explorando la vida

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PowerPoint Lectures for Biology, Seventh Edition

Neil Campbell and Jane Reece

Lectures by Chris Romero

Capitulo 1 UNECapitulo 1 UNE

Explorando la Vida

Dr.M.Ojeda


• Introduccion: Una Era muy excitante para la Biologia

• La Biologia es el estudio cientifico de la vida

• Los Biologos estan muy cerca de poder comprender:

1. Como de una simple celula se desarrolla un organismo completo

2. Como es que las plantas convierten la luz solar en energia quimica

3. Como es que trabaja la mente humana

4. Como las cosas vivas interactuan en sus comunidades

5. Como evoluciono la vida desde los primeros microbios


• La caracteristica basica de la vida es la de tener un alto grado de organizacion

• Cada nivel de la organizacion biologica tiene sus propiedades emergentes

Video: Seahorse CamouflageVideo: Seahorse Camouflage


• Los biologos exploran la vida desde el nivel de microscopio hasta escala global.

• El estudio de la vida se extiende desde el nivel de las moleculas y las celulas hasta todo lo vivo del planeta.

• La organizacion biologica esta basada en la jerarquia de los niveles estructurales


La Jerarquia de la Organizacion Biologica

1. Biosfera: todo el medio ambiente en la tierra

2. Ecosistema: todas las cosas vivas y no vivas en un area particular

3. Comunidad: todos los organismos en un ecosistema

4. Poblacion: todos los individuos de una especie en un area en particular

5. Organismo: un solo individuo vivo.


6. Organo y sistema de organos: parte especializada de un cuerpo hecho de tejidos

7. Tejido: un grupo de celulas similares.

8. Celula: es la unidad fundamental de la vida en su estructura y funcion

9. Organela: es un componente estructural de la celula.

10. Molecula: es una estructura quimica que consiste en grupos de atomos.

Ecosistema

La Biosfera

Organismos

Poblacion

Comunidades

Celulas

Organelas

Moleculas

Tejidos

Organos y sistema de organos

Celula1 µm

Atomos

10 µm

50 µm


Estudiemos de cerca los Ecosistemas

• Cada organismo interactua con su medio ambiente.

• Ambos, el organismo y el medio ambiente se afectan mutuamente


Dinamica de los Ecosistemas

• La dinamica de un ecosistema incluye dos procesos principales:

– El Ciclo de Nutrientes, en el cual los materiales adquiridas por las plantas, eventualmente retornan al suelo.

– El flujo de enegia desde la luz solar hasta los productores y consumidores


Conversion de Energia

• Todas las actividades de la vida requieren trabajo.

• El trabajo depende de la fuente de energia.

• El intercambio de energia entre un organismo y su medio ambiente requiere usualmente de transformaciones de energia.

• El las transformaciones alguna energia se pierde en forma de calor.

• La energia que fluye a traves de un ecosistema, usualmente entra como luz y sale como calor

LE 1-4LE 1-4

Luz Solar

Ecosistema

Calor

Calor

EnergiaQuimica

Consumidores(incluye los animales)

Productores(plantas y otros

organismos fotosinteticos)


Hablemos sobre las celulas

• La celula es el mas bajo nivel de organizacion que puede desempenar todas las funciones de la vida.

• La habilidad de las celulas para dividirse es la base de toda la reproduccion, crecimiento y reparacion de los organismos multicelulares.

LE 1-5LE 1-5

25 µm


La Informacion Hereditaria de la Celula.

• Las celulas contienen DNA, la informacion hereditaria que dirige todas las actividades de las celulas.

• El DNA es la sustancia que compone los genes.

• Los genes son la unidad de la herencia, la cual transmite la informacion desde los progenitores a los descendientes

LE 1-6LE 1-6

Sperm cell

NucleicontainingDNA

Egg cell

Fertilized eggwith DNA fromboth parents

Embryo’s cells With copies of inherited DNA

Offspring with traits inherited from both parents


• Cada molecula de DNA esta compuesta de dos largas cadenas organizadas en forma de doble helice.

• Cada eslabon de la cadena es uno de los cuatro tipos de bloques quimicos llamados nucleotidos.

LE 1-7LE 1-7

DNA double helix Single strand of DNA

Nucleotide

Cell

Nucleus DNA


Dos Tipos Principales de Celulas

• Caracteristicas generales de todas las celulas:

– Envueltas por una membrana

– Usan el DNA como informacion genetica

• Existen dos tipos principales de celulas:

– Eukaryoticas: divididas en organelas; con DNA en el nucleo.

– Prokaryoticas: sin organelas; el DNA no esta separado en el nucleo.

LE 1-8LE 1-8

Membrane

Cytoplasm

EUKARYOTIC CELL PROKARYOTIC CELL

DNA(no nucleus)

Membrane

1 µm

Organelles

Nucleus (contains DNA)


Los Sistemas Biologicos son mucho mas que la suma de sus partes.

• Un sistema es una combinacion de componentes que forman una organizacion mucho mas compleja.

• Las celulas, los ecosistemas y los organismos son ejemplos de sistemas biologicos


Las Propiedades Emergentes de los Sistemas.

• Las propiedades emergentes resultan de las interacciones y organizacion dentro de los sistemas.

• Las nuevas propiedades emergen con cada paso de avance en la jerarquia del orden biologico


El Poder y las Limitaciones del Reduccionismo.

• El Reduccionismo es la reduccion de complejos sistemas en sus mas simples componentes para poder estudiarlos mas facilmente.

• El estudio de la estructura del DNA y el Proyecto del Genoma Humano son ejemplos de reduccionismo.


Sistemas Biologicos

• Con la formacion de los Sistemas Biologicos se busca la creacion de modelos del comportamiento dinamico de los sistemas biologicos en su totalidad.

• Mediante este modelo se puede predecir como el cambio en una parte del sistema afectara el resto del sistema.

LE 1-10LE 1-10

CELL

Nucleus

Cytoplasm

Outer membraneand cell surface


• Los sistemas biologicos utilizan tres principales formas de desarrollo en las investigaciones:

– Alta tecnologia en procesamiento: metodos que almacenan una gran cantidad de informacion rapidamente.

– Bioinformatica: utilizando computadoras y programas para procesar e integrar una gran cantidad de datos.

– Grupos de investigadores interdisciplinarios.


Regulacion por Retroalimentacion en los Sistemas Biologicos.

• Los sistemas de regulacion aseguran un balance dinamico en los sistemas vivos.

• Los procesos quimicos son catalizados (acelerados) por las enzimas.

• Muchos procesos biologicos son auto-regulados, o sea, el producto del proceso regula al mismo proceso.


• En la retroalimentacion negativa, la acumulacion de un producto hace mas lento el proceso en si.

• En la retroalimentacion positiva (menos comun), el producto acelera su propia produccion.

Animation: Negative Feedback Animation: Positive Feedback

LE 1-11LE 1-11

Enzyme 1

A A

BB

C C

DD

D

DD

D

D

D

DDD

Enzyme 2

Enzyme 3

Negativefeedback

Enzyme 1

LE 1-12LE 1-12

W

Enzyme 4

W

XX

Y Y

ZZ

ZZ

Z ZZ

ZZ Z

Enzyme 5

Enzyme 6

Positivefeedback

Enzyme 4

Enzyme 6

Enzyme 5

Z

Z Z Z

Z

Z

Z

ZZ


Los Biologos Exploran la Vida en una Gran Diversidad de Especies

• Los biologos han dado nombre a cerca de 1.8 millones de especies.

• Se estima que el total de especies es de unos 10 a 200 millones.


Agupando las Especies: La Idea Basica

• La taxonomia es la rama de la Biologia que nombre y clasifica las especies dentro de un orden jerarquico.

• Los Reinos y los Dominios son las mas amplias clasificaciones.

LE 1-14LE 1-14

Ursidae

Ursus

Carnivora

Mammalia

Chordata

Animalia

Eukarya

Especie GeneroFamilia Orden Clase Tipo Reino DominioUrsusamericanus(Americanblack bear)


Los Tres Dominios de la Vida

• A su mas alto nivel, la vida se clasifica dentro de tres Dominios:

– Bacteria (procaryotes)

– Archaea (prokaryotes)

– Eukarya (eukaryotes).Incluyen Protistas y los Reinos Plantas, Hongos y Animal.

LE 1-15LE 1-15

Bacteria 4 µm 100 µm

0.5 µm

Kingdom PlantaeProtists

Kingdom AnimaliaKingdom FungiArchaea


La Unidad en la Diversidad de la Vida

• La diversidad fundamental de la vida esta en su impresionante unidad, especialmente en los niveles basicos de organizacion.

• En las eukariotas, la unidad es evidente en los detalles de la estructura celular.

LE 1-16aLE 1-16a

Cilia of windpipe cellsCilia of Paramecium

15 µm 5 µm

LE 1-16bLE 1-16b

Cilia of windpipe cellsCilia of Paramecium

Cross section of cilium,as viewed with anelectron microscope

0.1 µm


• La Evolucion se fundamenta en la unidad y diversidad de la vida.

• La historia de la vida en la de un planeta Tierra cambiante con billones de anos de edad.


• La vision sobre la evolucion de la vida comenzo a llamar la atencion a partir de 1859 cuando Charles Darwin publico su “On the Origin of Species by Natural Selection”.

• El “Darwinismo” se convirtio en casi un sinonimo del concepto de evolucion.


• “The Origin of Species” articulaba dos conceptos principales:

– La Descendencia con Modificaciones. (El hecho de que las especies contemporaneas surgen de una sucesion de ancestros)

– La Seleccion Natural. (El mecanismo de modificacion de los descendientes)

• Ejemplo de descendencia con modificaciones lo tenemos en la unidad y diversidad de la familia de las orquideas.


Seleccion Natural

• Darwin infirio la seleccion natural conectando dos observaciones:

– Observacion #1: Las variaciones individuales en un rasgo hereditario.

– Observation #2: Cambios por Sobrepoblacion y Competencia.

– Inferencia: El exito reproductivo era desigual.

– Inference: Adaptacion Evolutiva.

LE 1-20LE 1-20

Evolution of adaptationsin the population

Differences inreproductive success

Overproductionand competition

Populationof organisms

Hereditaryvariations


• La seleccion natural puede hacer cambiar las variaciones hereditarias de una poblacion.

• Un ejemplo de esto es el efecto de la accion de las aves alimentandose sobre una poblacon de escarabajos.

LE 1-21LE 1-21

Population with varied inherited traits

Elimination of individuals with certain traits

Reproduction of survivors

Increasing frequency of traits that enhancesurvival and reproductive success


• La seleccion natural es frecuentemente evidente en adaptaciones de organismos en us forma de vida y medio ambiente.

• Las alas de los murcielagos son un ejemplo de adaptacion.

Video: Soaring HawkVideo: Soaring Hawk


El Arbol de la Vida

• Muchos organismos relacionados tienen similitudes adaptadas para formas especificas de vida.

• Este parentesco conecta la unidad y diversidad de la vida a una descendencia con modificaciones.

• La seleccion natural produce eventualmente nuevas especies a partir de especies ancestrales.

• Los biologos muestran frecuentemente las relaciones evolutivas en un diagrama tipo arbol.

[Videos on slide following the figure]

LE 1-23LE 1-23Largeground finch

Large cactusground finch

Sharp-beakedground finch

Geospizamagnirostris

Geospizaconirostris

Mediumground finch

Geospizafuliginosa

Smallground finch

Woodpecker finch

Camarhynchuspsittacula

Large tree finch

Medium tree finch

Cactusground finch

Geospizadifficilis

Cactus flowereaters

Geospizascandens

Seed eater

Ground finches

Seed eaters

Tree finches

Common ancestor fromSouth American mainland

Insect eaters Bud eater

Warbler finches

Mangrove finchGeospiza

fortis

Cactospizapallida Small

tree finch

Camarhynchuspauper

Camarhynchusparvulus

Greenwarblerfinch

Graywarblerfinch

Certhideaolivacea

Certhideafusca

Vegetarianfinch

Platyspizacrassirostris

Cactospizaheliobates


Video: Albatross Courtship RitualVideo: Albatross Courtship Ritual

Video: Blue-footed Boobies Courtship RitualVideo: Blue-footed Boobies Courtship Ritual

Video: GalapVideo: Galapáágos Islands Overviewgos Islands Overview

Video Galapágos Marine IguanaVideo Galapágos Marine Iguana

Video: Galapágos Sea LionVideo: Galapágos Sea Lion

Video: Galapágos TortoiseVideo: Galapágos Tortoise


Los Biologos Usan Varias Formas de Investigacion para Explorar la Vida.

• La investigacion es la busqueda de informacion y explicacion usualmente enfocada en cuestiones especificas.

• El proceso de la ciencia mezcla dos procesos principales de la investigacion cientifica:

– El Descubrimiento Cientifico: describe la naturaleza.

– La Hipotesis Cientifica: explica la naturaleza.


El Descubrimiento Cientifico.

• Describe la naturaleza a traves de la observacion cuidadosa y el analisis de la informacion.

• Como ejemplo tenemos:

– La comprension de la estructura celular.

– La ampliacion de la informacion de los genomas.


Tipos de Informacion o Datos

• Los Datos son observaciones grabadas o registradas.

• Existen dos tipos de datos:

– Cuantitativos: medidas numericas

– Cualitativos: descripciones registradas.


La Induccion en el Descubrimiento Cientifico

• El razonamiento inductivo envuelve o se fundamenta en generalizaciones basadas en muchas observaciones especificas.


La Hipotesis Cientifica

• En Ciencia, la investigacion usualmente envuelve proposicion y comprobacion de hipotesis.

• Las Hipotesis son explicaciones hipoteticas.


El Papel de la Hipotesis en la Investigacion

• En Ciencias, una hipotesis es una respuesta tentativa a una pregunta bien elaborada.

• Una hipotesis es una explicacion puesta a prueba, haciendo una prediccion que pueda ser comprobada.

LE 1-25aLE 1-25a

Hypothesis #1:Dead batteries

Hypothesis #2:Burnt-out bulb

Observations

Question

LE 1-25bLE 1-25b

Hypothesis #1:Dead batteries

Hypothesis #2:Burnt-out bulb

Test prediction

Test falsifies hypothesis

Prediction:Replacing batterieswill fix problem

Prediction:Replacing bulbwill fix problem

Test prediction

Test does not falsify hypothesis


Deduccion: “Si……entonces…” es la logica cientifica del uso de la Hipotesis Cientifica.

• En el razonamiento deductivo, la logica fluye de lo general a lo especifico o particular.

• Si la hipotesis es correcta, entonces podemos esperar un resultado especifico.


La Hipotesis en la Investigacion Cientifica.

• Una hipotesis cientifica debe tener dos importantes cualidades:

– Comprobable.

– Poder demostrar su falsedad.


El Mito del Metodo Cientifico

• El metodo cientifico es un proceso de investigacion idealizado.

• Muy pocos investigadores cientificos se adhieren rigidamente a las reglas del metodo cientifico.


• In mimicry, a harmless species resembles a harmful species

• An example of mimicry is a stinging honeybee and a nonstinging mimic, a flower fly

A Case Study in Scientific Inquiry: Investigating Mimicry in Snake Populations (ASIGNACION)

LE 1-26LE 1-26

Flower fly (nonstinging)

Honeybee (stinging)


• This case study examines king snakes’ mimicry of poisonous coral snakes

• The hypothesis states that mimics benefit when predators mistake them for harmful species

• The mimicry hypothesis predicts that predators in non–coral snake areas will attack king snakes more frequently than will predators that live where coral snakes are present

LE 1-27LE 1-27

Scarlet king snake

Eastern coralsnake

Scarlet king snake

Key

Range of scarlet king snake

NorthCarolina

Range of easterncoral snake

SouthCarolina


Field Experiments with Artificial Snakes

• To test this mimicry hypothesis, researchers made hundreds of artificial snakes:

– An experimental group resembling king snakes

– A control group resembling plain brown snakes

• Equal numbers of both types were placed at field sites, including areas without coral snakes

• After four weeks, the scientists retrieved the artificial snakes and counted bite or claw marks

• The data fit the predictions of the mimicry hypothesis

LE 1-28LE 1-28

(a) Artificial king snake

(b) Artificial brown snake that has been attacked

In areas where coral snakes were present, most attacks were on brown artificial snakes.

In areas where coral snakeswere absent, most attacks

were on artificial king snakes.

LE 1-29LE 1-29

% of attacks onartificial king snakes

% of attacks onbrown artificial snakes

Field site withartificial snakes

83%

NorthCarolina

SouthCarolina

17%

16%

84%

Key


Designing Controlled Experiments

• Scientists do not control the experimental environment by keeping all variables constant

• Researchers usually “control” unwanted variables by using control groups to cancel their effects


Limitaciones de la Ciencia

• Las limitaciones de la Ciencias estan dados por su naturalismo:

– La ciencia busca las causa naturales para los fenomenos naturales.

– La ciencia no puede apoyar o falsificar explicaciones sobrenaturales, las cuales estan fuera de los limites de la ciencia.


Las Teorias en la Ciencia.

• Una Teoria Cientifica es mucho mas amplia que una Hipotesis.

• Una Teoria Cientifica es:

– Amplia en alcance.

– Suficientemente general para generar nuevas hipotesis.

– Apoyada por una gran cantidad de evidencia.


Construccion de un Modelo Cientifico

• Los modelos son representativos de ideas, estructuras o procesos.

• Los modelos puede variar desde ser representaciones de la vida misma hasta simbolos esquematicos.

LE 1-30LE 1-30Frombody

Fromlungs

Rightatrium

Leftatrium

Rightventricle

Leftventricle

To lungs To body


La Cultura Cientifica

• La ciencia es una actividad social muy intensa.

• La cooperacion y la competencia caracterizan a la cultura cientifica.


Ciancia, Tecnologia y Sociedad.

• El objetivo de la Ciencia es el de comprender los fenomenos naturales.

• La Tecnologia aplica los conocimientos cientificos para algunos propositos especificos.


Un Grupo de Temas Conectan los Conceptos de la Biologia.

• La Biologia es la ciencia mas cercana a las humanidades y a las ciencias sociales.

• Los temas fundamentales proveen la estructura para la comprension biologica.

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