3ºm biologia formación general

Programa de EstudioTercer Año Medio

Biología

Educación Media Formación General 3

BiologíaCiencias Naturales

Programa de EstudioTercer Año Medio

Biología / Ciencias NaturalesPrograma de Estudio, Segundo Año Medio, Formación General

Educación Media, Unidad de Curriculum y EvaluaciónISBN 956-7933-53-7

Registro de Propiedad Intelectual Nº 116.657Ministerio de Educación, República de Chile

Alameda 1371, Santiagowww.mineduc.cl

Primera Edición 2000Segunda Edición 2004

Santiago, octubre de 2000

Estimados profesores:

EL PRESENTE PROGRAMA DE ESTUDIO de Tercer Año Medio de la Formación General hasido elaborado por la Unidad de Curriculum y Evaluación del Ministerio de Educación yaprobado por el Consejo Superior de Educación, para ser puesto en práctica, por losestablecimientos que elijan aplicarlo, en el año escolar del 2001.

En sus objetivos, contenidos y actividades busca responder a un doble propósito: articular alo largo del año una experiencia de aprendizaje acorde con las definiciones del marcocurricular de Objetivos Fundamentales y Contenidos Mínimos Obligatorios de la EducaciónMedia, definido en el Decreto Nº220, de mayo de 1998, y ofrecer la mejor herramienta deapoyo a la profesora o profesor que hará posible su puesta en práctica.

Los nuevos programas para Tercero Año Medio de la Formación General plantean objetivosde aprendizaje de mayor nivel que los del pasado, porque la vida futura, tanto a nivel de laspersonas como del país, establece mayores requerimientos formativos. A la vez, ofrecendescripciones detalladas de los caminos pedagógicos para llegar a estas metas más altas.Así, al igual que en el caso de los programas del nivel precedente, los correspondientes alTercer Año Medio incluyen numerosas actividades y ejemplos de trabajo con alumnos yalumnas, consistentes en experiencias concretas, realizables e íntimamente ligadas al logrode los aprendizajes esperados. Su multiplicidad busca enriquecer y abrir posibilidades, norecargar ni rigidizar; en múltiples puntos requieren que la profesora o el profesor disciernay opte por lo que es más adecuado al contexto, momento y características de sus alumnos yalumnas.

Los nuevos programas son una invitación a los docentes de Tercer Año Medio para ejecutaruna nueva obra, que sin su concurso no es realizable. Estos programas demandan cambiosimportantes en las prácticas docentes. Ello constituye un desafío grande, de preparación yestudio, de fe en la vocación formadora, y de rigor en la gradual puesta en práctica de lonuevo. Lo que importa en el momento inicial es la aceptación del desafío y la confianza enlos resultados del trabajo hecho con cariño y profesionalismo.

MARIANA AYLWIN OYARZUN

Ministra de Educación

7Tercer Año Medio Biología Ministerio de Educación

Presentación 9

Objetivos Fundamentales 14

Unidades, contenidos y distribución temporal 15

Objetivos Fundamentales Transversales y su presencia en el programa 17

Unidad 1: Control nervioso y comportamiento 19

1. Sistema nervioso: organización y función 22

2. Impulso nervioso 34

3. Sinapsis y neurotransmisores 52

4. Vías aferentes y eferentes 57

Evaluación Unidad 1 68

Unidad 2: Regulación de las funciones corporales y homeostasis 71

1. Homeostasis y función renal 73

2. Regulación neuroendocrina 83


Unidad 3: Biología humana y salud: higiene nerviosa 87

1. Drogas y toxicomanía 89

2. El estrés 92


Unidad 4: Variabilidad, evolución y adaptación 97

1. Variación y evolución 102

2. Adaptación 120


Criterios de evaluación 127

Anexo 1: Enseñando ciencia 129

1. Conocer científicamente 131

2. Actitud científica 131

3. Guía para diseñar actividades de indagación científica 133

Anexo 2: Temas de interés 139

1. Estrés y adaptación 141

2. Conociendo cómo actúan las drogas: “los sicofármacos” 143

3. Fundamentos de la droga-dependencia 149

Bibliografía 155

Objetivos Fundamentales y Contenidos Mínimos Obligatorios 1º- 4º Año Medio 157

8 Tercer Año Medio Biología Ministerio de Educación


Presentación

EL TERCER AÑO DE EDUCACIÓN MEDIA estádedicado, por una parte, a examinar los siste-mas de control y coordinación que permiten alos organismos más complejos funcionar comoun todo autónomo, integrados y acoplados almedio ambiente. Por otra parte, a apreciar elproceso evolutivo que explica la diversidad delos organismos y sus relaciones ancestrales, enuna historia de cambios que se remonta al ori-gen mismo de la vida. Las unidades ofrecenvariadas oportunidades para estimular el razo-namiento de los estudiantes, incitándolos a quehagan inferencias y conjeturas en base a infor-mación entregada por el docente junto con laproposición de problemas. También se prestapara valorar los avances de la ciencia en medi-cina, reforzar el valor del conocimiento cientí-fico y su metodología.

Al igual que en años anteriores, se man-tiene la intención de desarrollar una actitudcientífica y un entendimiento de la naturalezade la ciencia. Los alumnos y alumnas tendránmayores oportunidades para comprender elmodo de producción de este tipo de conoci-miento y sus múltiples relaciones e influenciasen la vida cotidiana y cultural. Este año se hanseleccionado actividades para que los estudian-tes sean especialmente estimulados en los si-guientes aspectos:

1) Proponer explicaciones y hacer prediccionesbasadas en evidencias.

2) Reconocer y analizar explicaciones y predic-ciones.

3) Entender que las explicaciones científicasestán sometidas a cambio a medida que sedispone de otras evidencias.

4) Entender que las explicaciones científicasdeben cumplir con ciertos criterios.

Para que los estudiantes aprecien más profun-damente que la investigación científica es guia-da por una base de conocimiento, observaciones,ideas y preguntas, realizarán actividades con unfuerte componente de razonamiento. Es impor-tante que tengan la experiencia de someter aprueba sus creencias e ideas aplicando conoci-miento previo.

Durante discusiones guiadas se ilustraráque las explicaciones científicas deben ser con-sistentes con las evidencias experimentales y conlas observaciones acerca de la naturaleza, de-ben seguir una lógica y estar sujetas a criticis-mo, y permitir hacer predicciones acerca de lossistemas que se están estudiando. También de-ben reportar los procedimientos y métodos uti-lizados para obtener la evidencia. En cambio,apreciarán que las explicaciones acerca del mun-do natural que se basan en mitos, creencias per-sonales, valores religiosos, inspiracionesmísticas, superstición o autoritarismo puedenser importantes y útiles en el plano personal ysocial, pero no son explicaciones científicas.

Se mantiene y fortalece este año la prácti-ca de indagar en problemas que conciernen alfuncionamiento del organismo y su relación conel ambiente. Consiste en formularse preguntas,razonar lógica y críticamente, comunicar argu-mentos científicos y planificar y conducir in-vestigaciones enmarcadas en un tema. Laindagación a partir de auténticas preguntas ori-ginadas desde las experiencias de los estudian-tes constituye la estrategia central de enseñanzaque propone este programa. Para esto, se en-trega información y conceptos sencillos comopuntos de inicio para involucrarlos en experien-cias de indagación científica ajustadas a las ca-pacidades cognitivas del nivel. El enfoqueindagador como método activo de enseñanza


debe combinarse equilibradamente con el tipode clase lectiva. El propósito es aprender el co-nocimiento biológico entendiéndolo a partir deobservaciones y situaciones experimentales queestimulen un aprendizaje activo e involucrenuna positiva experiencia del estudiante. El ejer-cicio de la indagación e investigación mejora lacapacidad de tomar decisiones informadas yrazonadas en asuntos personales y de ordenpúblico, que a menudo requieren conocimien-tos elementales sobre ciencia y tecnología.

Todos los estudiantes deben tener la opor-tunidad de experimentar positivamente lo quesignifica aprender y entender algo científica-mente, a través del ejercicio guiado y continua-do. Es necesario darles posibilidades paradiscutir sus propias interpretaciones y partici-par activamente en la interpretación de concep-tos y explicaciones con base científica. Debenser guiados en la adquisición e interpretaciónde la información y recibir estímulos positivosen todas las etapas de su aprendizaje. Sentir quecontribuyen en la formulación de los proble-mas y en la definición de las etapas y mediosposibles para dilucidarlos los llevará a adquirirconfianza y certeza de que pueden realizar supropio camino. Aprender a aprender es crucialpara continuar leyendo, aprendiendo y estudian-do a medida que aparezcan las necesidades ylas oportunidades. Se continuará fortaleciendoel uso de internet como herramienta de bús-queda de información y como apoyo a las acti-vidades pedagógicas relacionadas con elPrograma.

Organización y lógica del programa

El programa fue estructurado en torno a cuatrounidades, tratadas a través de actividades queentregan información elemental e invitan a de-sarrollar un aprendizaje activo, involucrando aldocente en la motivación de experiencias de in-

dagación. El nivel de profundidad y los detallesdel conocimiento que deben adquirir alumnos yalumnas están expuestos en los Aprendizajesesperados que acompañan a cada unidad y seilustran con los ejemplos e indicaciones al do-cente. Los esquemas e ilustraciones muestrantambién el nivel que debe alcanzarse.

Los aspectos que pueden ser tratados comoindagación se presentan en base a preguntas yrespuestas, administrando claves para las expli-caciones, interpretaciones y conclusiones a lasque se debe llegar. Las tablas se utilizan paramostrar información, explicar procesos o ini-ciar actividades de indagación en base a pre-guntas y explicaciones. En ningún caso debenser aprendidas de memoria. En todo momentodebe privilegiarse que se entiendan los concep-tos contenidos en las ilustraciones y las tablas.Para facilitar el tratamiento de temas comple-jos se han incluido abundantes figuras que sir-ven de apoyo al docente y también dan una ideade los logros y la profundidad que se pretendealcanzar.

La Unidad 1 estudia los fundamentos de la or-ganización y función del sistema nervioso, esdecir, cómo éste integra y procesa las señalesdel medio externo e interno y elabora compor-tamientos adecuados a la sobrevivencia y repro-ducción. En base a estos fundamentos, que estáncentrados en la organización y función de lasneuronas, se entrega una idea elemental de lacomplejidad del funcionamiento del cerebrohumano. Se pretende que los estudiantes apre-cien que el cerebro está formado por redes deneuronas que conversan entre ellas de maneramuy dinámica y siempre cambiante. Entende-rán que de esta actividad neuronal surge todanuestra percepción del mundo externo e inter-no, la fijación de nuestra atención, el controlde la maquinaria motora, y una gran variedadde atributos, tales como la inteligencia, las emo-ciones, el pensamiento, los afectos, el aprendi-


zaje, el lenguaje y la memoria. Se muestran lasnuevas posibilidades de estudio que se puedenlograr con los sistemas actuales de producciónde imagen, que permiten observar la actividadneuronal del cerebro humano frente a estímu-los del medio y durante los procesos mentales.También se pretende que los estudiantes se for-men una idea de la complejidad de los proble-mas aún no resueltos del funcionamiento delsistema nervioso y su papel en los procesosmentales, y que aprecien que descifrarlos cons-tituye uno de los más grandes desafíos para laciencia y la humanidad en general.

La Unidad 2 estudia la función renal en la re-gulación del medio interno y el aporte del con-trol hormonal a la coordinación de las funcionescorporales, haciendo énfasis en la integraciónneuroendocrina. Se trata de dar una visión ge-neral del significado de la mantención del me-dio interno acuoso y salino del organismo comouno de los aspectos más relevantes de lahomeostasis. Debe apreciarse por qué los riño-nes permitieron definitivamente el tránsito evo-lutivo de los vertebrados de la vida acuática a laterrestre. Por otra parte, en esta unidad tam-bién se fortalece el concepto de hormona y con-trol endocrino, con ejemplos que muestranespecialmente las relaciones con el sistema ner-vioso en la condición de estrés.

Estas dos unidades preparan el camino para en-tender los problemas que plantea la Unidad 3sobre el consumo de drogas y el estrés. A travésde las actividades que analizan datos naciona-les, los estudiantes apreciarán que el consumode drogas es un problema de salud y socialinfluenciado por diversos factores, muchos delos cuales son susceptibles de modificar en pro-gramas de prevención. El tema pertenece a ob-jetivos transversales y debe ser tratado demanera integrada con otras asignaturas. Elestrés se presenta en sus aspectos fisiológicos y

patológicos, para dar la oportunidad de entenderlocomo una causa frecuente de problemas de salud,que debe enfrentarse con ayuda médica.

Finalmente, en la Unidad 4 se tratan dos teo-rías que han sido centrales en la biología: la teo-ría de la evolución de los organismos y la teoríade la selección natural como mecanismo de evo-lución. Se apreciará el enorme impacto y apor-te de Darwin a la cultura en general y alentendimiento biológico de la naturaleza de losseres vivos. Se pretende dejar en claro que estasdos teorías constituyen una explicación cientí-fica para un sinnúmero de observaciones sobreel registro fósil y sus relaciones con las formasde vida actuales. Es asunto de cultura generalsaber que no existen evidencias que refuten elorigen común y la evolución de los organismosy que, por lo tanto, la evolución se consideraactualmente un hecho ampliamente aceptadoen el mundo de la ciencia. Los mecanismos dela evolución, pero no la evolución misma, hansido objeto de debate, considerándose que ade-más de la selección natural existe la llamadaderiva génica, que puede incorporar mutacio-nes neutras, sin valor adaptativo. Es necesarioque los estudiantes contrasten sus creencias conlas evidencias, tanto del registro fósil como lasaportadas por la biología molecular, de que losorganismos evolucionan y que por lo tanto lasespecies no son permanentes ni inmutables.Además, se refuerza la noción de que todos losseres vivos se originan de otros seres vivos. Lue-go, deben distinguir los distintos elementos queentran en juego en el proceso de selección na-tural y cómo éste, operando sobre las variacio-nes entre individuos por largos períodos detiempo, puede llevar a la evolución y apariciónde nuevas especies. Se muestra además que laevolución por selección natural es constante,encontrándose evidencias de esto en la continuaevolución de los microorganismos patógenos alhombre, por ejemplo en la aparición de nuevas


cepas de bacterias resistentes a los antibióticos.La unidad incluye los cambios evolutivos ygeológicos que llevaron a adaptaciones deter-minantes en la aparición de las formas terres-tres de vida y presenta el concepto de adaptaciónde los organismos a su ambiente como resulta-do del proceso evolutivo.

Algunas actividades se basan en la observación,recolección de datos, reflexión y análisis deeventos y fenómenos que surgen de la experien-cia de los alumnos y alumnas. Otras activida-des promueven el análisis crítico de fuentessecundarias de información, tales como librosy revistas en la biblioteca. Se han seleccionadoactividades de diversos tipos destinadas a desa-rrollar las habilidades de:a) Informarse, a través de la lectura e interpre-

tación de textos, tablas, gráficos, esquemas,y fotografías.

b) Comunicar, realizando tablas, gráficos, es-quemas funcionales, presentaciones frente alcurso, informes, explicaciones y conclusio-nes en frases cortas, etc.

c) Razonar, estableciendo relaciones entre in-formación nueva y los conocimientos previa-mente adquiridos, haciendo comparacionesy elaborando conclusiones. También razonananalizando información presentada en diver-sas formas, identificando, dando forma yentendiendo las preguntas que guían las in-vestigaciones bibliográficas y experimenta-les, etc.

El programa permite movilidad e integraciónde distintas unidades. Esto es especialmenteválido para la unidad de Biología humana y sa-lud, cuyos tópicos pueden ser tratados separa-damente, incluyéndolos en las otras unidadessegún corresponda. Las actividades han sidodesglosadas por conveniencia para la exposicióndel programa y para sugerir un modelo de or-denación, pero pueden fundirse varias de ellas

en una sola o reordenarse según se estime apro-piado didácticamente. Los ejemplos de activi-dades tampoco son obligatorios, por el contrario,tienen como objetivo proporcionar alternativasque el profesor o la profesora pueden utilizarliteralmente, combinarlos o diseñar sus propiosejemplos en base a los presentados. El docentedeberá adecuar las actividades a las condicio-nes locales para el logro de los objetivos, segúnsu criterio. El orden de presentación de los con-ceptos, contenidos y actividades constituye unapropuesta educativa, que también puede sermodificada. Por ejemplo, podrían ajustarse pararealizar actividades integradas con otras disci-plinas, tales como matemáticas, física o quími-ca. También es importante que los ejemplos deactividades sean adaptados a las condiciones, tra-diciones y costumbres propias de cada región ycomunidad.

Indicaciones y orientaciones didácticas

El programa de Biología es un instrumento detrabajo, de consulta permanente, que emplea unvocabulario simple y riguroso. Su cobertura to-tal requiere una programación cuidadosa y de-tallada.

En este año se ha incluido en las Orienta-ciones didácticas y en las Indicaciones al do-cente información de apoyo para la realizacióntanto de experiencias de indagación con los es-tudiantes como para la entrega de informacióny conceptos en clases lectivas. El material quese ha incorporado en estas secciones pretendeproporcionar elementos que permitan clasesmás atractivas y más precisas acerca de temasque son relativamente complejos. Por esto, másque nunca es imperativo una lectura completay cuidadosa del programa para apropiarse deesta nueva visión de la enseñanza de la biologíay aprovechar el material que se entrega en las


definiciones de los aprendizajes esperados, losejemplos de actividades, las indicaciones al do-cente, las tablas, figuras y anexos. Una lecturaprevia permitirá distinguir la información, apre-ciar el nivel de profundidad que debe alcanzarsey pensar las estrategias de enseñanza. Esto fa-cilitará el diseño de una planificación que logrecubrir los contenidos y cumplir las intencionesrespecto del conocimiento, el entendimiento ylas habilidades que el programa pretende desa-rrollar. La planificación de las actividades y cla-ses lectivas es crucial para conseguir unequilibrio que incluya más experiencias de in-dagación. Otro aspecto importante de la plani-ficación se relaciona con la organización de losestudiantes. Es necesario estimular el trabajogrupal, la opinión y la discusión de ideas en elcontexto de un cierto conocimiento.

Es importante que cada unidad y tópicose fundamente en alguna problemática cientí-fica, formulada a partir de hechos provenientesde observaciones, datos de actualidad o expe-riencias vividas por los estudiantes, ofreciéndo-les una diversidad de actividades. Convienepresentar los datos en forma integrada y utili-zar fuentes diversas de información, tales comovideos, películas o simulaciones computacionales,exámenes de laboratorio e informática pedagógi-ca. Las actividades prácticas otorgan a la ense-ñanza de la biología mayor valor formativo,desarrollando en los alumnos y alumnas un con-junto de capacidades. Esto no significa necesa-riamente un montaje experimental costoso ycomplejo. Un sencillo experimento puede serde máximo provecho si es utilizado para ejerci-tar y hacer evidente los procedimientos de ob-servación, razonamiento y comunicación de laciencia, partiendo de preguntas que surjan delalumnado motivadas por el docente. Cuandosea pertinente, en términos de contenidos o

métodos, deben aprovecharse las oportunida-des de realizar un enlace o integración con otrasdisciplinas.

La evaluación no sólo debe probar si losestudiantes han memorizado información sinotambién debe medir el grado de entendimien-to, razonamiento, y aplicación del conocimien-to, es decir las habilidades que se logran a travésde la indagación e investigación. La evaluaciónpuede realizarse de diversas maneras. Ademásde las pruebas convencionales de papel y lá-piz, deben probarse presentaciones orales,portafolios (carpetas), entrevistas, reportes deinvestigación, breves resúmenes o ensayos es-critos. Una evaluación formativa es crucial paradetectar dificultades durante el estudio y unaevaluación sumativa contribuye a elaborar unresumen de conocimientos. Se aconseja reali-zar controles con ejercicios cortos en cada cla-se, 1 a 2 pruebas que no excedan más de 1 horapor unidad. Los controles deben contener unpequeño número de preguntas destinadas a ve-rificar la adquisición de conocimiento, prime-ro, y luego a evaluar la aplicación de losconocimientos y métodos, y el razonamientosobre un documento.

Los estudiantes deben planear y hacer pre-sentaciones al resto de la clase acerca de su tra-bajo, exponiendo la manera de organizar ypresentar los datos que utilizaron. Deben ex-plicar y justificar su trabajo a ellos mismos y aotros, como un medio para desarrollar una ac-titud científica, al ejercitar la capacidad de po-ner a prueba la validez del conocimiento quehan producido en sus búsquedas e indagacio-nes, y de aceptar y reaccionar positivamente alas críticas constructivas de los demás. Con elconjunto de estas prácticas se irá moldeando unentendimiento de lo que es una indagacióncientífica.


Objetivos Fundamentales

Los alumnos y las alumnas desarrollarán la capacidad de:

1. Comprender que los organismos han desarrollado mecanismos que

posibilitan su funcionamiento sistémico y su interacción con el medio de

manera integrada, manteniendo un ambiente interno estable.

2. Conocer la organización del sistema nervioso y comprender su función en

la regulación y coordinación de las funciones sistémicas, la motricidad y el

comportamiento.

3. Comprender y valorar los fundamentos de la evolución y adaptación a

distintos ambientes, y la diversidad biológica como su resultado.

4. Apreciar la importancia de la formulación de teorías en el desarrollo del

pensamiento científico; comprender la distinción entre las teorías y los

hechos que las sostienen o refutan y la manera como éstas se validan en la

comunidad científica; saber del retardo que puede haber en la aceptación y

utilización de una teoría por la opinión pública.


1Control nervioso ycomportamiento

2Regulación de lasfunciones corporales yhomeostasis

3Biología humana y salud:higiene nerviosa

4Variabilidad, evolución yadaptación

4. Vías aferentes y eferentes

• Estructura y función del ojo: propiedadesópticas, respuesta a la luz, y anomalías de lavisión.

• Sistema muscular (esquelético, liso y cardíaco)y su conexión funcional con distintas partes delsistema nervioso. Actividad refleja y motricidadvoluntaria.

• Estructura del tórax y mecanismo de laventilación pulmonar.

• Control de la frecuencia respiratoria.

• Adaptaciones que permiten a plantas y animalessobrevivir en distintos ambientes.

• Respuestas adaptativas a los cambiosambientales, diarios y estacionales.

• Adaptación en tiempo evolutivo: historia de laaparición de los grupos mayores de organismos.

• Relación estructura función: identificación dediferenciaciones y estructuras especializadas endiversas células, incluyendo organismosunicelulares. Uso de ilustraciones, fotografías yde recursos computacionales.

1. Sistema nervioso:organización y función

• La variedad de estímulosque excitan el sistemanervioso, sus receptoresy su importancia relativaen distintos organismos.

• Estructura de laneurona, conectividad,organización y funcióndel sistema nervioso enla regulación ycoordinación de lasfunciones sistémicas, lamotricidad y elcomportamiento.

2. Impulso nervioso

3. Sinapsis yneurotransmisores

• Naturaleza electro-química del impulsonervioso y su forma detransmisión entreneuronas y entreneuronas y músculo(señales químicas ysinapsis).

Unidades

1. Homeostasis y funciónrenal

• Concepto y fundamentosde la homeostasis,distinguiendo losórganos, sistemas yprocesos regulatoriosinvolucrados.

• Formación de orina: elnefrón como unidadfuncional.

2. Regulaciónneuroendocrina

• Control hormonal ynervioso en lacoordinación eintegración de lossistemas: investigaciónen diversas fuentessobre el control porretroalimentación.

1. Drogas ytoxicomanía

• Investigación y debatesobre los aspectosbiológicos, éticos,sociales y culturales dela adicción a drogas queafectan elcomportamiento y losestados de ánimo.

2. El estrés

• Estrés nervioso,consecuencias físicas,causas y prevención.

1. Variación yevolución

• Registro fósil comoevidencia de laevolución orgánica.Distinción entre hechosy teorías.

• Variabilidad comomateria prima de loscambios evolutivos y suimportancia en la sobre-vivencia de las especies.

• Valoración de la bio-diversidad como productodel proceso evolutivo.

• Selección natural en laevolución y extinción deespecies. Innovaciones yformas intermedias.

• Exito reproductivo comoresultado de la compe-tencia en el ambiente.

• Investigación sobre lahistoria de Darwin y elimpacto cultural de suteoría en contraste conotras teorías evolutivas.

2. Adaptación

Tiempo estimado Tiempo estimado

Tiempo estimado Tiempo estimado

9 semanas 8 semanas

13 semanas 10 semanas

Contenidos

Unidades, contenidos y distribución temporal


Objetivos Fundamentales Transversales y supresencia en el programa

LOS OBJETIVOS FUNDAMENTALES TRANSVERSALES

(OFT) definen finalidades generales de la edu-cación referidas al desarrollo personal y la for-mación ética e intelectual de alumnos yalumnas. Su realización trasciende a un sectoro subsector específico del currículum y tienelugar en múltiples ámbitos o dimensiones de laexperiencia educativa, que son responsabilidaddel conjunto de la institución escolar, incluyen-do, entre otros, el proyecto educativo y el tipode disciplina que caracteriza a cada estableci-miento, los estilos y tipos de prácticas docen-tes, las actividades ceremoniales y el ejemplocotidiano de profesores y profesoras, adminis-trativos y los propios estudiantes. Sin embargo,el ámbito privilegiado de realización de losOFT se encuentra en los contextos y activida-des de aprendizaje que organiza cada sector ysubsector, en función del logro de los aprendi-zajes esperados de cada una de sus unidades.

Desde la perspectiva señalada, cada sector osubsector de aprendizaje, en su propósito decontribuir a la formación para la vida, conjugaen un todo integrado e indisoluble el desarro-llo intelectual con la formación ético-social dealumnos y alumnas. De esta forma se busca su-perar la separación que en ocasiones se estable-ce entre la dimensión formativa y la instructiva.Los programas están construidos sobre la basede contenidos programáticos significativos quetienen una carga formativa muy importante, yaque en el proceso de adquisición de estos cono-cimientos y habilidades los estudiantes estable-cen jerarquías valóricas, formulan juiciosmorales, asumen posturas éticas y desarrollancompromisos sociales.

Los Objetivos Fundamentales Transversales de-finidos en el marco curricular nacional (Decre-to Nº 220), corresponden a una explicitaciónordenada de los propósitos formativos de laEducación Media en cuatro ámbitos: Crecimien-to y Autoafirmación Personal, Desarrollo del Pen-samiento, Formación Ética, Persona y Entorno; surealización, como se dijo, es responsabilidad de lainstitución escolar y la experiencia de aprendizajey de vida que ésta ofrece en su conjunto a alum-nos y alumnas. Desde la perspectiva de cada sec-tor y subsector, esto significa que no hay lími-tes respecto a qué OFT trabajar en el contextoespecífico de cada disciplina; las posibilidadesformativas de todo contenido conceptual o acti-vidad debieran considerarse abiertas a cualquieraspecto o dimensión de los OFT.

Junto a lo señalado, es necesario destacar que hayuna relación de afinidad y consistencia en tér-minos de objeto temático, preguntas o proble-mas, entre cada sector y subsector, por un lado, ydeterminados OFT, por otro. El presente pro-grama de estudio ha sido definido incluyendo(‘verticalizando’) los objetivos transversales másafines con su objeto, los que han sido incorpora-dos tanto a sus objetivos y contenidos, como asus metodologías, actividades y sugerencias deevaluación. De este modo, los conceptos (o co-nocimientos), habilidades y actitudes que esteprograma se propone trabajar integran explíci-tamente gran parte de los OFT definidos en elmarco curricular de la Educación Media.

El Programa de Biología de Tercer Año Me-dio, refuerza algunos OFT que tuvieron pre-sencia y oportunidad de desarrollo durante el


Primer y Segundo Año Medio y adicionan otrospropios de las nuevas unidades.

En el ámbito Crecimiento y Autoafirmación Per-sonal, se refuerza el OFT referido al cuidadodel propio cuerpo: el programa tiene como unode sus focos la creación de criterios de valora-ción de la vida y el desarrollo de hábitos de cui-dado de la salud y del propio cuerpo. La UnidadBiología humana y salud: higiene nerviosa,enfatiza el conocimiento de los efectos que so-bre la salud tienen las drogas, el alcohol y susformas de prevenirlas. Asimismo, el programaen su conjunto promueve la realización de losOFT de formar y desarrollar el interés y la ca-pacidad de conocer la realidad, y utilizar el co-nocimiento y la información.

Todos los OFT del ámbito Desarrollo del Pen-samiento son una dimensión central de losaprendizajes, contenidos y actividades del pro-grama. En este marco, tienen especial énfasislas habilidades de investigación y el desarrollode formas de observación, razonamiento y de

proceder características del método científico,así como las de exposición y comunicación deresultados de actividades experimentales o deindagación.

En relación a los OFT del ámbito Persona y suEntorno, el programa conduce a la comprensiónde la relación que existe entre estrés y los agen-tes estresores. Además, la Unidad Variabilidady evolución muestra la relación que existe entrelos factores ambientales, las predisposicionesfenotípicas y los mecanismos de adaptaciónambiental.

Junto a lo señalado, el programa, a través de lassugerencias al docente, invita a prácticas peda-gógicas que realizan los valores y orientacioneséticas de los OFT, así como sus definicionessobre habilidades intelectuales y comunicativas.

Además, el programa se hace cargo de los OFTde Informática, incorporando en diversas acti-vidades y tareas la búsqueda de información através de redes de comunicación y empleo desoftwares.


UUnidad 1

Control nervioso y comportamiento

Orientaciones didácticas

Esta unidad pretende que los estudiantes entiendan los principios básicos que gobiernan las varia-das y complejas funciones del sistema nervioso, en la coordinación de las diversas partes del orga-nismo y en el comportamiento, las emociones, el pensamiento, la memoria y el lenguaje. Para estoes necesario apreciar tanto su organización funcional y anatómica como las propiedades especialesde las neuronas, que constituyen su unidad funcional básica. No interesan los detalles anatómicossino los principios de su organización en sistemas con distintas funciones:a) Un sistema sensorial, cuya actividad es modificada por el medio externo e interno.b) Un sistema de fibras nerviosas con estaciones sinápticas que conducen esa actividad a centros de

integración en la médula espinal y en el cerebro.c) Un sistema efector constituido por glándulas y músculos bajo el control de señales nerviosas.Debe ilustrarse cómo están interconectados y cómo interactúan estos sistemas. Así se apreciará queaun el comportamiento más simple involucra la actividad coordinada y concertada de todos ellos.Sobre el cerebro, es importante que los estudiantes aprendan que está compuesto por una redtridimensional de billones de neuronas interconectadas y que su actividad genera nuestra percep-ción del mundo externo, determina nuestra atención, controla la maquinaria de acción motora, y esresponsable de nuestras complejas facultades mentales.

Los conceptos básicos sobre la función y organización del sistema nervioso se entregarán através de esquemas funcionales y de imágenes de técnicas que permiten observar el cerebro enactividad. Para entender cómo se organizan las neuronas y cómo se comunican entre ellas a travésde la transmisión sináptica, debe hacerse énfasis en su polaridad funcional y estructural y en laestrategia que utilizan para producir señales eléctricas que viajan por largas distancias y que sonintegradas por el cerebro. Esta parte se presta para estimular el razonamiento de los estudiantes,incitándolos a que hagan inferencias y conjeturas en base a información entregada por el docentejunto con la proposición de problemas.

Entre los órganos sensoriales se estudia en detalle el ojo, por las facilidades que ofrece paraestablecer relaciones entre estructura y función, y como ejemplo del proceso de transducción senso-rial. El sistema muscular se trata fundamentalmente en relación a su papel efector.

En toda la unidad se recomienda la utilización de documentos fotográficos de microscopíaelectrónica e ilustraciones esquemáticas de datos sobre la actividad del cerebro, obtenidos por téc-nicas de exploración modernas, no invasivas. Además, la unidad ofrece variadas oportunidades para


valorar los avances de la ciencia en medicina y también se presta para reforzar el valor del conoci-miento científico y su metodología. En relación a esto pueden conectarse temas de interés generalcomo son el efecto de drogas y la drogadicción que se tratan en más detalle en la Unidad 3 Biologíahumana y salud. Es también importante que los estudiantes queden con una idea intuitiva de la comple-jidad de los problemas aún no resueltos sobre el funcionamiento del sistema nervioso y su rol en losprocesos mentales. Este es un fascinante desafío para la ciencia y la humanidad en general.

Contenidos Unidad 1: Control nervioso y comportamiento

1. Sistema nervioso: organización y función.

2. Impulso nervioso.

3. Sinapsis y neurotransmisores.

4. Vías aferentes y eferentes.

Aprendizajes esperados

Alumnos y alumnas saben y entienden que:

• Todos los organismos tienen la propiedad de responder (reactividad o irritabilidad) a estímulos externos(cambios en el ambiente) cuando éstos alcanzan cierta intensidad (umbral). Algunos organismos poseenun sistema nervioso que expande la capacidad y diversidad de respuesta.

• El sistema nervioso integra la función de los sistemas sensoriales y los musculares a través de centrosubicados en la médula espinal y el cerebro, donde se procesan las señales provenientes del exterior einterior del organismo.

• El cerebro está formado por 100 billones de neuronas organizadas en una red tridimensional cuyasinteracciones originan toda la actividad mental. Esta actividad se ve reflejada en el comportamiento yen una gran variedad de atributos, tales como la inteligencia, las emociones, los afectos, el aprendizaje,el lenguaje y la memoria. El cerebro es responsable de la percepción del mundo externo e interno, fijanuestra atención, y controla la maquinaria de la acción.

• Los receptores sensoriales son estructuras especializadas que responden selectivamente a un tipo deestímulo, ya sea, presión, calor o frío, vibración, luz y compuestos químicos. La respuesta de los receptoresconsiste en señales eléctricas que pueden viajar por las neuronas a otros lugares del Sistema nerviosodonde son integradas. La visión, como otras sensaciones, es un proceso que involucra la estimulaciónde receptores específicos, transmisión e integración de señales nerviosas en el cerebro. En este caso, laluz estimula a los fotorreceptores que están en la retina desde la cual se generan las señales que viajanpor el nervio óptico hasta ciertas regiones del cerebro donde su procesamiento produce la visión. Lavisión puede afectarse por anomalías oculares y nerviosas.


• Las neuronas son células especializadas que permiten la comunicación casi inmediata de diferentes puntosdel organismo. Estas células poseen propiedades estructurales y funcionales que permiten conducir impulsoseléctricos a gran velocidad (1 a 100 metros/segundo) e integrar la actividad de muchas neuronas. Laactividad coordinada de las neuronas y sus interacciones por medio de las sinapsis producen respuestasmotoras y emocionales, percepciones, aprendizaje, memoria, lenguaje y en general todos los procesosmentales. Esto es posible gracias a que se organizan formando vías y redes de señalización, con precisas ymúltiples interconexiones entre ellas y con las células musculares. Las neuronas se comunican con otrasneuronas o con células efectoras musculares o glandulares a través de señales químicas (neurotransmisores)que se liberan por exocitosis en las terminales sinápticas desde la neurona activa y son captadas porreceptores específicos en la superficie de la célula efectora. Los procesos de aprendizaje, formación dememoria o la acción de drogas involucran modificaciones al nivel de la sinapsis nerviosa.

• La membrana plasmática de todas las células tiene un potencial eléctrico de reposo negativo, que resultade la tendencia del ion potasio a salir de la célula por canales específicos, como resultado de una gradientede concentración que se mantiene por la actividad de la bomba de sodio-potasio, consumiendo energía.En las neuronas, el potencial de reposo puede ser modificado rápidamente (despolarización) gracias a laapertura de canales de sodio, como resultado de estímulos ambientales o señales de otras neuronas. Estogenera potenciales de acción que son utilizados para transmitir las señales nerviosas de un sitio a otro. Lainformación que lleva el impulso nervioso está codificada en la frecuencia y número total de potencialesde acción. Los nervios que poseen axones largos tienen una vaina aislante de mielina, interrumpida pornudos de Ranvier, que hace más rápido el viaje del impulso nervioso.

• El sistema muscular es controlado por el sistema nervioso de manera voluntaria o refleja, somática o autónoma.Un ejemplo de esto son los movimientos respiratorios controlados por centros que reciben información sobre lacomposición química de la sangre (oxígeno, dióxido de carbono y pH) y la distensión de la caja torácica. A nivelcelular existen estructuras citoplasmáticas que forman un verdadero “motor molecular” (sarcómero) y proveen alas células musculares estriadas de la capacidad de contracción para el movimiento del organismo.

Alumnos y alumnas mejoran sus habilidades para:

• Elaborar y sintetizar conceptos.

• Razonar, inferir y hacer conjeturas, en base a conocimientos previos y problemas.

• Utilizar distintas fuentes de información.

• Interpretar gráficos, fotografías, dibujos y esquemas funcionales.


Red Neuronalcon escasa

integración deinformación.

Comportamientossimples

Red Neuronal

Anémona de mar(Cnidaria)

1. Sistema nervioso: organización y función

Actividad 1

Informarse sobre la propiedad de reactividad y sus niveles de complejidad en

diversos organismos con y sin sistema nervioso.

Ejemplo Los estudiantes investigan en la bibliografía disponible y en internet ejemplos de respuestas

a cambios del medio en organismos unicelulares y multicelulares. Discuten sus

observaciones. El docente presenta un esquema como el siguiente y explica las ventajas

del sistema nervioso y la complejidad de las respuestas, haciendo una relación entre la

organización del sistema nervioso en redes neuronales y ganglionares y la capacidad de

integrar estímulos y señales. Explicar que los estímulos son cambios en el ambiente, tales

como cambios de presión, composición química, temperatura, radiación y propiedades

eléctricas.

Figura 1Variaciones en la complejidad del sistema nervioso en distintos organismos

Una red neuronal en cadabrazo, conectado por un

anillo neural central

Estrella de Mar(Echinodermata)

Nervio Radial

Anillo Neural

Unidad 1: Control nervioso y comportamiento • Sistema nervioso: organización y función 23

Cuerda Nerviosa

Nervio Transversal

Cerebro

Gusano Plano(Platyhelminthes)

Mayor centralización delprocesamiento de lainformación. Un ganglioanterior funciona comoun cerebro rudimentario.

Nervio Segmentado

Gusano de tierra(Annelida)

Cerebro

Ganglio en elcordón nerviosoventral

Los gangliossegmentadoscoordinanel movimiento, y un“cerebro” controlacomportamientos máscomplejos

Calamar(Mollusca)

Cerebro

Ganglio Visual

Nervios hacia losMúsculos

Ganglio

NerviosGustativos

Colección de neuronasGanglios especializadosComportamiento máscomplejo

El cerebro humano y lamédula espinal constituyenel sistema nervioso central,

que se comunica con lascélulas y órganos del

organismo a través delsistema nervioso periférico.

Humano(Chordata).


Actividad 2

Reconocer la función del sistema nervioso en distintas actividades y conductas y

relacionarlas con su organización general y sus unidades funcionales: las neuronas.

Ejemplo El profesor o profesora muestra diversas actividades (arquero atajando, equilibrista,

iluminación y dilatación de la pupila, una persona suelta una barra y otra la recibe, pide a

un estudiante que vaya hacia la puerta, etc.) e invita a los estudiantes a identificar los

estímulos, las relaciones entre los elementos sensoriales y los elementos musculares, y

los aspectos que requieren integración de la actividad neuronal en el Sistema nervioso.

A través de preguntas, se guiará a los alumnos y alumnas a reconocer que los elementos

sensoriales y musculares están alejados en el cuerpo, que deben tener conexiones precisas

y rápidas, y que debe haber integración de las señales provenientes del medio para generar

una respuesta adecuada.

Mostrar esquemas con la organización general del sistema nervioso para explicar: a) que

la precisión en la transmisión de las señales está basada en las rutas y las íntimas

interconexiones que establecen las neuronas con células específicas; b) que la velocidad

se debe a la naturaleza eléctrica

del impulso nervioso. Hacer ver la

diferencia de velocidad que tienen

los procesos de difusión (por

ejemplo del humo en el aire o una

gota de tinta en un vaso) y los

procesos eléctricos. Mostrar con

una ilustración las diferencias del

sistema nervioso y el endocrino.

Para apreciar la organización

funcional del cerebro, alumnos y

alumnas utilizan la tabla 1 para

rotular un corte transversal de

cerebro, indicando el nombre y la

función de cada región.

Figura 2Organización general del sistema nervioso

Corteza Motora Corteza sensorialsomática

Tálamo

Corteza visual

Piel

Vía aferente

Músculo

Vía aferente


Figura 3Comparación entre el control nervioso y el endocrino

Tabla 1Funciones de las distintas regiones del sistema nervioso central

Médula espinal Control reflejo del movimiento de las extremidades y del tronco.Recibe e integra información sensorial proveniente de la piel, articulaciones ymúsculos de las extremidades y el tronco.

Tronco encefálico Centros de control de funciones vitales autónomas, tales como la digestión,respiración y ritmo cardíaco.

Bulbo raquídeo Envía información acerca del movimiento desde los hemisferios cerebrales al cerebelo.

Cerebelo Coordinación muscular, aprendizaje de habilidades motoras.

Diencéfalo, Procesamiento de la información que llega a la corteza cerebral desde el resto deltálamo, Sistema Nervioso Central (SNC). Regulación de las funciones autonómicas, endocrinas yhipotálamo viscerales.

Hemisferios, Procesos sensoriales y motores contralaterales, memoria, lenguaje, coordinación decerebrales, corteza respuestas autonómas y endocrinas en relación con estados emocionales.cerebral y centrosprofundos (gangliobasal, hipocampo)

Estímulo Estímulo

Célula nerviosa

Receptor

Mensaje nervioso

Emisor

Vía detransmisión

Seña

l

Efector

Estímulo

Axón

Respuesta

Neurotransmisor

Célula blanco Célulaefectora

Respuesta

Célula endocrina

Hormona

Hormona

Receptor

Hormona

Respuesta

Sangre


INDICACIONES AL DOCENTE

En este momento es importante recalcar los siguientes conceptos generales, que luego se irán desarro-llando más detalladamente:

1) Significado y organización general del sistema nervioso.

El sistema nervioso tiene dos componentes: el sistema nervioso central, compuesto del cerebro y lamédula espinal, y el sistema nervioso periférico, compuesto de ganglios y nervios periféricos locali-zados fuera del cerebro y de la médula espinal. Gracias a su estructura enormemente versátil yplástica, el sistema nervioso expande enormemente el rango de conductas posibles del organismo.Pone en interacción los elementos sensoriales y musculares que se encuentran distantes, integraseñales provenientes del medio y del interior del organismo, y dota a un grupo de organismos decomplejas facultades mentales. Todo esto se realiza a través de la comunicación entre distintos tiposde neuronas y entre neuronas y músculos o glándulas.

2) Importancia de la forma característica de las neuronas.

Las neuronas difieren de otras células del organismo por su capacidad de comunicarse rápidamenteentre ellas y con otras células, a veces a grandes distancias, con gran precisión. Su distintivo es queposeen prolongaciones que se extienden por distancias enormes a nivel celular, alcanzando decenasde milímetros en las neuronas más grandes. Esta característica, universal a las neuronas de todos losorganismos que poseen sistema nervioso, es fundamental para integrar partes del organismo que seencuentran distantes en muy distintas localizaciones del cuerpo. Grupos celulares diferentes sonintegrados al funcionamiento del organismo como un todo gracias a la célula nerviosa. De otramanera sólo podrían acoplarse funcionalmente a través de hormonas vertidas a la circulación gene-ral del organismo, con mucha mayor lentitud.

3) Rapidez y precisión del impulso nervioso.

La rapidez se debe a la naturaleza eléctrica del impulso y a la íntima interconexión de la sinapsisque se establece entre neurona y neurona y entre neurona y músculo o entre neurona y célula endo-crina, que evita la difusión del neurotransmisor químico. Todas las neuronas tienen propiedadesmás o menos similares, pero son capaces de producir acciones muy diferentes debido a las conexio-nes precisas que establecen. La precisión se debe a la forma de la neurona que le permite transportarsustancias y señales entre dos regiones del organismo a través de un camino muy específico. Ade-más, establece sinapsis con células bien específicas y no al azar. La estructura de la sinapsis permiteuna entrega local de transmisor sin que otras células circundantes sean afectadas.

4) Organización de las neuronas formando vías de conducción del impulso nervioso y redes tri-dimensionales.

El sistema neuronal se encuentra inserto en el organismo a través de múltiples conexiones con muchostipos celulares, formando nervios y una red neuronal tridimensional con millares de interconexiones.Así, se ponen en contacto las superficies sensoriales y las motoras por medio de numerosos contactossinápticos, teniendo como intermediario los centros de integración (médula espinal y cerebro).


5) Función del cerebro.

El cerebro se encuentra localizado entre las neuronas motoras y sensoriales. Esta posición le permi-te transformar e integrar la actividad neuronal producto de la interacción con el mundo externo einterno del organismo y, a la vez, generar las respuestas motoras coordinadas que observamos comoconductas.

La complejidad del cerebro se hace evidente en nuestra capacidad de percepción, de recordar even-tos y actuar apropiadamente. La actividad proveniente de receptores periféricos que son perturba-dos por el ambiente es integrada por el cerebro dando origen a percepciones, algunas de las cualespermanecen como memoria. El cerebro hace todo esto a través de neuronas y de conexiones entreellas.

Un número enorme de neuronas manejan señales de manera concertada y coordinada. En el serhumano se encontrarían unas 1011 (miles de millones) neuronas cerebrales interconectando alrede-dor de 107 (decenas de millones) neuronas sensoriales distribuidas en varios puntos del cuerpo conunas 106 (millones) motoneuronas que activan unos pocos miles de músculos. Las razones matemá-ticas de esta interconexión entre neuronas sensoriales, cerebrales y motoras es de 10/100.000/1. Sise considera la actividad de 1011 neuronas en el cerebro y que cada una recibe múltiples contactoscon otras neuronas, el número de combinaciones posibles es de una enormidad inimaginable.

Actualmente, existen técnicas de producción de imágenes que permiten observar la actividad neu-ronal del cerebro humano frente a los estímulos del medio y durante procesos mentales en vivo. Sinembargo, muchos aspectos de los mecanismos de integración de las señales y del origen de lasfacultades mentales siguen siendo desconocidos. Dilucidarlos constituye un gran desafío para laciencia.



Durante esta actividad se deben ir introduciendo conceptos que serán desarrollados en más detalleen el curso de toda la unidad, presentándolos en distintos contextos para reforzar su aprendizaje.Mencionar aquí los siguientes aspectos sobre la anatomía del sistema nervioso y la estructura gene-ral de sus unidades de señalización, las neuronas, para luego explicar los aportes de Golgi y Ramóny Cajal a este conocimiento.

a) El sistema nervioso posee dos tipos de células: neuronas y células gliales.

Las neuronas se organizan formando redes complejas, tridimensionales, que se encargan de integrarlos diversos estímulos y elaborar respuestas. Una neurona típica tiene cuatro zonas morfológica yfuncionalmente definidas: el cuerpo o soma, dendritas, axón y terminales presinápticas. El cuerpocelular o soma es el centro metabólico de la neurona y da origen a dos tipos de prolongaciones

Actividad 3

Presentar aspectos históricos sobre las ideas de la estructura y función del sistema

nervioso. Observar neuronas en el tejido nervioso y hacer esquemas funcionales,

ilustrando las relaciones entre su estructura y función.

Ejemplo El profesor o la profesora explica el aporte de Camillo Golgi y Santiago Ramón y Cajal al

conocimiento del tejido nervioso. Luego presenta preparaciones de cortes histológicos

transversales de medula espinal con distintos grados de magnificación para que se puedan

apreciar la sustancia gris, la sustancia blanca, y neuronas. Utilizar esquemas de diferentes

tipos de neuronas para que los estudiantes reconozcan los elementos comunes y puedan

sintetizar el fenotipo neuronal en un esquema de una neurona tipo. El docente utilizará

este esquema para explicar que todas las neuronas tienen las siguientes características:

a) Una polaridad funcional reflejada en regiones especializadas en recibir estímulos

(región de entrada del estímulo), regiones especializadas en la rápida propagación de

la señal por largas distancias (axón) y la región axonal terminal donde se secreta el

neurotransmisor que estimulará positiva o negativamente la neurona post-sináptica.

b) Las neuronas se especializan en la transmisión de mensajes direccionalmente.

c) Algunos tipos de neuronas tienen su axón cubierto por mielina, una estructura aislante

formada por las células de Schwann.

Mostrar un esquema de un axón cubierto por la vaina de mielina. Las figuras 4 y 5 sirven

de ejemplo para esta actividad.


llamados dendritas y axón. Una neurona generalmente tiene varias dendritas que forman el aparatoreceptor de señales de otras neuronas. El axón es una prolongación tubular con un diámetro de 0.2-20 micrones, que puede ramificarse y extenderse más de un metro de largo. El axón es la principalunidad conductora de señales de la neurona, capaz de enviar señales a gran distancia mediante lapropagación de una señal eléctrica (potencial de acción). Las neuronas se distinguen dramática-mente unas de otras por su forma y tamaño, especialmente por el número y forma de sus prolonga-ciones dendríticas y axonales. El número y extensión de las prolongaciones dendríticas se correla-ciona con el número de conexiones con otras neuronas. Una moto-neurona espinal, cuyasprolongaciones dendríticas son moderadas en número y extensión, recibe alrededor de 10.000 con-tactos, 2.000 en el cuerpo celular y 8.000 en las dendritas. En cambio, el enorme árbol dendrítico delas células de Purkinge del cerebelo recibe alrededor de 150.000 contactos. Las células gliales ro-dean los cuerpos y axones de las neuronas. En el sistema nervioso central hay cerca de 10-50 vecesmás células gliales que neuronas. Estas células sirven de sostén al sistema nervioso, dándole firmezay estructura al cerebro y algunas de ellas, tales como los oligodendrocitos en el cerebro y las célulasde Schwann en el sistema nervioso periférico, forman mielina, una vaina aislante que cubre la ma-yor parte de los axones.

b) Las células neuronales son las unidades funcionales y estructurales del sistema nervioso.

Durante años se pensó que la teoría celular no se aplicaba al cerebro. Camillo Golgi desarrolló unatécnica que permite teñir toda la neurona. Esta técnica fue utilizada por Santiago Ramón y Cajalpara examinar detalladamente la estructura de las células nerviosas de numerosos organismos, in-cluyendo a la especie humana Sus observaciones mostraron que las neuronas son las unidades bási-cas de señalización en el cerebro y que cada neurona es una célula discreta, de cuyo cuerpo emergennumerosas prolongaciones, las dendritas y el axón. De sus estudios también derivaron otros dosprincipios:

1) La polaridad funcional, es decir, que el impulso nervioso fluye en sólo una dirección desde lossitios donde se recibe el estímulo (dendritas) hacia la terminal presináptica.

2) Conectividad específica, es decir, que las células nerviosas no se conectan indiscriminadamenteunas con otras formando redes al azar, sino que establecen conexiones específicas en sitios preci-sos y especializados de contacto sináptico, con sólo algunas neuronas postsinápticas.

Estos principios deben ser re-explicados e ilustrados cada vez que sea pertinente en otras activida-des, por ejemplo, al examinar el arco reflejo.


Figura 4Microscopía de cortes transversales de médula espinal: desde la sustancia gris a la neurona

1 Sustancia gris2 Sustancia blanca3 Cuerpo celular de una

neurona4 Prolongaciones

citoplasmáticas(dendritas y axones)

1

2

2

34

3

4

Sustancia gris

Médula espinal

Neuronas


Figura 5Variedades de neuronas, sus ramificaciones y sus componentes funcionales

Componente

Entrada

Integración

Conducción

Salida

Estímulo

Estímuloexcitatoriode entrada

Integración delestímulo

Conducción delestímulo(potencial deacción)

Estímulo osecreción desalida

Neuronasensitiva

Interneurona Moto-neurona Modelo de neurona

Músculo Secreción

Dendritas

Cuerpo celular

Axón

Neurona MotoraEspinal

Dendritas

Cuerpo celular

Neurona de Purkinjedel Cerebelo

Dendritas

Cuerpo Celular

Axón

Neurona Bipolarde la Retina

Axón

Célula de Schwann

Nudos de Ranvier

Vaina de Mielina

NúcleoAxón

DETALLE DEL AXÓN

COMPONENTES FUNCIONALES


Actividad 4

Analizar un acto reflejo reconociendo los componentes sensoriales y motores, la

direccionalidad de la señal nerviosa, sus relevos sinápticos entre el componente

sensorial y el motor, y sus modificaciones post-sinápticas (excitación e inhibición).

Ejemplo El docente pide a los estudiantes que identifiquen los distintos estímulos a los que

reacciona el organismo y los invita a que planteen propuestas sobre los mecanismos por

los cuales el organismo podría captar estos estímulos y elaborar respuestas ante ellos.

Les pide que incluyan al cerebro en sus conjeturas. Preguntará, por ejemplo, cómo

distingue el cerebro que se trata de temperatura, presión o señales luminosas.

Durante la conversación debe ir explicando el concepto de receptor sensorial, como una

estructura especializada en la transformación de los estímulos en impulsos nerviosos que

pueden ser integrados por el cerebro. Luego explica que el reflejo es una forma simple de

conducta frente a un estímulo donde se pueden encontrar todos los elementos que se

necesitan para entender los principios básicos de la función del sistema nervioso.

Demuestra el reflejo rotuliano y describe sus características y los componentes nerviosos

y musculares involucrados, realizando un esquema como el de la figura 6.

Llama la atención sobre la rapidez de la respuesta y pide a los estudiantes que la comparen

con procesos regulados hormonalmente, recuperando para esto conocimientos previos

(por ejemplo, el control del ciclo menstrual o de los niveles de glucosa).

Dibujan esquemáticamente un arco reflejo. Deben reconocer en el esquema los principios

y conceptos que ya se han expuesto en actividades anteriores. Aquí se les adicionará

otro concepto importante: el hecho de que el impulso nervioso se va modificando a medida

que se transmite en cada relevo sináptico, porque la neurona post-sináptica puede ser

inhibitoria o recibir también señales de otras neuronas que pueden ser inhibitorias.


Esta actividad tiene por objeto ilustrar de manera introductoria el funcionamiento del sistema ner-vioso analizando una conducta relativamente simple, pero que contiene todos los principios básicosde la organización, interconexiones, procesamiento, rapidez y precisión de las señales nerviosas.

El acto reflejo es un comportamiento producido por dos clases de neuronas conectadas entre ellas através de conexiones excitatorias, de modo que las neuronas aferentes llevan a la contracción de losmúsculos extensores de la pierna. Sin embargo, estas neuronas también activan interneuronas inhi-bitorias que previenen la acción de los músculos flexores antagonistas. Este tipo de integración estádiseñado para suprimir acciones competitivas, en este caso, entre distintos conjuntos musculares.


Con este ejemplo se debe aprovechar para explicar que la señal se va modificando a medida que pasaa otras neuronas. En este caso el procesamiento involucra pocas neuronas.

Se les recordará que el cerebro posee billones de neuronas que forman redes interactivas. Así seapreciará la complejidad enorme que puede alcanzar el procesamiento de las señales en los procesosmentales y en el comportamiento. Debe quedar claro que estos procesos son productos de la activi-dad neuronal, aunque aún no sabemos cómo se generan.

Figura 6Constituyentes del arco reflejo

Figura 7El estímulo nervioso puede producir una respuesta excitatoria o inhibitoria

Fibra aferente

Cuerpo celular en elganglio de la raíz dorsal

Cuadricepsextensor

Bíceps (Flexor)

Neuronas motorasextensoras y

flexoras

Neuronaintermediaria

inhibitoria

Médula espinal

Axón motor

Axón motor

Neurona aferenteinervando el

músculo extensorMotoneurona

extensora

Extensor

Interneurona inhibitoria

Neurona aferenteinervando el

músculo flexor

Motoneuronaflexora

Flexor


2. Impulso nervioso

Actividad 1

Examinar las propiedades eléctricas de la membrana plasmática de la neurona en

reposo (potencial de reposo) y bajo estimulación (potencial de acción).

Ejemplo En el montaje experimental ilustrado en la figura 8, se utilizó un par de electrodos para registrar

diferencias de potencial tanto en la región neuronal que recibe estímulos sensoriales como en

el axón. Uno de los microelectrodos está colocado fuera de la célula mientras el otro se introdujo

al interior. Mediante preguntas, guiar a los estudiantes para que aprecien que existe un

potencial eléctrico a través de la membrana plasmática y para que hagan inferencias sobre su

significado en términos de la distribución de cargas, recuperando conocimientos previos sobre

potencial, iones y cargas eléctricas. Luego, preguntar sobre cómo se perturba el potencial de

reposo en distintas partes de la neurona al aplicar un estímulo.

Llevar a los alumnos y alumnas a que aprecien lo siguiente:

a) se requiere una despolarización inicial de cierta magnitud (umbral) para que se

produzcan potenciales de acción;

b) el potencial de acción es de tipo “todo-o-nada” y no varía su amplitud al propagarse a

todo lo largo del axón;

c) el potencial de acción, al llegar al término del axón desencadena la secreción

(exocitosis) de un transmisor nervioso que servirá de estímulo para la próxima neurona

en la vía de conducción de la señal.

Cada uno de estos aspectos debe surgir de preguntas e inferencias. Guiar a los estudiantes

para se den cuenta que una diferencia de potencial significa una separación de cargas

positivas y negativas a cada lado de la membrana plasmática y que los estímulos inducen

una inversión en la separación de cargas. Deben poder concluir que el potencial de acción

es una modificación del potencial de reposo, que puede ser conducido por los axones de

las neuronas. También es importante que los alumnos y alumnas se den cuenta de las

Unidad 1: Control nervioso y comportamiento • Impulso nervioso 35

Figura 8El potencial de reposo y el potencial de acción en distintas regiones de una neurona sensitiva, detectados pormicroelectrodos conectados a un osciloscopio

distintas regiones funcionales que tiene la neurona. Mencionar que los mecanismos

básicos que explican estas observaciones quedarán en la incógnita por el momento, pero

que serán retomados más adelante. Finalmente, observan la figura 9 e integran estos

conceptos en las distintas neuronas y células musculares del arco reflejo, apreciando la

transmisión sináptica de las señales.

Estímulo(estiramiento)

Amplitud deestiramiento

Espiga umbral

Duración

Pote

ncia

l de

Mem

bran

a

Espiga umbral

Tiempo (s)

A. Potencial receptor B. Acción gatillante C. Potencial de acción D. Señal de salida

Huso muscular

Zonagatillante

Axón mielenizado

Cuerpo celularde la nerurona

sensitiva

Terminaciónsináptica



En esta actividad se expondrán las características eléctricas del potencial de reposo y el potencial deacción y su función, sin entrar en sus mecanismos básicos. En esta etapa es importante que losestudiantes conozcan, entiendan y aprecien los siguientes aspectos:

a) Todas las células tienen una diferencia de potencial eléctrico a través de la membrana, el poten-cial de reposo (interior negativo). En el sistema nervioso, los receptores sensoriales transformanlos diversos estímulos (luz, sonido, presión, temperatura, etc.) en una señal eléctrica, que cambiael potencial de reposo. Cuando la magnitud del cambio de potencial de reposo sobrepasa uncierto umbral, se produce un potencial de acción que es conducido a lo largo del axón. Estefenómeno es universal a todas las neuronas de todos los organismos que tienen sistema nervioso.

b) En el sitio donde se recibe el estímulo se genera una despolarización del potencial de membrana(el potencial se hace menos negativo) de manera proporcional al estímulo. Los potenciales deacción se producen sólo cuando la despolarización inicial alcanza el umbral (generalmente alre-dedor de -50 mV). Esto ocurre generalmente al inicio del axón, lo cual refleja la regionalizaciónfuncional de la neurona.

c) El potencial de acción es una respuesta del tipo todo-o-nada que no decae con la distancia. Poresto se transmite el impulso sin distorsión desde el inicio del axón al terminal sináptico dondeproduce la secreción del neurotransmisor.

Es necesario que los estudiantes recuperen primero sus conocimientos sobre potencial o voltajeeléctrico y que al respecto tengan claro lo siguiente: a) que existen cargas eléctricas positivas y

Figura 9Secuencia de señales nerviosas en el arco reflejo

Estímulo Entrada Integración Conducción Salida Entrada Integración Conducción Salida(Respuesta)

1 Estímulos Sensoriales 2 Estímulos Motores 3 Estímulos del Músculo

Potencialreceptor

Estiramiento

Huso muscular Neurona sensitiva Neurona Motora Músculo Contracción

Potencial de acciónPotencialSináptico

Entrada Integración Conducción Salida

PotencialSináptico

Potencial de acción Potencial de acción


negativas y que las cargas de un mismo signo se repelen mientras las de signo contrario seatraen; b) se genera un potencial eléctrico (que es una forma de energía potencial y se mide envoltios) cuando se produce una acumulación de cargas en una región.

Luego se les explicará que en las neuronas, al igual que todas las células del organismo, el funciona-miento de la bomba de Na+/K+ y la existencia de una permeabilidad selectiva a K+ generan unadiferencia de potencial entre el interior y exterior de la célula. En cada ciclo la bomba saca 3 ionesNa+ del interior de la célula e ingresa 2 iones K+ de manera que el interior es negativo con respectoal exterior. La tendencia del K+ a abandonar el medio intracelular genera el potencial negativo. Enla mayoría de las neuronas el potencial de reposo es de -60 a -70 mV en el interior de la célula.

Respecto de las características básicas del potencial de acción, debe enfatizarse lo siguiente:

1) Es una modificación transiente de la diferencia de potencial eléctrico en la neurona en reposo.

Las células excitables, tales como las células neuronales y musculares, son diferentes de otras célulasen que su potencial eléctrico puede ser modificado drásticamente y servir así como mecanismo paragenerar señales eléctricas. Los estímulos que llegan a los receptores sensoriales desencadenan unadisminución del potencial de reposo de la célula (despolarización), que ocurre por el paso de ionesNa+ a través de la membrana (desde aproximadamente –70 mV a –55 mV). Estos cambios en elpotencial eléctrico de la célula producidos en el sitio receptivo de estímulos se llaman “potencial dereceptor” y son de una magnitud proporcional a la intensidad del estímulo. Viajan pasivamentehacia el sitio de integración y generación de potenciales de acción y tienden a disminuir en ampli-tud y duración a medida que se alejan del sitio receptivo de los estímulos. Cuando sobrepasan unumbral de -50 mV desencadenan un potencial de acción del tipo todo-o-nada, caracterizado poruna rápida y transitoria inversión de la polaridad de la membrana. Esto ocurre en una región de laneurona distinta y alejada del sitio de recepción del estímulo.

La respuesta todo-o-nada significa que una vez que el potencial de acción se inicia, siempre alcanzala misma magnitud y duración, es decir, no es graduado según la intensidad del estímulo comoocurre con el potencial de receptor.

2) El potencial de acción que es generado por la señal inicial no decae a medida que viaja a lo largodel axón, distancia que en algunos casos puede alcanzar más de un metro (nervio ciático). Tiene unaamplitud de 110 mV (desde -70 mV a +40 mV aproximadamente), dura aproximadamente 1 mili-segundo y se conduce a una velocidad que puede variar entre 1-100 metros/seg. (en realidad estosvalores pueden variar mucho).

En esta parte sería conveniente establecer una conexión entre lo que se vio en la situación experi-mental y lo que ocurre en una neurona.

Al término de esta unidad se establecen las relaciones entre estructura y función a través de unesquema funcional de una neurona típica (ver figura 5). La mayoría de las neuronas, sean éstassensoriales, motoras o neuroendocrinas, tienen en común cuatro regiones funcionales (figura 5):


1) Una región receptora de estímulos. Aquí los estímulos pueden ser excitatorios (despolarizantes)o inhibitorios (inhiben la despolarización).

2) Una región integradora de todos los estímulos recibidos, donde se origina el potencial de acción.Si en esta zona llega una despolarización iniciada por los estímulos y sobrepasa el umbral seorigina el potencial de acción. Esto dependerá de la resultante de todos los estímulos excitatoriose inhibitorios.

3) Una región conductora, el axón. En este punto se necesario introducir la función de la mielina.Mostrar esquemas de axones con y sin vaina de mielina y explicar que ésta es aislante y que lavelocidad del impulso nervioso es mayor en las fibras mielínicas porque viaja mas rápido en lazona axonal revestida por mielina.

4) Una región transmisora, que secreta una transmisor químico. Cada componente está localizadoen una región particular de la neurona y lleva a cabo una función especial en la transmisión deseñales.

Actividad

Analizar las características de los potenciales de acción producidos por distintos

sistemas sensoriales y su relación con el tipo e intensidad del estímulo.

Ejemplo En el montaje experimental de la figura 10 se utilizó un par de microelectrodos conectados a

un osciloscopio para detectar las diferencias de potencial eléctrico (voltaje) de los axones

provenientes de receptores de presión en la piel y de fotorreceptores en el ojo, frente a

estimulaciones de intensidad creciente. Para estimular los receptores en la piel se utilizó una

pequeña sonda de punta redondeada y para los estímulos luminosos una linterna cuya

intensidad de luz es variable. El profesor o profesora debe guiar con preguntas a los estudiantes

para que noten que el potencial de acción es siempre de la misma magnitud, pero varía su

frecuencia y su número en relación al estímulo. Luego incitarlos a que se hagan preguntas

para plantear el problema que origina esta observación. Si dos estímulos tan diferentes generan

las mismas señales eléctricas en las neuronas correspondientes. ¿Cómo se da cuenta el sistema

nervioso del tipo de estímulo que está recibiendo si esto no se refleja en las características de

la actividad eléctrica de las neuronas? Al final de la discusión debe quedar claro que esto se

debe a las distintas vías neuronales que se activan y llevan la información al cerebro.


Figura 10Potenciales de acción originados por estímulos de presión en la piel y estímulos luminosos en el ojo


En esta actividad es central apreciar los siguientes aspectos:

a) El proceso de transducción por el cual diversos estímulos se transforman en impulsos nerviososque pueden ser integrados por el cerebro es una transformación de una señal en otra forma deseñal de tipo eléctrico que se propaga gracias a la energía metabólica. En este caso se ilustran lospotenciales de acción generados por estímulos luminosos y por presión en la piel.

Estímulo depresión

Ojo

Piel

Estímuloluminoso

milisegundos

mili

volt

ios

milisegundos

mili

volt

ios

milisegundos

mili

volt

ios

milisegundos

mili

volt

ios

milisegundos

mili

volt

ios

milisegundos

mili

volt

ios


b) La relación entre intensidad del estímulo y las características de los potenciales de acción. Doshechos son críticos en la actividad neuronal: el número de potenciales de acción y el intervalo detiempo entre ellos, es decir, su frecuencia.

Explicar que si los potenciales de acción son muchos la sensación es intensa, pero si están sepa-rados por intervalos grandes la sensación es débil. Lo que determina la intensidad de la sensacióno la velocidad del movimiento no es la magnitud o duración de los potenciales de acción indivi-duales sino su frecuencia. A su vez, la duración de la sensación o del movimiento es determinadopor el período durante el cual se generan potenciales de acción.

c) Llamar la atención sobre los potenciales de acción generados por los estímulos en la piel versuslos generados en el ojo. ¿Se pueden distinguir?

Guiar la discusión de estos hechos enfatizando lo siguiente: los potenciales de acción son similaresen todas las neuronas independientemente de sus funciones sensoriales o motoras y de los estímu-los. Una vez producido, el potencial de acción de una neurona sensorial es indistinguible del de unaneurona motora. Los impulsos nerviosos son parecidos aunque el mensaje sea destinado a produciruna sensación de luz, dolor o tacto. De esto nace una de las preguntas más profundas sobre lafunción del cerebro. Si la señal es relativamente estereotipada y no refleja las características delestímulo, ¿cómo es que el sistema nervioso sabe si el estímulo es luminoso o táctil? ¿cómo se lograla enorme diversidad de respuestas que produce el sistema nervioso y que se traducen en sensacio-nes, comportamiento, aprendizaje, memoria, acción, etc.? ¿Cómo es que el sistema nervioso puededistinguir la variedad de estímulos que le llegan constantemente?

La clave del significado de las señales o mensajes nerviosos está en las vías neuronales específicasque se activan. Las vías neuronales que son activadas por la luz son muy distintas de las que seactivan por células sensoriales que responden al tacto. El significado de la señal, sea esta visual,táctil, sensorial o motora, no está determinado por la señal misma, sino que, principalmente, por lavía específica a través de la cual viaja el impulso, lo cual destina las señales a distintas regionesprocesadoras en el cerebro.


Actividad 3

Examinar esquemas de la organización del sistema nervioso central e imágenes del

cerebro en actividad para ilustrar que los diferentes estímulos activan vías

neuronales específicas.

Ejemplo Los alumnos y alumnas observan documentos fotográficos con imágenes del encéfalo

obtenidas con técnicas de exploración modernas no invasivas. Realizan un esquema

simplificado de los principales elementos anatómicos que componen el encéfalo. Luego

observan fotografías de cortes microscópicos de la corteza cerebral que muestren la

enorme cantidad de neuronas organizadas en capas. El docente les presenta un esquema

con las vías aferentes y eferentes y su cruzamiento a nivel de la médula. La anatomía del

sistema nervioso se examina sólo para explicar que distintos estímulos activan distintas

vías neuronales y que esto determina en gran parte el significado de los estímulos. Ya han

visto que las señales no informan sobre la especificidad del estímulo, sea este visual,

táctil o de otro tipo.

Figura 11Las vías sensoriales del tacto y de la visión

TálamoCorteza cerebral

Médulaespinal

Vía aferente

Receptorterminal

Célula ganglionar de laraíz dorsal

Luz

Area visualoccipitalTracto óptico

Nervioóptico

Retina

Hipófisis


Figura 12Imágenes obtenidas mediante tomografía computarizada de la actividad cerebral durante diferentes tareas

Estimulación Auditiva

Control

Estimulación Visual

Ojos cerrados Luz Blanca Escena compleja



Esta actividad tiene como principal objetivo dar una idea general de cómo está organizada la enor-me cantidad de neuronas en el cerebro y mostrar con algunos ejemplos que las vías neuronales quese activan con distintos estímulos (ej: luz y tacto) llegan a diferentes centros del cerebro. Relacionareste hecho con el problema planteado anteriormente sobre cómo distingue el cerebro los diferentesestímulos.

Primero, explicar a los estudiantes que hoy día existen técnicas de exploración que permiten obser-var la actividad cerebral en vivo, y hacer énfasis en su impacto en el conocimiento de la fisiologíacerebral. Es importante recalcar las posibilidades de estudio de la actividad cerebral que han abiertolas nuevas técnicas de exploración no invasivas, ya que permiten observar las regiones del cerebroque se activan durante distintas tareas. Hacer el contraste con los procedimientos antiguos que sebasaban en la observación del efecto de lesiones, ya sea durante actos quirúrgicos o autopsias. Enfa-tizar que el objetivo fundamental de esta actividad es mostrar que los diversos estímulos nerviososllegan a distintas regiones del cerebro.

Los alumnos y alumnas deben inferir de estas imágenes que existen vías específicas dirigidas a cadauno de estos centros cerebrales. Explicarles que lo que distingue a las señales que provienen del ojo,del oído o de la piel es la vía neuronal que se activa y que llega a un centro cerebral específico parasu procesamiento. Finalmente, se concluye la actividad con esquemas de las vías neuronales visualesy táctiles provenientes de un dedo, para concretar los conceptos planteados en la actividad anterior.


Actividad 4

Observar imágenes de la actividad cerebral durante el uso del lenguaje, para apreciar

la complejidad de uno de los procesos mentales más característicos del hombre.

Ejemplo El profesor o profesora muestra las siguientes imágenes de exploración dinámica del

cerebro de individuos durante tareas relacionadas con distintos aspectos del lenguaje,

para que los estudiantes aprecien que se activan diferentes regiones. Se les explicará

que estas regiones están involucradas en la integración de las señales nerviosas que se

producen durante esas tareas. Las observaciones se resumen en un esquema y se

promueve una discusión donde los estudiantes planteen qué creen ellos o ellas acerca

del aporte de estas observaciones al conocimiento sobre el funcionamiento del cerebro.

El docente debe guiarlos para que aprecien que la actividad mental relacionada con el

lenguaje la llevan a cabo grupos neuronales localizados en distintas regiones, pero que

deben interactuar entre sí para producir el lenguaje. Mencionar que el mecanismo por el

cual esto ocurre es aún desconocido, aunque las nuevas técnicas han permitido grandes

avances al poder observar el cerebro en actividad. Preguntar qué otras tareas les parecería

interesante estudiar con estas técnicas.

Figura 13Zonas cerebrales que se activan durante diferentes aspectos del lenguaje

Leyendo Escuchando

Hablando Pensando

Corteza visualprimaria

Corteza deasociación visual Cisura paretotemporal Corteza temporal

Corteza frontal inferiorArea motora suplementariaArea de Broca



Esta actividad pretende que los estudiantes aprecien la complejidad del funcionamiento del cerebro y lapotencia de las técnicas de exploración actuales. Explicar previamente que las nuevas técnicas de produc-ción y procesamiento de imágenes han permitido observar el cerebro en acción e identificar regionesespecíficas asociadas con el pensamiento y las sensaciones. La tomografía de emisión de positrones(TEP) usada en las observaciones de las figuras 12-13 es un sistema no invasivo de imagen que permiteobservar la actividad mental, tal como la de leer, hablar y pensar, a través de visualizar los cambios localesen la irrigación sanguínea y el metabolismo que la acompañan. Explicar que el cerebro contiene una redneuronal tridimensional que funciona como un todo en la integración de las señales neuronales, perosubdividiendo los componentes de cada tarea en diferentes grupos neuronales. Esto es lo que se observaen el manejo de los distintos aspectos del lenguaje que aparecen en cada imagen de la figura 13. Asítambién, los diferentes comportamientos son controlados por diferentes regiones cerebrales.

Mencionar que Paul Broca y Carl Wernicke fueron los primeros en sugerir que diferentes regionesdel cerebro están involucradas en el procesamiento de diferentes aspectos del lenguaje. Mencionarque se han realizado observaciones similares en otras tareas y procesos. Otro ejemplo es el procesode la visión. Pacientes con daño en distintas regiones de la corteza visual tienen anomalías en lapercepción del color mientras que se mantiene el discernimiento de la forma. Esto se explica porqueen la corteza visual ciertas neuronas son activadas por la forma del objeto mientras otras son activa-das por el color pero no por la forma.

La especialización en regiones parece ser un principio general de organización de la corteza cere-bral ya que se han identificado diferentes regiones especializadas en diferentes funciones mentales.Sin embargo, es característico del cerebro la integración de las señales en varias regiones interco-nectadas entre sí. Esto lo hace utilizando algunas de estas regiones en paralelo (activas al mismotiempo) mientras otras se relacionan en serie (secuencias de actividades en el tiempo). Tambiénprocesos mentales tales como la percepción, el pensamiento, el aprendizaje, la memoria involucranla activación de distintas regiones del Sistema nervioso (SN) en conjunto. Estos serían procesadosen distintas regiones cerebrales interconectadas. La tarea cognitiva más simple requiere de coordi-nación de varias áreas cerebrales, cada una a cargo de alguna subdivisión del conjunto. Así, lassubdivisiones y la localización de funciones es la estrategia clave en el sistema nervioso.

Para reforzar esta noción de manera más general explicar que el cerebro contiene al menos dosclases de mapas ubicados en regiones distintas. Uno para las percepciones sensoriales y el otro paralas órdenes motoras. Estos dos mapas están interconectados. La actividad proveniente de receptoresperiféricos que recogen información del ambiente es integrada por el cerebro dando origen a per-cepciones. Sobre la base de esta integración, el cerebro genera movimientos coordinados de múscu-los. Los estudiantes deben apreciar que para que el comportamiento motor sea adecuado a los estí-mulos que se reciben en el área sensitiva debe existir comunicación entre estas dos áreas del cerebroy que esto se realiza por interconexiones neuronales.

La complejidad del comportamiento se hace evidente en nuestra capacidad de percepción, nuestramemoria y nuestra capacidad para actuar apropiadamente. Estas funciones son el resultado de laactividad específica y coordinada de un enorme número de neuronas. Se estima que el cerebrohumano posee 1011 neuronas.



La actividad pretende dar una imagen concreta y simplificada de los mecanismos que originan elpotencial de reposo y el potencial de acción. Así podrán recuperar sus conocimientos sobre la es-tructura de la membrana plasmática y lograrán un mayor entendimiento acerca de cómo se integrael nivel molecular al nivel fisiológico. Al final, los estudiantes comprenderán que la estrategia gene-ral del sistema nervioso es utilizar la energía de los diversos estímulos para abrir canales que permi-ten el flujo de iónes a través de la membrana, transitoriamente, produciendo así impulsos de co-rriente eléctrica.

Actividad 5

Hacer inferencias y conjeturas sobre el mecanismo del potencial de reposo, en base

a información y esquemas funcionales.

Ejemplo Presentar a los alumnos y alumnas información sobre la composición de iones intra y

extracelular, e incitarlos a que propongan mecanismos que expliquen cómo se forman las

gradientes de sodio y potasio. Recuperando conocimientos de 1º Medio preguntar cómo

podrían pasar selectivamente ciertos iones a través de la membrana. Luego mostrarles un

esquema funcional como el de la figura 14 donde se pueda inferir la función de la bomba

de sodio-potasio en la generación de la gradiente de estos iones y la función de los canales

iónicos en la permeabilidad selectiva de la membrana al potasio. Hacer notar que existen

muchos más canales de potasio que de sodio y explicar que la membrana es muy poco

permeable a los aniones. Con estos antecedentes, el profesor o profesora guiará a los

estudiantes con preguntas para que infieran que el potasio fluye hacia afuera de la célula

movido por su gradiente de concentración dejando atrás aniones para los cuales la

membrana presenta una menor permeabilidad. Los alumnos y alumnas deben lograr inferir,

con ayuda del docente, que esto produce una separación de cargas eléctricas que

determina la existencia de un potencial de membrana (potencial de reposo).

Tabla 2Composición iónica del medio intra y extracelular en una célula nerviosa

Tipos de Concentración en Concentración en el Equilibrioiones el citoplasma (mM) medio extracelular (mM) potencial (mV)

K+ 400 20 -75

Na+ 50 440 +55

Cl- 52 560 -60

A- (aniones orgánicos) 385 _ _


Figura 14Distribución asimétrica de iones a través de la membrana plasmática originada por la bomba de sodio-potasio ypapel de los canales iónicos en el potencial de membrana

Para explicar el potencial de reposo de manera simplificada es importante considerar sólo dos elementos:

1) La bomba de sodio y potasio establece una gradiente de concentración de estos iones entre el medioextracelular y el intracelular. Al transportar sodio hacia afuera de la célula y potasio hacia adentro,mantiene una concentración intracelular de sodio 10 veces menor que la externa y de potasio 50 vecesmayor que la externa. Gasta energía (ATP) para mantener esta gradiente química.

2) La membrana es permeable al potasio porque posee canales de potasio que están siempre abier-tos (canales de potasio de un tipo diferente a los que se activan durante el potencial de acción),pero es mucho menos permeable a los iones Na+ y aniones como el Cl-. La alta concentración depotasio intracelular hace que este ión difunda por los canales hacia afuera de la célula, dejandoatrás los aniones que no pueden atravesar la membrana fácilmente. Así, el interior de la membra-na se hace negativo respecto del exterior.

El sodio tiene una gran tendencia a entrar a la célula impulsado por su gradiente de concentracióny por la atracción que ejercen las cargas negativas en el interior de la membrana. Sin embargo, elsodio no disipa el potencial de membrana porque los canales de sodio abiertos en reposo (que no seincluyeron en el esquema) son muy pocos y, por lo tanto, la membrana es mucho menos permeablea este ión.

Potencial de reposo Potencial de acción

Canal sodiosiempre abierto

Bomba de Na+-K+ Canales iónicos de compuerta(se abren y cierran)

Registro eléctricoPotencial de membrana

Mili

volti

os


Los estudiantes no deben aprenderse de memoria las concentraciones iónicas. En cambio, es im-portante aprovechar la actividad para estimular el razonamiento, guiándolos por medio de pregun-tas para que hagan inferencias, apliquen sus conocimientos previos y saquen sus propias conclusio-nes. Para esto, primero se les mostrará la tabla 2 con las diferencias de concentración de iones através de la membrana y luego el esquema de la figura 14 que ilustra la presencia de canales depotasio y de sodio, y la actividad de la bomba de sodio-potasio. Explicarles que la membrana lipídi-ca no es permeable a los iones, porque éstos al ser cargados positiva o negativamente no puedendisolverse en medios lipídicos. Luego se estimulará a los alumnos y alumnas a que hagan conjeturassobre cómo se produce la separación de cargas positivas y negativas que origina el potencial dereposo. Guiarlos paso a paso haciendo preguntas tales como:

¿Cómo pueden cruzar los iones la barrera lipídica que es impermeable a ellos?

¿De qué manera se produce la gradiente de concentración de estos iones?

¿Cuál es la dirección del flujo de los iones potasio y sodio considerando sus gradientes deconcentración?

¿Cómo se produce la separación de cargas positivas y negativas a través de la membrana?

¿Qué pasaría si la bomba de sodio-potasio fuera inhibida?

¿Qué pasaría si la membrana se hiciera violentamente permeable al sodio?

Esta última pregunta es útil para introducir el mecanismo que origina el potencial de acción. Parafacilitar la comprensión de los procesos involucrados en la generación del potencial de reposo y lageneración del potencial de acción los estudiantes podrían dibujar modelos. Concluyen que la dife-rencia de potencial resulta de una distribución desigual de cargas a través de la membrana y que éstase hace posible por la diferencia de concentración de Na+, K+ y aniones entre el espacio intra yextracelular, cuya mantención requiere energía.


Actividad 6

Hacer conjeturas e inferencias sobre el mecanismo que origina el potencial de

acción aplicando conocimientos previos.

Ejemplo El profesor o profesora pregunta sobre qué pasaría con el potencial de reposo si de repente

entrara una gran cantidad de sodio. Luego presenta los gráficos de la figura 15 sobre los

cambios de permeabilidad a los iones sodio y potasio y su relación con el potencial de

acción. Los estudiantes deben analizar y describir estos cambios en esquemas funcionales,

como los de la figura 16, aplicando sus conocimientos sobre canales iónicos. Se les explica

Figura 15Cambios en la permeabilidad de la membrana a los iones sodio ypotasio en relación al potencial de acción

que ciertos canales se encuentran

normalmente cerrados y sólo se abren

cuando el potencial de membrana se

despolariza (se hace menos negativo)

y sobrepasa un cierto nivel (umbral).

Estos potenciales de membrana ya

fueron mencionados como potenciales

de receptor producidos en la región que

recibe las señales del ambiente o de

otras neuronas. Se explicará que en

la región que recibe señales no se

originan potenciales de acción porque

no existen ahí canales de sodio en

cantidad suficiente para producir la

respuesta. Llevar a los estudiantes a

concluir que el potencial de acción

resulta del movimiento secuencial de

iones sodio y potasio a través de

canales en la membrana, tal como se

ilustra en la figura 16.

Potencial demembrana(en mV)

Tiempo(en ms)

Na+

K+

Permeabilidad dela membrana aiones

Tiempo(en ms)


Canales iónicos de compuerta(se abren y cierran) durante el potencial de acción

Figura 16Esquema funcional de la permeabilidad de la membrana plasmática durante el potencial de acción

Registro del potencial demembrana

Osciloscopio



Hacer énfasis en las siguientes nociones:

a) En una solución iónica la corriente eléctrica es llevada por iones, cationes y aniones. Las señaleseléctricas son producidas por cambios en el flujo de corriente hacia adentro y afuera de la célula,llevando el potencial eléctrico a través de la membrana lejos de su estado de reposo.

b) Los flujos de corriente al interior y al exterior de la célula son controlados por canales iónicosque atraviesan la membrana. Los canales iónicos son de dos tipos: con y sin compuerta. Loscanales sin compuerta están continuamente abiertos y no son modificados por factores externosa la célula. Su función principal es la generación del potencial de reposo. Los canales con com-puerta, en cambio, pueden abrirse y cerrarse. La mayoría de los canales con compuerta estáncerrados cuando la membrana está en reposo, y se abren bajo las influencias de estímulos (poten-cial de membrana despolarizado y efecto de ligandos como neurotransmisores).

c) La separación de cargas a través de la membrana cambia cada vez que hay un flujo neto de ioneshacia adentro o afuera de la célula, modificándose así el potencial de membrana.

Explicar que una disminución de las cargas negativas al interior de la célula se llama despolarización(ej: desde -70 mV a -55 mV) mientras que un aumento se llama hiperpolarización (ej: desde -70 mVa -90 mV). Ocurre despolarización frente a señales que estimulan la actividad neuronal mientrasque hiperpolarización se produce frente a señales que inhiben la actividad neuronal. En el potencialde acción se produce una entrada de Na+ que agrega cargas positivas en el interior de la neurona,haciendo que la diferencia de potencial alcance a +40 mV en el interior de la célula. La separaciónde cargas se invierte con respecto al potencial de reposo. Relacionar los flujos de sodio y potasio conel potencial de acción como una señal eléctrica del tipo todo-o-nada.


3. Sinapsis y neurotransmisores

Actividad 1

Representar esquemáticamente una sinapsis y describir la transmisión del mensaje

nervioso por medio de neurotransmisores.

Ejemplo Alumnas y alumnos examinan una fotografía electrónica de una sinapsis entre neuronas,

presentada por el profesor o profesora, y realizan un esquema rotulado indicando las

neuronas pre-sináptica y post-sináptica, el espacio sináptico, las vesículas sinápticas, el

neurotransmisor y los receptores postsinápticos. El docente explica en forma simple su

funcionamiento, utilizando una figura como la presentada a continuación. Redactan en

una frase la forma en que el mensaje nervioso se transmite de una neurona a otra.


Los estímulos sensoriales (calor, presión, estiramiento) que activan a neuronas sensoriales y losestímulos químicos (neurotransmisores) liberados por las neuronas presinápticas, son recibidos enuna región especial de la neurona, llamada superficie receptiva. En esta región se encuentran proteí-nas receptoras que transforman (transducen) los estímulos en un flujo de iones a través de la mem-brana. El flujo de iones modifica el potencial de membrana, generando así una señal eléctrica. Lamagnitud de esta señal eléctrica es graduada, es decir, su amplitud y duración es proporcional a laintensidad del estímulo. Este fenómeno de transducción es la respuesta de la neurona a la presenta-ción del estímulo, pero es importante hacer notar que no todos los estímulos generan un potencialde acción, que en definitiva es la señal que las neuronas conducen a otros sitios. El cambio depotencial inducido por el estímulo es muy localizado a una región de la neurona por el hecho de quelos receptores están focalizados en esa región. Muchos estímulos deben integrarse para producir laseñal que se propaga (el potencial de acción). El potencial de acción tiene la propiedad de propagar-se por largas distancias.

Cuando el potencial de acción alcanza la región terminal del axón, estimula la liberación de paque-tes de transmisores químicos. Estos transmisores pueden ser pequeñas moléculas tales como gluta-mato o acetilcolina o pequeños péptidos como las encefalinas, y se encuentran concentrados enpequeñas vesículas llamadas vesículas sinápticas. Las vesículas sinápticas liberan estos transmisoresal fusionarse (exocitosis) con una zona especializada de la membrana plasmática en la región presi-

Unidad 1: Control nervioso y comportamiento • Sinapsis y neurotransmisores 53

Figura 17La sinapsis entre neuronas y su funcionamiento en latransmisión del impulso nervioso

1

2

3

45

6

7

8

1. Llegada del potencial de acción a nivel sináptico.

2. Entrada masiva de iones Ca2+ a través de la membranapresináptica.

3. Liberación por exocitosis, en el espacio sináptico demoléculas de neurotransmisor, (Acetilcolina) guardadohasta el momento en vesículas del citoplasma axónico.

4. Fijación de las moléculas de acetilcolina sobre loscanales de Na+ de la membrana post sináptica, lo queprovoca su apertura.

5. Entrada masiva de Na+ que desencadena ladespolarización de la membrana postsináptica.

6. Nacimiento de un potencial de acción muscularpostsináptico que se propaga a lo largo de lamembrana de la fibra muscular.

7. Hidrólisis de la acetilcolina por la enzimaacetilcolinesterasa, cierre de los canales de Na+

quimiodependientes.

8. Recaptura por los terminales presinápticos de lacolina liberada por la hidrólisis.

TerminalAxonal Moléculas de

neurotransmisor(Ach: acetilcolina)

Vesícula dealmacenamiento

Fibra muscular Na+

Ca2+

Canal receptor de Ach estácerrado en condiciones

normales

Cuando la Ach se adhiere al sitioespecífico en el receptor, el canal se

abre, permitiendo que el Na+ entre a lacélula postsináptica

La Acetilcolesterasa hidrolizaa la Ach provocando el cierre

del canal

Acetilcolinesterasa

Ach

Receptor de Ach

Despolarización de lacélula post-sináptica

Ach

Na+

Canalreceptor

Detalle etapas 4, 5 y 6


náptica. La secreción por exocitosis del neurotransmisor sirve de señal de salida de la neurona querecibió el estímulo. La cantidad de transmisor liberado se gradúa según el número y la frecuencia delos potenciales de acción que llegan a este terminal axonal. El neurotransmisor difunde a través delespacio intersináptico hacia la célula postsináptica, donde al unirse a proteínas receptoras específi-cas inducirá la apertura o el cierre de canales, resultando en un potencial exitatorio (despolariza-ción) o inhibitorio (hiperpolarización) dependiendo del receptor y del tipo de corriente eléctrica(por flujo iónico) que se origine. Es importante mencionar en este punto que los receptores son, enmuchos casos, canales iónicos, es decir los neurotransmisores actúan directamente sobre el canaliónico.

Actividad 2

Analizar la función integradora de señales en la neurona post-sináptica.

Ejemplo Los alumnos y alumnas analizan un esquema funcional como el siguiente e interpretan los

efectos de estímulos excitatorios e inhibitorios sobre los cambios en el potencial de reposo.

Concluyen que existen dos tipos de sinapsis y que la neurona integra las señales que

llegan a través de ellas bloqueando o desencadenando potenciales de acción.

Figura 18Esquema de la función integradora de la sinapsis


Esta actividad complementa la delarco reflejo presentada anteriormenteen esta unidad. Debe hacerse la co-nexión con el circuito inhibitorio delos músculos antagonistas que tienenque relajarse para que se produzca elmovimiento reflejo.

Estimulación de la neurona A

Neurona A

Estimulación de la neurona B

Neurona B

Cono axonal

Unidad 1: Control nervioso y comportamiento • Sinapsis y neurotransmisores 55

Actividad 3

Informarse en la bibliografía sobre los principales neurotransmisores cerebrales y

drogas que afectan el comportamiento.

Ejemplo Los estudiantes buscan en la bibliografía disponible información sobre los principales

neurotransmisores y sobre los mecanismos de acción de drogas sicofármacos a nivel de

la sinapsis. Se pueden estudiar, por ejemplo, las enfermedades mentales como depresión

o enfermedad bipolar y sindromes como el premenstrual. Presentan los datos en tablas y

esquemas como los siguientes.

INDICACIONES AL DOCENTE: Antes de realizar esta actividad consultar el Anexo sobre sicofármacos.

Tabla 3Principales neurotransmisores

Neurotransmisor

Acetilcolina

M o n o a m i n asNorepinefrina

Dopamina

Serotonina

A m i n o á c i d o sGlutamato

GlicinaÁcido gamaaminobutírico(GABA)

P é p t i d o sEndorfinasEncefalinasSustancia P

Acción

Neurotransmisor de las neuronasmotoras medulares y de algunas víasneuronales en el cerebro.

Usado en ciertas vías nerviosas en elcerebro y en el sistema nerviosoperiférico; causa relajación en losmúsculos intestinales y contracción másrápida del corazón.

Neurotransmisor del sistema nerviosocentral.

Neurotransmisor del sistema nerviosocentral involucrado en el control deldolor, el sueño y el humor.

Neurotransmisor excitatorio más comúnen el sistema nervioso central.

Neurotransmisores inhibidores.

Usados por ciertos nervios sensoriales,especialmente en las vías del dolor.

Comentarios

Se degrada en la sinapsis por la acetilcolinesterasa;bloqueadores de esta enzima son venenos poderosos.

Relacionado con epinefrina.

Involucrado en la esquizofrenia. La causa de laenfermedad de Parkinson es la pérdida de neuronasdopaminérgicas.

Ciertos medicamentos que elevan el estado de ánimo ycontrarestan la ansiedad actúan aumentando losniveles de serotonina.

Algunas personas presentan ciertas reacciones alconsumir alimentos que contienen glutamato de sodio,porque éste puede afectar al sistema nervioso.

Drogas benzodiazepínas, usadas para reducir laansiedad y producir sedación, imitan la acción delGABA.

Sus receptores son activados por drogas narcóticas:opio, morfina, heroína, codeína.


Figura 19Etapas de la función sináptica que pueden afectarse por drogas

Anfetamina

Neurona presináptica

Dopamina

Dopamina

Cocaína

Neurona postsináptica

Potencial de acción

Mensaje nerviosoparcialmente inhibido

Receptor delneurotransmisor

Neurotransmisorliberado

Inhibición fugaz por encefalina

Neuronapostsináptica

Potencial de acción

Mensaje nerviosoinhibido

Neurotransmisorno liberado

Encefalina

Inhibición intensa y prolongada por morfina

Receptor deencefalina

Encefalina

Neurona moduladora

Morfina

Anfetaminaestimula la

liberación dedopamina ybloquea surecaptura.

La cocaínabloquea elreciclaje dedopamina, queasí permanecemás tiempo en lasinapsis,activando demaneramantenida susreceptores.

Mecanismos de acción posibles

1. Inhibición de las enzimasresponsables de la síntesis

2. Fuga de neurotransmisor fuera delas vesículas.

3. Bloqueo de su liberación en elespacio sináptico.

6. Bloqueo de la recaptura.

5. Inhibición de las enzimas quedegradan el neurotrasmisor.

4. Imposibilidad de acción delneurotransmisor

Etapas perturbadas

Producción de neurotransmisor

Almacenamiento y liberación deneurotransmisor

Inactivación del neurotransmisor

Fijación en el receptor

Neurona pre-sináptica

Precursor

Neuro transmisor

Neurona Postsináptica

Receptor

1

2

3

4 5

6

Mecanismos de acción

EFECTOS DE LAS ENCEFALINAS Y MORFINA EN EL CONTROL DEL DOLOR

Neuronapresináptica

EJEMPLOS DE ESTIMULACIÓN DE LA FUNCIÓN SINÁPTICA POR DROGAS

Reca

ptur

a


4. Vías aferentes y eferentes

Actividad 1

Establecer relaciones entre estructura y función del ojo y realizar experiencias sobre

interpretaciones visuales y sobre anomalías visuales producidas por lesiones

nerviosas.

Ejemplo Los alumnos y alumnas examinan un esquema anatómico del ojo y recuperan sus

conocimientos de física de la visión y sus defectos estudiados en 1º Medio. El docente

plantea el problema de cómo se transforma el estímulo luminoso en impulso nervioso.

Explica solamente que la luz activa un pigmento en los fotorreceptores que finalmente

produce cambios en el potencial de membrana (en este caso la luz produce una respuesta

hiperpolarizante) y que por medio de una serie de sinapsis en la retina alcanzan las células

ganglionares que forman el nervio óptico. Con el fin de ilustrar que la percepción visual es

en gran parte determinada por la actividad del cerebro, el docente realiza experiencias

de efectos visuales que producen percepciones diferentes de las dimensiones y el color

del objeto, tomando ejemplos de la literatura o las imágenes de la figura 20. Posteriormente,

examinan alteraciones en el campo visual producidas por lesiones en diferentes partes

del tracto óptico, tales como las que se presentan en la figura 21.


Figura 20Imágenes de efectos visuales

Figura 21Efectos de lesiones en el tracto óptico sobre el campo visual

De:

Bro

wn

y H

errs

tein

, 197

5

Retina temporal

Retina nasal

Quiasma óptico

Tracto óptico

Área de proyecciónvisual

Área psico-visual

Centro visual

Corteza occipital

Hemisferio cerebral

Efecto de las secciones de víasópticas en el campo visual

Nervio óptico

O. I. O.D.

sección en 1

sección en 2

sección en 3

sección en 4

1

2

3

4

¿Esferas o cavidades?

Se ven esferas o cavidades según se imagine que la luzviene de arriba o de abajo. Dar vuelta la página ocambiar mentalmente la posición de la fuente de luz.

Medir la imagen de la mujer que aparececomo más pequeña, para convencerse que es

del mismo tamaño en las dos figuras.

Unidad 1: Control nervioso y comportamiento • Vías aferentes y eferentes 59


Es importante que el profesor o profesora haga un repaso de las nociones de óptica necesarias paraentender el funcionamiento del ojo, ocupando el material de los planes y programas de Física de 1ºMedio. También debe hacer énfasis que la visión no es solamente una fotografía de la realidad sinoque hay una integración de la actividad en el área visual del cerebro. Explicar que la visión es el máscomplejo de todos los sistemas sensoriales. La experiencia de las lesiones muestra la precisión de lasconexiones nerviosas en relación a la superficie receptora en el ojo.

La complejidad del proceso de la visión se ve reflejada en el número de fibras nerviosas. Mientras elnervio auditivo contiene cerca de 30.000 fibras nerviosas el nervio óptico contiene un millón. Estoes más que todas las fibras sensitivas que entran a la médula espinal. Debe considerarse primero queel mundo externo es proyectado en la retina como campos visuales. La imagen en la retina es unaimagen invertida del campo visual (al igual que lo que ocurre en una cámara fotográfica). El campovisual es lo que ve cada ojo sin mover la cabeza. Con ayuda de las ilustraciones los estudiantes debenpoder identificar las partes del campo visual que se forman en las regiones de la retina, nasal, lateralo temporal. Dividir para esto la retina en mitades a cada lado de la fovéola. Así, se observa que lamitad del campo izquierdo se proyecta en la mitad nasal de la retina del ojo izquierdo y en la mitadlateral de la retina del ojo derecho.

Mostrar la experiencia del punto ciego para hacer notar dos hechos interesantes. Primero, que nor-malmente no experimentamos en nuestra visión un área ciega, lo cual es una evidencia de la com-plejidad del procesamiento para producir la visión. La luz que proviene de un sólo punto en elcampo visual binocular entra a ambos ojos y no experimentamos el punto ciego. El punto ciego esun lugar donde “vemos” lo que no existe en la retina. En segundo lugar, se puede preguntar despuésde esta experiencia ¿qué le pasa a una persona cuando tiene un daño en la retina? La persona gene-ralmente no es consciente de este daño por el mismo motivo que no vemos el punto ciego, a menosque se le haga un examen especial. Además, deben notar que el punto ciego se experimenta comoque no hay nada y no como un punto oscuro. Así sería la ceguera. Por otro lado, recordar de susclases de óptica en 1º Medio que la imagen que se proyecta sobre la retina es invertida. Sin embar-go, vemos en la posición correcta por efecto del procesamiento de la imagen en el cerebro. Estosejemplos complementan los ejemplos de los efectos visuales que se han presentado en las figuras.

Preguntar: ¿Qué significa que las lesiones a distintos niveles de los nervios ópticos causen defectospredecibles en el campo visual de cada ojo?

Esto ilustra la correspondencia de las regiones que se excitan en la retina con las fibras que llevanesa información. El daño en el quiasma óptico puede producirse por un tumor de la glándula pituitariaque al crecer lo comprime.


Actividad 2

Estudiar la relación entre estructura y función de fotorreceptores, como ejemplo de

receptor sensorial que traduce un estímulo ambiental en una señal neuronal.

Ejemplo Los estudiantes reciben información en una tabla que resume la función de conos y

bastoncitos. Luego, el profesor o profesora muestra esquemas de su estructura y menciona

que contienen un pigmento visual que capta la luz. Explica lo siguiente:

a) que el pigmento visual consiste en una molécula de vitamina A unida a una proteína;

b) que está alojado en una estructura (discos) diseñada para captar la luz con máxima

eficiencia;

c) que la luz produce un cambio en el pigmento visual que se traduce en cambios en los

flujos iónicos y en el potencial eléctrico del fotorreceptor. El fotorreceptor, a su vez, a

través de varias neuronas y sinapsis estimula a las células ganglionares que, finalmente,

conducen los potenciales de acción al cerebro.

Mediante preguntas llevar a los alumnos y alumnas a que apliquen su conocimiento para

que infieran que deben haber canales en la membrana que responden a los estímulos de

la luz. El docente pregunta cómo podría ser esto si los canales están en la membrana

plasmática alejados del sitio donde está el pigmento visual. Debe llevarlos a concluir que

los canales son regulados por eventos intracelulares que se gatillan por los cambios en el

pigmento visual. Hará finalmente una analogía con otros receptores sensoriales explicando

que en todos se abren o cierran canales en la superficie que recibe la señal de entrada al

sistema nervioso.

Tabla 4Comparación de las funciones de los fotorreceptores: bastones y conos

Bastoncitos Conos

Alta sensibilidad, especializados en la visión nocturna Sensibilidad menor, especializados en la visión diurnaNo ve colores y en la visión de colores

Mayor cantidad de pigmento visual, captura más luz Menor cantidad de fotopigmentoSólo un tipo de fotopigmento: no discrimina colores Tres tipos de pigmento visual, cada uno en células

distintas. Visión de colores

Mayor amplificación de la señal luminosa. Un simple Menor amplificación. Requiere cientos de fotonesfotón puede evocar una señal eléctrica detectable. para producir una señal eléctrica similarEstán saturados durante el día

Mayor número (20 bastones: 1 cono)


Segmento externo

Segmento interno

Terminal sináptico

Segmento externo

Segmento interno

Terminal sináptico

Discos

Espacio citoplasmático

Membranaplasmática

Cilios

Bastoncito Cono

Figura 22aDiversidad en los receptores sensoriales y sus mecanismos de respuesta a estímulos

Mecanoreceptor, dolor, temperaturaPropiocepción (extremidades y tronco)

Propiocepción (mandíbula)

Olfato

Gustación

Audición y laberinto vestibular

Visión

>1000 mm

100 mm

1 mm

100 mm

100 mm

100 mm

Tamaño Nervio periférico


Figura 22bDiversidad en los receptores sensoriales y sus mecanismos de respuesta a estímulos

MecanosensorLa presión abre los canalesiónicos

TermosensorLa temperatura incide en unaenzima de la membrana quecontrola un canal iónico

ElectrosensorUna carga eléctrica abre loscanales iónicos

QuimiosensorUna molécula saboreada uolfateada se acopla a un receptoriniciando un estímulo que controlael canal iónico a través demensajeros intracelulares

FotosensorLa luz altera la proteína de lamembrana, produciendo una señalintracelular que controla un canaliónico.

Presión

Canales de Sodiosensibles a presión

Temperatura

Enzima

Canal de Na+ voltaje dependiente

Canal deNa+ o K+

Molécula saboreada uolfateada

Luz

GMPc canalmediador del Na+



En la actividad anterior se pretende que los alumnos y alumnas entiendan el concepto de transduccióncomo un proceso que transforma estímulos ambientales en señales eléctricas. En este caso, la absor-ción de la luz y su transducción en señales eléctricas se lleva a cabo en los fotorreceptores. Latransducción se inicia con un cambio en moléculas sensibles a la luz alojadas en una región de lascélulas fotorreceptoras y se traduce finalmente en cambios en los flujos iónicos a través de la mem-brana plasmática. La activación de estas células receptoras se transmite a las neuronas que forman elnervio óptico y llevan las señales eléctricas al cerebro, donde son procesadas para formar las imáge-nes del mundo externo.

La retina humana tiene dos tipos de fotorreceptores: bastoncitos y conos, que son una clase especialde neuronas, con regiones funcionales parecidas. Su eficiencia para capturar luz se basa en la estruc-tura de la región donde alojan el pigmento visual, llamada segmento externo. El pigmento fotosensibleestá asociado a una proteína de membrana ubicada en un sistema de pliegues de membrana, llamadadiscos, que aumenta enormemente la superficie y por lo tanto puede alojar gran cantidad de estaproteína con el pigmento visual. Cada disco puede contener más o menos 108 moléculas de pig-mento. El hecho de que los discos estén dispuestos en pilas de moneda provee mayor eficiencia paracapturar la luz, ya que si un fotón no es absorbido por el disco superior puede ser capturado en elsiguiente. La absorción de la luz por el pigmento visual gatilla una serie de eventos bioquímicos enel citoplasma que finalmente provocan cambios en el flujo de iones a través de la membrana.

Hacer una comparación entre distintos receptores, en términos del tamaño de la célula receptora yenfatizar que en todos los casos se producen cambios en el flujo de iones a través de la membrana enrespuesta a los estímulos (figura 22b).


Actividad 3

Informarse sobre el control nervioso de los distintos tipos de músculo, sus funciones

en el organismo, y reconocer manifestaciones de su actividad en situaciones

cotidianas.

Ejemplo Alumnas y alumnos realizan un trabajo de investigación bibliográfica o en internet sobre

el sistema nervioso somático y autónomo y los tipos de músculos que inervan. Presentan

sus datos en esquemas como el de la siguiente figura, que presentará el docente como

síntesis.


Es importante que los estudiantes tengan claro los siguientes conceptos: Los impulsos nerviososgenerados en la superficie sensorial son conducidos a través del sistema nervioso periférico al siste-ma nervioso central. Los impulsos nerviosos generados en el cerebro y la médula espinal llegan alsistema motor. El sistema nervioso tiene componentes somáticos y autonómicos. El sistema somá-tico incluye:a) las neuronas sensitivas que inervan la piel, los músculos, y las articulaciones. Lleva impulsos

nerviosos sensoriales de postura corporal y del medio externo;b) las neuronas motoras, que inervan el músculo esquelético. La división autonómica del sistema

nervioso periférico controla los músculos lisos (de las vísceras) y las glándulas exocrinas. Partici-pa en las respuestas al estrés y en la homeostasis.

Aun los comportamientos más simples involucran la actividad integrada de múltiples sistemas sen-soriales, motores y de zonas integradoras en el sistema nervioso central. Cada uno de estos sistemascontiene estaciones sinápticas y cada uno está compuesto por subdivisiones distintas. Las vías ner-viosas tienen una ordenación topográfica en base a su función. Muchas rutas se cruzan desde unlado para el otro del cuerpo. Complementar esta actividad con la observación de una grabación devideo como la Colección Los Ciclos de la Vida, Sección: Integración: El sistema nervioso central,Volumen 11, cap. 21, que está entre los materiales a los que se puede acceder a través del Centro deRecursos del Aprendizaje (C.R.A.) de su unidad educativa. Puede consultar también los esquemassimples de los sistemas nervioso autónomo y somático que aparecen en el libro Invitación a la Bio-logía. Curtis y Barnes, páginas: 623 y 627. El profesor o profesora debe plantear problemas para serexplicados con estos conceptos. Por ejemplo, pedir que se propongan explicaciones para el aumentode los movimientos estomacales en situaciones de miedo.


Figura 23Organización del sistema nervioso autónomo

1 Dilatación pupilar

2 Inhibición de la salivación

3 Contricción de los vasos sanguíneos

4 Dilatación bronquial

5 Aceleración de la frecuencia cardíaca

6 Estimula la secreción de las glándulassudoríparas

7 Inhibición de la digestión

8 Estimula la producción y secreción deglucosa

9 Inhibe la motilidad y secrecionesintestinales

10 Estimula la secreción de epidefrina ynorepinefrina

11 Relajación de la la vejiga

12 Estimula la eyaculación

13 Contracción pupilar

14 Estimulación de la salivación

15 Contricción de los bronquios

16 Disminución de la frecuencia cardíaca

17 Estimulación de la digestión

18 Inhibe la secreción de hormonas yenzimas

19 Estimula la vesícula a secretar bilis

20 Estimula al pancreas para secretarinsulina y enzimas digestivas

21 Estimula la motilidad y secrecionesdel intestino

22 Contracción de vejiga urinaria

23 Estimula erección del pene

Craneal

Cervical

Torácica

Lumbar

Sacra

Craneal

Cervical

Torácica

Lumbar

Sacra

3

Estómago

Vesículabiliar

Hígado

Pancreas

Gangliomesentérico

Inferior

Gangliocelíaco

18

1

2

4

5

76

8

910

12

11

13

14

15

16

17

19

20

21

22

23

División ParasimpáticaDivisión Simpática


Actividad 4

Investigar sobre la estructura de la unión neuromuscular, cómo se transmite el

estímulo desde el nervio al músculo, aplicando los conocimientos adquiridos, y la

estructura de la fibra muscular con su aparato contráctil.

Ejemplo Alumnas y alumnos buscan microfotografías de la unión neuromuscular, describen los

componentes en esquemas, incluyendo el neurotransmisor y su receptor. Deben hacer una

analogía con la sinapsis entre neuronas. Presentarles una figura que ilustre los diferentes

niveles de organización del músculo esquelético, explicando de manera elemental el

mecanismo de contracción muscular en base al motor molecular constituido por el sarcómero.


Orientar a los estudiantes para que en su trabajo aparezcan las siguientes nociones.a) El mecanismo de contracción muscular, ilustrando que el neurotransmisor provoca un cambio

del flujo iónico en la zona de la placa neuromuscular que finalmente termina con un potencial deacción en el músculo. Esto lleva a un aumento del calcio intracelular que es el que gatilla lacontracción de la fibra muscular.

b) La estructura de la fibra muscular esquelética en los distintos niveles, desde músculo hasta elnivel molecular.

Actividad 5

Explicar los cambios de volúmenes y presiones del proceso de ventilación pulmonar,

e ilustrar el control de la frecuencia respiratoria, reconociendo los elementos

sensoriales, nerviosos y musculares.

Ejemplo El profesor o profesora recupera conocimiento anterior sobre la posición del diafragma,

en imágenes radiográficas del tórax en inspiración y en espiración (ver Programa de

Biología de Primer Año Medio, página 95). Muestra ilustraciones de los músculos torácicos

y del aumento de volumen del tórax al cambiar la inclinación de las costillas. Preguntar a

los estudiantes cómo creen ellos que se regula la actividad de estos músculos y cómo

aumenta cuando el organismo necesita más oxigeno (por ejemplo, durante el ejercicio o

esfuerzo). A través de analogías con el arco reflejo hacerles razonar para que infieran

que deben haber receptores que informen al sistema nervioso de los requerimientos de

oxígeno (o de la actividad metabólica) y que éste, luego de procesar la información, envíe

señales motoras a los músculos de la respiración.


Figura 24Estructura del músculo esquelético

Paquete de fibras musculares

Tejido conectivo

Núcleo

Fibra muscular

Sarcolema

Mitocondria

Miofribillas

Linea ZBanda M

Banda I

Mio

fibri

lla

Sarcómero

SarcómeroBanda A

Zona H

Filamento deActina

Linea Z

Banda M Filamento demiosina

Linea Z

Retículosarcoplasmático

Banda A

Sacómero

Banda A

Zona HBanda A

Músculo

Tendón


Evaluación Unidad 1

Objetivo de evaluación: Aplicar habilidades y conocimientos

a) Alumnas y alumnos analizan un documento aportado por el docente en el que se da a conocer laexperiencia de Magendie (1783-1855) realizada en un sapo, que revela el circuito nervioso delreflejo miotático ilustrado en el esquema adjunto.

Experimento 1:Al seccionar una raíz dorsal proximal y distalmente al ganglio espinal se observa insensibilidadtotal del territorio inervado por el nervio. Al estimular el nervio periférico no se observa respues-ta de ningún tipo. Sin embargo, al estimular el segmento proximal se observan reacciones moto-ras y manifestaciones de dolor.

Experimento 2:Al seccionar la raíz ventral se observa una parálisis total del territorio inervado por el nervio. Elestímulo del segmento distal produce una contracción del músculo que antes se encontraba para-lizado. En cambio, al estimular el segmento nervioso proximal a la médula espinal no se observarespuesta alguna.Explique cada una de estas observaciones aplicando sus conocimientos sobre la organización delsistema nervioso periférico y el arco reflejo.

Ganglio espinal

Raíz ventral

Raíz dorsal

Ganglio espinal

Raíz ventral

Raíz dorsal

PD

P: ProximalD: Distal


b) Complete los registros eléctricos que se obtendrían en los osciloscopios frente a los estímulosque se muestran en las siguientes figuras, y explique su significado aplicando sus conocimientossobre la polaridad de las neuronas.

c) En el siguiente esquema se ilustran la ten-sión que se registra en los músculos exten-sores y flectores del brazo. Explique este fe-nómeno en base a sus conocimientos sobrelos tipos de sinapsis.

d) Realice un esquema de síntesis que muestre la vía de las señales nerviosas desde la región dondese recibe el estímulo hacia cada grupo muscular, extensor y flexor, con sus relevos sinápticos.

e) La siguiente fotografía representa un cortetransversal de una sinapsis neuromuscularobservada en el microscopio electrónico.Realice un esquema de conjunto de esta fo-tografía. Rotule las diferentes estructurascelulares.

Estimulaciónen el brazo

Tensión del músculo flector

Tensión del músculo extensor

Electrodo receptor

Estimulación Osciloscopio Electrodo receptor

Estimulación

Osciloscopio


Objetivo de la evaluación: Verificar conocimientos

a) Explique brevemente:

• En qué consiste el impulso nervioso, cómo se produce y se transmite a otras neuronas. Realice unesquema rotulado de las distintas regiones funcionales de la neurona.

• Explique las características del impulso nervioso y cuáles de ellas reflejan la intensidad del estí-mulo.

b) Corrija y explique las afirmaciones incorrectas:

• La mantención del potencial de reposo requiere consumo de energía.

• La estimulación de un nervio desencadena un potencial de acción independientemente de laintensidad del estímulo.

• El potencial de acción varía en amplitud de acuerdo con la intensidad del estímulo.

• Las señales nerviosas observadas en los nervios sensitivos y motores son similares.

• La frecuencia respiratoria se regula por efecto de cambios en la composición de la sangre.

• El potencial de acción va disminuyendo en magnitud a medida que se propaga por axones largos.


UUnidad 2

Regulación de las funciones corporales yhomeostasis


En esta unidad se trata de dar una visión general del sistema de control endocri-

no y de la mantención del medio interno acuoso y salino del organismo a través

de la función renal, uno de los aspectos más relevantes de la homeostasis. Es una

oportunidad para recuperar conocimientos previos sobre distintos sistemas trata-

dos en Primer Año Medio y profundizar en ellos presentando ahora los aspectos

vinculados a la regulación de sus funciones. La función renal en el control de la

homeostasis se trata con cierto detalle, dejando en claro por qué los riñones per-

mitieron definitivamente el tránsito evolutivo de los vertebrados de la vida acuá-

tica a la terrestre, y exponiendo su regulación hormonal. Se fortalece el concepto

de hormona y control endocrino con ejemplos que muestran sus relaciones con el

sistema nervioso, especialmente en la condición de estrés.


Contenidos Unidad 2: Regulación de las funciones corporales y homeostasis

1. Homeostasis y función renal2. Regulación neuroendocrina


Alumnas y alumnos saben y entienden que:• El sistema endocrino regula múltiples procesos en el organismo a través de

señales químicas vertidas a la sangre (hormonas). Estas señales modificanla actividad de las células capaces de captarlas (efectores).

• Es necesario mantener un ambiente interno relativamente constante (ho-meostasis) para asegurar una adecuada función celular. Esto se logra pormúltiples procesos integrados. Ejemplos de estos procesos integrados sonla mantención de la composición química del medio interno y la regula-ción de la temperatura corporal.

• Los riñones son los principales responsables de la mantención de la com-posición química de la sangre al eliminar los compuestos de desechos tóxi-cos, regular su concentración y controlar el contenido de agua (equilibriohídrico) del organismo.

• El volumen de agua que se elimina diariamente por el riñón depende delestado de hidratación del organismo y se regula por acción de la hormonaantidiurética, que controla el grado de reabsorción del agua filtrada libre-mente en el glomérulo.

• Las respuestas al estrés (comportamiento innato ante la amenaza) y el con-trol de la temperatura implican una acción coordinada de los sistemas ner-viosos y endocrino, con circuitos hormonales y nerviosos que involucran alas glándulas del hipotálamo y a las suprarenales.

Alumnos y alumnas mejoran su habilidades de:

• Razonar, inferir y hacer conjeturas, en base a conocimientos previos y pro-blemas.

• Utilizar distintas fuentes de información.• Interpretar gráficos, fotografías, dibujos y esquemas funcionales.

Unidad 2: Regulación de las funciones corporales y homeostasis 73

1. Homeostasis y función renal

Actividad 1

Describir el medio interno del organismo, discutir sobre su importancia, e identificar

los principales factores que tienden a modificarlo y a regularlo, haciendo inferencias

a partir de datos presentados en tablas y gráficos.

Ejemplo El profesor o profesora presenta la definición de medio interno según Claude Bernard

(1813-1878) como “conjunto de líquidos (linfa y plasma) del organismo”. Luego presenta

la serie de datos que se muestran a continuación, con el fin de ilustrar el contenido hídrico

y los principales constituyentes del plasma, el intersticio y el medio intracelular. Con estos

datos y a través de preguntas, llevar a los estudiantes a que sugieran factores que pueden

modificar el contenido de agua y de cada constituyente, recuperando nociones de nutrición

y de metabolismo. Luego, los alumnos y alumnas analizan un experimento de intercambio

entre las células y su medio, utilizando la experiencia clásica de los glóbulos rojos en

diferentes soluciones de NaCl. Recuperan el concepto de osmosis. Discuten sobre la

necesidad de mantener las condiciones isotónicas de la sangre para el funcionamiento

de las células y sobre los factores que tienden a cambiar estas condiciones, recuperando

conocimientos de biología celular de Primer Año Medio.

Figura 25Diagrama de la distribución del agua del organismo


Tabla 5Pérdidas diarias de agua (ml)

Figura 26Diagrama de los constituyentes principales del plasma, el líquido intersticial y el intracelular


Esta tabla se debe utilizar para estimular a los alumnos y alumnas a que deduzcan los factoresprincipales que regulan el equilibrio hídrico:

a) La ingesta de agua. Los estudiantes aprecian la cantidad de agua que debe ingerirse para mante-ner el equilibrio hídrico del organismo en las distintas condiciones ambientales y de actividadfísica.

b) El volumen de orina: infieren que el principal mecanismo de regulación de la pérdida de agua esa través del control del volumen de orina en el riñón. Recordarles que el medio interno tiene unpH característico de 7,4 y que éste depende de la concentración de hidrógeno.

Ejercicio intensoTemperatura normal Clima caluroso y prolongado

Piel (Pérdida insensible) 350 350 350

Respiración (Pérdida insensible) 350 250 650

Orina 1.400 1.200 500

Transpiración 100 1.400 5.000

Heces 100 100 100

Total 23.000 3.300 6.600

Unidad 2: Regulación de las funciones corporales y homeostasis • Homeostasis y función renal 75

Figura 27Efecto de la concentración de sal en el medio sobre las células


Para que esta actividad tenga sentido, es necesario dar las bases del proceso de osmosis. Recuperarlos conceptos de solución, de mol y de presión osmótica tal como aparece en el Programa de Quími-ca de 2º Año Medio (Unidad 3, Disoluciones). Explicar que:

1) La osmolaridad es una relación entre la cantidad de soluto y de líquido de una solución y que elefecto osmótico depende del número de partículas en solución.

2) El efecto osmótico causa el flujo de agua entre el compartimento intracelular y extracelular.

La membrana plasmática presenta una permeabilidad selectiva, es decir, es permeable al agua peroimpermeable a ciertos solutos disueltos en agua. Cada vez que la concentración de solutos es mayoren un lado de la membrana que en el otro, pasa agua a través de la membrana hacia el lado de mayorconcentración de solutos (osmosis) hasta alcanzar el equilibrio osmótico. En el caso de la célula,ésta se hincha o se deshidrata. El medio isotónico es aquel en el cual las células no sufren cambiosen su contenido acuoso. El medio hipertónico causa aumento de volumen celular. El medio hipotónicocausa disminución del volumen celular. El principal componente del plasma que determina laosmolaridad es el sodio.


Actividad 2

Analizar experimentos de regulación del medio interno, proponer una definición de

homeostasis, deducir la función del riñón y discutir posibles mecanismos de

regulación.

Ejemplo En los gráfico de las figuras 28 y 29 se muestra la tendencia del organismo a mantener el

volumen hídrico y la concentración de sal en la sangre. Los estudiantes reconocen que

debe haber un mecanismo de regulación que involucra al riñón. Especulan sobre posibles

factores que podrían influenciar la función del riñón.

Figura 28Fluctuaciones del débito urinario y del volumen del plasma producidospor ingesta masiva de agua


Figura 29Fluctuaciones de la concentración de cloruro de sodio en el plasmay en la orina en relación a la ingesta de sal


Actividad 3

Observar la estructura del nefrón y relacionarla con su función en la formación de

orina.

Ejemplo Observan al microscopio o en diapositivas de microscopía electrónica la zona glomerular

de un nefrón apreciando el íntimo contacto capilar-nefrón que ocurre en el glomérulo.

Luego examinan la zona de los túbulos urinarios apreciando las diferencias en su diámetro

y las características de sus paredes. Recuperan conocimientos previos de 1º Medio sobre

el riñón como órgano donde es producida la orina por procesos de filtración, secreción y

reabsorción. Representan su estructura y el flujo de los elementos que se filtran y que se

reabsorben, en un esquema funcional en el que se incluyan los sitios de regulación

hormonal de formación de la orina. Se explicará que se reabsorbe cerca del 99% del agua

y del sodio y que esta reabsorción es controlada hormonalmente, regulándose así el

volumen y la composición del medio interno. Utilizar las figuras 30-31 para ilustrar la función

del nefrón. Mostrar luego la función de las células epiteliales que tapizan los túbulos

renales (figura 32).

Figura 30Esquema del riñón ilustrando la localización del nefrón

1 . Arteria Aorta

2 . Vena cava inferior

3 . Cápsula suprarrenal

4 . Riñón

5. Ureter

6 . Vejiga

7 . Uretra

Pirámides de Malpighi

Vena renal

Arteria renal

Ureter

Orina

Nefrón

12

3

4

5

6

7


Figura 31Esquema del nefrón, su irrigación y su función en la formación de orina


Esta actividad puede realizarse como clase magistral utilizando los esquemas en la secuencia pro-puesta. Debe quedar claro lo siguiente: cada riñón contiene cerca de 2.400.000 nefrones, cada unode los cuales es capaz de formar orina. Por esto se puede entender la función renal examinando lafunción del nefrón. El nefrón está compuesto fundamentalmente de dos partes. Un glomérulo,donde ocurre la filtración del plasma, y un largo túbulo en el cual el líquido filtrado es transformadoen orina.

La función básica del nefrón es limpiar, clarificar o liberar la sangre de sustancias indeseables parael organismo, ya sea porque su exceso es tóxico (urea, ácido úrico) o inconveniente para el equilibriohidrosalino y pH del medio interno (sales, agua, hidrógeno). Las sustancias que deben eliminarseen general incluyen productos del metabolismo (urea, ácido úrico). Otras sustancias, tales como losiones sodio, cloro, potasio e hidrógeno tienden a acumularse en el organismo.

Es función del nefrón eliminar los excesos. Los mecanismos principales por los cuales el nefrónclarifica el plasma son:a) filtración de una gran cantidad de plasma (125 ml/min), desde los capilares del glomérulo hacia

los túbulos renales;b) eliminación en la orina de las sustancias filtradas que son indeseables.

Las sustancias útiles como el agua y los iones son en su mayor parte reabsorbidas durante el pasajedel filtrado por los túbulos. Aproximadamente el 90% del agua y del sodio filtrado se reabsorbe en

1 . Filtración2 . Reabsorción3 . Reabsorción bajo

control hormonal

Tubocontorneado

proximal

Cápsulade

Bowman

Haza deHenle

Tubocontorneado

distal

Tubocolector

Red decapilares

Glomérulo

Arteria

Vena

Nefrón

Na+

Agua

Orina

Tubocolector

1

2

2

3

3

1

2

Nefrón Irrigación del Nefrón Función


el túbulo proximal de manera no regulada. El resto que pasa a los túbulos puede ser más o menosreabsorbido dependiendo de las condiciones de hidratación del organismo. El volumen de orina esaprox. 1 ml/min. Además, los túbulos secretan algunas sustancias, tales como potasio. Es decir, lamayoría de las sustancias que se eliminan en la orina provienen del fluido filtrado en el glomérulo(que no fueron reabsorbidas) y una pequeña parte de sustancias que fueron secretadas por las célulasde los túbulos renales. De la Tabla de la página 85 queda claro qué sustancias del plasma son las másclarificadas. Finalmente, debe relacionarse la estructura polarizada de las células epiteliales del túbulorenal con su función en el manejo de los electrolitos. Aplican así conocimiento adquirido en 1ºMedio sobre células y el transporte a través de una membrana.

Utilizando el esquema anterior, el profesor o profesora explica que la célula epitelial renal tiene dossuperficies. Una que enfrenta el lumen del túbulo y otra dirigida hacia el interior del organismo. Encada superficie se encuentran diferentes proteínas que manejan el flujo de iones entre el lumen deltubulo renal y la sangre. En el ejemplo de la figura 32 se puede ver que la superficie luminal poseecanales de sodio y potasio, en cambio la superficie basolateral contiene la bomba sodio-potasio.

Figura 32Relación entre estructura y función de la célula epitelial renal

Capilar Peritubular Epitelio Tubular Lumen Tubular

Na+

TransporteActivo

Difusión

Zona ocludens

Espacio intercelularCanales basales

Na+

(-3m V.)

(-70m V.)

Na+

Membrana basal


Actividad 4

Explicar la regulación hormonal del volumen y concentración de orina como un

ejemplo de control por retroalimentación.

Ejemplo Alumnos y alumnas identifican factores que hacen variar el volumen de orina (diuresis) a

través de observaciones de la vida corriente. Deducen, a partir del gráfico de la figura 28

que la cantidad de agua eliminada se regula según el estado de hidratación del organismo.

En condiciones en las que se requiere conservar agua, por ejemplo durante la

deshidratación, la orina que se produce es más concentrada, porque los túbulos renales

reabsorben más agua, mientras que la que se produce luego de una gran ingesta líquida

es más diluida, porque se reabsorbe menos del agua filtrada en el glomérulo (figura 33).

Deducen que debe existir un mecanismo sensor de la concentración del plasma y que

regula la cantidad de agua que se elimina. Mediante un esquema simplificado, como el de

la figura 34, se les explica que el sensor está en el hipotálamo donde se secreta la hormona

antidiurética que inhibe la reabsorción de agua en el túbulo colector.

Figura 33El nefrón en la elaboración de orina isotónica o hipertónica

Orina hipotónica Orina hipertónica


Figura 34Esquema del sistema de regulación del volumen de orina por la hormona antidiurética

Hipotálamo

Estimulado por unfluido extracelularconcentrado(exceso de Na+)

Sitios de acción de lahormona antidiuréticasecretada por la glándulapituitaria posterior

Exceso de reabsorciónde agua compensa elexceso de concentraciónde fluidos extracelularesy el exceso de Na+

Orina de menor volúmen y mayorconcentración

Núcleo supraóptico

83Unidad 2: Regulación de las funciones corporales y homeostasis

2. Regulación neuroendocrina

Actividad 1

Analizar el funcionamiento neuro-hormonal en la coordinación e integración de los

diversos procesos que se gatillan en situaciones de estrés, evidenciando el control

por retroalimentación.

Ejemplo El curso se organiza en pequeños grupos y cada uno elige uno de los siguientes temas

para informarse en la literatura: regulación de la glicemia, la presión arterial, respuesta al

frío y al calor, e integran esta información en términos de respuestas a situaciones de

estrés. Identifican en cada caso el dominio nervioso y hormonal, el agente estresor, sus

efectos y la función de preparar al organismo a una respuesta rápida frente a cambios en el medio

Figura 35aLo que ocurre cuando un individuo se expone a un frío intenso

externo que constitu-

yen una amenaza a la

sobrevivencia del orga-

nismo. Presentan los

resultados de la inves-

tigación en una corta

disertación en base a

esquemas funcionales

(ejemplo: figura 35a).

El profesor o profesora

indica el tipo de regula-

ción por retroalimenta-

ción en los distintos

ejemplos. Concluye la

actividad presentan-

do un esquema de la

interrelación neuro-

hormonal ante una

situación de estrés (fi-

gura 35b).

Corteza cerebral

Hipotálamo

Termoreceptorescentrales

Músculos delesqueleto

Arteriolascutáneas

(vaso constricción)

Médulasuprarenal

(descarga deadrenalina)

Temperaturade la sangre

Estímulo

Vías nerviosas

Músculosde la piel

(piel de gallina)

Termoreceptorescutáneos

Temperaturade la piel

Resp

uest

ain

cons

cien

tetir

itone

s

Resp

uest

a vo

lunt

aria

mov

erse

par

a ca

lent

arse


Figura 35bEsquema del circuito neuro-hormonal del estrés

Actividad 2

Reconocer las semejanzas y diferencias entre el control endocrino y el control nervioso.

Ejemplo El profesor o profesora presenta una figura (ver figura 3, Unidad 1) donde se ilustra

esquemáticamente las modalidades de control ejercidos por los sistemas endocrino y

nervioso. Guía al curso para identificar los elementos principales, tales como las señales

químicas, las células que las producen y las que las interpretan, y la diferencia en la forma

de transporte de la señal o información por largas distancias. Induce una discusión para

establecer las diferencias entre los dos sistemas, apreciando que el sistema nervioso

actúa más rápidamente pero también es más transitorio su efecto.

Entrada de lainformación

Integración dela información

Coordinacióny ejecución

Cortezacerebral

Sistemalímbico

Hipotálamo

Bulbo raquídeomédula espinal

Informaciónproveniente delmedio externo

Informaciónproveniente delmedio interno

Adaptaciónrazonada delcomportamiento

Elaboración deconductasemocionales

Coordinación derespuestas de tipovegetativas

Respuestasreflejas

85Unidad 2: Regulación de las funciones corporales y homeostasis


Objetivo de evaluación: Verificar conocimientos

Explique el balance hídrico y su regulación.

Objetivo de evaluación: Aplicar habilidades y conocimiento

Ejemplo 1En la tabla se muestra la composición del plasma, el filtrado glomerular y orina.1) ¿Qué características tiene el filtrado glomerular comparativamente con el plasma y con la orina?2) ¿Cómo se explican las principales diferencias entre el filtrado glomerular y la orina?3) Sintetice en un esquema funcional el funcionamiento del nefrón en el manejo de cada una de las

sustancias analizadas en la tabla.

Ejemplo 2

Los siguientes gráficos muestran los efectos de la inyección de una solución hipertónica de NaCl ode un extracto de hipófisis sobre la producción de orina en un gato sometido a sobrecarga hídrica.En el gráfico A se observa la variación de la diuresis luego de la ingesta de 250 ml de agua sin otrotratamiento. Los gráficos B y C muestran los resultados de la inyección de una solución hipertónicade NaCl o de extracto de hipófisis respectivamente, administrados luego de la ingesta hídrica.

Constituyentes (g/l) Plasma Filtrado glomerular Orina

Na+ 3,2 3,2 3 - 6

K+ 0,2 0,2 2 - 3

Proteínas 60 - 80 0 0

Glucosa 1 1 0

Urea 0,3 0,3 20

Agua 170 (litros/24 h) 1,5 (litros/24 h)


Interprete cada uno de estos resultados aplicando sus conocimientos sobre la regulación de la pro-ducción de orina. ¿A qué se debería la semejanza de los resultados obtenidos en las condicionesexperimentales B y C? ¿A qué nivel del nefrón se controla el volumen de orina?

B

C

A


UUnidad 3

Biología humana y salud: higiene nerviosa


Esta unidad recupera los conceptos sobre la función neuronal aplicándolos a la acción

de drogas que alteran el comportamiento y los estados de ánimo y producen adicción.

Se presta especialmente para ser tratada de manera transversal. Un aspecto importan-

te de esta unidad es que promueve el trabajo grupal y las conductas de participación y

colaboración. También ofrece la oportunidad de fortalecer valores y adquirir hábitos

de respeto individual y social. En ello el profesor o profesora debe jugar un papel

central en la prevención del consumo de drogas, asumiendo este papel de manera

cotidiana y constante, identificando en la medida de lo posible las carencias de alum-

nos y alumnas que tienden a suplirse con el consumo de drogas. Por otro lado, se

aborda el problema del estrés desde una perspectiva biológica, individual y social. Se

dan pautas para distinguir las situaciones de estrés agudo, como respuesta adaptativa

con una clara función fisiológica frente a la amenaza, y el estrés crónico como enfer-

medad. La unidad pretende otorgar bases científicas para una educación en salud

mental, especialmente dirigida a la prevención del estrés crónico y la toxicomanía.


Contenidos Unidad 3: Biología humana y salud: higiene nerviosa

1. Drogas y toxicomanía2. El estrés


Los alumnos y alumnas saben y entienden:• Que el consumo de drogas es un problema de salud y social, que se refleja en la magni-

tud y evolución que ha tenido en la población escolar urbana desde Octavo Básicohasta Cuarto Año Medio, que es influenciado por diversos factores, incluyendo lascaracterísticas del individuo (sexo y edad), de la familia y del entorno (curso, tipo deestablecimiento, región), y por lo tanto es susceptible de prevención.

• Cuáles son las estrategias de prevención a nivel nacional que se llevan a cabo a través deprogramas y proyectos dirigidos especialmente a la población escolar, que es la de másalto riesgo.

• Los efectos de las drogas clasificadas como lícitas (el alcohol y el tabaco) o ilícitas(marihuana, cocaína, pasta base, etc) de mayor consumo en Chile, sobre la salud de losconsumidores y la sociedad.

• El estrés es el comportamiento innato ante la amenaza y consiste en una reacción de-fensiva y/o adaptativa comandada por el sistema neuro-endocrino-emocional, que con-trola la conducta externa.

• El agente inicial que induce el estrés se llama estresor y proviene generalmente delmedio ambiente natural y del hombre (ejemplo: contaminantes múltiples, tabaco, dro-ga, violencia, tráfico, robo).

• La amenaza se considera el estresor más frecuente y universal, por su potencialidadpara poner en peligro la integridad corporal y psíquica, generando miedo, que en símismo es un estresor endógeno.

• Un estresor sorpresivo, conmovedor o muy violento siempre producirá estrés, cualquie-ra sea el temperamento, constitución genética o experiencia previa de la persona.

• La duración del estrés puede extenderse por minutos, horas o semanas según la magni-tud, intensidad, duración y sorpresa del estresor, y puede hacerse crónico, transformán-dose en una enfermedad.

• Durante el estrés se modifica el medio interno y la descarga de diversas hormonas quesensibilizan e influyen en nuestra conducta, de ahí el impacto del estrés en las reaccio-nes psicológicas y conductuales.

Los alumnos y alumnas mejoran sus habilidades de:

• Construir e interpretar gráficos.• Identificar relaciones causa-efecto.• Utilizar distintas fuentes de información para formarse una opinión propia y expresarse

críticamente sobre diversos temas.• Aplicar conocimientos adquiridos en distintos contextos.

Unidad 3: Biología humana y salud: higiene nerviosa • Drogas y toxicomanía 89

1. Drogas y toxicomanía

Actividad 1

Describir la magnitud y evolución del consumo de drogas en la población escolar chilena,

representando los datos gráficamente por medio de recursos computacionales, e

interpretarlos en un contexto de salud y social.

Ejemplo Realizar un histograma mediante recursos computacionales con los datos presentados

en las siguiente tabla sobre consumo de drogas. Analizar y describir esta información,

apreciando los grupos de edad y sexo que presentan mayor consumo de drogas y cómo

ha sido la evolución del consumo de drogas entre escolares chilenos. Formular hipótesis

que pudieran explicar la distribución y evolución del consumo de drogas. Formular

opiniones o juicios críticos sobre la magnitud del fenómeno.

Tabla 6Consumo de drogas en escolares chilenos

Fuente: Conace, Información de la situación de drogas en Chile 1998.

Sustancia Promedio edad primer consumo

Marihuana 14,86

Cocaína 15,71

Pasta base 14,92

Inhalantes 14,91

Promedio drogas ilegales 15,16

Tabaco 13,26

Tranquilizantes 14,69

Alcohol 13,99

Promedio drogas legales 13,98

Promedio general 14,62


Actividad 2

Interpretar tablas de datos y opinar críticamente sobre los factores de riesgo de

mayor relevancia que inciden en el consumo de drogas en la población escolar

chilena.

Ejemplo Determinar cuáles son los factores de riesgo más importantes en el consumo de drogas

en la población chilena, utilizando la información entregada en la tabla siguiente. Presentar

los resultados al curso en forma oral y formular juicios valóricos sobre estos factores.

Tabla 7Factores de riesgo en el consumo de drogasen escolares chilenos

Fuente: Conace, Información de la situación de drogas en Chile 1998.

Causas del consumo Porcentaje total

Mal uso del tiempo libre 47,7%

Bajo nivel de autoestima 17,4%

Falta de información 17,4%

Falta de líderes juveniles 13,0%

Otras 4,3%

Actividad 3

Investigar sobre las estrategias de prevención y tratamiento del abuso de drogas.

Ejemplo 1 Se informan sobre los programas de prevención existentes en la actualidad, proponen y

fundamentan estrategias que a alumnos y alumnas les parezcan adecuadas para prevenir

y combatir el consumo.

Ejemplo 2 Organizados en grupos, visitan centros de rehabilitación de toxicómanos y realizan

miniencuestas sobre el origen o causa que los llevó a consumir drogas. Ordenan la

información y la presentan frente al curso. Organizan un debate y discuten sobre los

factores de riesgo que identificaron en las entrevistas y sobre la forma de prevenirlos.

Informan al curso sobre los tratamientos aplicados a los pacientes toxicómanos.

Unidad 3: Biología humana y salud: higiene nerviosa • Drogas y toxicomanía 91

Ejemplo 3 El grupo curso ve una película como “El encierro” en la que se presenta la vida de un

individuo toxicómano y cómo éste hace lo imposible para dejar de consumir. Posteriormente

el profesor o profesora organiza un debate con el curso para así tratar de identificar los

factores biológicos, psíquicos y sociales que llevaron al protagonista a consumir drogas.

Formulan juicios valóricos sobre el protagonista, idean estrategias de prevención y de

atacar el consumo de drogas.

Actividad 4

Se informan y comunican sobre los efectos de las drogas lícitas e ilícitas en el cuerpo humano.

Ejemplo A Organizados en grupos pequeños realizan una investigación bibliográfica sobre el efecto

de las drogas en el cuerpo humano, consultando la bibliografía disponible en biblioteca,

CD’s o en internet.

Realizan un informe y presentan sus trabajos al curso en forma resumida, utilizando material

audiovisual.

Ejemplo B El profesor o profesora presenta al curso una tabla resumen, con la clasificación de las diversas

drogas y sus efectos a nivel del sistema nervioso. Complementa esta tabla con un esquema

del mecanismo de acción de las drogas en diferentes niveles de la sinapsis nerviosa.


Es importante recuperar aquí los conocimientos de las unidades anteriores y explicar que el sistemanervioso es susceptible de perturbación por las diferentes drogas a nivel de la transmisión sináptica.

Actividad 5

Planifican una investigación para evaluar los factores de riesgo de consumo de

drogas más frecuentes que pueden sufrir los estudiantes del establecimiento y

proponen medidas de tipo comunitario que puedan seguir los alumnos y alumnas

para disminuir o dejar el consumo de drogas.

Ejemplo Alumnos y alumnas analizan los gráficos que han realizado previamente y diseñan una

ficha de encuesta que les permita extraer la siguiente información: edad, sexo, factores

de riesgo reconocidos. Con estos datos identifican los factores que podrían ser

susceptibles de control en su comunidad y proponen estrategias para llevarlas a cabo.


2. El estrés

Actividad 1

Identificar y describir situaciones de estrés en la vida cotidiana. Caracterizar los

agentes estresores.

Ejemplo Alumnos y alumnas relatan situaciones de la vida cotidiana en las que ellos crean haber

experimentado estrés, o leen un testimonio que describa una situación de violencia vivida

por un individuo. Orientados por el profesor o profesora, identifican qué gatilló la situación

de estrés, y describen cómo respondió su organismo distinguiendo las distintas etapas de

la reacción (rabia, instinto, frustración, tentativa para olvidar). Discuten sobre los agentes

estresores más comunes o frecuentes en los estudiantes.

Actividad 2

Estudiar en datos experimentales los cambios o respuestas neuro-hormonales del

organismo a un agente estresor.

Ejemplo Analizan datos experimentales sobre variaciones de la frecuencia cardíaca y concentración

de cortisol sanguíneo en diferentes estados del individuo como, por ejemplo, antes, durante

Figura 36Gráfico sobre variación de la frecuencia cardíaca y de cortisol en una situación de estrés

Número de latidos cardíacospor minuto

Ant

es d

e pa

rtir

Al

part

ir

En lí

nea

rect

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rizo

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esce

nso

Des

cens

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Cort

isol

pla

smát

ico

(en

pg/m

l)

Horas después de la factura de una pierna

tiempo

Unidad 3: Biología humana y salud: higiene nerviosa • El estrés 93

y después de subirse a la montaña rusa (figura 36). Proponen y discuten hipótesis para

explicar el sentido de estas modificaciones del organismo. El docente finaliza la actividad

explicando en un cuadro resumen los principales cambios hormonales y nerviosos que

ocurren como respuesta a un agente estresor y el sentido fisiológico de éstos.

Actividad 3

Introducir la noción de estrés agudo y estrés crónico a partir de relatos de diferentes

situaciones de estrés, identificando los elementos comunes.

Ejemplo El profesor o profesora relata a los estudiantes dos situaciones de estrés como las

siguientes:

1) Al atravesar la calle seguros de que nos corresponde, somos casi alcanzados por un

automóvil que pasó velozmente, dejándonos asustados.

2) En el colegio somos amenazados constantemente por un profesor que nos agobia con

correcciones o pruebas inesperadas, sintiéndonos en peligro de repetir el curso.

Alumnos y alumnas distinguen y definen la situación de estrés agudo y crónico.

Actividad 4

Investigar formas de prevenir y manejar el estrés crónico y comunicar sus resultados

al curso.

Ejemplo Alumnos y alumnas organizados en pequeños grupos investigan en diferentes fuentes,

tanto bibliográficas como a través de entrevistas a personas entendidas en el tema, sobre

las diversas maneras de manejar el estrés. Entrevistan individuos que hayan sufrido estrés

crónico e identifican los estresores, las consecuencias tanto físicas como sociales o

familiares, y proponen una forma de manejarlo o prevenirlo. Presentan los resultados de

su trabajo de investigación al curso y discuten sobre los principales estresores que los

afectan a ellos en su vida cotidiana.


Ejemplo de actividad

Realizar un histograma median-te recursos computacionales conlos datos presentados en la si-guiente tabla sobre consumo dedrogas. Analizar y describiresta información, apreciandolos grupos de edad y sexo quepresentan mayor consumo dedrogas y cómo ha sido la evo-lución del consumo de drogasentre escolares chilenos. For-mular hipótesis que pudieranexplicar la distribución y evo-lución del consumo de drogas.Formular opiniones o juicioscríticos sobre la magnitud delfenómeno.

Describir la magnitud y evolución del consumo de drogas en lapoblación escolar chilena, representando los datos gráficamentepor medio de recursos computacionales e interpretarlos en uncontexto de salud y social.

Tipo de evaluación Formativa

Actividad de aprendizaje

Criterios de evaluación

• Identifica las variables y las utiliza correctamente en el gráfi-co. En el eje horizontal representa la variable fija o indepen-diente, cuyo rango de valores es seleccionado por el investiga-dor (por ejemplo, edad), y en el eje vertical pone la variabledependiente, la que se está estudiando.

• Indica la intersección de los valores de cada eje.• Traza la curva reuniendo los puntos.• Define el título del gráfico y lo expresa como la variación de

un parámetro en función de otro que varía naturalmente.• Ubica valores particulares o importantes en la curva (por ejem-

plo, dónde la curva cambia o alcanza valores máximos o míni-mos).

• Estudia cada sector de la curva definiendo si aumentó o disminu-yó o se mantuvo constante en función del parámetro estudiado.

• Determina en términos generales la variación del parámetroestudiado en función de las condiciones experimentales.

• Propone una explicación tentativa o hipótesis de las variacio-nes observadas en el gráfico.


Objetivo de la evaluación: Aplicar conocimientos y habilidades

Ejemplo

La cocaína es una droga estimulante del sistema nervioso que actúa en las sinapsis donde la dopaminaes el neurotransmisor. Su mecanismo de acción es la inhibición de la recaptura del neurotransmisorpor la neurona presináptica, que normalmente ocurre para reconstituir las vesículas sinápticas. Enbase a sus conocimientos sobre la manera de actuar del neurotransmisor: ¿Cómo explicaría el efectoestimulante de la cocaína?

Ejemplo de criterios para evaluar una actividad de aprendizaje

Unidad 3: Biología humana y salud: higiene nerviosa 95

Tipo de evaluación Sumativa

Actividad de aprendizaje Se informan y comunican sobre los efectos de las drogas lícitas eilícitas en el cuerpo humano.


Organizados en grupos peque-ños realizan una investigaciónbibliográfica sobre el efecto delas drogas en el cuerpo huma-no, consultando la bibliografíadisponible en biblioteca, CD’so en internet. Realizan un in-forme y presentan sus trabajosal curso en forma resumida, uti-lizando material audiovisual.


• La información recopilada corresponde o es coherente con eltema desarrollado.

• Los textos son limitados y las frases más relevantes están des-tacadas; se privilegian las ilustraciones, dibujos, esquemas, grá-ficos, tablas y fotografías.

• El informe está presentado dentro de una carpeta que indicael título (un título atrayente), nombre y fecha.

• Incluye un índice que facilite la lectura.• Presenta una breve introducción a la problemática que se abor-

da, por medio de preguntas o datos curiosos que inviten a lalectura del informe.

• En el desarrollo del informe están ordenados los diversos do-cumentos, enumerados, con la indicación de la fuente, con untítulo claro o una frase corta y un breve comentario o críticacuando es pertinente.

• El informe incluye una breve conclusión con las ideas princi-pales que surgieron del trabajo.

• Se incluye una bibliografía con los textos o medios consultados.• Se agrega un agradecimiento a alguien especial que haya ayudado

u orientado significativamente en la realización del informe (op-cional).


Actividad de aprendizaje Planifican una investigación para evaluar los factores de riesgode consumo de drogas más frecuentes que pueden sufrir los estu-diantes del establecimiento y proponen medidas de tipo comuni-tario que puedan seguir los alumnos y alumnas para disminuir odejar el consumo de drogas.


Alumnos y alumnas analizanlos gráficos que han realiza-do previamente y diseñan unaficha de encuesta que les per-mita extraer la siguiente infor-mación: edad, sexo, factores deriesgo reconocidos, consumode drogas (tipo y frecuencia).Con estos datos identificanlos factores que podrían sersusceptibles de control en sucomunidad y proponen estra-tegias para llevarlas a cabo.


• Sigue todos los pasos indicados por el docente para la investi-gación.

• Aprecia y valora el fruto de su trabajo.• Se responsabiliza por la discreción y protección de los datos

obtenidos.• Registra sistemáticamente sus actividades y observaciones en

un cuaderno.• Traduce adecuadamente desde un registro escrito a una comu-

nicación oral.• Redacta en forma autónoma frases simples.• Elabora esquemas o croquis sencillos.• Es autónomo: gestiona su tiempo para el desarrollo de su tra-

bajo de investigación.• Cuida correctamente su cuaderno.

Tipo de evaluación Formativa / Sumativa


UUnidad 4

Variabilidad, evolución y adaptación


En esta unidad se trata uno de los capítulos más importantes de la Biología, la teoría

de la evolución de los organismos y la teoría de la selección natural, propuestas por

Darwin. La teoría de la evolución explica la enorme diversidad de formas vivientes, las

similitudes entre organismos diversos y la adaptación de los organismos a su ambien-

te. La segunda teoría propone la selección natural como uno de los más probables

mecanismos de evolución, hoy día ampliamente aceptado como una explicación cien-

tífica capaz de dar cuenta de un sinnúmero de observaciones sobre el registro fósil y

sus relaciones con las formas de vida actuales.

Respecto a la teoría de la evolución, es importante exponer extensamente las eviden-

cias que la sustentan. Alumnos y alumnas deben apreciar que el registro fósil es una de

las evidencias más fuertes de la evolución y que actualmente también se cuenta con los

importantes aportes realizados por la biología molecular. La biología molecular da

evidencias de relaciones filogenéticas y una constancia en el diseño del programa

genético que no son aparentes en las comparaciones fenotípicas. Esto ha dado mayo-

res evidencias de que todos los organismos vivientes provienen de formas ancestrales

comunes que han evolucionado. Se tiene aquí la oportunidad de ilustrar la relación

entre ciencia y sociedad reflexionando sobre el contexto histórico y el impacto de la

teoría evolutiva. La cuestión del origen de las especies era considerado el “misterio de

los misterios”. Que los organismos evolucionan implica que las especies no son per-


manentes ni inmutables como se tendía a creer antes de Darwin. Es necesario enfatizar que no hay

evidencias que refuten el origen común y evolución por descendencia de los organismos.

En relación a la otra proposición de Darwin, sobre la selección natural como mecanismo de la

evolución, es importante que los estudiantes expongan primero sus creencias sobre cómo podrían

evolucionar los organismos, ya que tienden a creer que los organismos individuales cambian sus

características en respuesta al ambiente y que estas características pasan luego genéticamente a la

descendencia. Debe recordarse que existe variación entre los individuos dentro de una especie y que

algunas de las diferencias individuales son heredables y pueden pasar a la descendencia. Estas dife-

rencias son previas a la evolución de la especie, existen siempre y son el substrato sobre el que actúa

la selección natural, dando al individuo mayores posibilidades de sobrevivencia y de éxito en la

reproducción. La reproducción tiene también sus elementos de competencia que deben tratarse

separadamente, con distintos ejemplos.

Esta unidad se presta para recuperar conocimientos de genética y herencia y contestar una pregunta

que Darwin dejó pendiente porque no tenía los elementos de la genética actual: cuál es la fuente de

las variaciones individuales. Los alumnos y alumnas tendrán la oportunidad de apreciar cómo pue-

den aplicar sus conocimientos previos para explicar un fenómeno de gran relevancia biológica: las

variaciones heredables, tanto las pequeñas como las más dramáticas, surgen de cambios en los genes.

De ahí pueden inferir que aquellas mutaciones que capaciten mejor a los individuos para su

sobrevivencia y reproducción tenderán a permanecer y extenderse dentro de una población bajo

selección natural.

Es importante resaltar que los cambios genéticos ocurren al azar y no inducidos por el ambiente. El

ambiente influye en la sobrevivencia y reproducción de manera distinta en cada individuo según sus

variaciones ya existentes, es decir, una vez producidos los cambios que los hacen distintos. Con

estas nociones se debe ilustrar cómo la selección natural, operando sobre las variaciones entre indi-

viduos por largos períodos de tiempo, podría llevar a la evolución y aparición de nuevas especies.

Deben apreciar, en este contexto, las ventajas de la reproducción sexual en la producción de varia-

ciones genéticas, y concluir que la evolución se produce sobre la base de mutaciones y selección

natural, que elimina los cambios desventajosos y selecciona, según Darwin, los más útiles para la

sobrevivencia y reproducción. Hacer que especulen sobre modelos de especiación ayuda a entender

estos conceptos. Sin embargo, deben saber que la selección natural no es el único mecanismo evolu-

tivo. Existe además la deriva génica, que puede incorporar mutaciones neutras, sin valor adaptativo.

La unidad incluye actividades para demostrar que la evolución por selección natural no es solamen-

te un fenómeno histórico alejado, sino que opera constantemente. Podemos encontrar evidencias de

esto, entre otras, en la evolución continua de los microorganismos patógenos a la especie humana.


La aparición de nuevas cepas de bacterias resistentes a los antibióticos es un hecho que debe apro-

vecharse para insistir en el significado de la selección natural. Los ejemplos actuales se prestan para

presentarlos como problemas para ser resueltos en actividades que estimulan el razonamiento y la

aplicación de conocimiento previo.

Finalmente, se incluyen actividades integradoras que exponen los cambios evolutivos y geológicos

que llevaron a adaptaciones determinantes en la aparición de las formas de vida actuales. Se presen-

tará el concepto de adaptación como producto de la evolución, distinguiendo las adaptaciones a los

cambios ambientales diarios, estacionales y geológicos. La adaptación se examina también al nivel

celular para entender los cambios que llevaron a la aparición de las formas más complejas de vida en

los multicelulares, las relaciones entre estructura y función al nivel celular, y los cambios adaptativos

de microorganismos patógenos frente a la selección que ejercen los antibióticos. Esto último es

importante que se aprecie también desde la perspectiva de sus repercusiones para la especie humana,

ya que es uno de los más serios problemas emergentes de salud pública en todo el mundo.


Contenidos Unidad 4: Variabilidad, evolución y adaptación

1. Variación y evolución2. Adaptación


Los alumnos y alumnas saben y entienden que:

• Todos los seres vivos se originan de otros seres vivos (principio universal de continuidad)y todas las especies no son permanentes o inmutables sino que evolucionan en el tiempo,por mecanismos que dependen de cambios genéticos y de la interacción con el medio(principio universal de evolución). Estos principios proveen el fundamento a la teoría dela descendencia con modificación de Darwin.

• Darwin propuso el proceso de selección natural como mecanismo de evolución, en elcual actualmente se considera que intervienen los siguientes factores: 1) el potencial quetienen las especies para incrementar el número de sus individuos (Ley de Malthus, uti-lizada por Darwin y Wallace); 2) la variación genética de la descendencia debida a mu-taciones o recombinaciones de genes (conocimiento de la genética actual); 3) la disponi-bilidad limitada de los recursos requeridos para mantener la vida (Malthus); 4) la constanteselección de la descendencia más capacitada para sobrevivir y reproducirse en un deter-minado ambiente (Darwin).

• Las ideas aportadas por Darwin sobre la evolución orgánica produjeron gran impacto enla cultura, contrastando con las ideas y creencias sobre el origen de las especies previas aDarwin.

• Los registros fósiles generalmente revelan una sucesión de formas en los organismos yaportan las evidencias más directas de la teoría de la evolución orgánica, mostrandofrecuentemente una direccionalidad. Es decir, que las formas de plantas y animales mássimples generalmente preceden a las más complejas y que los estratos de fósiles másrecientes presentan un parecido más acentuado con las especies vivas actuales. En laevolución de plantas y animales se distinguen eventos evolutivos que llevaron a la colo-nización de los ambientes terrestres.


• Tanto la diversidad como las similitudes entre las variadas formas de vida son explicadaspor la evolución de especies a partir de ancestros comunes.

• La diversidad continental (reinos biogeográficos) se explica por la deriva continental.

• En organismos con reproducción sexual, una especie es un conjunto de poblaciones deindividuos interfecundos que comparten un mismo programa genético, el cual pasa deuna generación a la otra. En estas especies el proceso evolutivo requiere aislamientoreproductivo.

• La selección natural opera sobre la variación de aquellas características heredables queinfluyen en la sobrevivencia y la reproducción.

• La biología molecular ha aportado nuevas y contundentes evidencias de las relacionesfilogenéticas y evolución de los seres vivos y también sobre la frecuente ocurrencia demutaciones neutras.

• La selección natural da como resultado organismos estructural y conductualmente adap-tados, esto es, capaces de sobrevivir en su ambiente y responder a los cambios ambienta-les, que pueden ser geográficos, diarios o estacionales.

• Los métodos de estudio del tiempo geológico hacen posible situar los principales acon-tecimientos relacionados con la evolución de los organismos en el planeta.

Mejoran sus habilidades para:

• Obtener y procesar información científica de diversas fuentes.

• Realizar indagaciones bibliográficas y comunicarlas en forma oral y escrita.

• Informarse sobre hechos históricos en ciencia, distinguiendo hechos de interpretacio-nes y apreciando sus limitaciones y aportes.

• Obtener y procesar información de diversas fuentes.

• Observar y describir en un contexto científico.

• Discutir y comunicar el significado de fenómenos.

• Informarse en diversas fuentes gráficas (fotografías e ilustraciones).

• Realizar esquemas de síntesis.

• Razonar, estableciendo relaciones entre distintos conceptos.


1. Variación y evolución

Actividad 1

Informarse sobre los conceptos de fósil, su proceso y relación con la estratificación

y tiempo evolutivo.

Ejemplo A Organizados en grupos, alumnos y alumnas fabrican un modelo físico de una estratificación,

rellenando un envase transparente con distintos tipos de sedimentos previamente

establecidos por el profesor o profesora (arena, maicillo, tiza molida, etc.) Entre un estrato

y otro depositan elementos que representan supuestos fósiles. En las más profundas

agregan pequeñas conchas de invertebrados marinos, luego caracoles de tierra, restos

de insectos; hacia los estratos superficiales ubican huesos secos de aves y de mamíferos

que aparecieron al mismo tiempo. Se les pide que supongan que el proceso tomó miles de

años y que expongan sus impresiones sobre el significado de la relación entre estratos y

formas de vida. Se les guiará para llegar a concluir que los registros fósiles de las especies

de plantas y animales que existieron en distintas épocas se encuentran asociados a

determinados estratos geológicos. Como trabajo complementario indagan sobre los

conceptos fósil, fósil índice, compresiones e impresiones, huellas, petrificaciones, moldes,

roca sedimentaria y estrato.


Las siguientes son direcciones de internet útiles para la investigación de los alumnos: Lo que nospuede enseñar un fósil (http://www.conicyt.cl/explora/noticias/dinosaurio/inicio.html); utilizaciónde láminas delgadas en paleontología (http://wzar.unizar.es/invest/sai/rocas/prestaci/ejemplo.htm);fósiles de la colección de Eduardo Jawerbaum (http://www.abaconet.com.ar/elj); fósiles caracterís-ticos (vea: Indice de fósiles y Tabla) (http://www.arrakis.es/~balea/FOSIL.htm).

Unidad 4: Variabilidad, evolución y adaptación • Variación y evolución 103

Ejemplo B Organizados en grupos y acompañados por el profesor o profesora, los estudiantes visitan

un yacimiento fósil cercano donde observarán rocas y fósiles. En conjunto plantean los

objetivos, precauciones y actividades de campo. Es recomendable seleccionar lugares

con afloramientos rocosos (roqueríos costeros, canteras y otras excavaciones realizadas

por el hombre, paredes naturales estratificadas). Entre las actividades se sugiere observar

y clasificar distintos tipos de rocas, contar el número de estratos, colectar muestras de

distintos tipos de arenas, ser acucioso al partir rocas, (dentro de un envase, guardar

fragmentos, medir, pesar e identificar presencia de sustancias calcáreas).


Hacer un listado de lugares en distintas regiones de Chile donde los fósiles están a la vista (en laprecordillera de Santiago: Lo Valdés). Recalcar que los estratos que contienen fósiles marinos selevantaron desde el fondo del mar y pasaron a formar tierra firme o montañas.

Ejemplo C Visitar un museo cercano y observar fósiles, informándose sobre su origen y data.

Actividad 2

Estudiar el aporte del registro fósil a la teoría de la evolución orgánica

Ejemplo El docente presenta imágenes del registro fósil de la línea evolutiva del caballo y su relación

con los estratos en que se encontraron. Reconocen la cualidad direccional en la secuencia

de fósiles, por la aparición de formas relacionadas y que los fósiles obtenidos de estratos

más recientes presentan un mayor parecido a las especies actuales.


Hay una amplia distribución de dibujos de la línea evolutiva del caballo en textos y libros tales comoInvitación a la Biología de H. Curtis o Biología de C. Ville, Solomon y otros.


Actividad 3

Representar los principales eventos geológicos, ecológicos y evolutivos en la escala

de tiempo geológico.

Ejemplo El profesor o profesora muestra ilustraciones como las siguientes e indica los períodos o

eras geológicas en que han ocurrido eventos, tales como la formación de la Tierra,

formación de los océanos, aparición de la vida, modificación de la atmósfera, y la diversidad

de organismos multicelulares que hacen su aparición en el Cámbrico. Luego presenta una

tabla con los datos sobre los principales eventos geológicos y biológicos en la historia de

la Tierra y pide a los estudiantes que transformen esos datos en una representación lineal

de tiempo similar a la presentada previamente.


Aunque en esta actividad se recuperan conocimientos previos es necesario reforzar las siguientesnociones: 1) Las formas vivientes han modificado los océanos, la superficie terrestre y la atmósfera.Por ejemplo, los organismos fotosintéticos son responsables del oxígeno de la atmósfera. Luego desu aparición en la Tierra hace unos 2 mil millones de años, se acumuló oxígeno en la atmósfera yesto llevó a la evolución de células eucariotes más estructuradas (con mitocondrias que usan oxíge-no) que a su vez llevaron a la aparición de plantas y animales multicelulares. 2) La aparición de losseres humanos es un evento muy reciente en la escala de tiempo geológico.

Figura 37Calendario geológico y principales eventos evolutivos


Actividad 4

Proponer explicaciones y hacer predicciones en base a registros de huellas fósiles,

distinguiendo hechos e hipótesis.

Ejemplo Los estudiantes observan e interpretan el registro de huellas fósiles, como el de la figura 38

presentada en una transparencia. El docente presenta el problema paulatinamente para ir

llamando la atención de los alumnos y alumnas y para que ellos vayan elaborando y

cambiando sus interpretaciones.

Primero presenta la posición 1 de las huellas. Menciona que este tipo de huellas ha sido

importante para reconstruir eventos que ocurrieron en un pasado muy remoto, de tiempo

geológico como el que vieron en una actividad anterior, y que ellos deberán hacer lo mismo

con las huellas que les mostrará. Deben elaborar hipótesis o explicaciones que sean

defendibles para reconstruir los eventos que ocurrieron en un pasado de tiempo geológico.

El problema es similar al que enfrentaría un detective, que está obligado a reconstruir

eventos pasados a partir de evidencias limitadas.

Explicar a los estudiantes que a medida que les presente nuevas evidencias deberán

modificar o abandonar sus hipótesis. Las únicas claves están en las huellas mismas.

¿Pueden decir algo sobre el tamaño o naturaleza de los organismos? ¿Las huellas fueron

hechas al mismo tiempo o en ocasiones distintas? ¿Cuántos organismos son responsables

de las huellas? ¿Se puede reconstruir una serie de eventos a partir de las huellas

presentadas hasta el momento?

Dejar que los alumnos y alumnas discutan cada una de estas preguntas y elaboren

respuestas. Aceptar aquellas explicaciones que tengan asidero racional. Mostrarles en

cada momento la diferencia entre hechos e inferencias en sus repuestas. Hacer que

sugieran otras evidencias que podrían reforzar sus explicaciones. Revelar la segunda posición

del problema y dejar tiempo para que los estudiantes consideren la nueva información.

Los alumnos y alumnas verán qué explicaciones requieren modificación y qué elementos

nuevos hay que adicionarles. Luego, revelar el problema completo mostrando las tres

posiciones e incitarlos a que interpreten lo que sucedió en el momento de impresión de

las huellas. Lo crucial es que se den cuenta que sólo aquellas explicaciones que son

consistentes con todo el puzzle son válidas y razonables. Las explicaciones consistentes

con todas las evidencias son aceptables. Aunque hay muchas explicaciones disponibles,

no todas tienen el mismo peso. Los estudiantes, al igual que hacen los científicos, deben

ser capaces de utilizar criterio científico para encontrar, comunicar y defender sus

explicaciones preferidas.


¿Qué otros hechos o datos buscarían para sustentar cada una de las hipótesis? ¿Qué

valor tienen sus hipótesis si no encontraran otras evidencias? Es importante que los

alumnos y alumnas aprecien que frente a los mismos datos existen diversas explicaciones

posibles. En grupos, pueden elaborar puzzles semejantes para ser sometidos a un análisis

semejante por el curso.

Figura 38Un puzzle sobre huellas fósiles


Esta actividad tiene como principal objetivo el desarrollo de habilidades y entendimiento del méto-do científico. Se pretende que alumnos y alumnas sean estimulados en los siguientes aspectos: 1)proponer explicaciones y hacer predicciones basadas en evidencias; 2) reconocer y analizar explica-ciones y predicciones; 3) entender que las explicaciones científicas están sometidas a cambio amedida que se dispone de otras evidencias; 4) entender que las explicaciones científicas deben

POSICIÓN 1 POSICIÓN 2 POSICIÓN 3


cumplir con ciertos criterios. Explicaciones acerca del mundo natural que se basan en mitos, creen-cias personales, valores religiosos, inspiraciones místicas, superstición, o autoritarismo pueden serimportantes y útiles en el plano personal y social, pero no son explicaciones científicas.

Los siguientes son ejemplos de posibilidades que pueden ser discutidas respecto de las huellas fósi-les: a) las huellas pertenecen a un antropoide y un animal, por analogía con las formas actuales; b) elantropoide se encontró casualmente con una fiera que lo mató y se lo comió en el mismo sitio. Lapresencia de restos óseos con marcas de dientes podría ser una evidencia adicional. Qué significadoven a la intermezcla de las huellas. ¿Hay evidencia cierta de que fueron hechas al mismo tiempo osólo se debe a una coincidencia?; c) el antropoide y el animal se buscaron mutuamente y el antropoi-de se montó sobre el lomo del animal. Evidencias adicionales para este caso serían la disposición delas huellas y la profundidad de las huellas de retirada. Luego hacer ver que la profundidad de lashuellas podría ser mayor también porque el animal mató al antropoide y lo lleva cargado para ingerirlojunto a su camada. La disposición de las huellas es también compatible con lo que se esperaría parauna lucha por sorpresa. ¿Qué informarían al respecto otros fósiles encontrados en sitios cercanos alde las huellas? Si esto es frecuente se puede pensar que el animal es doméstico y es utilizado comotransporte. Si el animal era carnívoro y buscaba su presa: ¿Por qué no vio el antropoide al animalque se acercaba? Una explicación posible es que la región tenía una forestación abundante en eltiempo de las huellas. Con preguntas y respuestas como éstas, hacer ver en cada momento cuálesson las evidencias y las inferencias. Mostrar el límite de las interpretaciones y qué aspectos quedancomo incógnitos.

En esta actividad el docente tiene la oportunidad de ayudar a los estudiantes a apreciar las diferen-cias entre observaciones e inferencias. Es central, por lo tanto, estimular el desarrollo de explicacio-nes basándose en evidencia. Además, los estudiantes ejercitan el pensamiento crítico acerca de suspropias inferencias y acerca de la lógica de las relaciones entre causa y efecto que ellos establecen.


Actividad 5

Explicar las teorías de Darwin, reconociendo los hechos e inferencias en que se

basaron.

Ejemplo El docente hace una exposición sobre las dos teorías complementarias de evolución que

Darwin integró: la teoría de la descendencia con modificación (evolución) y la teoría de la

selección natural. Luego desglosa estas teorías en sus componentes (otras teorías

contenidas en ellas), hechos e inferencias para que los estudiantes aprecien cómo se

construye el conocimiento científico. Respecto de la teoría de selección natural, se puede

utilizar la figura siguiente para explicar sus hechos y sus inferencias en el momento de su

formulación.

Figura 39Evolución por selección natural según el modelo de Darwin

Hecho Nº1:

Potencial aumento

exponencial de

poblacionesFuente: Paley, Malthus y otros

Hecho Nº2:

Estabilidad y dinámica de

las poblaciones

Fuente: Observación universal

Hecho Nº3:

Limitación de recursos

Fuente: Observación universal

Hecho Nº4:

Unicidad del individuo

Fuente: Criadores, taxónomos

Hecho Nº5:

Herencia de variación

individual

Fuente: Criadores

Inferencia Nº1:

Lucha por la existencia

entre individuos

Autor: Malthus

Inferencia Nº2:

Sobrevida individualdiferencial o

Selección naturalAutor: Darwin

Inferencia Nº3:

A través de lasgeneraciones:

EvoluciónAutor: Darwin



En esta actividad deben tenerse en cuenta los siguientes aspectos. Darwin propuso dos teorías com-plementarias de evolución. Una es descriptiva y explicativa. La descendencia con modificación ex-plica la relación entre el fenómeno de la diversidad y el de la constancia entre los organismos, aunentre los más diversos. Esta teoría propone que:

1) Todos los seres vivos evolucionaron a partir de uno solo (principio de descendencia).

2) Cada especie, fósil o viviente, se originó a partir de otra especie (principio de continuidad).

3) En tiempos prolongados se originan nuevos géneros, familias, órdenes, clases y phyla comocontinuación de la evolución que produjo las especies.

4) Los cambios evolutivos fueron graduales y de larga duración (principio de gradualismo).

5) A mayor similitud morfológica (homología) entre dos grupos de organismos, más cercana es surelación genética y probablemente más cerca está su ancestro común (parentesco por ascenden-cia común).

6) La extinción de formas (especies, géneros) es consecuencia de la producción de nuevas formas ode cambios ambientales.

7) Una vez que una especie se extingue, nunca reaparece.

8) La evolución continúa hoy en la misma forma como en eras geológicas pasadas.

Es importante que los alumnos y alumnas se den cuenta que esta primera teoría no ofrece un meca-nismo de los cambios evolutivos sino que sólo postula relaciones entre fenómenos. Darwin enfrentóel problema de los mecanismos mediante otro conjunto de proposiciones que él llamó teoría de laselección natural.

Tal como se observa en la figura, esta teoría se basó en cinco hechos y tres inferencias. Los primerostres hechos son:

1) Una población de organismos tiene la tendencia y el potencial para incrementarse a tasas geomé-tricas (Primer principio de Malthus). A pesar de este potencial, las poblaciones no aumentangeométricamente.

2) Durante períodos geológicos cortos, el número de individuos permanece relativamente constante.

3) Las condiciones para la vida son limitadas. Hay limitación de recursos. Sólo una parte de losnacidos vive y se reproduce.

De esto se desprende como inferencia que debe haber una lucha o competencia por la existenciaentre los individuos: Los otros dos hechos son:

1) Que los individuos de una población no son iguales sino más bien son únicos en sus caracterís-ticas (variación).

2) Algunos rasgos de esta variación son heredables.


Esto lleva a la inferencia de la selección natural, es decir, que las actividades vitales (lucha por laexistencia) determinan cuáles rasgos son favorables para la sobrevivencia y la reproducción. Losindividuos que presentan estos rasgos favorables producirán más descendencia en promedio que losque presentan rasgos menos favorables. Así, la selección natural puede ser definida como el éxitoreproductivo diferencial entre los individuos de una población. El resultado es el predominio de losrasgos seleccionados. Finalmente, se infiere que la continuación de este proceso a través de muchasgeneraciones resulta en la evolución. La diversidad entre los individuos y las especies resulta en unprogresivo ajuste en las características de los organismos a su medio ambiente natural (adaptación).

Con la información que han recibido, los estudiantes deberían ser capaces de reconocer las siguien-tes teorías de Darwin acerca de diferentes aspectos de la evolución:

a) Los organismos evolucionan (teoría de la evolución).

b) Los diferentes organismos descienden de un ancestro común (teoría de la descendencia común).

c) Las especies se multiplican en el tiempo (teoría de la especiación).

d) La evolución se produce a través del cambio gradual en las poblaciones (teoría del gradualismo).

e) El mecanismo de evolución es la competencia por los recursos limitados entre un gran númerode organismos únicos, lo cual lleva a diferencias en la sobrevivencia y reproducción (teoría deselección natural).

El término selección puede llevar a equívoco. Debe apreciarse que los individuos seleccionados sonsimplemente aquellos que permanecen vivos después que los menos adaptados o menos afortuna-dos han sido removidos de la población. Selección significa eliminación no al azar. Pero no hay unafuerza que selecciona en la naturaleza. Cuando se habla de “fuerza selectiva” se está haciendo men-ción sólo al conglomerado de circunstancias responsables de la eliminación de individuos, es decirel conjunto de factores ambientales y de predisposiciones fenotípicas. Las características que favo-recen la sobrevivencia incluyen un aumento de tolerancia a condiciones climáticas adversas (frío,calor, sequedad), mejor uso de los recursos alimenticios, mayor capacidad competitiva, mayor resis-tencia a patógenos, y una mayor habilidad para escapar de los enemigos (depredadores).

Sin embargo, la sobrevivencia sola no asegura un traspaso de estas características a la próxima gene-ración. Desde un punto de vista evolutivo, un individuo puede ser más exitoso no por sus mayorescaracterísticas para la sobrevivencia sino meramente por ser más prolífico reproductivamente. Lahabilidad de las hembras de seleccionar al macho en especies con reproducción sexual (0,01 % detodas las especies), sobre la base de características fenotípicas especiales, puede ser más importanteque las características que dan al macho mayores habilidades para competir con sus rivales por elacceso a la hembra.

Los organismos que no logran sobrevivir y adaptarse a un ambiente sufren extinción. Este es un fenóme-no habitual, tal como lo muestra el registro fósil. Por ejemplo, esto es especialmente dramático en lasextinciones masivas ocurridas hace 220 millones de años, a finales del Pérmico, cuando se extinguióalrededor del 95% de las especies. (También a fines del Cretácico ocurrieron extinciones masivas).


Actividad 6

Realizar una investigación bibliográfica sobre la historia de Charles Darwin y el

impacto cultural de su teoría en contraste con otras teorías evolutivas.

Ejemplo Se informan en el libro El origen de las especies que se encuentra en el Centro de Recursos

del Aprendizajes de su establecimiento sobre la vida de Darwin y su viaje en el Beagle, la

influencia de Malthus, y sobre Wallace como el otro naturalista que llegó a una teoría

evolutiva similar, en la misma época de Darwin. Resumen sus aportes más significativos.

Destacan las ideas que causaron mayor controversia en su época. Presentan sus

resultados en una exposición.

INDICACIÓN AL DOCENTE

Ver el libro Darwin en Chile que describe todos los capítulos del viaje del Beagle referidos a Chile.Este libro está disponible en internet.

Actividad 7

Formular hipótesis que relacionen el éxito reproductivo con la selección sexual.

Identificar el papel del dimorfismo sexual.

Ejemplo A Los estudiantes describen las diferencias entre macho y hembra de las aves “viudas del

paraíso” al observar fotos presentadas por el profesor o profesora. Elaboran una hipótesis

predictiva con relación a la preferencia de las hembras por los machos de ornamentación

más exagerada. Se informan del experimento publicado en 1982 por Malte Andersson,

quien dio a las hembras la posibilidad de escoger entre tres grupos de machos: (a) control,

con cola de 50 cm; (b) cola cortada en 14 cm; (c) cola de 64 cm, al agregarle los extremos

cortados al grupo (b). Antes del cambio de colas había el mismo número de hembras

nidificando en todos los territorios de los machos. Después de las modificaciones, los de

colas más largas atrajeron cuatro veces más hembras que los otros dos grupos. El docente

guiará el análisis de resultados mediante preguntas tales como: ¿hay variación en la

capacidad de adquirir y competir por el territorio en algún tipo de macho? ¿Cuál es el

factor selectivo en el que influye la ornamentación del macho? ¿Por qué la mayor

ornamentación podría equilibrar un aumento exagerado de ejemplares de colas más largas?

¿Favorece la depredación?



Se debe resaltar que la hipótesis inicial fue propuesta por Darwin y un siglo después Anderssondiseñó un experimento apropiado para someterla a prueba.

Ejemplo B Describen las características dimórficas de un macho y una hembra de faisán dorado y

proponen hipótesis sobre cuál es el sexo seleccionador, exhibición de un mejor acervo

génico y consecuencias para la descendencia. Elaboran un cuadro resumen como el

siguiente.

Hembra Macho

Características Cola pequeña Cola de mayor tamañoColor gris marrón Color llamativoTamaño pequeño Mayor masa corporalTendencia a pasar Conducta agresiva,desapercibida, inadvertida muy llamativo

Rol sexual Selecciona Corteja

Acción de Protección y cuidado Distrae a lossupervivencia de las crías predadores


Actividad 8

En grupos, investigar en la bibl iografía sobre mecanismos de aislamiento

reproductivo y modelos simplificados de especiación por radiación evolutiva, y

presentar los datos en forma de ensayos para ser revisados y discutidos por el curso.

Ejemplo El curso es dividido en grupos. Cada grupo selecciona uno de los siguientes temas para

realizar una investigación bibliográfica: a) mecanismos de aislamiento reproductivo; b)

evolución en plantas y animales asociada a la deriva continental.

Presentan su investigación en la forma de ensayos para ser revisados por los mismos

estudiantes. Los grupos que eligieron un tema revisan los ensayos de los grupos que

eligieron el otro tema y viceversa. Las revisiones también se presentan por escrito, y deben

referirse a la claridad de la exposición y a la relación entre los hechos y las

interpretaciones. El docente los guía para que expongan y discutan los mecanismos de

aislamiento reproductivo que han sido propuestos en los ensayos. Los estimula para que

hagan preguntas relevantes al tema. Establecen en conjunto los conceptos de especie,

aislamiento reproductivo, mecanismos de especiación y evolución asociada a la deriva

continental.

INDICACIÓN AL DOCENTE

Explicar que este procedimiento es similar al que usan los científicos para validar sus observaciones.Es decir, someten sus observaciones e interpretaciones a la crítica de sus pares. Es evidente que parauna buena crítica del trabajo de los otros cada grupo deberá realizar también una investigaciónsobre el tema que está revisando para poder apreciar la coherencia entre las evidencias y las inter-pretaciones. ¿La evidencia presentada es suficiente o existen más ejemplos que deberían habersemencionado? ¿La exposición del tema es clara y precisa o lleva a confusión? ¿Hay explicacionesalternativas a los mismos hechos? Guiar a los estudiantes a buscar y seleccionar los ejemplos en elmaterial bibliográfico disponible. Como fuente bibliográfica se puede recurrir a Invitación a la Bio-logía de Curtis y a El origen de las especies, que se encuentran en el Centro de Recursos del Aprendi-zaje del establecimiento. Por ejemplo, proponer las observaciones realizadas por Darwin en elArchipiélago de las Islas Galápagos respecto a la diversidad de especies de pinzones (aves). Otroejemplo que puede ser punto de partida es el hecho que se encuentren en América del Sur marsupialescaracterísticos del continente australiano (por ejemplo, Noticiero de Biología, volumen 3, páginas21–24 (1995)). Les puede proveer de representaciones de Pangea, Laurasia y Gondwana, para quehagan comparaciones con los continentes actuales. Revisar la distribución actual y fósil del géneroNothophagus en los continentes australes.

Agregar aquí ejemplos de aislamiento reproductivo (ver Revista Chilena Historia Natural, volumen71, páginas 359 – 373 (1998)) y de especiación en especies chilenas.


Actividad 9

Realizar experiencias de indagación científica, formulación de explicaciones en

base a información sobre procesos de selección natural actuales.

Ejemplo Organizar a los estudiantes en grupos y entusiasmarlos a participar en la solución de un

problema que puede ser abordado científicamente. Presentarles primero la información

sobre la que deberán formular hipótesis y estrategias para probarlas. Los siguientes son

dos tipos de problemas similares que pueden ser utilizados indistintamente.

Problema 1

Una campesina que está tratando de eliminar una plaga de moscas que afecta la salud de

sus animales de consumo consulta a un grupo de científicos (representado por los

estudiantes). La campesina cuenta primero que impregnó el establo y los animales con un

insecticida A que al principio eliminó casi todas las moscas. Sin embargo, un tiempo

después reapareció la plaga de moscas en gran cantidad. La segunda vez que utilizó el

mismo insecticida consiguió un resultado similar al anterior, es decir, eliminó la mayor

parte de las moscas, pero no a todas. Nuevamente reaparecieron las moscas en gran

cantidad. Esto se repitió unas cinco veces durante algunos meses pero la campesina

empezó a notar que las moscas eran cada vez más resistentes al insecticida A. Con esta

información se invitará a los alumnos y alumnas a que discutan el problema y propongan

varias hipótesis que podrían dar cuenta de los hechos. Luego deben proponer formas de

llevar a cabo una investigación para probar las distintas hipótesis.

Problema 2

En este caso se trata de una paciente que tiene una infección urinaria que ha sido resistente

al tratamiento con antibióticos. Al principio de los síntomas la persona compró un

antibiótico X por recomendación de una amiga que había tenido un problema similar. El

tratamiento con el antibiótico eliminó los síntomas por un período corto de dos semanas

pero luego éstos reaparecieron con mayor intensidad: molestias para orinar y dolor

constante en la región de la vejiga. Nuevamente se trató con el mismo medicamento. Ahora

los síntomas disminuyeron pero no desaparecieron completamente. Después de dejar de

tomar el antibiótico volvieron los síntomas rápidamente al cabo de pocos días. Decide

consultar al médico quien le practica un cultivo de bacterias y encuentra que hay infección

con un tipo de bacterias que se sabe es sensible al antibiótico X. Sin embargo, estudia la

sensibilidad de las bacterias al antibiótico que estaba ingiriendo y observa que son en

cambio resistentes al antibiótico X. La historia de la paciente llevó al médico a concluir

que la dosis y la frecuencia con que tomaba el antibiótico no eran adecuadas. De manera


similar al problema anterior, se debe guiar a los estudiantes a que formulen explicaciones

de las observaciones hasta que lleguen a concluir que se produjo una selección de

bacterias resistentes dentro de una población cuya mayoría es sensible al antibiótico.

Aquí puede plantearse que las dosis que estaba utilizando la paciente y la forma de

administración fueron determinantes para que se seleccionaran bacterias resistentes.

Los estudiantes deben diseñar experimentos teóricos utilizando cultivos bacterianos y

antibióticos en distintas dosis para probar sus hipótesis. ¿Cuales serían las predicciones

que prueban sus hipótesis?


En esta actividad se pretende que los estudiantes tengan la experiencia de formular y probar hipó-tesis científicas y conozcan situaciones actuales que pueden explicarse por un mecanismo de selec-ción natural. La estrategia debe ser la de establecer una discusión en base a la información queprovee el profesor o profesora, dejando que los estudiantes tengan tiempo para pensar, interactuarcon sus compañeros y proponer explicaciones a las observaciones descritas. Luego el docente debedar información adicional para que los alumnos y alumnas continúen sus discusiones incorporandoesta nueva información.

Al igual que en actividades anteriores, es importante cuidar que los estudiantes tengan oportunidadde realizar una experiencia con los siguientes aspectos:

a) Identificar preguntas que pueden ser resueltas a través de investigación científica.

b) Diseñar y conducir una investigación científica.

c) Utilizar herramientas y técnicas apropiadas para reunir, analizar e interpretar datos.

d) Desarrollar descripciones, explicaciones, predicciones, y modelos utilizando evidencia.

e) Pensar de manera crítica y lógica para establecer relaciones entre evidencias y explicaciones.

f ) Reconocer y analizar explicaciones y predicciones alternativas.

g) Comunicar procedimientos y explicaciones científicas.

En el primer ejemplo, entre las posibilidades que aparecerán estará si el insecticida estaba activo ose deterioró con el tiempo, si fue bien aplicado etc. Las propuestas de los estudiantes deben irdescartando estas posibilidades guiados por el docente. Presentarles los resultados que se esperaríapara cada estudio en relación a la forma de administración y calidad del insecticida. Mencionar quelas moscas siguen siendo resistentes y que tal vez el problema está en el organismo que se trata deeliminar.

Pueden sugerir probar el insecticida en otras partes de la región contra el mismo tipo de moscas.Hacerles ver que la experiencia se repetiría de manera similar, observándose nuevamente que las


moscas se hacen resistentes. Llevarlos entonces a discutir la relación entre el insecticida y las mos-cas y que apliquen sus conocimientos biológicos. Guiarlos para que hagan conjeturas sobre el hechode que no todas las moscas morían desde el principio. Con preguntas hacerlos razonar para queaprecien que tal vez no todas las moscas son iguales respecto a la sensibilidad al insecticida A. ¿Quépasaría si dentro de la población de moscas hubiera una variación genética que hace a algunas pocasresistente al insecticida? ¿Cuáles tienen mayor posibilidad de sobrevivir y reproducirse? Mediantepreguntas de este tipo, llevar a los estudiantes a que consideren la posibilidad de una selecciónnatural de las variantes resistentes, en este caso impuestas por el ambiente artificial del insecticida.Finalmente, deben apreciar todo el proceso durante el que han estado formulando explicaciones yproponer estrategias de tratamiento de la plaga mediante el uso combinado o secuencial de distin-tos insecticidas u otras alternativas de manejo “biológico”.

Respecto del segundo ejemplo, es muy posible que surjan preguntas similares a las anteriores queirán evolucionando en complejidad y rigurosidad a medida que el docente vaya guiando la discu-sión. Es evidente que este problema se presta para abordar el tema de la legislación en el consumode medicamentos.


Actividad 10

Comparar secuencias de DNA que revelen evidencias de evolución al nivel

molecular.

Ejemplo El profesor o profesora entrega a los alumnas y alumnos la siguiente hoja de trabajo para

que comparen las secuencias del gen de la hemoglobina en cinco especies de vertebrados

superiores.

Hoja de trabajo para el estudiante

Comparación de secuencias de DNA en vertebrados superiores

Abajo se muestran secuencias de DNA correspondientes a parte del gen de hemoglobina

de cinco especies diferentes. Su tarea es cortar horizontalmente en forma de tiras cada

una de estas secuencias y ponerlas en línea (una sobre otra) de manera que las secuencias

encajen lo mejor posible. Siga la pauta siguiente:

• Corte y ordene las diferentes secuencias de la manera que Ud. piense que es más apropiada

según el parecido de cada secuencia.

• Pegue las secuencias en el orden elegido.

• Complete la siguiente tabla con el número de diferencias que encontró en cada secuencia

de DNA.

Tabla resumen de las diferencias entre las secuencias de DNA

sapo gallina cabra vaca chimpancé humano

sapo

gallina

cabra

vaca

chimpancé

humano

• ¿Cómo interpreta estos resultados en términos de las teorías de Darwin?


Figura 40Secuencia del gen para hemoglobina en diferentes especies


En esta actividad es necesario recuperar conocimientos previos sobre genes y secuencias de DNA yluego guiar a los alumnos y alumnas para que discutan sus versiones acerca de las homologías queexisten entre genes de especies diferentes. Recordarles las teorías de Darwin que acaban de estudiaranteriormente, especialmente la idea del ancestro común. Guiarlos para que puedan interpretar lasobservaciones en término de cuán lejano o cercano sería el ancestro entre las distintas especies.

GCTGCACTGT GATAAGCTGC ACGTGGATCC TGAGAACTTC

GCTGCACTGT GACAAGCTGC ACGTGGATCC TGAGAACTTC

ACTGCATTGT GACAAGCTGC ATGTGGACCC CGAGAACTTC

GCTGCACTGT GATAAGCTGC ACGTGGATCC TGAGAACTTC

GAAGCACCGT GAGGAACTCC ACGTGGACCC TGAAAACTTC

GCTGCACTGT GACAAGCTGC ACGTGGATCC TGAGAACTTC

1.

2.

3.

4.

5.

6.

1. Vaca 2. Chimpancé 3. Gallina 4. Cabra 5. Sapo 6. Humano


2. Adaptación

Actividad 1

Describir características de animales y plantas y relacionarlas con la adaptación

al ambiente. Definir el concepto de adaptación biológica. Reconocer los principales

eventos evolutivos en la colonización de los ambientes terrestres por plantas y

animales.

Ejemplo Alumnas y alumnos observan fotos o videos de un pájaro carpintero, un guanaco, un cururo,

un búho, y semillas con ganchos o pelos adhesivos: describen sus características más

distintivas que pueden ser relacionadas con una función. Explican su posible significado

adaptativo y proponen una definición del concepto de adaptación.

El profesor o profesora explica ejemplos menos evidentes tales como los siguientes:

1) En las plantas, una forma de resistencia a la pérdida de agua en ambientes desérticos

involucra una transformación de hojas en espinas y la fotosíntesis ocurre en el tallo verde,

que está cubierto con una sustancia parecida a la cera, que evita la pérdida de agua.

(Ejemplo: los cactus del norte de Chile). En cambio, la resistencia al frío involucra proteger

las yemas de hojas y tallos y disponerlas a nivel del suelo o en el subsuelo. (Ejemplo: las

llaretas, que tienen forma de crecimiento en cojín en las montañas de Chile).

2) En animales, tales como algunos ratones del norte de Chile, la conservación del agua

corporal se ve favorecida por las narinas o turbinales con una enorme superficie, que

permite que el aire seco que se inspira se humedezca en las mucosas y llegue así a los

pulmones sin desecarlos. Durante la expiración, dado que la nariz esta más fría que el

interior del animal, el agua que trae el aire de los pulmones se condensa en las narinas o

turbinales y sale seco al ambiente. Esto ocurre en cada ciclo respiratorio.

3) La conservación del calor corporal se realiza mediante mecanismos de contracorriente

en las patas de algunas aves. La sangre fría proveniente de las extremidades circula por

venas cuyo flujo va en sentido contrario de las arterias que traen sangre caliente desde el

interior del cuerpo. Dado que venas y arterias corren en paralelo -pero en contracorriente-

en las extremidades, la sangre más fría de las venas se calienta con la sangre más caliente

del cuerpo y eso evita la pérdida de calor (Ejemplo: los pingüinos de la Antártida).

El docente resume los eventos evolutivos asociados a la aparición de formas terrestres

de animales y plantas.

Unidad 4: Variabilidad, evolución y adaptación • Adaptación 121


En la exposición de los distintos ejemplos es importante presentar las características anatómicas yorientar a los alumnos y alumnas con preguntas que los lleven a descubrir su significado adaptativo.Para complementar este ejemplo se recomienda consultar Charles Darwin El origen de las especiesilustrado. Editorial Reseña, pág. 57 (incluido en los Centros de Recursos del Aprendizaje).

Actividad 2

Informarse sobre la variedad de adaptaciones en las plantas y los animales para

responder a cambios ambientales, diarios y estacionales.

Ejemplo El profesor o profesora presenta los siguientes casos de respuestas adaptativas de manera

que se pueda promover la proposición de explicaciones o hipótesis de su significado

funcional.

Ejemplos de respuestas a cambios diarios:

1) Los picaflores chilenos mantienen una alta tasa metabólica y alta temperatura corporal

durante el día, lo que requiere que se alimenten constantemente del néctar de las flores.

Dado que no pueden alimentarse de noche, bajan su tasa metabólica y su temperatura y

entran en hipotermia (son incapaces de moverse). Al día siguiente, en cuanto sube la

temperatura, salen inmediatamente a alimentarse y suben su tasa metabólica y

temperatura.

2) En las plantas, muchas cierran sus flores durante la noche para impedir el enfriamiento

de sus estructuras reproductivas mientras otras sólo abren sus estomas de noche cuando

el estrés térmico es menor, para entonces intercambiar gases con el ambiente y completar

el proceso de fotosíntesis.

Ejemplos de respuestas a cambios estacionales:

1) La gran mayoría de los mamíferos deja caer pelo (“pelechan”) durante los veranos para

soportar mejor el calor y producen en cambio una cubierta densa de pelo durante los

inviernos para aislarse mejor del frío y mantener su calor corporal.

2) La mayoría de los arbustos del matorral de Chile central dejan caer parte de su follaje

(hojas) durante el verano, para así minimizar la pérdida de agua a través de los estomas.

No dejan caer sus hojas durante el invierno, cuando el agua abunda y no hace calor.

(Algunos árboles, como el plátano oriental, que dejan caer sus hojas durante el invierno,

son traídos de regiones templadas del hemisferio norte).


Actividad 3

Investigar sobre los diferentes receptores sensoriales y su grado de desarrollo en

distintos organismos. Comunicar la información al curso.

Ejemplo Alumnos y alumnas, organizados en grupos pequeños, realizan una investigación

bibliográfica acerca de las adaptaciones de los órganos sensoriales en distintos

organismos y su relación con el ambiente en que viven y con sus formas de vida. Exponen

esta información utilizando recursos gráficos.

Actividad 4

Analizar un texto con información sobre los grandes cambios adaptativos en la

historia evolutiva de los grupos mayores de organismos.

Ejemplo A Alumnas y alumnos analizan en forma individual el siguiente documento aportado por el

profesor o profesora. Después del análisis personal, debaten respecto a las evidencias

que apoyan la idea de la transición de los organismos desde el ambiente acuático hacia

una vida terrestre.

La salida de los vertebrados desde el agua

Hoy se considera razonablemente cierto que los vertebrados terrestres, representados

por los anfibios, reptiles, aves y mamíferos, surgieron de los vertebrados acuáticos por un

proceso evolutivo hace 400 millones de años. Primero aparecieron peces de una forma de

transición, que tenían branquias y pulmones y reaccionaban a la sequedad estacional,

causada por cambios de las mareas, hundiéndose en el fondo de los charcos donde se

encerraban de dos a ocho meses en un estado metabólico bajo. El retorno a la vida acuática

activa ocurría con la subida de las mareas en la estación lluviosa. En la actualidad viven

este tipo peces en las zonas intermareales africanas, poseen branquias y pulmones y se

consideran fósiles vivientes ya que habitan en esta región desde hace 340 millones de

años. Los primeros vertebrados terrestres son los anfibios que surgieron hace 370 millones

de años y se encuentran emparentados con los actuales peces pulmonados, tal como lo

han revelado observaciones embriológicas y anatómicas. Ambos tendrían un ancestro

común que existió hace 390 - 410 millones de años. Tuvieron su mayor florecimiento durante

el período devónico, poblaron todas las aguas del planeta, decayendo su diversidad a

fines de la época primaria. Coincidentemente, surgen montañas en Europa y América,

también grandes planicies que luego fueron inundadas y las características de la zona

ecuatorial favorecen las sequías de ciertas lagunas.


Ejemplo B Alumnas y alumnos examinan las características externas de una masa de huevos de

organismos acuáticos (se obtienen en cangrejos, jaibas, langostinos y gambas en los

mercados). El docente les recuerda que los anfibios depositan los huevos en el agua.

Comparan sus observaciones con las realizadas en huevos de organismos terrestres.

Orientarlos mediante preguntas tales como:

¿Cuál es el componente de mayor volumen en el huevo de ave?

¿Cuál es el componente mayoritario en la clara del huevo de ave?

¿Qué función le asignarían a la cáscara del huevo de ave?

Discuten sus respuestas y las relacionan con un texto como el siguiente:

Los anfibios eran capaces de sobrevivir en tierra, pero necesariamente debían volver al

agua para reproducirse, porque sus huevos se deshidratan rápidamente en tierra. Con la

aparición del huevo cubierto por cáscara, los reptiles definitivamente se independizaron

del agua para reproducirse y ello permitió la colonización de todo tipo de ambientes

terrestres. Los mamíferos “inventaron” mantener el huevo dentro del tracto reproductivo,

sin necesidad de cáscara, portando así sus crías hasta el momento del nacimiento.


Nombrecientífico

Eohippus

Mesohippus

Meryhippus

Equus

Superficie detrituración de losdientes

De corona corta y sinpliegues en elesmalte.

Aún pequeños, seinicia el desarrollo deplieguessuperficiales.

Molares exhibennumerosos pliegues.

De superficie amplia ysurcada por pliegueslongitudinales.

Altura

11 cm

24 cm

40 cm

60 cm

Número de dedos:reducción

Cuatro dedos en la patasanteriores y tres en lasposteriores.

Tres dedos, el del medioes el más largo y soporta,posiblemente, el mayorpeso.

Dedos laterales ya notocan el suelo y el delmedio está envuelto enuna pezuña.

Un solo dedo adaptado ala carrera, no al salto, conrudimentos del segundo ycuarto dedo.

Tipo dealimentación

Herbívoro dedieta amplia.

Fundamentalmentearbustos.

Aumenta consumode hierbas, conaporte degramíneas.

Fundamentalmentegramíneas.

Período deaparición

Eoceno

Oligoceno

Mioceno

Pleistocenoreciente

Actividad 5

Establecer relaciones entre el registro fósil y la adaptación de un linaje en tiempo

evolutivo.

Ejemplo Alumnas y alumnos registran en una tabla como la siguiente los antecedentes aportados

por el docente en relación el registro fósil de la línea evolutiva del caballo. Discuten qué

relación podrían tener las modificaciones anatómicas con las características de los suelos

y con una vegetación marcadamente herbácea, altamente resistente al pastoreo

(gramíneas con hojas duras y abrasivas).


Actividad 6

Observar y describir el funcionamiento de algunas estructuras especializadas en

organismos unicelulares y discutir su homología y origen.

Ejemplo Obtener muestras de agua de diversas fuentes estancadas (charcos, lagunas etc),

observarlas al microscopio óptico, y realizar esquemas rotulados de los microorganismos,

con ayuda del docente. Como alternativa se pueden observar fotografías o videos de

diversos microorganismos. Establecen relaciones funcionales entre los cilios y flagelos

de los microorganismos y los que se encuentran en las células del epitelio de la tráquea y

en los espermios.


Se sugiere complementar bibliográficamente. Ver páginas 422, 423 y 424 de Invitación a la Biologíade Curtis y Barnes. Ver páginas 527- 536 y Láminas V6. V7 y V8 de Biología Segunda Edición, deVillee y cols.



Objetivo de la evaluación: Verificar conocimientos

Explicar brevemente por qué el registro fósil es una evidencia de la evolución.

¿Qué otras evidencias conoce Ud.?

Explique brevemente por qué el aislamiento genético es necesario para la especiación.

Objetivo de evaluación: Aplicar habilidades y conocimientos

En la siguiente figura se muestran las formas de las caparazones de tortugas que viven en las distin-tas Islas Galápagos. Explique por qué su observación hizo pensar a Darwin en la idea de evolución.

Figura 41Formas de caparazones de tortugas de las islas Galápagos

127Unidad 4: Variabilidad, evolución y adaptación


Razonar

Habilidad para:

• Reconocer variables yrelaciones causa-efecto.

• Distinguir preguntas quepueden ser contestadasmediante investigacióncientífica.

• Identificar preguntasque guían unainvestigación científica.

• Distinguir entre hechosy explicaciones.

• Diseño y conducción deuna investigacióncientífica.

• Interpretar fotografías,esquemas, gráficos,tablas o resúmenes.

• Identificarcomponentes odetalles relevantes deuna fuente deinformación.

• Ordenar o restableceruna secuencia.

• Selección múltiple,verdadero-falso.

• Medir, contestar uncuestionario.

• Clasifica según distintoscriterios.

• Relaciona nuevainformación conconocimentos previos.

• Propone explicaciones.

• Elabora conclusiones yresúmenes.

• Analiza informaciónpresentada en diversasformas.

• Define preguntas yproblemas que orientenel tema en discusión oinvestigación.

• Resuelve problemasbiológicos queimpliquen cálculosmatemáticos.

• Formula críticas a unprocedimiento,identifica errores en unprocedimiento oconducta.

• Expresión de opinionesy explicaciones.

• Redacción de informeso de una síntesis oconclusión luego definalizar una actividad,etc.

• Descripción de hechos,eventos, característicasde objetos, diseñosexperimentales o susresultados, etc.

• Disertaciones ointervenciones breves,redacción de informes,resúmenes,conclusiones en frasescortas.

• Representación dedatos o variables entablas, gráficos,modelos o esquemasfuncionales, croquis opóster.

• Realización de montajesexperimentales(laboratorio).

• Manipulación deinstrumentos deobservación(microscopio) y demedición (temperatura,presión, etc).

• Participación entrabajos grupales.

Procedimientos de evaluación

Comunicar

Habilidad para:

• Describir, argumentar,explicar, discutir oconcluir, utilizandolenguaje escrito ohablado, confundamento,conocimiento yvocabulario científico.

Capacidad de:

• Tolerar y respetar otrasopiniones oexplicaciones.

Realizar

Destrezas:

• Técnicas en laobtención yprocesamiento dedatos.

Actitudes:

• Cooperación, seguridad,honestidad en laobtención de datosexperimentales obibiográficos.

Informarse

Habilidad para:

• Obtener y procesarinformación científicaen diversas fuentes(texto, prensa, internet,video educativo, etc.) obien en materialentregado en clase, enforma oral o escrita, yextraer conclusiones.

• Reconocer lasinteracciones de laciencia con otrosámbitos de lasociedad.

• Distinguir las contri-buciones y limitacionesde la ciencia.



Guía para una evaluación sumativa

En las evaluaciones sumativas deben disponerse las preguntas y ejercicios de evaluación en orden dedificultad creciente, primero los relacionados con la verificación de la adquisición de conocimientosy luego los de aplicación de conocimientos y habilidades.

1. Verificar la adquisición de conocimientos

• Asociar un concepto a una definición.

• Completar un crucigrama.

• Restablecer una secuencia.

• Completar una tabla.

• Verdadero y falso.

• Rotular un esquema.

• Definir un concepto.

• Describir un proceso o fenómeno.

• Describir un trayecto en un esquema.

2. Evaluar conjuntamente la aplicación de conocimientos y habilidades

Habilidad para:

Informarse

Lectura einterpretación de:

• Texto

• Tablas

• Gráficos

• Esquemas

• Fotografías

Habilidad para:

Razonar

Clasificar según uno ovarios criterios:

• Relacionar una informa-ción dada (tabla, texto,esquema, gráfico, etc)con los conocimientosadquiridos.

• Formular explicacioneso hipótesis.

• Establecer unaconclusión.

• Hacer comparacionesfuncionales oestructurales.

• Resolver problemas bio-lógicos que impliquencálculos matemáticos.

• Analizar un examen.

• Formular una críticapositiva o negativa deun procedimientoexperimental, unaconducta o un texto.

• Identificar errores en unexperimento oconducta.

Habilidad para:

Comunicar

Utilizar lenguajecientífico para:

• Describir

• Argumentar

• Explicar

• Discutir

• Concluir

Habilidad para:

Realizar

• Una tabla

• Un gráfico

• Un esquema funcional

• Un montajeexperimental

• Un diseñoexperimental


Anexo 1: Enseñando ciencia


1. Conocer científicamente

La actividad de conocer científicamente puede esquematizarse de la siguiente manera:

a) Descripción del o los fenómenos a explicar.

b) Proponer una hipótesis explicativa. Sistema de conceptos capaz de explicar el fenómeno en ob-servación.

c) Deducción de otros fenómenos a partir de la hipótesis explicativa.

d) Observación de los fenómenos deducidos, distinguiendo las evidencias que apoyan o refutan lahipótesis.

Estas etapas no se dan necesariamente en el orden expuesto pero siempre están presentes (Adapta-do de: H. Maturana y F. Varela, El árbol del conocimiento).

Un conocimiento o hipótesis es considerado científico si tiene como característica la posibilidad deser refutado por la experiencia a través de observaciones y experimentación. Si no admite esta posi-bilidad no puede considerarse un conocimiento empírico o científico.

2. Actitud científica

Como parte de una actitud científica se pueden considerar los siguientes aspectos:

a) Capacidad de observación e interés en someter a prueba sus opiniones y creencias, mostrandodisposición a cambiar de opinión sobre la base de nuevas evidencias.

b) Tendencia a buscar explicaciones válidas y completas, sin prejuicios.

c) Tener conceptos sobre relaciones de causa y efecto.

d) Hacerse el hábito de basar sus juicios en hechos.

e) Tener la capacidad de distinguir entre hechos y teorías.


3. Guía para diseñar actividades de indagación científica

a. Propósito de la indagación científica como estrategia multifacética de aprendizaje

En cada nivel y en cada dominio de la ciencia, los estudiantes deben tener la oportunidad de utilizarla indagación científica y desarrollar la capacidad de pensar y actuar de manera acorde con la inda-gación. Esto incluye la formulación de preguntas, planificación y conducción de investigaciones, lautilización de herramientas y técnicas apropiadas para colectar datos, pensamiento lógico y críticoacerca de las relaciones entre evidencia y explicación, construcción y análisis de explicaciones alter-nativas, y comunicación de argumentos científicos. En estas actividades tendrán la oportunidadpara moldear sus experiencias acerca de la práctica de la ciencia y las reglas del pensamiento yconocimiento científico.

Involucrar a alumnas y alumnos en procesos de indagación ayuda a desarrollar:

• El entendimiento de los conceptos científicos.

• Una apreciación de cómo conocemos y qué conocemos en ciencia.

• Entendimiento sobre la naturaleza de la ciencia.

• Habilidades para llegar a ser inquisidores independientes acerca del mundo natural.

• Disposiciones para utilizar las habilidades, capacidades y actitudes asociadas con la ciencia.

Durante las actividades de indagación los estudiantes interactúan con sus profesores y profesoras ysus pares. Establecen conexiones entre los temas científicos que están tratando y aprendiendo y elconocimiento científico que encuentran en diversas fuentes. Aplican contenido científico a nuevascuestiones o preguntas, se involucran en la búsqueda de solución a problemas, en la planificación,toma de decisiones, y discusiones grupales. Los alumnos y alumnas tendrán la oportunidad de com-prometerse en procesos de investigación o indagación completa o parcialmente, partiendo de cues-tiones de interés e importancia para ellos.

En una indagación completa, luego de la fase de formulación de una pregunta clara, guiados por eldocente, diseñarán una investigación, buscarán y recolectarán evidencias, propondrán una respuestaa la pregunta original, y comunicarán tanto el proceso que siguieron como los resultados de lainvestigación. En un proceso de indagación parcial, se ejercitarán en cualquiera de estas etapas yaspectos. Por ejemplo, en la definición de preguntas o de un problema de interés, en la descripciónde cómo realizarían la investigación, en el desarrollo de explicaciones en base a información cientí-fica y a evidencias provistas por el docente durante la clase. Las preguntas pueden ser contestadas ylas explicaciones probadas, ya sea, mediante montajes experimentales, recolección de datos atingentes,o una investigación bibliográfica. El programa tiene diversos aspectos y ejemplos que se prestan aestas prácticas.


En todas las etapas de la indagación el profesor o profesora guirá, enfocará, desafíará y estimulará alos estudiantes. Es importante que se cuestionen y desafíen las creencias populares del alumnadoofreciéndoles explicaciones con base científica como alternativas. En las discusiones abiertas o en labúsqueda de explicación a las observaciones debe intervenir el docente para enfocar las ideas, llamary mantener la atención sobre el tópico en cuestión, y desafiar a los estudiantes a que formulennuevas explicaciones, para asegurar que la experiencia llegue a producir entendimiento sobre lamateria. Una intervención prematura los priva de las oportunidades de confrontar los problemas yencontrar las soluciones. A su vez, una intervención demasiado tardía tiene el riesgo de frustrar alos estudiantes.

Los alumnos y alumnas deben planear y hacer presentaciones al resto de la clase acerca de su traba-jo, decidiendo ellos mismos la manera de organizar y presentar los datos. Deben explicar y justificarsu trabajo a sí mismos y a otros como un medio para desarrollar una actitud científica, al ejercitar lacapacidad de poner a prueba la validez del conocimiento que han producido en sus búsquedas eindagaciones, y de aceptar y reaccionar positivamente a las críticas constructivas de los demás. Conel conjunto de estas prácticas, que se repitirán en los proximos años, se irá moldeando un entendi-miento de lo que és una indagación científica.

b. Indicaciones generales sobre una indagación científica

• Los estudiantes primero deben establecer y luego refinar los métodos, materiales y datos quecoleccionarán.

• Se les debe motivar y estimular a repetir los procedimientos de colección de datos y a compartirinformación y datos entre grupos.

• Los alumnos y alumnas producirán reportes orales o escritos que presenten los resultados de susindagaciones. Estos reportes y discusiones deben ser frecuentes.

• Debe evitarse un enfoque rígido en la investigación e indagación científica, como la de abocarsea un cierto “método científico”.

• No debe intentarse que los estudiantes memoricen las habilidades y los entendimientos que da lainvestigación científica. Estas habilidades y formas de comprender el mundo se logran sólo invo-lucrándolos en frecuentes actividades de indagación.

c. Definiendo las preguntas en una indagación científica

Antes de desarrollar actividades de investigación, alumnas y alumnos deben ser instruidos y guiadospara que puedan identificar, dar forma y entender la pregunta que estará bajo investigación o inda-gación. Esto incluye que sepan claramente lo siguiente:

1) cuál es la pregunta que se está haciendo;

2) cuál es el conocimiento que sirve de base y de marco para esa pregunta;

3) qué es lo que tendrán que hacer para contestar la pregunta.


Preguntas para ayudar a enfocar una investigación:

• ¿Qué es lo que queremos saber o explicar acerca de...?

• ¿Qué tipo de observaciones serían las más adecuadas y cómo podríamos hacerlas?

• ¿Es ésta la mejor manera de contestar nuestras preguntas?

• Si hacemos esto ¿qué esperamos que ocurra?

Preguntas que deben hacerse y ser contestadas durante la investigación:

• ¿Qué datos responderán la pregunta?

• ¿Cuáles son las mejores observaciones y mediciones que se deben hacer?

Preguntas que deben hacerse para centrar las discusiones:

• ¿Cómo organizaremos los datos para presentar la más clara respuesta a nuestra pregunta?

• ¿Cómo debemos organizar la evidencia para presentar la más fuerte explicación?

d. Habilidades necesarias para realizar una indagación científica

Identificación de preguntas que pueden ser contestadas mediante la investigación científica

Los estudiantes deben desarrollar la habilidad de refinar y re-enfocar preguntas muy amplias o maldefinidas. Esta habilidad compromete la capacidad de clarificar preguntas e indagaciones y de diri-girlas hacia objetos o fenómenos que, en este caso, pueden ser descritos, explicados, o predichos porinvestigaciones científicas. Los alumnos y alumnas deben desarrollar la habilidad de identificar suspreguntas con las ideas y conceptos científicos, y con las relaciones cuantitativas que guían su inves-tigación.

Diseñar y conducir una investigación científica

Los estudiantes deben desarrollar habilidades generales, tales como la observación sistemática, lamedición adecuada, la identificación y control de variables. También deben desarrollar la habilidadde aclarar las ideas que guiarán e influenciarán su investigación. Deben entender cómo se comparanesas ideas con el conocimiento científico sobre el tema. Deben aprender a formular preguntas, dise-ñar investigaciones, ejecutar investigaciones, interpretar datos, utilizar evidencia para generar ex-plicaciones, proponer explicaciones alternativas, y criticar explicaciones y procedimientos.

Utilizar herramientas y técnicas adecuadas para recolectar, analizar e interpretar datos

Las técnicas y herramientas, incluyendo las matemáticas que se utilizarán, serán elegidas de acuer-do con el tipo de pregunta que se pretende contestar y con el diseño experimental. Deben utilizar


recursos computacionales para coleccionar, resumir y presentar evidencia. Deben saber acceder a losdatos, agruparlos, guardarlos, recuperarlos y organizarlos, utilizando programas computacionalesdiseñados para estos fines.

Desarrollar descripciones, explicaciones, predicciones y modelos basados en evidencias

Deben aprender a basar sus explicaciones en lo que observan. A medida que desarrollan habilidadescognitivas deben ser capaces de diferenciar la explicación de la descripción, estableciendo las causaspara ciertos efectos y las relaciones basadas en evidencias o argumentos lógicos.

Pensamiento crítico y lógico para hacer relaciones entre evidencia y explicación

Pensar críticamente acerca de evidencia incluye decidir qué evidencia debe ser utilizada y dar cuen-ta de datos anómalos. Los estudiantes deben ser capaces de revisar datos a partir de experimentossimples, resumir los datos, y formular un argumento lógico acerca de las relaciones causa-efecto enel experimento. Deben comenzar a establecer explicaciones que relacionen dos o más variables.

Reconocer y analizar explicaciones alternativas y predicciones

Deben desarrollar la capacidad de escuchar y respetar las explicaciones de otros estudiantes. Debenpermanecer abiertos a otras ideas, darles crédito y reconocimiento, ser capaces de aceptar el escep-ticismo de los demás y considerar explicaciones alternativas.

Comunicación de procedimientos y explicaciones científicas

Deben llegar a ser competentes en la comunicación de los métodos científicos, el seguimiento deinstrucciones, la descripción de observaciones, resumir los resultados de otros grupos, relatar a otrosestudiantes las investigaciones y explicaciones.

Utilizar matemáticas en todos los aspectos de la indagación científica

Comprender que las matemáticas son esenciales en la formulación y respuesta a preguntas acercadel mundo natural. Pueden utilizarse para hacer preguntas, agrupar, organizar, y presentar datos; ypara estructurar explicaciones convincentes.

e. Entendiendo el significado de la indagación científica

Las siguientes consideraciones ayudarán a guiar al alumnado en sus actividades y a responder suspreguntas a lo largo de toda la enseñanza, de manera que puedan efectivamente forjarse una ideadefinida de lo que es la ciencia y la indagación científica:

• Diferentes tipos de preguntas llevan a diferentes tipos de investigación científica. Algunas inves-tigaciones involucran la observación y descripción de objetos, organismos, o eventos mientras


que otras involucran la recolección de especímenes. Algunas requieren experimentos y otras labúsqueda de mayor información. Algunas llevan al descubrimiento de nuevos objetos y fenóme-nos, otras involucran la construcción de modelos.

• El conocimiento científico y el entendimiento son las guías de la investigación científica. Dife-rentes áreas de la ciencia emplean diferentes métodos, teorías centrales, y estándares para avan-zar en el conocimiento y entendimiento científico.

• Las matemáticas son importantes en todos los aspectos de la indagación científica.

• La tecnología utilizada para recolectar datos aumenta la seguridad y precisión y permite a loscientíficos analizar y cuantificar los resultados de las investigaciones.

• Las explicaciones científicas enfatizan la evidencia, utilizan argumentos con consistencia lógicay principios científicos, modelos y teorías. La comunidad científica acepta y utiliza tales explica-ciones hasta que sean desplazadas por otras científicamente más adecuadas o mejores.

• La ciencia avanza en base al escepticismo. Parte de la indagación científica es cuestionar lasexplicaciones de otros científicos y hacerles preguntas inquisitivas. Los científicos evalúan lasexplicaciones propuestas por otros científicos examinando la evidencia, comparando evidencias,identificando fallas en el razonamiento, sugiriendo proposiciones que están más allá de las evi-dencias, y sugiriendo explicaciones alternativas para las mismas observaciones.

• Las investigaciones científicas a veces resultan en nuevas ideas y fenómenos para estudiar, gene-ran nuevos métodos o procedimientos de investigación, o desarrollan nuevas tecnologías quemejoran la recolección de datos. Todos estos resultados pueden llevar a nuevas investigaciones.

Texto adaptado de: National Academy of Sciences, U. 1996. National Science Education Standards. N.A. Press, editor.


Anexo 2: Temas de interés


1. Estrés y adaptación

La pregunta que primero surge del estudiante se refiere a ¿qué es el estrés? El estrés corresponde auna reacción fisiológica, defensiva ante una amenaza; que puede perturbar la normalidad humoral ypsiológica. El estrés es un comportamiento automático, adaptativo y defensivo, heredado, ante laamenaza, llevando a la activación neuro-endocrina. Al decir heredado o instintivo afirmamos queno es adquirido. El estrés tiene varios componentes: estresor, regulación ante múltiples variables,condiciones psico-culturales del individuo, cambios en el medio interno (sangre) con elevación dehormonas adaptativas, emoción, disposición para atacar, perseguir o arrancar.

Este comportamiento fue originalmente investigado por el gran fisiólogo estadounidense WalterCannon, de la Universidad de Harvard, Boston. Con excepcional creatividad y espíritu de observa-ción, describió la respuesta conductual del gato ante la amenaza de su enemigo el perro. Aunqueprotegido el gato en el interior de una amplia jaula, la actitud amenazante y peleadora del perro,más sus insistentes y penetrantes ladridos, provocaban la respuesta defensiva del gato, con dilata-ción de sus pupilas, que confiere ferocidad a la mirada, encogimiento engrifado corporal, comodispuesto a atacar con abertura de las garras. Obsérvese que el estresor amenazante llega por la vistay oído.

Cannon fue el primero en describir el comportamiento del estrés, en usar la palabra estrés, en inglés“shess” (25 años antes que Selye, que la empleó y divulgó), y en descubrir que el sistema nerviosoautomático que secreta adrenalina tiene un papel principal. Es también el creador del concepto dela homeostasis (de homeo= igual y stasis= estado) que resume la regulación de los niveles basales dehormonas (adrenalina, insulina, etc), substancias (glucosa) y electrolíticos (sodio y potasio). Des-pués de Cannon, Hans Selye (1907-1982) originario de Hungría, es el gran investigador que descu-bre la participación de la hipófisis y suprarrenal en el estrés, creando el Síndrome General deAdaptación y reabriendo el tema del estrés en 1946. Descubrió los efectos anti-inflamatorios delcortisol y enriqueció y divulgó profusamente sus novedosas investigaciones, logrando imponer lanoción del estrés, muy combatida en sus comienzos. Pensó que una de las hormonas de la hipófisis,el ACTH, al estimular la secreción del cortisol, pasaba a ser la hormona típica del estrés, lo que fueun avance clave en el tema.

Conviene diferenciar el estresor del estrés. Llamamos estresor al agente productor y estrés a larespuesta. Algunos estresores agudos pueden ser traumáticos (accidentes, incendio, asalto con arma)o psicológicos (muerte inesperada de un ser querido, importante derrota, pérdida laboral). Sontambién estresores el dolor físico y el sufrimiento. El sistema nervioso central es capaz de distinguira los estresores y reaccionar según sean los casos.


El cerebro recibe la acción del estresor (agente productor) y lo transmite a un centro de procesa-miento ubicado en la base del cerebro, llamado hipotálamo. Este centro tiene a su cargo el controlde la temperatura, consumo y distribución del agua y electrolitos, apetito y saciedad, comando dehormonas y otras funciones. El procesamiento de las señales de estrés lleva a la liberación deadrenalina y cortisol en las glándulas suprarenales controladas por el sistema nervioso autonómicosimpático.

Con fines de simplificación nos concentraremos solamente en la adrenalina y cortisol que se liberana la sangre durante el estrés. La adrenalina produce un efecto anti-fatigante muscular (resistenciapara correr) con estimulación de la actividad intelectual y viveza de reacciones reflejas. La adrenalina,junto con dilatar las pupilas, confiere expresión fisonómica de cierta fiereza. El cortisol es unahormona indispensable para la vida. Entre sus variadas acciones destacamos una de las más nota-bles: el cortisol estimula el reciclaje de las substancias de desecho, tales como ácido láctico, urea yotras, que produce el músculo en cada contracción. Estas substancias salen del músculo y llegan porla circulación al hígado donde son utilizadas para regenerar glucosa. Gracias a este proceso, pode-mos resistir el ayuno hasta por períodos muy prolongados, aunque sea consumiendo la musculatura.

Es necesario distinguir dos tipos principales de estrés: el agudo y el crónico. El primero correspon-de a lo que la gente frecuentemente considera como estrés: una tensión brusca pero pasajera, mien-tras que el segundo se identifica con una tensión permanente, que al persistir, aunque sea con menorintensidad, de todos modos se percibe como reiterada molestia. Cada uno de estos estreses poseereacciones propias y distintas, siendo el estrés crónico el más peligroso y apto para producir enfer-medad (mayor potencialidad patógena). Una experiencia jubilosa provoca emoción sin estrés. ¿Cómose puede distinguir una emoción normal de otra provocada por el estrés? En la primera la emociónes fuerte pero con un sentido agradable y no perturba la normalidad mental, la mente permanecelúcida y todo se recupera en minutos (mera estimulación). En contraste, en la segunda, la emociónes tan fuerte que la mente queda confusa, a veces por un cierto tiempo (activación). No es posibleconcentrarse y la persona está algo diferente, a veces por uno o dos días, con el peligro de cometererrores conductuales (accidentes laborales).

¿Puede existir estrés prolongado, es decir, crónico? Se ha dicho que el estrés es una respuesta anteuna agresión. Entonces debería cesar una vez cesada la agresión. Vimos el concepto fisiológico deactivación por el cual la respuesta puede durar. Una de las demostraciones más convincentes respec-to a la prolongación de la respuesta estresadora proviene de la respuesta al duelo por la pérdida deun ser querido, como el padre o la madre, cónyuge, hijo o hija. Durante 2 o 3 semanas la prueba delaboratorio con los linfocitos de la sangre pone en evidencia una indiscutible inhibición inmunológicaque significa caída de las defensas contra las infecciones.

En el estrés crónico prospera la enfermedad psico-somática (de psíquica y soma = cuerpo). Se pue-de reconocer que unas de las enfermedades más frecuente de nuestra época es la relacionada conestrés, porque la población vive acosada por una variedad de estresores, de modo especial en lasgrandes ciudades (contaminantes múltiples, tabaco, droga, violencia, tráfico, robo.) Anotemos queel estresor psicológico ha pasado a ocupar el lugar más frecuente como agente causal de estrés.

Conocer el estrés puede conducir a entenderlo y manejarlo. Saber lo que nos está pasando, alivia elsusto y la preocupación.


2. Conociendo cómo actúan las drogas:“los sicofármacos”

Proteínas, blanco de la acción de muchas drogas

Las drogas, los remedios o los fármacos son sustancias de origen natural o de síntesis química quemodifican la actividad celular. Las drogas, como todas las moléculas, tienen una estructura definidapor sus átomos; su conformación espacial cambia con el movimiento térmico molecular. Las drogasinteractúan con las proteínas y otras macromoléculas de las células. La gran mayoría de las drogas seunen o asocian con las proteínas del cuerpo a través de fuerzas moleculares relativamente débiles,como las uniones electrostáticas, puentes de hidrógeno, o fuerzas hidrofóbicas. Esto significa que launión de las drogas a las proteínas es transitoria, o reversible, ya que estas interacciones son relati-vamente inestables.

La unión de las drogas depende de su estructura espacial, concepto que se conoce como uniónestereo-específica. Esto quiere decir que la unión de las drogas a las proteínas, por ejemplo, no essólo específica para cada molécula por su estructura sino que, además, la unión reconoce la orienta-ción espacial de los átomos en cada molécula. Existen moléculas idénticas en estructura y composi-ción, pero que sólo difieren en la orientación espacial de sus átomos. Estas moléculas se llamanisómeros ópticos o enantiómeros. Muchas proteínas del cuerpo reconocen los isómeros ópticos condiferencias de actividad entre 10 y 10.000 veces. Así por ejemplo, la hormona adrenalina tiene 2isómeros ópticos: la L-adrenalina y la D-adrenalina. La L-adrenalina aumenta la frecuencia cardía-ca en dosis 100 veces menores que la D-adrenalina. El cuerpo sólo sintetiza L-adrenalina, pero enlos laboratorios químicos se sintetizan ambas.

Como resultado de la unión estereo-específica de las drogas con las proteínas, éstas cambian laactividad funcional de muchas proteínas. La interacción de las drogas con las proteínas se puedetraducir en aumento o disminución de su actividad biológica. Al conjunto de drogas que aumentanla actividad de enzimas u otras proteínas se las llama agonistas, mientras que aquellas drogas queinhiben la acción de las enzimas y otras proteínas se llaman antagonistas. Por lo tanto, lossicofármacos pueden ser agonistas o antagonistas.

Las drogas tienen especificidad tisular

Las drogas se unen en forma relativamente selectiva sólo a algunas macromoléculas, las que a su vez selocalizan sólo en determinados tejidos, particularmente en algunos tipos de células. Por esta razón, lagran mayoría de las drogas son bastante específicas, especialmente cuando se usan en dosis bajas.


Existen drogas que actúan modificando sólo el metabolismo bacteriano ya sea porque inhiben lasíntesis de proteínas, o de los ácidos nucleicos, o de algunos metabolitos esenciales de éstas células.Al conjunto de estas drogas tan particulares se las llama comúnmente antibióticos y se usan enmedicina para combatir enfermedades infecciosas causadas por las diferentes bacterias. Otras dro-gas presentan cierta especificidad por las células del corazón y se usan en medicina para aumentar lafuerza de contracción de este músculo o para modificar el ritmo cardíaco. Hay drogas que actúan enel riñón favoreciendo la eliminación de agua. Estas drogas son los diuréticos, compuestos que seusan desde hace muchos años en la práctica médica para tratar una serie de enfermedades.

Los sicofármacos

Una familia de drogas muy interesante afecta en forma relativamente exclusiva el funcionamientodel cerebro y por lo tanto del sistema nervioso. Muchas de estas drogas modifican la conducta tantode los seres humanos como de los sujetos experimentales, es decir, los animales de uso corriente enlos laboratorios de investigación: ratas, ratones o conejos. A la familia de drogas que actúan en elsistema nervioso central se las conoce como sicofármacos. Estas drogas afectan la “psiqué,” esdecir, los estados de la mente. Sólo una parte de los sicofármacos, son drogas de abuso, es deciraquellas drogas que se consumen en forma compulsiva y desarrollan el fenómeno de la droga-dependencia.

Por ejemplo, drogas como la fenitoína o la carbamacepina, prototipo de medicamentos antiepilépticos,sin dudas son sicofármacos porque reducen la estimulación cerebral. Otro tanto sucede con losanestésicos generales que alteran el estado de conciencia. Sin embargo, a pesar de que los enfermoscon epilepsia usan estas drogas por años, estos pacientes no se hacen dependientes de este tipo dedrogas, como tampoco son dependientes las personas que fueron anestesiadas. El alcohol etílico, oel etanol, principio activo común a la cerveza, el vino, el pisco y tantas bebidas alcohólicas, tambiénreduce la estimulación cerebral, pero a diferencia de las drogas antiepilépticas, causa rápida y muysevera droga-dependencia. Por lo tanto, el alcohol, a diferencia de las drogas antiepilépticas o losanestésicos generales, es un sicofármaco de abuso, es decir que produce adicción.

Repasando las sinapsis, la acción de los neurotransmisores y sus receptores

Hace aproximadamente cien años, el sabio español Santiago Ramón y Cajal, utilizando un primiti-vo microscopio examinó minuciosamente una infinidad de cortes cerebrales. Observó que las neuronasno estaban unidas entre sí. Estudios posteriores, con los poderosos microscopios electrónicos, pre-cisaron que la unión entre neuronas denota un espacio físico particular constituido por los termina-les especializados de las membranas de las células adyacentes. Uno de estos terminales, el llamadopre-sináptico se caracteriza por la presencia de una enorme cantidad de pequeñas vesículas, las quealmacenan los neurotransmisores. Estas son sustancias químicas que usa la neurona para comuni-carse con otra neurona. Se definió la sinapsis como el espacio interneuronal, el sitio donde ocurre laliberación de los neurotransmisores. La neurona, o la célula que recibe los neurotransmisores sellama neurona post-sináptica.


Se han identificado numerosos neurotransmisores, tanto en el sistema nervioso central como en elsistema autonómico y los ganglios mientéricos. Estos son de naturaleza química muy diferente:algunos son aminas, mientras otros son ácidos. Algunos son aminoácidos, otros son lípidos, otroscontienen azúcares, mientras otros son péptidos. Recientemente se han identificado 2neurotransmisores que son gases muy sencillos. Uno de ellos es el óxido nítrico (NO), y el otro es elmonóxido de carbono (CO). Todos los neurotransmisores se liberan en la sinapsis e interactúan conproteínas específicas llamadas receptores. La unión del neurotransmisor con su receptor gatilla unarespuesta celular que activa o inhibe la neurona. Cada neurotransmisor interactúa con uno o variosreceptores que le son exclusivos, de la misma forma como las llaves abren una cerradura.

Existen esencialmente dos tipos de receptores para neurotransmisores. Uno de ellos se caracterizaporque transporta iones al interior de la célula, mientras otra extensa familia de receptores estáacoplada a la síntesis de mensajeros intracelulares. Por lo tanto, como consecuencia de la interacciónde un neurotransmisor con su receptor, o se movilizan iones al interior de la neurona post-sinápticao se activa la síntesis de mensajeros intracelulares. Según la naturaleza del neurotransmisor y sureceptor, el resultado del reconocimiento y unión de los neurotransmisores con su receptor hace quela neurona post-sináptica se despolarice (neurotransmisor excitatorio) o se hiperpolarice(neurotransmisor inhibitorio). Muchos sicofármacos se unen a estos receptores y activan o inhibenla sinapsis. Ejemplos clásicos son dos neurotransmisores ampliamente estudiados: la acetilcolina yel ácido gama aminobutírico o GABA.

La acetilcolina es el neurotransmisor de la unión neuromuscular de los mamíferos, el transmisorquímico que nos permite movilizarnos. En esta sinapsis, la acetilcolina interactúa con el receptornicotínico, también conocido como el receptor de la placa motriz, para diferenciarlo de otros re-ceptores nicotínicos localizados en los ganglios o en el cerebro. Este receptor es una proteína cons-tituida por cinco subunidades que forman un canal iónico muy selectivo, pero no exclusivo, para elcatión sodio. La unión de la acetilcolina a este receptor se traduce en un cambio en la conformaciónde este conjunto de proteínas lo que abre durante mili-segundos el canal, posibilitando la entradade sodio al interior del músculo esquelético. La entrada de carga positiva al músculo lo despolarizainiciando el proceso de la contracción muscular. Por otro lado, el GABA interactúa con el receptorGABA-A, el cual es también una proteína con 5 subunidades que forma un canal selectivo para elanión cloruro. Cuando el GABA se une a su receptor, éste cambia la conformación del receptor yabre el poro del canal permitiendo la entrada de cloruros. Esto aumenta la carga negativa en lasinapsis e impide su despolarización.

La acción de muchos sicofármacos ocurre a nivel de la sinapsis

Investigaciones de eminentes farmacólogos y fisiólogos durante los últimos 30-40 años han permi-tido precisar que la acción de la gran mayoría de los sicofármacos ocurre a nivel de la sinapsis. Seconocen diversos mecanismos que explican cómo los sicofármacos pueden modificar la conductahumana. Uno de ellos es que en la sinapsis los sicofármacos son reconocidos y se unen a los recep-tores de los neurotransmisores. Otro mecanismo indica que los sicofármacos modifican el almace-


namiento de los neurotransmisores en las vesículas sinápticas o interfieren con el sistema de reciclajede éstos. Otros mecanismos incluyen la modulación del receptor donde actúan los neurotransmisores,o la acción de éstos en canales iónicos o de transporte de metabolitos esenciales.

Un mecanismo de acción muy común de los sicofármacos es el de remedar la acción de algúnneurotransmisor en los receptores de la sinapsis. Este efecto ocurre aparentemente porque existengrandes homologías estructurales entre la conformación espacial de los sicofármacos y losneurotransmisores. Esta similitud permite que los sicofármacos activen o inhiban los receptorespara los neurotransmisores. Un ejemplo relativamente bien estudiado es el de la nicotina. Estealcaloide, el producto natural de la planta Nicotiana tabacum, imita la acción de la acetilcolina en losreceptores nicotínicos. La nicotina llega al sistema nervioso y activa los receptores nicotínicos. Estose traduce en cambios conductuales, porque aumenta la actividad de estos receptores en ciertas víasneuronales del cerebro. Otro tanto sucede con la morfina, el alcaloide de Papaver somniferum. Estepoderoso analgésico reconoce y activa los receptores opioides del sistema nervioso porque imita laacción de las endorfinas, que son neurotransmisores de naturaleza peptídica. Todos estos ejemplosson de sicofármacos que actúan como agonistas.

Existen otros sicofármacos que son antagonistas, es decir, inhiben la acción de los neurotransmisores.Un ejemplo de estas drogas es la estricnina, un alcaloide que es un poderoso estimulante del siste-ma nervioso que produce convulsiones. La estricnina antagoniza la acción inhibitoria delneurotransmisor GABA. Como resultado de la inhibición de estas sinapsis, predominan las sinapsisexcitatorias que llevan a que los sujetos intoxicados con estas drogas presenten severos cuadrosconvulsivos.

Otros sicofármacos como el diazepam y derivados, conocidos miembros de la familia de lasbenzodiazepinas, se unen a un receptor para benzodiazepinas que es parte del receptor GABA-A,facilitando la unión de GABA a este receptor. La activación del receptor de las benzodiazepinashace que el canal de cloruro, que naturalmente abre el GABA, se abra más, aumentado la cantidadde cloruros que entran a la célula. Este mayor influjo de carga negativa impide que éstas sedespolaricen, explicando el efecto inhibitorio de estos sicofármacos. Este aumento de inhibición, ohiperpolarización, explica la acción sedativa y ansiolítica de esta importante familia de sicofármacos.

Los sicofármacos modifican redes neuronales cerebrales

Para dilucidar cómo los sicofármacos modifican la conducta, no basta con entender la unión deestas drogas con receptores cerebrales. Es necesario explicar cómo esta acción modifica vías neuronalescerebrales comprometidas en la conducta. Las neuronas están organizadas en torno a redes. Por lotanto, el bloqueo o la activación de una determinada sinapsis en un núcleo cerebral preciso, hará quese modifique no sólo esa sinapsis, sino la actividad de una red neuronal, ya sea que ésta se inhiba ose exacerbe. Los sicofármacos actúan en todas las sinapsis del cerebro a las que tengan acceso. Elcambio conductual que se observa luego de administrar un sicofármaco es la actividad integrada detodas las sinapsis y redes neuronales que se modifican por la acción del sicofármaco, en todos losnúcleos cerebrales donde este sicofármaco actuó.


La cocaína es un poderoso estimulante que inhibe el mecanismo de reciclaje de un conjunto deneurotransmisores llamados las aminas biogénicas, que incluye a la noradrenalina, dopamina y laserotonina. Estos neurotransmisores están localizados en muchos núcleos cerebrales. La cocaínabloquea el mecanismo de transporte intraneuronal de todas las aminas biogénicas. De esta manera,la noradrenalina, la dopamina y la serotonina permanecen más tiempo en la sinapsis, activando deforma mantenida sus receptores. Como resultado de esta acción, aumenta significativamente laexcitabilidad cerebral. Sin dudas, la cocaína exacerba todas las vías neuronales donde las bioaminasactúan.

El mecanismo de la cocaína es semejante, pero no igual, al de numerosos antidepresivos del tipo dela fluoxetina y drogas símiles, las que también interfieren con el reciclaje de las bioaminas. El usode fluoxetina durante meses ha resultado útil en el tratamiento de enfermos de depresión. El meca-nismo definitivo de la acción de estas drogas es aún desconocido.

Estos ejemplos demuestran que la acción de los sicofármacos es muy compleja, y que no ha resulta-do obvio entender cómo estas drogas modifican la conducta humana. Estos ejemplos apoyan lainteresante conclusión de que los sicofármacos pueden aumentar la excitabilidad neuronal a travésde dos mecanismos diferentes: 1) bloquear sinapsis inhibitorias, o 2) estimular sinapsis excitatorias.Por analogía, la acción inhibitoria de los sicofármacos se logra porque éstos aumentan la actividadde sinapsis inhibitorias o bloquean las excitatorias.

Droga-dependencia

El uso crónico de muchos sicofármacos, como la nicotina, el alcohol, las benzodiazepinas, la cocaí-na, etc., produce adicción. Es decir, el uso repetido de estas drogas evidencia la tolerancia y depen-dencia. Estas son dos condiciones complementarias que establecen las bases de la droga-dependencia.La tolerancia se refiere al hecho de que con el uso crónico de un sicofármaco, la dosificación inicialse hace menos eficaz. Por lo tanto, se necesitan dosis mayores para experimentar los efectos inicialesde la droga. La dependencia se refiere, en cambio, a que el individuo necesita la droga y la busca enforma enérgica y compulsiva. Si este individuo no adquiere el sicofármaco, experimentará una seriede signos y síntomas que acusan su dependencia física y sicológica de la droga. La dependenciamanifiesta el llamado síndrome de privación, que es un conjunto de signos y síntomas característi-co de la abstinencia de cada sicofármaco de abuso.

Ambos fenómenos se desarrollan paralelamente. Si hay dependencia a un sicofármaco, también haytolerancia y viceversa. El abuso de todos los sicofármacos desarrolla tolerancia y dependencia. Lossicofármacos que desarrollan más dependencia son la nicotina, la cocaína y el alcohol. Numerososestudios demuestran que luego de 3-4 administraciones secuenciales de cocaína se produce depen-dencia. Otro tanto ocurre con la nicotina y etanol. Una vez que ésta se establece, es difícil liberarsede esta adicción, ya que la dependencia abre un apetito que busca desenfrenadamente la droga. Losadictos no pueden y temen dejar la droga; su ausencia despierta el síndrome de privación. El usocrónico de morfina y heroína no sólo produce dependencia, sino además una severa tolerancia, loque lleva a escalar la dosis de estas drogas. En el caso de la heroína, la dosis de mantención de un


individuo dependiente puede ser fácilmente 50-100 veces mayor que la dosis de uso inicial. Estaescalada en el abuso de la droga se puede desarrollar en cuestión de meses.

Los mecanismos celulares que explican el desarrollo de la tolerancia y dependencia son aún desconoci-dos, aunque las bases moleculares de este fenómeno se investigan intensamente. Aparentemente la dro-ga-dependencia se relaciona con adaptaciones de las células blanco a la estimulación continua de susreceptores, lo que implica cambios en la expresión génica y la síntesis de proteínas particulares.

Bases genéticas del alcoholismo

Existen antecedentes respecto a que el alcoholismo tiene un componente hereditario que predispo-ne al consumo del etanol. Tal vez esto también ocurre con otras drogas de abuso, pero esto aún no sesabe con certeza. Antecedentes fidedignos afirman que de padres alcohólicos nacen con mayor fre-cuencia hijos que de adultos serán alcohólicos. Este hecho no está relacionado con el ejemplo fami-liar, sino aparentemente con la existencia de genes que codifican para esta conducta. Se sospechaque existen al menos 7 genes que codifican para el alcoholismo. Se sabe, por ejemplo, que mellizoshijos de padres alcohólicos serán bebedores aunque ellos se críen separados en familias no bebedo-ras. Esta característica permite señalar con cierta convicción que el alcoholismo tiene una basegenética que prima por sobre lo netamente social.

La mejor demostración de las bases genéticas del alcoholismo la hizo un investigador chileno, elDr. Jorge Mardones R. profesor de la Escuela de Medicina de la Universidad de Chile. Él desarro-lló una cepa de ratas que son bebedores compulsivos de etanol. Separó las ratas bebedoras de lasabstemias y ha mantenido una colonia de animales de investigación que han preservado esta carac-terística por más de 100 generaciones de estos animales (más de 30 años). Las ratas desarrolladaspor el profesor Mardones son famosas en el mundo científico que estudia las bases celulares delalcoholismo, y son un modelo extraordinariamente novedoso para estudiar la genética del alcoho-lismo. Siguiendo el ejemplo de este investigador, se estudia igualmente la genética que dispone aotras drogas de abuso. Sus resultados son aún incipientes, pero mostrarán frutos a corto plazo.


3. Fundamentos de la droga-dependencia

El uso habitual de drogas como el alcohol, marihuana, nicotina y tantas otras sustancias de abuso,conduce a la adicción, fenómeno también conocido como droga-dependencia. Si bien las basesneuroquímicas de este fenómeno son aún oscuras, es evidente que la estabilidad emocional, el am-biente familiar de la persona que consume drogas, como sus antecedentes genéticos son de granrelevancia en el desarrollo de la dependencia a estas drogas. Estudios bien controlados indican queexisten antecedentes genéticos que predisponen favorablemente a esta condición, sin ignorar, porsupuesto, que la historia de vida, incluyendo el medio social y familiar, ejercen una influencia nota-ble en la dependencia a drogas. Quizás el modelo de droga-dependencia más estudiado es el alco-holismo.

Tolerancia y dependencia

El uso habitual produce dos condiciones complementarias las que se desencadenan en forma para-lela, y que constituyen las bases de la droga-dependencia: la tolerancia y la dependencia.

La tolerancia se refiere al hecho que con el uso crónico la dosis de consumo inicial no produce losmismos efectos, lo que obliga a aumentar la dosis de consumo. Es decir, con el tiempo, se necesitandosis mayores para experimentar los mismos efectos que produjo la droga las primeras veces que éstase consumió. La tolerancia de la nicotina y del alcohol ilustra muy bien este concepto. A partir de uncigarrillo, muchas personas llegan rápidamente a consumir una cajetilla y más, cada día. Otro tantosucede con el alcohol. La dependencia se refiere al hecho de que el individuo siente la necesidad deconsumir la droga y la busca en forma enérgica, hasta compulsiva. Por un lado se siente la necesidaddel efecto agradable que ésta produce, y por otro lado, ganas incontroladas por consumirla, ya que alalejarse de la droga se experimentan una serie de síntomas que son típicos para cada droga. Endefinitiva, la dependencia señala que la persona depende de la droga y la busca tanto por la necesidadsicológica como física de consumirla. Ambos fenómenos, es decir, la tolerancia y la dependencia sedesarrollan en forma paralela, de tal forma que resulta difícil separar la una de la otra.

La tolerancia y la dependencia son comunes, a drogas que actúan a través de un mismo mecanismo.


Es decir, si una persona ha desarrollado tolerancia a la heroína, es también tolerante, y en el mismogrado, a la cocaína. Esta persona, sin embargo no es tolerante al alcohol, a la nicotina o a los sedan-tes del tipo de las benzodiazepinas, ya que estas drogas tienen un mecanismo de acción diferente.Por otro lado, quien es dependiente del alcohol, lo será también de las benzodiazepinas, ya quealcohol y benzodiazepinas interactúan con una misma proteína. Pero, estas personas no son depen-dientes ni de marihuana ni de nicotina.

La droga-dependencia revela la adaptación del organismo al consumo crónico de drogas de abuso,señalando que ya se ha consumido suficiente droga como para que el cuerpo necesite de éstas parasu función regular. La ingesta ocasional, de carácter social de alcohol o nicotina, o tal vez cocaína encualquiera de sus formas, no significa que esa persona sea, o llegue a ser adicta. Sin embargo, elriesgo de que siga consumiéndolas es alto, y a corto plazo podría derivar en adicción si no se suspen-de su consumo. Sin dudas, el paso desde lo esporádico a lo habitual, sin importar ni cuál ni cuántadroga se consume, indica adicción caracterizada, por la búsqueda obsesiva de la(s) droga(s). Obvia-mente, en un comienzo, la forma de buscarla y consumirla se enmarca en un contexto social. Sebusca la ocasión para celebrar y consumir alcohol y otras drogas en compañía. Cuando la dependen-cia es marcada, se consumen en forma aislada, sin importar ni las amistades ni la ocasión de unacelebración.

El alto riesgo de las drogas

No todos los individuos expuestos a las drogas, ni todas las drogas producen igual adicción. Elmedio en que se consumen las drogas, la formación familiar, aspectos de la personalidad y los ante-cedentes genéticos de los consumidores son determinantes en consolidar la droga-dependencia.Mientras el alcohol y la nicotina producen tanta tolerancia como dependencia, hay otras que secaracterizan por más tolerancia que dependencia y viceversa.

El opio, o sus productos puros, como la heroína y secuaces, son drogas que producen marcadatolerancia. La nicotina y el alcohol también. Esto significa que la dosis inicial del consumo de estasdrogas puede aumentar hasta 100 y 500 veces. La dosis de heroína que utiliza un adicto con años deconsumo mataría de un paro respiratorio a un novato en su uso. Esta observación también explicalas intoxicaciones y las sobredosis que se producen a menudo con estas drogas, y que encierran ungrado más de peligro en el consumo de estas sustancias.

Drogas como la marihuana, y muy especialmente la cocaína, se caracterizan porque producen másdependencia que tolerancia. Es una observación común que luego de 3-4 experiencias con cocaínase produce una mágica atracción (enganche) con cualquiera de las formas de presentación de estadroga (crack, clorhidrato, puriss, etc.). Esto indica que se ha despertado la dependencia, y resultarámuy difícil alejarse de la cocaína en cualquiera de sus formas de venta. Esta condición es explotadamuy hábilmente por los traficantes y comerciantes de droga.


Síndrome de privación: naturaleza y características

Una persona habituada al consumo de drogas como la nicotina, marihuana, opio, cocaína, alcohol,sedantes como las benzodiazepinas, etc. debe estar crónicamente consumiendo estas sustancias paraevitar que florezcan un conjunto de signos y síntomas que delatan la dependencia. Este conjunto designos y síntomas es relativamente específico para cada droga. Se llama el síndrome de privación.La característica común a la privación de cualquier droga de abuso es la irresistible búsqueda ynecesidad de consumirla. La ausencia de la sustancia manifiesta los síntomas de la privación, quedesaparecen con la administración de ésta.

Examinemos a alguien que decide dejar de fumar nicotina. Uno de los primeros síntomas que apa-recen es una necesidad o ganas irresistibles de fumar. Esta persona debe hacer esfuerzos para vencerla tentación. Además, sin el cigarrillo está irritable, algo nervioso, ansioso, le cuesta concentrarse,tiene apetito, está de mal ánimo, se agita, y hasta tal vez duerme mal. Es nuestra experiencia que sifuma, muchos de estos malestares desaparecen. Si esta persona persiste en la firme voluntad de nofumar deberá soportar estos síntomas para no recaer en el hábito. El sólo olor al cigarrillo despiertael apetito por la droga. Esto significa que esta persona ha desarrollado suficiente dependencia a lanicotina ya que su ausencia desencadena esta colección de síntomas. La severidad del síndrome deabstinencia depende del grado de adicción. Este síndrome no es grave, ya que no pone en riesgo lasalud de la persona. Otro tanto sucede con otras drogas de abuso como el alcohol. Sin embargo, elsíndrome de privación de éste es ciertamente más complicado, ya que, dependiendo del grado deconsumo, aparecen temblores que pueden llegar a peligrosas convulsiones, con delirio, gran angus-tia y, obviamente, deseos incontrolados de ingerir alcohol.

El síndrome de privación de la cocaína se caracteriza por apatía y desgano, somnolencia, apetitovoraz, sosiego y tranquilidad, y ansias irresistibles por consumirla. La dependencia que produce lacocaína, en cualquiera de sus formas de administración, es tan intensa que los individuos depen-dientes de esta droga harán cualquier cosa por adquirirla, incluso delinquir para conseguirla. Estoes el comienzo de los transtornos sico-emocionales que desencadena la droga-dependencia. Estaspersonas se asocian con los vendedores y traficantes quienes los explotan, porque saben que sudependencia es tan marcada, que harán cualquier cosa con tal de recibir la droga y apaciguar suobsesión. Algo similar se observa en los adictos al opio y la heroína. A pesar de que el síndrome deprivación de estas drogas es comparable a los síntomas que se experimentan con un resfrío viralintenso, las ansias por su consumo son tan marcadas que estos adictos harán cualquier cosa porobtenerlas.

Estímulos de refuerzo, huellas cerebrales

Las drogas, además de activar receptores específicos en los diferentes núcleos cerebrales, lo queexplica sus efectos conductuales, activan en el núcleo accumbens del cerebro un circuito neuronalrelacionado con conductas que producen refuerzo positivo. Este núcleo registra y almacena, pordecirlo así, experiencias que refuerzan ciertas conductas. Las drogas de abuso son estímulos muypoderosos de este núcleo, donde dejan una huella muy perdurable. Este tipo de sustancias activancontinuamente este circuito, por lo que cada vez que se consumen, se refuerza la actividad de este


circuito, creando las bases de una especie de memoria cerebral que registra las experiencias condrogas. Este núcleo detecta la presencia y ausencia de drogas, desencadenando una serie de reaccio-nes que inducen a las personas dependientes a incentivar este refuerzo a través de nuevas adminis-traciones de drogas. Esto constituye la base del mecanismo de refuerzo que es común a sustanciascomo la heroína, la marihuana, la nicotina, el alcohol, etc.

Estudios bien controlados han demostrado que cada vez que se consume un sicofármaco de abuso au-menta la dopamina en el núcleo accumbens. La dopamina es el neurotransmisor de este circuito derefuerzo positivo, por lo que se puede decir que estos sicofármacos activan este circuito neuronal, esta-bleciendo y reforzando esta conducta. La dopamina activa mecanismos, aún no del todo aclarados, querefuerzan la expresión de ciertos genes los que de alguna forma consolidan físicamente esta huella.

Las drogas refuerzan a través de dos mecanismos la conducta que desemboca en el aumento de suconsumo. Por un lado, producen efectos placenteros, motivo por el cual se consumen y, por otro, segraba en el núcleo accumbens esta experiencia que en la mayoría de las personas resulta agradable.Esta doble condición favorece la búsqueda de nuevas experiencias con las drogas, las que llevanirremediablemente a la dependencia. Se deduce que si se bloquea este circuito, a través de sustanciasque antagonicen los efectos de la dopamina, se puede controlar la conducta de droga-dependencia.Las primeras experiencias para tratar a personas que sufren de adicción con estos antagonistas,arrojan resultados muy promisorios y halagadores. La verdadera dificultad con este eventual trata-miento es que los pacientes se rehusan a tomar sistemáticamente estos medicamentos, prefiriendo,obviamente, consumir las drogas de abuso, lo que mantiene su dependencia.

Principios de rehabilitación

La rehabilitación integral de una persona dependiente de drogas pasa por tres etapas diferentes ycomplementarias. La primera etapa requiere el firme propósito y el total convencimiento de alejarsevoluntariamente de las drogas para reintegrarse al núcleo familiar, social y laboral. La segunda etapaprecisa la ayuda y el apoyo para alejarse voluntariamente de las drogas. Esta etapa incluye acercarsea familiares, amistades, y profesionales, para tomar las medidas que favorezcan la rehabilitación. Latercera etapa, y muy crítica, requiere re-orientar la vida con una fuerte visión de sentido a la vida. Sise logra escalar estas tres etapas, se podrá erradicar la dependencia.

Esta triple aproximación es común a la rehabilitación de alcohólicos, a personas que abusan deltabaquismo, de los solventes, marihuana, cocaína y tantas otras drogas de abuso. El proceso es muycomplejo porque en la gran mayoría de los casos exige alejarse de un sistema de vida, de un ciertogrupo de personas e influencias, y tomar decisiones personales relevantes, las cuales muchas vecesnunca han sido asumidas. El aporte de la medicina y de la siquiatría es estéril sin que los adictosasuman un valiente compromiso por distanciarse de las drogas y del mundo de influencias que losarrastran hacia ese objetivo.

La siquiatría dispone de algunos esquemas de tratamiento para la droga dependencia basado enmedicamentos que pueden apoyar este proceso. En el caso particular del alcoholismo, la droga lla-mada antabuse, inhibe el metabolismo del alcohol aumentando los niveles circulantes del acetaldehido.


Este último causa fuertes dolores de cabeza, náusea y vómitos, malestar general, de tal forma que elalcohólico al tomar alcohol durante el tratamiento con antabuse, acumula acetaldehido y experi-menta más bien los síntomas negativos del alcohol que sus efectos placenteros. Con este tratamien-to se busca que el alcohólico adquiera un reflejo condicionado negativo del alcohol que lo ayude aalejarse definitivamente de esta droga. Los resultados clínicos son variables, y dependen en granmedida de la perseverancia del individuo por alejarse del alcohol.

Para tratar a los fumadores se ha querido reemplazar el cigarrillo por un parche con nicotina, drogaque se absorbe lentamente por la piel y sustituye al cigarrillo. La idea es que con el tiempo, seelimine el parche y el cigarrillo. Lo mismo se ha buscado usando chicles que contienen nicotina.Con este tratamiento se busca gradualmente disminuir el contacto con la droga, ya sea que éstaprovenga de cigarrillos, parches o chicles, hasta que el consumo se erradique completamente.

En el caso de los opioides se han usado otras estrategias. Una de ellas es reemplazar la heroína pordrogas menos tóxicas con la N-acetilmetadona, que se administra oralmente, evitando la parafernaliade las jeringas y sus complicaciones. También se ha pretendido reemplazar la heroína por clonidina,que actúa en receptores similares a los opioides, y que se administra oralmente. Otra posibilidadcomún en Europa es proporcionar gratuitamente la droga a los individuos dependientes que seinscriben en programas de control de drogas, evitando el mercado negro. Otra estrategia amplia-mente utilizada consiste en administrar en forma crónica un antagonista, evitando las futuras admi-nistraciones de heroína. El tratamiento con naltrexona ha resultado útil, ya que ésta previene losefectos de futuras dosificaciones de heroína y drogas secuaces.


Bibliografía

(Es posible que algunas direcciones hayan dejado de existir o se modifiquendespués de la publicación de este programa).

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Objetivos Fundamentales y

Contenidos Mínimos Obligatorios

Primer a Cuarto Año Medio

158C

ienc

ias

Nat

ural

es /

Bio

logí

a

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tivos

Fun

dam

enta

les

2º

3ºTercer Año Medio

4ºCuarto Año Medio

1ºPrimer Año Medio

Segundo Año Medio

Los alumnos y las alumnas desarrollarán la capacidad de:1. Apreciar los elementos comunes en la organización y

estructura de los seres vivos y de la célula como su uni-dad funcional.

2. Entender el significado de los procesos de la nutricióndesde el nivel fisiológico al celular y la función de lossistemas que participan en ellos.

3. Apreciar y valorar la interdependencia de los seres vi-vos en las tramas alimentarias, sus consecuencias am-bientales y su relación con el mundo inorgánico.

4. Tomar conciencia de la responsibilidad individual en elámbito de la salud, entendiendo las relaciones entreenfermedad, actividad física, alimentación, tabaquismoy consumo de drogas.

5. Formular hipótesis en temas específicos y entender surelación con los datos experimentales en la investiga-ción científica.

6. Diseñar y realizar procedimientos experimentales sim-ples en problemas específicos del mundo biológico.

7. Seleccionar y sintetizar información científica de fuen-tes diversas y elaborar informes razonados y completosde investigación; presentar información cuantitativarelevante utilizando gráficos y tablas.

Los alumnos y las alumnas desarrollarán la capacidad de:1. Apreciar y entender el significado de la reproducción

sexual y asexual en la transmisión del material genéti-co y en la herencia.

2. Apreciar y valorar la interrelación de los aspectos bio-lógicos, afectivos, espirituales, éticos, culturales, socia-les y ambientales de la sexualidad, reproducción y de-sarrollo humano.

3. Tomar conciencia del problema de la conservación delmedio ambiente y conocer los principios biológicos quepueden aplicarse a su análisis y cuidado.

Los alumnos y las alumnas desarrollarán la capacidad de:1. Comprender que los organismos han desarrollado me-

canismos que posibilitan su funcionamiento sistémicoy su interacción con el medio de manera integrada,manteniendo un ambiente interno estable.

2. Conocer la organización del sistema nervioso y compren-der su función en la regulación y coordinación de las fun-ciones sistémicas, la motricidad y el comportamiento.

3. Comprender y valorar los fundamentos de la evolucióny adaptación a distintos ambientes, y la diversidad bio-lógica como su resultado.

Los alumnos y las alumnas desarrollarán la capacidad de:1. Comprender las teorías sobre la estructura y expresión

de la información genética, sus implicaciones para ex-plicar el funcionamiento de los sistemas vivos, sus apli-caciones en salud y biotecnología, y su influencia en lacultura.

2. Apreciar la interdependencia entre diversos organismoscomo elemento determinante en las propiedades de laspoblaciones y en el desarrollo de variados mecanismosde defensa contra agentes patógenos.

4. Conocer y analizar las aplicaciones en las áreas de lasalud y la producción basadas en el conocimiento cien-tífico sobre hormonas.

5. Conocer la historia de determinadas teorías científicas,comprendiendo la historicidad y el carácter dinámico,refutable y perfectible del conocimiento científico.

4. Apreciar la importancia de la formulación de teorías enel desarrollo del pensamiento científico; comprender ladistinción entre las teorías y los hechos que las sostie-nen o refutan y la manera como éstas se validan en lacomunidad científica; saber del retardo que puede ha-ber en la aceptación y utilización de una teoría por laopinión pública.

3. Entender cómo se analizan los problemas ambientalesdesde la perspectiva de la organización jerárquica de lanaturaleza, apreciando la versatilidad e imaginación delhombre para interactuar y modificar los diversos siste-mas ecológicos.

4. Debatir en forma fundamentada en torno a la relaciónentre ciencia y sociedad, analizando la dimensión éticaimplicada.

5. Entender y analizar la confluencia de factores biológi-cos, sociales y culturales en problemas vinculados a lasalud y el medio ambiente.

6. Seleccionar y presentar datos cuantitativos y cualita-tivos basados en manipulaciones y observaciones expe-rimentales simples; utilizar gráficos y tablas; y elaborarconclusiones a partir de la información recolectada.

Biología Ministerio de Educación 159

Cont

enid

os M

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2º

3ºTercer Año Medio

4ºCuarto Año Medio

1ºPrimer Año Medio

Segundo Año Medio

I. Organización, estructura y actividad celular1. La célula como unidad funcionala. Estructuras y funciones comunes a células animales y

vegetales: la membrana plasmática, el citoplasma, lasmitocondrias y el núcleo; y las distintivas de los vegeta-les: cloroplastos y pared celular.

b. Mecanismos de intercambio entre la célula y el ambiente(difusión, osmosis y transporte activo).

d. Universalidad de las principales moléculas que compo-nen la célula: propiedades estructurales y energéticas.

e. Distinción de las propiedades emergentes en los nive-les de organización: célula, tejido, órgano y sistemasde órganos.

I. Organización, estructura y actividad celular1. Material genético y reproducción celulara. Cromosomas como estructuras portadoras de los genes:

su comportamiento en la mitosis y meiosis.b. Importancia de la mitosis y su regulación en procesos

de crecimiento, desarrollo y cáncer, y de la meiosis enla gametogénesis y la variabilidad del material genético.

II. Procesos y funciones vitales1. Hormonas y sexualidad humana.a. Formación de gametos, efecto de las hormonas sexua-

les, ciclo menstrual y fertilización.b. Distinción y reconocimiento de los aspectos valóricos,

culturales y sociales de la sexualidad humana, inclu-yendo el autocuidado de la pareja y la paternidad res-ponsable.

2. Hormonas, crecimiento y desarrolloa. Cambios físicos, psicológicos y hormonales durante la

adolescencia.b. Desarrollo embrionario y fetal humano, incluyendo el

papel de la placenta, los cambios hormonales del em-barazo, parto y lactancia, y la influencia de factoresambientales.

I. Organización, estructura y actividad celular1. Adaptación a nivel celulara. Relación estructura y función: identificación de diferen-

ciaciones y estructuras especializadas en diversas cé-lulas, incluyendo organismos unicelulares. Uso de ilus-traciones, fotografías y de recursos computacionales.

I. Organización, estructura y actividad celular1. Enzimasa. Contraste entre transformaciones químicas en el mun-

do abiótico y en la célula: función de las enzimas comoagentes de la información genética en el manejo de laenergía.

2. Bacterias y virusa. Estructura y propiedades biológicas de bacterias y virus

como agentes patógenos y como herramientas esen-ciales para manipular material genético en la biotecno-logía.

II. Procesos y Funciones Vitales1. Nutricióna. Nutrientes esenciales. Alimentos como fuente de ener-

gía para las actividades del organismo y materia primapara procesos de crecimiento y reparación de tejidos.Vitaminas y sales minerales.

b. Conceptos de metabolismo: catabolismo y anabolismo.c. Principios de dietética: Requerimientos nutricionales y

recomendaciones en adolescentes sanos, embarazo,lactancia, y distintos niveles de actividad física. Cálcu-los de peso ideal.

d. Contenido relativo de los distintos componentes de unadieta balanceada y cálculo del aporte de calorías en di-versos alimentos.

II. Procesos y funciones vitales1. Regulación de las funciones corporales y homeostasisa. Control hormonal y nervioso en la coordinación e inte-

gración de los sistemas: investigación en diversas fuen-tes sobre el control por retroalimentación.

b. Concepto y fundamentos de la homeostasis, distinguien-do los órganos, sistemas y procesos regulatorios invo-lucrados. Formación de orina: el nefrón como unidadfuncional.

2. El sistema nerviosoa. La variedad de estímulos que excitan el sistema nervio-

so, sus receptores y su importancia relativa en distintosorganismos.

II. Procesos y funciones vitales1. Sistemas de defensaa. Mecanismos inespecíficos de defensa contra invasores

patógenos en animales, incluidas las barreras del orga-nismo.

b. Origen y función de los componentes de la sangre, im-portantes en la defensa específica contra bacterias, vi-rus y hongos, incluyendo los anticuerpos como proteí-nas con función defensiva.

c. La respuesta inmune, la memoria y la tolerancia inmu-nológica.

d. Mecanismos de defensa contra agentes patógenos enplantas.

160

c. Aspectos favorables de la lactancia materna.d. Investigación sobre el control hormonal del crecimiento

y desarrollo en animales y plantas. Aplicaciones comer-ciales.

III.Biología humana y saluda. Grupos sanguíneos: compatibilidad en el embarazo y las

transfusiones.b. Alteraciones de los mecanismos defensivos por facto-

res ambientales y enfermedades, incluyendo la autoin-munidad, alergias y transplantes.

c. Historia del uso médico de la inmunización artificial (va-cunas), incluyendo los experimentos de Louis Pasteur.

d. Recolección de información y análisis de problemas in-fecciosos contemporáneos, distinguiendo aspectos so-ciales, culturales, éticos y biológicos.

e. Investigación sobre la relación entre el gasto y consu-mo energético en los estudiantes durante un períododeterminado. Representación en gráficos y tablas com-parativas, construidas mediante programas computacio-nales. Análisis, discusión y conclusiones.

2. Digestióna. El proceso de digestión, incluyendo el concepto de ali-

mentos simples y compuestos y el papel de estructurasespecializadas, enzimas, jugos digestivos, y las salesbiliares. Estudio experimental de una digestión.

b. Absorción de las sustancias nutritivas, su incorporacióna la circulación, y eliminación de desechos.

b. Disponibilidad de oxígeno y respiración aeróbica o anae-róbica. Producción de compuestos ricos en energía ysustancias de desecho. Deuda de oxígeno en los mús-culos durante el ejercicio intenso.

5. Excrecióna. Sistemas de excreción: su función y relación con las sus-

tancias de desecho del metabolismo. Filtración renal.

IV.Variabilidad y herencia1. Variabilidada. Variabilidad intra especie: formas heredables y no he-

redables.b. Sexo como expresión de variabilidad genotípica.c. Relación genotipo-fenotipo y análisis del concepto de

raza. Observaciones en caninos, felinos y aves.d. Fuentes de variabilidad genética: reproducción sexual y

mutaciones.e. Generación de clones por reproducción asexual. Res-

tricciones éticas a una clonación humana.f. Determinación y presentación gráfica de la frecuencia

de algún carácter variable en una población.

b. Estructura de la neurona, conectividad, organización yfunción del sistema nervioso en la regulación y coordi-nación de las funciones sistémicas, la motricidad y elcomportamiento.

c. Naturaleza electro-química del impulso nervioso y suforma de transmisión entre neuronas y entre neuronasy músculo (señales químicas y sinapsis).

d. Estructura y función del ojo: propiedades ópticas, res-puesta a la luz, y anomalías de la visión.

3. Sistema muscular y respuesta motoraa. Sistema muscular (esquelético, liso y cardíaco) y su co-

nexión funcional con distintas partes del sistema ner-vioso. Actividad refleja y motricidad voluntaria.

b. Estructura del tórax y mecanismo de la ventilación pul-monar.

c. Control de la frecuencia respiratoria.

III.Biología humana y salud1. Higiene nerviosaa. Investigación y debate sobre los aspectos biológicos,

éticos, sociales y culturales de la adicción a drogas queafectan el comportamiento y los estados de ánimo.

b. Stress nervioso, consecuencias físicas, causas y pre-vención.

IV.Variabilidad, herencia y evolución1. Genoma, genes e ingeniería genéticaa. El modelo de la doble hebra del ADN de Watson y Crick.b. Código genético y su expresión en la secuencia de pro-

teínas. Valoración de su universalidad como evidenciade la evolución a partir de ancestros comunes.

c. Investigación, conjeturas y debate sobre el significadoe importancia del proyecto del genoma humano desdelas perspectivas del conocimiento biológico, la ética yla relación entre ciencia y sociedad.

d. Principios básicos de ingeniería genética y sus aplica-ciones productivas, apreciando el uso de bacterias y vi-rus.

V. Organismo y ambiente1. Interacciones entre organismosa. Depredación y competencia como determinantes de la

distribución y abundancia relativa de organismos en unhabitat.

b. El hombre como un organismo fuertemente interactuanteen el mundo biológico: sobreexplotación y contamina-ción.

c. Investigación sobre los efectos de la actividad humanaen los ecosistemas.

2. Poblaciones y comunidadesa. Atributos básicos de las poblaciones y las comunida-

des; factores que condicionan su distribución, tamaño ylímite al crecimiento.

3. Circulacióna. Función del sistema circulatorio en el transporte de ga-

ses, nutrientes y desechos del metabolismo. Composi-ción de la sangre.

b. Actividad cardíaca: ciclo, circulación, ruidos cardíacos,manifestación eléctrica y presión sanguínea. Estudiomediante programas computacionales interactivos.

c Adaptación del organismo al esfuerzo.d. Relaciones de estructura y función de los diferentes

vasos sanguíneos.e. Circulación e intercambio de sustancias al nivel capilar.4. Respiracióna. Estructuras especializadas en el intercambio de gases

en plantas y animales. Movimientos respiratorios.

III.Biología humana y saluda. Estímulos ambientales (radiación ultravioleta y tabaquis-

mo) que pueden dañar el material genético (mutacio-nes) y alterar la regulación de la reproducción celular.

b. Uso médico de hormonas, en el control y promoción dela fertilidad, el tratamiento de la diabetes y el desarrollo.

c. Enfermedades de transmisión sexual y sus modos deprevención.

d. Enfermedades hereditarias e implicaciones sociales dealgunas de ellas (por ejemplo, Síndrome de Down). Prác-tica de ordenación de cromosomas (cariotipo).

Biología Ministerio de Educación 161

b. Uso de programas computacionales para análisis dedatos y presentación de resultados sobre simulacionesde curvas de crecimiento poblacional.

c. Sucesión ecológica como expresión de la dinámica dela comunidad.

3. Ecología y sociedada. Valoración de la diversidad biológica, considerando sus

funciones en el ecosistema.b. Investigación sobre la problemática ambiental, aprecian-

do los aspectos básicos para evaluarla y su caráctermultidisciplinario y multisectorial.

c. Análisis del problema del crecimiento poblacional hu-mano en relación con las tasas de consumo y los nive-les de vida.

IV.Variabilidad y evolucióna. Registro fósil como evidencia de la evolución orgánica.

Distinción entre hechos y teorías.b. Variabilidad como materia prima de los cambios evolu-

tivos y su importancia en la sobrevivencia de las espe-cies.

c. Valoración de la biodiversidad como producto del pro-ceso evolutivo.

d. Selección natural en la evolución y extinción de espe-cies. Innovaciones y formas intermedias.

e. Éxito reproductivo como resultado de la competenciaen el ambiente.

f. Investigación sobre la historia de Darwin y el impactocultural de su teoría en contraste con otras teorías evo-lutivas.

V. Organismo y ambiente1. Adaptacióna. Adaptaciones que permiten a plantas y animales so-

brevivir en distintos ambientes.b. Respuestas adaptativas a los cambios ambientales, dia-

rios y estacionales.c. Adaptación en tiempo evolutivo: historia de la apari-

ción de los grupos mayores de organismos.

2. Herenciaa. Concepto de gen como unidad funcional de la herencia.b. Modificaciones de los cromosomas en la reproducción

sexual: meiosis, gametogénesis y fertilización.c. Investigar la historia de las leyes de la herencia de

Mendel.d. Ejercicios de aplicación de los conceptos de alelos re-

cesivos y dominantes en la selección de un carácter porcruzamiento dirigido.

e. Herencia ligada al sexo.

V. Organismo y ambiente1. Efectos ambientalesa. Efectos directos e indirectos de la modificación del ha-

bitat por la actividad humana sobre la biodiversidad yel equilibrio del ecosistema: daño y conservación.

b. Principios básicos de biología de la conservación y ma-nejo sustentable de recursos renovables.

III.Biología humana y saluda. Enfermedades que pueden asociarse a hábitos alimen-

ticios (malnutrición por déficit y exceso), consumo dealcohol y tabaquismo.

b. Efectos de drogas, solventes y otras sustancias quími-cas. Discusión informada sobre su mal uso y el contex-to social y cultural.

c. Recopilación de datos y elaboración de informes razo-nados sobre factores predisponentes de enfermedadesdel corazón y vasculares más frecuentes.

IV.Organismo y ambiente1. Relaciones alimentariasa Incorporación de materia y energía al mundo orgánico.

Formulación de hipótesis, obtención e interpretación dedatos cuantitativos sobre factores que pueden afectarla velocidad de fotosíntesis: reactantes y productos.

b. Tramas alimentarias y principios básicos de los ciclosdel carbono y del nitrógeno en los ecosistemas.

c. Equilibrio ecológico: influencia humana, positiva y ne-gativa, en cadenas y tramas alimentarias en distintosecosistemas.

“...haz capaz a tu escuela de todo lo grande

que pasa o ha pasado por el mundo.”

Gabriela Mistral

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3ºm biologia formación general

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