de hormona durante cuatro años —antes de que los huesos del paciente alcancen su pleno desarrollo al término de la adolescencia— puede costar miles de dólares. «Si todo marcha como está previsto, pronto existirá un medicamento que esté al alcance de todos los bolsillos», concluye Criscuolo.

Biología y Geología 1 Trabajo de laboratorio 1

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16. El proceso de reproducción en los animales Trabajo de laboratorio

Trabajo de laboratorio Estrategias reproductivas, adaptación y evolución

Materiales Para que puedas establecer tus hipótesis acerca de cómo será la reproducción de X bajo las condiciones que se plantean más adelante, debes tener en cuenta: • Las indicaciones que se han dado anteriormente acerca de la especie X. • Las ventajas e inconvenientes de las distintas estrategias reproductivas (asexual y sexual).

Procedimiento Las situaciones para cada una de las cuales has de suponer qué mecanismo de reproducción predominará en X son las siguientes: En las aguas de un río de montaña habita una especie de planaria (gusanos planos pertenecientes al filo de los platelmintos) a la que llamaremos X. Este organismo es hermafrodita, y puede reproducirse de forma asexual (mediante fragmentación) o sexual (mediante fecundación cruzada). Sin embargo, en condiciones normales, las tasas de reproducción sexual son mayores que las de reproducción asexual. La temperatura del agua del río donde habita X suele oscilar entre 5 y 14 ºC, dependiendo de la época del año. Nuestra especie, objeto de estudio, está adaptada perfectamente a estas temperaturas y es capaz de reproducirse, sexual o asexualmente, en estas condiciones a lo largo de todo el año. Sin embargo, es muy sensible a temperaturas mayores, lo cual afecta seriamente a su desarrollo.

Objetivo El objetivo de este trabajo es analizar qué estrategia reproductiva utilizará este organismo al cabo de ciertas generaciones bajo distintas condiciones de vida.

• Junto al cauce del río se ha instalado una central térmica. Como resultado de su actividad, las aguas del río han ido aumentando paulatinamente su temperatura, de modo que, cinco años después de su instalación, ha alcanzado unos valores máximos de 18 ºC. • Debido a un fallo en la central, se produce un vertido tóxico al río que acaba con prácticamente todos los organismos de la población X, sobreviviendo apenas unos pocos ejemplares, dispersos a lo largo del cauce.

Resultados Anota tus conclusiones acerca de cómo será la reproducción bajo cada una de las condiciones descritas en el apartado anterior justificando en cada caso por qué crees que será así.

Conclusiones — ¿Por qué, en condiciones normales, las tasas de reproducción sexual en el organismo X son mayores que las de reproducción asexual? — ¿Qué ventajas presenta la reproducción sexual frente a la asexual?

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Biología y Geología 1 Trabajo de laboratorio 2

Trabajo de laboratorio 2 MEIOSIS Introducción La meiosis es un proceso de reproducción por el cual una célula diploide (2n) origina cuatro células haploides (n) no iguales genéticamente a la progenitora; es, por tanto, reduccional. Es una división doble, a diferencia de la mitosis: los cromosomas se dividen una vez, mientras que la célula lo hace dos veces. Este tipo de reproducción celular se da sólo en la formación de células especializadas denominadas gametos.

Objetivo Analizar las fases de un proceso fundamental en la reproducción sexual: la meiosis.

Material Folio / Tijeras / Pegamento

Procedimiento • Observa los dibujos adjuntos que representan las diferentes fases de la meiosis. Recórtalos. • Pégalos en un folio siguiendo el orden establecido en el proceso. • Nombra la fase. Explica el significado de cada dibujo recortado y pegado.

Resultado Folio en el que aparecen las diferentes fases de la meiosis ordenadas.

Cuestiones 1. ¿Qué significado biológico tiene la meiosis? ............................................................................................. ............................................................................................. 2. ¿Por qué aumenta la variabilidad durante el proceso? ............................................................................................. ............................................................................................. 3. ¿Cuántas veces se duplica el ADN? ............................................................................................. .............................................................................................

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Respuestas 1. La meiosis se realiza para garantizar que se mantenga el número de cromosomas de cada especie, ya que éste es constante. 2. Porque durante la profase I de la meiosis se intercambian las cromátidas, fragmentos de cromosomas homólogos, con lo que dichas estructuras contendrán información nueva. Con este proceso aumenta la variabilidad de la información genética y, con ello, la evolución de las especies. 3. El ADN se duplica, únicamente, antes de que se inicie el proceso de meiosis, durante la fase S del ciclo celular. Así, cada cromosoma estará compuesto por dos cromátidas que quedarán unidas por el centrómero.

Conclusión …......................................................................................... ............................................................................................. ............................................................................................. ............................................................................................. ............................................................................................. ............................................................................................. ............................................................................................. ............................................................................................. ............................................................................................. .............................................................................................

Biología y Geología 1 Examen

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Examen EL PROCESO DE REPRODUCCIÓN EN LOS ANIMALES 1. Indica si son verdaderas o no las siguientes afirmaciones. En caso de que alguna no lo sea, razona tu respuesta. 1. En la fecundación externa los gametos se fecundan fuera del cuerpo de los progenitores. 2. Los espermatozoides de una especie siempre reconocen al óvulo de otra especie y lo fecundan al acercarse a él. 3. Al llegar al óvulo, el espermatozoide toca la membrana vitelina del óvulo, el acrosoma libera sus enzimas y el espermatozoide se introduce en el interior del mismo.

2. Relaciona los componentes de las dos columnas: Isolecitos Telolecitos Heterolecitos Centrolecitos

Discoblástula Periblástula Celoblástula Esteroblástula

3. Razona por qué en los huevos de aves, por ejemplo, se da un desarrollo directo y en los insectos, por ejemplo, se da uno indirecto.

4. Compara la reproducción asexual y la sexual a dos columnas.

Respuestas: 1. 1. Verdadera. 2. Falsa. Reconocen a los de su propia especie gracias a las proteínas de membrana de ambos. 3. Falsa. Sólo se introduce la cabeza.

2. Isolecitos / celoblástula; Telolecitos / discoblástula; Heterolecitos / esteroblástula; Centrolecitos / periblástula.

3. En los huevos con gran cantidad de reservas (vitelo), los animales nacen ya como adultos en miniatura, por lo que el desarrollo postembrionario sólo se da en el crecimiento hasta su madurez sexual. Sin embargo, en los huevos con poco vitelo, se dan formas inmaduras o larvas hasta que el individuo llega a su madurez reproductiva.

Sexual 4. Asexual Un solo progenitor Dos progenitores Generalmente, en animales que: No se mueven (sésiles) Tienen movilidad No tienen gametos Células especializadas (gametos) Menor variabilidad Mayor variabilidad Menor adaptación al medio Mayor adaptación al medio Menos evolución Más evolución

5. Explica dos características de la ragmentación:

6. De la partenogénesis, explica: 1. Concepto. 2. Diferencias entre la partenogénesis meiótica y ameiótica.

7. Pon nombres a los siguientes dibujos.

5. Se origina al romperse un animal pluricelular en dos o más fragmentos, que podrán formar, cada uno de ellos, individuos completos. Puede llevarse a cabo de forma longitudinal (poríferos) o de forma transversal (anélidos).

6. 1. Cuando un organismo se forma sin la participación del espermatozoide, es decir, de un óvulo sin fecundar. 2. Diferencias: Meiótica Ameiótica Óvulo haploide (meiosis) Óvulo diploide (mitosis) Generalmente, no son clónicos los descendientes Descendientes clónicos

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Biología y Geología 1 Anexo

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Los ácidos nucleicos y la expresión de la información genética

…”Cualquier árbol podría leer mi código genético”. Está frase la escribió Carl Sagan en la década de los ochenta del siglo veinte. La hemos oído en un precioso vídeo de la serie “Cosmos” que se refiere a los mecanismos de la evolución y al origen de la vida. Aunque parezca raro, esta afirmación en el fondo es cierta, lo que llamamos información genética, genoma, libro de la vida… está escrito con cuatro letras: A, C, T, G. Las mismas letras para todos los seres vivos. Los genes, son palabras larguísimas escritas con esas cuatro letras. Un gen significa una función, una característica, y ésta, normalmente, se debe a una proteína, responsable, directa o indirectamente, de esa característica o de esa función. Pero, ¿cómo la información genética se traduce en una proteína? El mecanismo es complejo, pero lo más llamativo es que el mecanismo para decodificar la información genética contenida en un gen, que determina la síntesis de una proteína con una secuencia de aminoácidos concreta, es común para todos los seres vivos. Por eso, si consiguiéramos insertar un gen humano en otro ser vivo, aunque fuera unicelular, al reproducirse ese ser vivo, transmitiría con su información genética ese gen a su descendencia. Incluso, hasta podría fabricar esa proteína si lo cultiváramos en un medio de cultivo adecuado, y hasta podríamos obtener purificada esa proteína para usarla como tratamiento de enfermedades, por ejemplo. Estamos hablando de ingeniería genética y biotecnología, así se obtienen proteínas como enzimas, factores de coagulación, insulina, hormona del crecimiento…; Tenía razón Carl Sagan. ¿Qué nos deparará la tecnología del ADN recombinante en el futuro?

cc Los ácidos nucleicos Son unas biomoléculas orgánicas formadas por carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno y fósforo, se localizan tanto en el núcleo como en el citoplasma de la célula. Tienen una gran trascendencia, ya que el ADN contiene la información genética y dirige el funcionamiento celular. El ARN es imprescindible para que la célula pueda fabricar sus proteínas con la información contenida en los genes. Los ácidos nucleicos son polímeros de nucleótidos, El ADN es un polímero de desoxirribonucleótidos y el ARN es un polímero de ribonucleótidos. Existen cuatro tipos de desoxirribonucleótidos (de adenina, guanina, timina y citosina) y cuatro tipos de ribonucleótidos (de adenina, guanina, timina y uracilo). Como ves, es la base nitrogenada la que determina el tipo de ribonucleótido o desoxirribonucleótido del que se trata. Por ello la información de los ácidos nucleicos se localiza en su secuencia de bases nitrogenadas.

cc EL ADN El ADN se encuentra en el núcleo de la célula, Una molécula de ADN contiene información para muchos caracteres, cada una de estas informaciones se encuentra en un gen, en general los genes codifican proteínas, siendo la proteína la responsable de la manifestación del carácter. Lo que determina el gen, es la secuencia de aminoácidos de la proteína que codifica, por eso afirmamos que las proteínas son los productos de la expresión de los genes. Según el modelo de Watson y Crick (1953) la molécula de ADN, está formada por dos cadenas de desoxirribonucleótidos, complementarias y antiparalelas, que forman una doble hélice. Cada una de las dos cadenas tiene su

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secuencia de bases nitrogenadas, pero sólo una de ellas contiene información genética. Este modelo permite comprender la estructura del ADN, así como su funcionamiento, esto es, como se puede expresar la información que contiene y como se puede duplicar dicha información; lo primero es muy importante para entender como se sintetiza una proteína utilizando la información contenida en un gen; lo segundo es esencial para la reproducción celular, ya que antes de dividirse la célula ha de duplicar su información genética, para repartirla entre las células hijas. Es evidente que solo una de las cadenas puede llevar información, ya que la otra es complementaria y su secuencia depende de la primera. A la cadena que lleva información la denominamos cadena con sentido.

cc Actividades: 1. Indica mediante un dibujo esquemático cómo diferenciarías un ribonucleótido de un desoxirribonucleótido. 2. Indica a qué ácido nucleico pertenecen las siguientes secuencias de bases nitrogenadas: ATCGTGCA; GUCAGCAA; ACGACGGCAGA. Justifica. 3. Haz un dibujo esquemático que muestre la complementariedad y el antiparalelismo de la doble hélice del ADN.

cc ¿Qué se puede hacer con la información contenida en el ADN? La información contenida en el ADN se puede transmitir a la descendencia, también puede ser utilizada para fabricar proteínas.

cc Antes de la división celular: duplicación del ADN Antes de reproducirse, la célula tiene que duplicar su información genética, a continuación, la reparte entre las células hijas. Hablamos de duplicación o replicación del ADN cuando a partir de una molécula de ADN, se forman dos moléculas idénticas. El mecanismo de duplicación se basa en la complementariedad de las bases nitrogenadas, y a grandes rasgos consiste en lo siguiente: Las dos cadenas complementarias de una molécula de ADN se empiezan a separar, de tal manera que las bases nitrogenadas que antes estaban enfrentadas y unidas mediante puentes de hidrógeno, ahora quedan libres y se les pueden unir desoxirribonucleótidos complementarios presentes en el medio en el que se está produciendo la duplicación. Estos desoxirribonucleótidos son polimerizados por un enzima especial, denominado ADN polimerasa. De tal manera que, en un proceso en el que una cadena actúa como molde, se origina, por polimerización de desoxirribonucleótidos la otra cadena. El proceso de duplicación del ADN afecta a toda la información genética, es decir, cuando se duplica el ADN lo hace todo el ADN celular, siempre antes de la división de la célula.

cc Animaciones de la replicación http://www.lourdesluengo.es/MG/unidad_8/VARIOS/animaciones/replicacion.swf http://www.telefonica.net/web2/mantmedina/replicacion.swf

Biología y Geología 1 Anexo

cc La traducción o síntesis de proteínas Este proceso consiste simplemente en polimerizar aminoácidos en un orden determinado (secuencia de aminoácidos), para ello tienen que colocarse en el orden correspondiente y ser unidos por un enzima, formándose, a continuación el enlace peptídico. El proceso tiene lugar, en el citoplasma celular. Para ello es necesario que los distintos tipos de ARN transferente existentes (61 tipos), lleven unido el aminoácido que le corresponde.

cc Para fabricar una proteína: transcripción de un gen, traducción del ARN mensajero Por transcripción de un gen se origina una molécula de ARN. Si el gen que se transcribe codifica una proteína, el ARN que se obtiene se denomina ARN mensajero. El gen que contiene información para fabricar una proteína está encadenado a otros cientos de genes, la información genética está en el núcleo; las proteínas se fabrican en los ribosomas, que están en el citoplasma; el gen no puede salir del núcleo arrastrando consigo a los demás genes que le acompañan en la molécula de ADN. Se hace necesario fabricar otra molécula que, con la misma información del gen, pueda salir del núcleo para dirigir la síntesis de la proteína en el citoplasma, esta molécula es el ARN mensajero y, para su síntesis ocurre lo siguiente: En la zona en la que se encuentra el gen la cromatina se relaja lo suficiente como para que se puedan separar las dos cadenas de la molécula de ADN. A continuación se unen ribonucleótidos, por complementariedad a las bases nitrogenadas de la cadena con sentido del gen; un enzima, ARN polimerasa, une los ribonucleótidos entre sí. Así se forma una molécula de ARN que porta la misma información que el gen. El proceso se basa en la complementariedad de las bases nitrogenadas (a la A de la cadena con sentido del gen se le une el U, a la T la A, a la C la G y a la G la C). Las secuencias de la cadena con sentido del gen y la del ARN mensajero no son iguales, son complementarias. Las dos moléculas llevan la misma información, es como un negativo y su correspondiente fotografía, evidentemente son diferentes, pero portan la misma imagen.

cc Animaciones de la transcripción http://www.stolaf.edu/people/giannini/flashanimat/molgenetics/transcription.swf http://www.lourdesluengo.es/MG/unidad_8/VARIOS/animaciones/transcripcion.swf http://www.telefonica.net/web2/mantmedina/transcripcion.swf Otros tipos de ARN son: el ARN ribosómico, que forma parte de los ribosomas, tiene función estructural; y el ARN transferente, cuya misión es transportar aminoácidos para el proceso de síntesis de proteínas. Durante ese proceso los ARNt unidos a su correspondiente aminoácido se van a unir al ARN mensajero, determinándose así el orden de colocación de los aminoácidos.

La información necesaria para fabricar la proteína la lleva ahora el ARN mensajero, de cuya secuencia se va a “deducir” el orden en el que se tienen que polimerizar los aminoácidos durante la síntesis de la proteína. La información del ARN mensajero se encuentra en sus tripletes de bases nitrogenadas (codones), de los sesenta y cuatro codones posibles, sesenta y uno determinan la polimerización de algún aminoácido, pero tres lo que marcan es el final de la síntesis de la proteína (son los tres codones de finalización). Por lo tanto, un codón es un triplete de bases nitrogenadas de un ARN mensajero que determinan la polimerización de un aminoácido durante la síntesis de proteínas. El primer codón que se traduce durante el proceso, es el codón de iniciación (AUG) que determina al aminoácido metionina. El último codón que se traduce es el anterior a uno de terminación. ¿Por qué el codón AUG determina la polimerización de la metionina? Porque durante la traducción, a ese codón se le une el transferente que transporta a la metionina. Este mismo razonamiento sirve para relacionar cualquier codón del mensajero con el aminoácido que le corresponde.

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Biología y Geología 1 Anexo

cc Animaciones de la traducción http://www.stolaf.edu/people/giannini/flashanimat/molgenetics/translation.swf http://www.lourdesluengo.es/MG/unidad_8/VARIOS/animaciones/traduccion.swf

3. Utilizando la clave genética, traduce esta molécula de ARNm: CGGCUAAAUGGCGUCACCGUUACAGGUGAAAUUUUGAGCUACCGU 4. Explica el proceso de duplicación del ADN. ¿Qué utilidad tiene? 5. Explica el proceso de transcripción de un gen. ¿En que casos se produce? 6. Explica las consecuencias que puede tener la mutación de un gen. 7. ¿Qué es un codón? ¿Qué determina? ¿Por qué? 8. ¿Qué es un codón de terminación? ¿Cuáles son los codones de terminación? ¿Por qué determinan el final de la traducción?

http://www.telefonica.net/web2/mantmedina/sintprot.swf El español Severo Ochoa tuvo un papel relevante en la deducción de la relación existente entre los sesenta y cuatro codones del ARN mensajero y lo que especificaban en la síntesis de proteínas. Junto a otros científicos ayudó a deducir la clave genética, tabla en la que aparecen los sesenta y cuatro codones y su significado en la síntesis de proteínas. Sus aportaciones le valieron el premio Nóbel en 1959.

cc Otros ejercicios de genética molecular 1. Transcribe la siguiente secuencia de ADN y traduce el ARN mensajero resultante:

2. A partir de secuencia de la siguiente cadena sin sentido de un gen: ATGGCGAGCGGG a) Representa la molécula de ADN completa. b) Representa la molécula que se obtiene por transcripción de dicho gen. c) Representa la molécula resultante de la traducción de b. 4. Aquí tienes un polipéptido formado por cuatro aminoácidos Met – Trp – Glu - Phe a) Completa la secuencia del siguiente ARN mensajero sabiendo que codifica la secuencia de aminoácidos indicada más arriba. UGCAUAC

cc Si se produce una mutación en un gen, ¿cuáles son las consecuencias? Es importante entender que la secuencia de aminoácidos de una proteína depende de la secuencia de ribonucleótidos del ARN mensajero que dirige el proceso de traducción, y que ésta depende de la secuencia de desoxirribonucleótidos del gen que codifica la proteína. Por todo estos es evidente que si se produce una mutación en el gen, cuando se transcriba dará lugar a un ARN mensajero diferente, en el que variará al menos un codón, por lo que al traducirse dicho ARN mensajero, lo normal será que cambie un aminoácido por otro, lo que de alguna manera afectará a la estructura de la proteína. Por este motivo, en la mayoría de los casos, las mutaciones provocan la síntesis de una proteína inútil, o menos eficaz de lo que correspondería. A veces, por el contrario la proteína sigue siendo igual, o incluso más eficaz, por este motivo debemos considerar a la mutación una fuente de variabilidad capaz de generar nuevos alelos, que pueden ser seleccionados o rechazados por la selección natural. Debe quedar claro que la mutación puede tener otras consecuencias, entre las más importantes caben las que se relacionan con la regulación de la división celular (se pueden generar tumores) y con la regulación de la expresión de genes (mutaciones que afectan a genes reguladores).

cc Actividades: 1. Representa la secuencia completa de este ADN: TCGTTCGACCTGTCTTAAGTTA 2. Sabiendo que la secuencia del ejercicio anterior es la cadena con sentido de un gen obtén el ARN correspondiente en el proceso de transcripción.

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CCCGAC

b) Representa la molécula de ADN a partir de la cual se ha originado dicho ARN mensajero c) Indica en la molécula de ADN, cuál es la cadena con sentido.

c Anexo de química orgánica cc Introducción

Vamos a estudiar/repasar algunos conceptos de química orgánica desde un punto de vista diferente al que estamos acostumbrados, buscando su conexión con aquellos aspectos de mayor importancia en relación con el reconocimiento y la función de las principales biomoléculas que vamos a manejar en una rama de la biología que se conoce con el nombre de bioquímica. Nos resulta muy difícil reconocer a las biomoléculas, sin embargo no lo es tanto, lo importante es saber en qué nos hemos de fijar, es tan simple como reconocer una marca de automóvil por su logotipo o emblema, después debemos observar otros aspectos para deducir el modelo; algo parecido vamos a hacer para diferenciar a las biomoléculas.

cc Los grupos funcionales Es importante que conozcamos lo que los químicos denominan “grupo funcional”, si los reconocemos y los identificamos en las moléculas sabremos de que tipo de molécula se trata, cuáles son sus propiedades (si es soluble, por ejemplo) y que reacciones químicas puede sufrir.

Biología y Geología 1 Anexo

Un grupo funcional es un conjunto de átomos unidos mediante enlaces que, al formar parte de moléculas, determinan las propiedades y la capacidad de reacción de éstas. Así, según que grupos funcionales presente una molécula podremos deducir si es o no soluble en agua, con que otras moléculas podrá reaccionar para formar moléculas más complejas y, además, podremos identificar de que molécula se trata.

Biomoléculas de partida

Otras combinaciones de átomos frecuentes en las biomoléculas son las formadas por carbono e hidrógeno, así son frecuentes los grupos CH2 y CH3, se trata de grupos apolares, por lo tanto incompatibles con el agua, estos grupos están presentes en todos los ácidos grasos; los insaturados, además, presentan grupos CH.

Biomolécula/s Compleja/s Disacáridos y Polisacáridos

Monosacárido Aminoácido

Como idea básica de partida hemos de recordar que en las biomoléculas el carbono es el átomo que constituye el esqueleto, pues forma cuatro enlaces covalentes, el nitrógeno, el oxígeno y el hidrógeno forman, respectivamente, tres, dos y un enlace covalente.

Tipo de reacción

Polimerización

Nucleótido

Proteínas Ácido nucleico

Ribosa Desoxirribosa Nucleótidos Base nitrogenada Condensación Ácido fosfórico Ácidos grasos Grasas Glicerina

Observarás que los conceptos de biomolécula sencilla y biomolécula compleja tienen cierta relatividad. Por ejemplo un nucleótido podemos considerarlo como biomolécula compleja, ya que se forma por condensación de uno de estos monosacáridos (ribosa o desoxirribosa), de una base nitrogenada y una molécula de ácido fosfórico. Sin embargo por polimerización de nucleótidos se forman unas macromoléculas denominadas ácidos nucléicos.

cc Algunas biomoléculas sencillas tienen forma abierta o forma cíclica Los monosacáridos, cuando están disueltos en agua tienden a adoptar una disposición más estable, porque al interaccionar con el agua se giran sobre si mismos, produciéndose una reacción entre el C=O de su grupo aldehído o cetona y el OH del grupo alcohol de su penúltimo carbono.

cc Actividad resuelta: ¿De qué biomolécula se trata?. Identifica sus grupos funcionales.

Al tener en la parte izquierda un grupo amino (-NH2) y un grupo ácido (COOH) en la parte derecha, se trata de un aminoácido, biomolécula sencilla constituyente de las proteínas.

cc Las biomoléculas complejas se forman a partir de biomoléculas sencillas Por el momento nos hemos referido a las biomoléculas sencillas, como sabes las biomoléculas son moléculas que aparecen en los seres vivos, desempeñan funciones estructurales, energéticas o reguladoras. Algunas biomoléculas se forman por condensación (asociación de varias moléculas de diferentes tipos) o polimerización (unión por reacción química de varias moléculas del mismo tipo), se trata de las biomoléculas complejas que se forman por unión, tras una reacción química, de varias biomoléculas sencillas.

En la forma cíclica de los monosacáridos no observamos el grupo aldehído o el grupo cetona, sin embargo si vemos claramente los grupos hidroxilo (-OH) unidos a la mayoría de los carbonos. Algunos monosacáridos cíclicos tienen forma pentagonal, otros tienen forma hexagonal.

cc Importancia de los grupos funcionales polares Al hablar de los grupos funcionales hemos hecho hincapié en la polaridad. Un grupo funcional polar es aquel que tiene cargas absolutas (cuando algún átomo esta ionizado) o cargas relativas (cuando presenta una distribución irregular de cargas).

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Biología y Geología 1 Anexo

Polares son los compuestos iónicos, ya que están formados por iones (átomos que han ganado o perdido algún electrón); También son polares los compuestos covalentes que presentan abundancia de grupos funcionales polares, un grupo funcional es polar cuando presenta átomos de distinta electronegatividad unidos por un enlace covalente, en este caso el átomo más electronegativo atrae hacia sí el par electrónico compartido, concentrándose mayor densidad electrónica y, por tanto carga negativa en él, mientras que el otro átomo tiene déficit electrónico y, por tanto, densidad de carga positiva. La importancia de todo estos estriba en que, dado que el agua es una sustancia polar (recuerda que el agua es un dipolo) cuando un compuesto polar se sumerge en agua, sus moléculas interaccionan con las de agua, de tal manera que las moléculas de soluto se separan quedando individualizadas y rodeadas por las moléculas de agua. Esta es la base de la solubilidad en agua: el agua es un disolvente polar que disuelve a los solutos polares. Solutos polares son los compuestos iónicos y los compuestos covalentes que presentan suficientes grupos funcionales polares a lo largo de su molécula.

cc Actividad resuelta: Observa las figuras A y B. Indica cuál de ellas es polar y cuál apolar, deduce también, cuál es soluble en el agua y cuál no.

La molécula A es un hidrocarburo, el butano, no presenta ningún grupo funcional polar, dado que el carbono y el hidrógeno presentan electronegatividades parecidas; se trata, por lo tanto, de una molécula apolar, incompatible con el agua, que no podrá interaccionar con ésta individualizándose en su seno, por ello es insoluble en agua.

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La molécula B es un glúcido monosacárido, presenta abundantes grupos funcionales polares, compatibles con el agua, suficientes para permitir la interacción de la molécula con las moléculas del agua, provocando su disolución en ella.

cc Actividades 1. Clasifica la siguiente biomolécula. ¿Por qué monómeros está formada? ¿Cómo se denomina el enlace entre los monómeros?

2. Las figuras inferiores representan dos biomoléculas sencillas. ¿De qué tipo son?. Se unen para formar polímeros mediante un enlace llamado peptídico, este enlace se forma por reacción entre el grupo amino de una molécula y el grupo ácido adyacente de la otra, desprendiéndose una molécula de agua y formándose un enlace covalente directo entre el carbono y el nitrógeno correspondientes. Intenta construir el enlace peptídico antes explicado.