Guia Docente Biologia-3ES-Huellas

HUELLAS

1 ]]ESES [3 BIOLOGÍA

GUÍA DOCENTE PLANIFICACIÓN, GUÍA DE RESPUESTAS Y ORIENTACIONES PARA EL TRABAJO EN CLASE Este material para el docente es un proyecto realizado por el Departamento Editorial de Estrada S. A.

Autoría: Pablo Salomón Edición: Luz Salatino Diagramación: Pamela Donnadio Salomón, Pablo Biología 3 ES : guía docente . - 1a ed. - Boulogne : Estrada, 2014.

E-Book. - (Huellas) ISBN 978-950-01-0086-1 1. Biología. 2. Guia Docente .

CDD 371.1

Índice

La Biología y su enseñanza en el 3.er año del Ciclo Básico de la Escuela Secundaria .................................................. 3 Planificación .................................................................................................................. 5 Guía de respuestas y orientaciones para el trabajo en clase .......12

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© Editorial Estrada S. A. 2014

La bioLogía y su enseñanza en eL 3.er año deL CiCLo básiCo de La esCueLa seCundaria El estudio de las Ciencias Naturales en los primeros años de la escuela secundaria se organiza en torno al propósito general de la alfabetización científica de los estudiantes. La enseñanza de la Biología en el nivel medio responde a una serie de motivaciones que buscan construir una mirada crítica de los ciudadanos sobre los procesos y los productos de la ciencia. “La ciencia en la escuela busca formar, no solo ciudadanos competentes en cuestiones científicas o conocedores de ideas de ciencias, sino también sujetos críticos respecto del quehacer científico”. 1 De acuerdo con los lineamientos curriculares, la enseñanza debe estructurarse en torno a situaciones en las cuales los estudiantes puedan desarrollar herramientas que les permitan tomar decisiones responsables sobre cuestiones relacionadas con los fenómenos biológicos y con el desarrollo científico y tecnológico. Dos de los campos en los que se ponen en juego estas decisiones son la salud y los temas ambientales, que tienen especial preponderancia en los currículos escolares.

Desde el punto de vista conceptual, la enseñanza de la Biología en la escuela secundaria se organiza en torno al desarrollo de tres lógicas de pensamiento biológico que, en conjunto, permiten relacionarlo con el mundo: la del pensamiento ecológico, la del pensamiento evolutivo y la del pensamiento fisiológico.

La primera se ocupa de las relaciones entre los organismos, haciendo hincapié en las propiedades emergentes de las poblaciones y en las comunidades biológicas.

La lógica de pensamiento evolutivo se propone analizar los sistemas biológicos y su diversidad, a partir de la historia evolutiva, y entender la adaptación como el producto de la interacción de los organismos con un ambiente dinámico. La lógica del pensamiento fisiológico se basa en los mecanismos físicos y químicos que subyacen a un proceso biológico. Busca comprender y describir las relaciones de las partes de un sistema biológico.

Estas tres formas de pensamiento permiten que el sujeto se relacione con los fenómenos de la vida desde una mirada crítica, capaz de comprender las caracterís-

ticas de un mundo cambiante. Todo fenómeno biológico puede abordarse desde estas tres lógicas. En cada caso, una de las formas de pensamiento podrá prevalecer sobre otras. Sin embargo, el diálogo entre las tres permitirá acceder a una mirada integrada y abarcativa de los fenómenos.

En el segundo y tercer año del Ciclo Básico de la Escuela Secundaria, la Biología se plantea como una materia específica que debe constituirse como un puente entre los estudiantes y las principales teorías y modos de pensamiento propios de la disciplina. El conjunto de teorías y modos de conocer de la biología debe asistir a los jóvenes en la construcción de un criterio que les permita participar activamente en la toma de decisiones sobre temas que vinculan las ciencias de la vida con aspectos éticos, sociales, económicos, culturales y religiosos, entre otros.

Esta mirada abierta posibilita la construcción de una actitud crítica y comprometida respecto de los fenómenos biológicos que convocan la atención de la ciudadanía. El mundo cambiante en que vivimos impone la necesidad de tomar partido respecto de un amplio conjunto de temas. El uso de organismos genéticamente modificados (OGM) en la elaboración de productos para consumo humano; la clonación humana; el patentamiento del genoma de diversos seres vivos; el congelamiento de embriones humanos, son algunos de estos temas. La construcción de una ciudadanía plena es uno de los objetivos más importantes de la enseñanza, que implica el desarrollo de herramientas conceptuales que permitan comprender el mundo. El desarrollo del pensamiento ecológico, evolutivo y fisiológico se presenta como un factor decisivo para el alcance de estas metas, puesto que los temas biológicos que nos convocan como ciudadanos responsables no pueden entenderse si no es a partir de un enfoque integrado y abarcador.

1. Dirección General de Cultura y Educación, Gobierno de la Provincia de Buenos Aires, Diseño Curricular para la Educación Secundaria de la Provincia de Buenos Aires, 3.º año (SB), La Plata, Dirección General de Cultura y Educación, 2008.

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PlanificaciĂłn

Contenidos

Los sistemas biológicos y los niveles de organización de los seres vivos.

Sistemas involucrados en la función de relación.

Captación de estímulos y procesamiento de respuestas.

Comportamientos y respuestas en plantas y en animales.

Función de control.

Homeostasis.

Modelo estímuloprocesamiento-respuesta.

Capítulo

Capítulo 1.

Los seres vivos y su relación con el medio Estudiar las características de los seres vivos a partir del enfoque organicista y considerar a los organismos como sistemas biológicos.

Analizar y describir casos de comportamiento animal o de comunicación entre organismos, utilizando el modelo señalprocesamiento-respuesta, incluyendo ejemplos de diversidad de estímulos, interacción estímulo-receptor y de receptores para un mismo estímulo.

Comprender la naturaleza de la percepción en los seres vivos y reconocer que la percepción de cada tipo de estímulo es llevada adelante por órganos específicos.

Reconocer que un mismo estímulo puede ser percibido a través de diferentes estructuras en distintos organismos.

Expectativas de logro

Situaciones de enseñanza Análisis de diversos ejemplos que ponen de manifiesto la generación de respuestas de los seres vivos frente a diversos estímulos.

Lectura de situaciones disparadoras relacionadas con la comunicación entre distintas partes de un organismo; como los patrones de desarrollo de las flores de girasol y su relación con situaciones anómalas de crecimiento celular, como el cáncer.

Análisis de experimentos históricos sobre los mecanismos que regulan la comunicación entre distintas partes de un ser vivo, como las experiencias de Charles y Francis Darwin sobre los mecanismos de respuesta de desarrollo de plántulas frente a la luz.

Análisis de ejemplos sobre mecanismos de mantenimiento de la homeostasis en diversos organismos.

Aplicación del modelo estímulo-procesamiento-respuesta para explicar ejemplos.

Ejecutar experimentos sencillos para estudiar los mecanismos de control de la homeostasis en los seres humanos.

BLOQUE 1: Respuesta al medio

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Percepción y respuesta en los animales.

Estímulos lumínicos, mecánicos, químicos, eléctricos, térmicos, etcétera.

Formas de contaminación ambiental que altera la percepción.

Estímulos químicos: olfato, feromonas, gusto.

La captación de estímulos en las plantas: variedad de estímulos, receptores y respuestas.

Estímulos lumínicos, mecánicos, químicos, hídricos, térmicos, etcétera.

Respuestas a estímulos lumínicos: fototropismo, heliotropismo, nictinastia, fotoperiodicidad.

Respuestas a estímulos mecánicos: tigmotropismo, tigmonastia.

Respuestas a la temperatura.

Estímulos hídricos: hidrotropismo, hidronastia.

Respuestas a otros estímulos: sustancias químicas, gravedad.

Capítulo 2.

Estímulos y respuestas de los animales

Capítulo 3.

Estímulos y respuestas de las plantas

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Reconocer los tipos de respuestas de las plantas frente a estímulos lumínicos, mecánicos, químicos, gravitacionales, hídricos, etcétera.

Identificar estructuras vegetales encargadas de ejecutar respuestas frente a estímulos externos.

Comparar diversidad de respuestas de las plantas frente a un mismo estímulo.

Reconocer el fotoperiodo como mecanismo regulador de las respuestas de las plantas.

Comprender que el ritmo circadiano es un fenómeno que pone de manifiesto la ejecución de respuestas temporales en los seres vivos.

Analizar la relación estímulo-receptor en diversos ejemplos y examinar casos que den cuenta de la variedad de respuestas de los organismos frente a los estímulos.

Considerar ejemplos de la respuesta dispar de distintas especies frente a un mismo estímulo. Por ejemplo, la respuesta positiva de algunas especies a la luz, a la humedad, a determinados olores, y la negativa de otras a los mismos factores ambientales.

Lectura de ejemplos disparadores que pongan de manifiesto la capacidad de las plantas de generar respuestas frente a los cambios del medio, como el fenómeno de floración regulada mediante la cantidad de horas-frío estacionales en el arándano.

Relevamiento de diversidad de respuestas en plantas frente a los cambios de luz, de temperatura, de humedad, etcétera.

Análisis de situaciones experimentales históricas que pongan a prueba hipótesis sobre la influencia del fotoperiodo en la floración, como los experimentos de Garner y Allard en plantas de soja.

Realización de experimentos sencillos para evaluar la influencia del color de la luz en la germinación de plantas.

Análisis de diseño experimental y control de variables.

Lectura de ejemplos de comunicación hormonal entre distintas especies, como el de las mariposas del género Maculinea y ciertas hormigas, como situación disparadora para adentrarse en los mecanismos de emisión y recepción de señales químicas en el reino animal.

Relevamiento de ejemplos que pongan de manifiesto la diversidad de formas de comunicación establecidas entre animales.

Análisis comparativo de estructuras receptoras de estímulos en diversos grupos animales.

Aplicación del modelo estímulo-procesamiento-respuesta en ejemplos de comunicación animal.

Análisis de experimentos históricos sobre la comunicación en animales, como el de Keeton en la determinación de la influencia del campo magnético en la orientación de las aves.

Ejecución de actividades de investigación para poner a prueba hipótesis sobre los mecanismos de percepción de estímulos en animales.

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Comportamientos y respuestas en los animales.

Comportamientos innatos y adquiridos.

Clasificación de los aprendizajes: habituación, condicionamiento, discernimiento.

Diferentes tipos de comunicación.

Comportamientos de competencia.

Comportamientos de cortejo y apareamiento.

Sociedades en especies animales.

Animales gregarios y sociales.

Altruismo en los animales.

Estímulos y respuestas en las células.

Rol de la membrana plasmática. Receptores de membrana.

Funciones de las proteínas en la membrana celular.

Especificidad señal-receptor; modelo llave-cerradura.

Intercambio de sustancias.

Percepción de mensajes a nivel celular.

Respuesta del interior celular.

Receptores intracelulares.

Transducción de señales.

Receptores celulares y respuesta inmunológica.

Comunicación intercelular.

Capítulo 4.

Percepción y respuesta en los animales

Capítulo 5.

Percepción y respuesta a nivel celular Comprender la idea de que las células también son sistemas biológicos capaces de percibir e intercambiar información a través de un modelo análogo al de los organismos macroscópicos.

Explicar, sobre la base de ejemplos, el papel de las proteínas de la membrana celular en los procesos de percepción y comunicación celular.

Aplicar el modelo llave-cerradura para analizar la especificidad en el transporte de sustancias a través de la membrana celular en diversos ejemplos.

Reconocer similitudes y diferencias en las características de receptores de membrana e intracelulares.

Reconocer distintos tipos de comunicación entre células.

Emplear el modelo estímulo-procesamientorespuesta para explicar diversos ejemplos de comunicación celular.

Reconocer los tipos de respuestas de los animales frente a estímulos lumínicos, mecánicos, químicos, hídricos, etcétra.

Identificar estructuras animales encargadas de ejecutar respuestas frente a estímulos externos.

Comparar diversidad de respuestas de los animales frente a un mismo estímulo.

Reconocer las características innatas o aprendidas de diferentes comportamientos en animales.

Reconocer la influencia de la selección natural en el desarrollo del comportamiento.

Analizar respuestas instintivas e involuntarias en el comportamiento de huida.

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Estudio de variedad de ejemplos de respuestas celulares a estímulos del medio, como punto de partida para el examen de mecanismos que tienen las células para percibir su entorno.

Análisis de ejemplos de comunicación celular a partir de analogías en el campo de la comunicación en organismos macroscópicos.

Construcción del concepto de especificidad señal-receptor mediante el estudio del modelo de llave-cerradura, que permite comprender el encaje de dos formas complementarias.

Relevamiento de los componentes de la membrana celular y estudio de las características de aquellos involucrados en el transporte de sustancias.

Análisis de experimentos históricos decisivos en la construcción del modelo de mosaico fluido de la membrana.

Elaboración de modelos sobre diversos fenómenos relacionados con la comunicación a nivel celular.

Lectura de ejemplos sobre comunicación animal como situación disparadora, para adentrarse en los mecanismos de percepción y respuesta a estímulos.

Aplicación de los conocimientos aprendidos en la unidad para evaluar la existencia de comportamientos innatos o adquiridos en un conjunto de ejemplos.

Análisis de experimentos históricos sobre aprendizaje en animales, como las investigaciones de Tinbergen sobre el patrón de ubicación espacial de avispas.

Investigación de comportamientos de cortejo en el reino animal.

Estudio de comportamientos gregarios y sociales desde la perspectiva evolutiva.

Análisis del valor adaptativo de diferentes comportamientos instintivos a partir de conocimientos previos sobre la selección natural.

Planificación y ejecución de actividades de observación para el estudio de comportamiento en animales.

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Capítulo 6.

El sistema nervioso

Capítulo

Estímulos y respuestas en los animales.

Receptores y efectores.

Componentes del sistema nervioso humano. Encéfalo y médula espinal.

Las neuronas.

Sinapsis. Potencial de acción.

Neurotransmisores.

Propagación del impulso nervioso.

Sistema nervioso central y periférico.

Sistema nervioso voluntario y autónomo (simpático y parasimpático). Órganos efectores: músculos y glándulas.

Enfermedades del sistema nervioso.

El consumo de drogas y sus efectos en la salud del sistema nervioso.

Contenidos

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Interpretar casos de comportamiento animal, tomando como referencia el modelo de estímulo-procesamiento-respuesta en el que intervienen las neuronas, identificando las vías aferentes, centros de procesamiento y vías eferentes y a los músculos y glándulas como los efectores de las respuestas.

Establecer relaciones entre la estructura de la célula nerviosa y su función, en tanto percepción, procesamiento y producción de respuesta frente a una señal.

Explicar la función de los neurotransmisores y el papel de las proteínas de membrana en relación con la percepción de una señal específica.

Identificar las partes principales del sistema nervioso (central y periférico, autónomo y somático), distinguiendo entre el carácter estructural y funcional de sus divisiones.

Explicar el funcionamiento de los sistemas simpático y parasimpático utilizando ejemplos concretos que refieran a situaciones de alerta y de reposo.

Expectativas de logro

Reflexión sobre la mecánica de transmisión de señales que desencadenan respuestas inmediatas como punto de partida para el estudio morfológico de las estructuras del sistema nervioso.

Estudio de la neurona, retomando el modelo de estímuloprocesamiento-respuesta trabajado la unidad anterior.

Lectura de experimentos históricos de Otto Loewi, sobre comunicación entre neuronas, y de Iván Pavlov, sobre aprendizaje asociativo.

Reconocimiento de respuestas voluntarias e involuntarias en diversos casos, e identificación de las estructuras involucradas en la respuesta.

Análisis del comportamiento de huida presentado en el bloque 1 a la luz del estudio del sistema nervioso autónomo, comparándolo con el sistema somático o voluntario y haciendo hincapié en la manera en que las diferentes respuestas involuntarias contribuyen al mantenimiento de la homeostasis del organismo.

Discusión sobre las consecuencias del consumo de drogas en la salud del sistema nervioso.

Planificación y realización de experiencias sencillas para estudiar las características de respuestas en seres humanos, como la medición del tiempo de reacción a estímulos de distinta naturaleza.

Situaciones de enseñanza

BLOQUE 2: Regulación e integración de funciones

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Capítulo 7.

El sistema endocrino y el control hormonal

El sistema endocrino.

Concepto de glándula, hormona y tejido blanco.

Las hormonas y las glándulas en animales y en vegetales.

Las hormonas en los seres humanos.

Clasificación química de las hormonas.

Mecanismos de acción hormonales.

La hipófisis y sus funciones.

El páncreas y sus funciones.

Procesos homeostáticos.

Comparar el sistema nervioso y el endócrino en relación con el tipo de señal y cómo se produce, cómo se transporta y cuáles son sus efectos.

Interpretar la regulación hormonal del desarrollo sexual secundario en términos del modelo señal-procesamiento-respuesta, identificando las glándulas, las señales, los tejidos blanco y las respuestas provocadas en cada caso.

Explicar la regulación de la glucemia utilizando los conceptos centrales de la endocrinología: producción de señales químicas, su transporte, células y tejidos blanco, especificidad señalreceptor, desencadenamiento de la respuesta, acción antagónica de la insulina y del glucagón.

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Estudio de la regulación de los niveles de glucosa en la sangre por parte del sistema insulina-glucagón como caso paradigmático del control endocrino.

Estudio de la acción de hormonas sexuales como ejemplo de señales que afectan el desarrollo del organismo, con foco en los efectos que estas tienen en la pubertad, profundizando los temas estudiados en segundo año, en la unidad de reproducción.

Análisis del rol de la hipófisis en la integración del sistema nervioso y endocrino, a partir de ejemplos que retomen alguno de los casos estudiados anteriormente (como la acción de la hormona de crecimiento sobre la glucemia, o el efecto de la hormona luteinizante o folículo estimulante sobre los órganos sexuales).

Análisis de experimentos históricos de Von Mering y Minkowski sobre la diabetes, como ejemplos claros de riguroso pensamiento y procedimiento científico.

Planificación y realización de actividades de indagación para reconocer los mecanismos de mantenimiento de la homeostasis en seres humanos.

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Capítulo 8.

Las proteínas

Capítulos

Importancia de las proteínas en los seres vivos.

Las proteínas como polímeros con secuencia.

Relación estructura y función en las proteínas.

Funciones de las proteínas.

Las enzimas.

Acción y utilización de las enzimas.

Los aminoácidos.

Estructura y clasificación de las proteínas.

Desnaturalización e hidrólisis de las proteínas.

Síntesis de las proteínas.

Contenidos

Situaciones de enseñanza Estudio de casos de afecciones humanas debidas a problemas en la síntesis de proteínas como disparador sobre el rol de las proteínas en diversos procesos vitales.

Relevamiento del rol de las proteínas como responsables fundamentales de los procesos que ocurren en la célula en una diversidad de casos.

Estudio del caso de las enzimas y su papel clave en el metabolismo celular.

Análisis comparado de la especificidad de enzima y sustrato con el modelo señal-receptor, estudiado en la unidad previa.

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Explicar, basándose en ejemplos, el rol de las proteínas en la determinación del fenotipo de los organismos.

Relacionar la diversidad de estructuras de las proteínas con la diversidad de funciones que cumplen en el organismo, dando ejemplos de proteínas de diferentes tipos (globulares, fibrosas, etc.) y sus funciones.

Explicar la acción de las enzimas utilizando la analogía señalreceptor para dar cuenta de su especificidad.

Relacionar la estructura de las proteínas con la información genética apelando al concepto de código genético y traducción.

Expectativas de logro

BLOQUE 3: Del ADN al organismo

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Capítulo 9.

El ADN

El modelo de Watson y Crick.

Estructura y replicación del ADN. Estructura y funciones del ARN. El código genético.

La síntesis de proteínas.

El concepto de gen.

Genotipo y fenotipo.

Las mutaciones.

Los genomas y su lectura.

El genoma humano.

El ADN y sus aplicaciones forenses.

ADN e identidad: el caso de las Abuelas de Plaza de Mayo.

La biotecnología.

La ingeniería genética

Analizar el rol del ADN como “banco” de información que debe ser conservada por medio de divisiones celulares y transmitida de generación en generación.

Considerar el modelo de doble hélice para analizar las características de los procesos celulares, en los que interviene el ADN. Describir las mutaciones como fallas en el copiado del ADN y ejemplificarlas, tomando secuencias hipotéticas de ADN y su correspondiente secuencia de aminoácidos en una proteína también hipotética.

Comprender los principios básicos de técnicas de biotecnología que implican la manipulación de ADN. Reconocer la universalidad del código genético, común a todos los seres vivos, que constituye una evidencia clave de la existencia de un ancestro común a todos los organismos.

La historia de las investigaciones que condujeron a la construcción del modelo de doble hélice del ADN. Análisis de las consecuencias de distintas situaciones anómalas involucradas en diversas etapas del proceso de traducción.

Aplicación del código genético para determinar las secuencias de aminoácidos que se obtendrán a partir de una secuencia de ADN. Enumeración de ejemplos de afecciones ocasionadas por mutaciones del material hereditario.

Análisis histórico de casos en los que la aplicación forense del estudio del ADN haya resultado fundamental para su resolución.

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GuĂ­a de respuestas y orientaciones para el trabajo en clase

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Capítulo 1 | Los seres vivos y su relación con el medio EX PERIMEN TO S E N P A P E L

Los experimentos de Charles y Francis Darwin con plántulas de avena son célebres, tanto por su aporte en la dilucidación del funcionamiento de las hormonas vegetales como por su simpleza y contundencia.

Constituyen un ejemplo paradigmático sobre el rol de la experimentación en ciencias naturales. El análisis de esta experiencia presenta diversas alternativas para el trabajo en clase. Por un lado, resulta propicio para reconocer el mecanismo de acción de las fitohormonas en las plantas, en particular, y como ejemplo del esquema de funcionamiento de las hormonas en otros seres vivos, en general. El ejemplo ilustra el modelo estímulo-procesamiento-respuesta, que será analizado en detalle en diversos pasajes del libro.

Por otra parte, los experimentos de los Darwin pueden servir como instrumento para el análisis de los componentes de un experimento. En este caso, debe destacarse la importancia de llevar a cabo las dos etapas del experimento. Si alguna de las dos no se hiciera, las conclusiones de la experiencia no serían las mismas. Se les puede plantear a los alumnos qué conclusiones podrían realizarse si solo se cubriera el ápice de las plantas con

Taller de Ciencias

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¿Qué parte de una planta percibe la luz?

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cápsulas opacas y transparentes. ¿Podría afirmarse que los resultados observados responden a la acción de una sustancia mensajera (la fitohormona)?

Otra alternativa para el abordaje del tema implica indagar sobre los experimentos complementarios que determinaron el mecanismo de la respuesta fototrópica observada por los Darwin. Los experimentos citados permiten concluir que el ápice (y no la parte inferior) es el receptor del estímulo lumínico.

Sin embargo, la presencia de una sustancia mensajera es confirmada por los experimentos del belga Peter Boysen-Jensen en 1913: separó el extremo del resto del coleóptilo mediante un bloque de gelatina, que impedía el contacto celular, pero que permitía el paso de los compuestos químicos. Estas plantas respondieron de forma normal, inclinándose a la luz.

Sin embargo, si el ápice del coleóptilo se separaba de la parte inferior con una barrera impermeable, la respuesta no se observaba. De este modo, el científico belga demostró que la señal mensajera era una sustancia química móvil. También se puede convocar a los alumnos a investigar sobre estos experimentos como una tarea complementaria.

Experimentar con la homeostasis del cuerpo humano La propuesta de Taller de ciencias convoca a los alumnos a adentrarse en el aspecto procedimental de la investigación científica, llevando a cabo actividades empíricas que permiten realizar investigaciones guiadas sobre fenómenos naturales. Sin embargo, la sección también es propicia para el desarrollo de competencias relacionadas con la planificación y ejecución de experimentos. Por eso, resulta importante que el docente profundice sobre los aspectos de las experiencias que resultan oportunas para reconocer los componentes de un experimento, para evaluar los resultados obtenidos en función de ideas previas, etcétera.

Este Taller se divide en dos partes. En la primera, se observa la influencia de la actividad física

en la frecuencia cardíaca (FC). En este caso, es recomendable que antes de realizar los pasos de la experiencia, los alumnos tengan oportunidad de reflexionar acerca de cuestiones relativas al diseño experimental. Es importante destacar que la frecuencia cardíaca puede variar entre las personas debido a un conjunto amplio de factores (edad, talla, peso, hábitos de vida, estado físico, etcétera). Por esta razón, las comparaciones entre los valores de FC antes y después de la actividad física se deben realizar sobre la misma persona. Se les puede preguntar a los alumnos si las conclusiones a las que arribarían comparando las FC de una persona en reposo con la de otra persona luego del ejercicio serían válidas.

La segunda parte del Taller es propicia para profundizar sobre los mecanismos del control de la homeostasis en el cuerpo humano (tema sobre

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el cual se volverá en distintos pasajes del libro). se puede volver sobre esta experiencia luego de analizar los mecanismos de osmorregulación en el cuerpo humano en el capítulo 7. en este caso,

es importante tener presente que la orina es un producto de desecho que permite eliminar sustancias resultantes del metabolismo celular, tóxicas para el organismo.

1 . ¿Qué sistemas del cuerpo intervienen en la respuesta de la primera experiencia? ¿Cómo es que funcionan de manera coordinada?

2 . ¿Qué estímulos recibieron en la segunda experiencia? ¿Cómo son captados? ¿Qué sistema los procesa? ¿Cuál fue la respuesta del organismo?

Los sistemas respiratorio, circulatorio y nervioso. el incremento de la frecuencia cardíaca (FC) ante la actividad física es una respuesta en la que intervienen los tres sistemas, bajo la coordinación del sistema nervioso.

Las diferencias de pH de las bebidas constituyen estímulos que disparan una respuesta del cuerpo cuyo fin es el mantenimiento del equilibrio interno. Las bebidas ingeridas alteran las concentraciones de solutos en sangre. el cuerpo responde mediante la función de regulación, procurando restablecer los valores normales del medio interno. en consecuencia, el cambio en las concentraciones de la sangre es percibido por receptores específicos que disparan una respuesta mediada por el sistema nervioso y el endocrino que, finalmente, determina que el sistema urinario produzca una orina con niveles de pH más bajos o más altos (es decir, que produzca orina más ácida o más alcalina).

Cabe aclarar que este tipo de respuestas complejas también involucra otros sistemas, como el excretor, que regula el exceso de temperatura corporal mediante la sudoración, y el endocrino, que genera la liberación de hormonas como la adrenalina, que aumentan la actividad cardíaca en el ejercicio. sin embargo, a los fines de esta actividad, se considera correcta la respuesta anterior.

Actividades finales ESTUDIO DE CASO

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1 . den tres ejemplos de situaciones en las que una planta responde a estímulos, y expliquen mediante qué mecanismos “saben” lo que sucede a su alrededor. se mencionan tres de los ejemplos planteados en el desarrollo del capítulo.

Movimiento de flores del girasol en respuesta a la luz del sol. La planta responde a las variaciones diarias en la dirección del estímulo lumínico.

La respuesta está mediada por hormonas vegetales, cuya síntesis está regulada por la presencia de luz. desarrollo del ápice en plántulas de avena. el extremo de la plántula se curva en dirección a la fuente de luz. La respuesta produce gracias al crecimiento diferenciado en la parte del tallo inferior al ápice. Las células del ápice responden a los cambios de luz liberando fitohormonas que viajan al tejido blanco, encargado de producir la respuesta.

apertura y cierre de estomas. estos se abren y cierran en respuesta a distintos estímulos, como las variaciones de luz, temperatura, humedad y concentraciones de ciertos gases. Por ejemplo, cuando la luz intensa altera las concentraciones de iones dentro de las células oclusivas de los estomas. este cambio altera la turgencia de las células, produciendo el cierre de la abertura estomática. el descenso en la concentración de dióxido de carbono (Co2), en cambio, produce la apertura de los estomas, favoreciendo el intercambio gaseoso con el medio exterior.

2 . expliquen por qué el estudio de los mecanismos de percepción y respuesta a estímulos en las células podría ayudar a prevenir o curar enfermedades.

Como se plantea en el estudio de caso, enfermedades como el cáncer se producen por fallas en la comunicación celular. en consecuencia, el conocimiento sobre los diversos mecanismos que intervienen en la percepción de estímulos y en

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ACTIVIDADES

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la producción de respuestas a nivel celular puede ser el punto de partida para la aplicación de terapias que controlen con éxito o curen enfermedades como el cáncer. dicho conocimiento permitiría, por ejemplo, intervenir de forma directa sobre las causas que interfieren en la comunicación de las células y determinan el desarrollo de tejidos cancerosos.

3 . La disposición de las flores en el girasol es un problema de desarrollo, parecido a preguntarse cómo saben las células de la cara que deben conformar un ojo. La biología del desarrollo se ocupa de investigar estos fenómenos relacionados con la comunicación de las células. ¿Qué tipo de mecanismo, de todos los que vieron en el capítulo, les parece que puede llegar a operar en un caso como este?

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el estudio de caso se basa en un campo de la biología que en la actualidad se encuentra en plena actividad, como lo es la biología del desarrollo. el objetivo del capítulo no es que los alumnos profundicen en la compleja maquinaria que regula el

4 . señalen si las siguientes afirmaciones son correctas o falsas. Justifiquen su elección en cada caso, y corrijan las falsas en sus carpetas. a. Los seres vivos son sistemas cerrados porque son unidades discretas.

Falso. Los seres vivos son sistemas abiertos que intercambian materia y energía con el medio exterior. b. Los niveles de organización tienen propiedades emergentes que los distinguen de las partes que los forman.

Correcto. Las propiedades emergentes son la consecuencia de la interacción de las partes que constituyen un sistema. c. La función de nutrición es una propiedad emergente del individuo.

Correcto. Junto con la capacidad de evolucionar, reproducirse, responder a estímulos y estar conformados por células, la nutrición es una de las características que definen la vida. d. La función de relación permite que los seres vivos se relacionen entre sí.

desarrollo de los seres vivos, sino plantearles preguntas que les permitan delimitar un problema de investigación. no se pide aquí que los alumnos den con una respuesta completa, sino simplemente, que puedan inferir, a partir de lo que vieron en el capítulo, con qué forma de comunicación entre células se relaciona el desarrollo diferenciado de tejidos en un organismo superior. se espera que los estudiantes puedan reconocer que la comunicación entre células es la clave en la producción de estructuras diferenciadas en un organismo.

Puesto que todas las células de un individuo comparten la misma información genética (con excepción de las células sexuales), los factores que determinan que una célula pertenezca a un tejido u otro tienen que ver con la presencia de sustancias presentes en el medio, que generan respuestas diferenciadoras en las células. Muchas de dichas sustancias son producidas por células lindantes, que se diferenciaron previamente. en consecuencia, de los mecanismos presentados en el capítulo, el de respuestas mediadas por hormonas es el que más se relaciona con el desarrollo de floretas en el girasol. percibir estímulos.

5 . Completen el siguiente cuadro comparativo en el que se tienen en cuenta las respuestas que elaboran los animales.

Característica/ respuesta

Motora

Estímulo que las provoca

Externo o interno.

Centro de procesamiento Mensajero Efector

Ejemplo

Inmunitaria

Secretora

Externo. Ingreso Externo o interno. de un agente patógeno al organismo (vertebrados).

Sistema nervioso.

Sistema Sistema endocrino/ inmunitario. nervioso.

Impulso nervioso. Glóbulos blancos, Hormonas. linfocitos, anticuerpos, etc.

Músculos Glóbulos blancos, Glándulas (eventualmente, linfocitos, etc. secretoras. junto con huesos, ligamentos y articulaciones).

Movimiento Heridas, Secreción de involuntario (y infección viral o lágrimas frente al súbito) de una bacteriana, etc. ingreso de polvo mano que se en el ojo. quema con una fuente de calor.

Correcto. La percepción de estímulos en un ser vivo, su procesamiento y la elaboración de la respuesta dependen de los sistemas de relación. e. Los receptores son estructuras que ejecutan la respuesta frente a un estímulo.

6 . escriban un texto sobre las respuestas de las plantas que incluya los siguientes términos: tropismo; nastia; movimiento temporal; raíz; permanente; ejemplo.

Falso. Los receptores son estructuras encargadas de

Producción personal.

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7. La hormona vegetal giberelina fue descubierta inicialmente en el hongo gibberellafujikuroi, que atacaba las plantas de arroz y les producía una enfermedad llamada bakanae. Más tarde, se determinó que las plantas también producían unas sustancias muy similares. observen la imagen de plantas de arroz sanas y con bakanae, y respondan a las preguntas.

planta sana

también hay conflicto social, porque hay una alta posibilidad de suceder a ese macho dominante. Al ser más vistoso, al mostrar más despliegue, al estar más dispuesto, es mucho más probable que un predador lo ataque, que un ave lo coma. En los ambientes en los que viven, están mucho más expuestos. [...] Estos animales tienen la capacidad de vivir fuera del agua casi una hora; se los ha visto rodando por el terreno, pasando de un lago a otro. Las estructuras sociales, por el carácter inestable del medio en el que viven, también se renuevan permanentemente.

Leonardo Moledo, Página/12, 26 de diciembre de 2012. http://bit.ly/1bzQIC A.

planta con bakanae

a. ¿Qué efecto provoca la hormona giberelina?

La giberelina regula el crecimiento longitudinal del tallo, además de intervenir en la germinación y en el desarrollo de brotes y frutos. b. ¿Por qué será que la planta no puede controlar esta sustancia del hongo?

Porque es una sustancia exógena, es decir, no producida por el propio organismo, para la que no ha desarrollado mecanismos de regulación. c. ¿Por qué se considera al bakanae una enfermedad? ¿de qué manera afecta a la planta? el crecimiento desmedido del tallo produce plantas de arroz altas y débiles, incapaces de sostener su propio peso. en este caso, la presencia de giberelinas implica un problema para los productores de arroz. sin embargo, esta fitohormona es ampliamente aplicada en la producción de frutales, tubérculos y coníferas, entre otras.

8 . Lean el siguiente fragmento de una entrevista realizada a Matías Pandolfi, doctor en Ciencias biológicas, sobre el comportamiento de los peces conocidos como “chanchitas”. Luego, respondan a las preguntas que están a continuación. [...] Los animales en invierno suelen vivir en estado gregario, todos juntos y sin estructuras sociales. No hay un animal dominante, se mueven muy poco porque la temperatura es baja y tienen el metabolismo más bajo. Cuando empieza la primavera, el macho más grande comienza a tener actitudes territoriales: come piedras y las escupe, orina con mayor frecuencia, empieza a hacer pozos, cambia su coloración, agrede a los otros individuos. Después de unas horas o días, se establece como el dominante de ese acuario. [...] Lo que nosotros observamos es que entre los animales subordinados, los que quedan viviendo en la colonia,

Las chanchitas captan distintos cambios estacionales en el ambiente, como las variaciones de temperatura y de luz. estas señales desencadenan respuestas comportamentales y fisiológicas en los individuos que, a su vez, constituyen estímulos para otros individuos de la población. Por ejemplo, el cambio de coloración y el aumento en la agresividad de los individuos, son respuestas desencadenadas por las variaciones en las condiciones ambientales durante la primavera, pero también constituyen señales para el resto de la población que definen una estructura jerárquica. b. ¿Qué respuestas elaboran a partir de cada uno de esos estímulos? ¿Qué sistemas del organismo intervienen en esas respuestas?

Las respuestas a estas preguntas pueden sintetizarse en la siguiente tabla.

Respuestas

Estímulo

Sistemas intervinientes

Ingesta de piedras Aumento de la micción (como señal territorial) Agresiones

Cambios ambientales.

Cambios ambientales.

Nervioso, motor.

Excretor (endocrino).

Cambios ambientales, agresiones y despliegue de otros individuos.

Despliegue Cambios ambientales, agresiones y despliegue de otros individuos.

Cambios de coloración Cambios ambientales.

Nervioso, motor, endocrino.

Nervioso, motor, endocrino.

Nervioso, endocrino.

c. ¿Las chanchitas son un estímulo para otros seres vivos? ¿En qué situaciones? sí. La presencia de chanchitas puede ser un estímulo para sus predadores y para sus presas, entre otros muchos ejemplos. Los cambios comportamentales y fisiológicos que, de acuerdo con lo manifestado por el investigador, experimenta la especie en primavera también producen cambios en el estímulo

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a. Identifiquen en el relato los estímulos que las chanchitas captan durante su ciclo de vida.

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que generan en otras especies. Las variaciones de coloración y despliegue, por ejemplo, hacen que los individuos que las presentan resulten más visibles para sus predadores.

9 . el ojo es un órgano de forma casi esférica que contiene una sustancia líquida llamada humor acuoso. La luz penetra a través de la pupila, una estructura que contiene una abertura contráctil.

a. ¿Qué estímulo capta el ojo?

© Editorial Estrada S. A. 2014

el ojo capta estímulos lumínicos. b. ¿A qué categoría del modelo estímulo-procesamientorespuesta corresponde este órgano? ¿Con qué estructuras efectoras se conecta? el ojo tiene receptores sensibles a la luz (bastones y conos de la retina), pero también tiene estructuras que pueden actuar como efectores (como los músculos que regulan el ingreso de luz mediante la dilatación de la pupila, o los que alteran la disposición del cristalino para hacer foco en las distintas imágenes). a través del sistema nervioso, que integra los estímulos percibidos y elabora una respuesta, los receptores del ojo pueden relacionarse con las estructuras efectoras del cuerpo que intervienen en una respuesta generada a partir del estímulo percibido (por ejemplo: músculos, huesos y ligamentos, si la respuesta es motora). c. ¿Qué diferencias hay entre las dos imágenes? ¿A qué se deben? ¿En qué momento del día se presentará cada una de estas respuestas?

Las imágenes difieren en el grado de apertura de la pupila. en la imagen derecha, la pupila está más dilatada, en la izquierda, la dilatación es menor. estas diferencias responden a la cantidad de luz percibida. Cuanto menor es la iluminación, mayor es la dilatación de la pupila, ya que de este modo aumenta la cantidad de rayos que pueden estimular los conos y los bastones de la retina, que son las estructuras receptoras del ojo. es esperable que en horas de la noche, cuando la cantidad de luz es menor, las pupilas se encuentren más dilatadas que en horas de luz. La imagen derecha correspondería a la noche, y la imagen izquierda, al día. d. ¿Se trata de una respuesta rápida o lenta? ¿Por qué? ¿Cómo podrían probarlo? es una respuesta rápida, ya que se da en pocos segundos. basta con acercar una fuente de luz al ojo para observar la dilatación de la pupila.

d. ¿Cuál es la ventaja de tener glándulas lagrimales en el ojo? ¿En qué situaciones entran en acción?

Las lágrimas protegen a los ojos de agentes externos dañinos, como partículas de polvo, virus y bacterias. actúan en respuesta al ingreso en el ojo de estos factores. También intervienen en otro tipo de respuestas, como comportamientos relacionados con la angustia y el dolor o con sentimientos de alegría (todos mediados por el sistema nervioso).

1 0 . La piel es un órgano que recubre el cuerpo de los mamíferos. en la piel hay estructuras que sensan la temperatura, pelos, glándulas sudoríparas que producen sudor, terminaciones nerviosas y pequeños músculos. Teniendo en cuenta todos estos componentes, expliquen el mecanismo de termorregulación en los mamíferos, tanto cuando la temperatura es baja como cuando asciende.

Cuando la temperatura del ambiente desciende, los receptores de temperatura de la piel producen señales que luego son procesadas por el sistema nervioso. Éste desencadena una respuesta que genera la contracción de pequeños músculos situados cerca de las terminaciones de los pelos que recubren el cuerpo. debido a la contracción muscular, los pelos se erizan, y en conjunto, encierran una capa de aire que actúa como barrera para el intercambio de temperatura entre el cuerpo y el medio externo.

Cuando la temperatura asciende, los receptores de temperatura emiten señales hacia el sistema nervioso que dan cuenta del cambio. La respuesta generada, en este caso, se dirige a las glándulas sudoríparas, que producen la secreción de sudor. La evaporación del líquido que recubre la piel produce la pérdida de calor y evita el incremento de la temperatura interna. a. ¿Qué otras formas de regular la temperatura interna en mamíferos conocen?, ¿y en otro grupo de seres vivos? el control de la temperatura interna es una de las actividades que desempeña la función de regulación en muchos organismos. el mantenimiento de las condiciones internas mediante diversos mecanismos regulatorios hace posible la homeostasis.

La regulación de la temperatura se lleva a cabo mediante procesos fisiológicos y comportamentales. respecto de los primeros, en el capítulo se describió la acción de tiritar o temblar como mecanismo para aumentar la temperatura interna. Cuando se produce esta respuesta, el cuerpo provoca contracciones rápidas de los músculos que producen calor, y elevan la temperatura del cuerpo cuando este se enfría.

Como ejemplo de respuestas comportamentales, se mencionaron las migraciones y los comportamientos de insectos y reptiles generados en respuesta a

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las variaciones de radiación solar a lo largo del día. b. Relacionen su explicación con el modelo estímulo-procesamiento-respuesta.

La respuesta se resume en la tabla que se muestra a la derecha.

Estímulo

Receptor

Procesamiento

Efector

Respuesta

Aumento de temperatura Descenso de la temperatura Descenso de la temperatura Variaciones de la temperatura

Receptores de la piel.

Receptores de la piel.

Sistema nervioso.

Sistema nervioso.

Glándulas sudoríparas.

Músculos de la piel.

Sudoración.

Receptores de la piel.

Sistema nervioso.

Músculos de la piel.

Receptores de la piel.

Sistema nervioso.

Músculos de la piel.

Erección de pelos.

El cuerpo tirita o tiembla.

Modificación del comportamiento.

[RED CONCEPTuAL] Función de relación

Individuo

entre

permite

Homeostasis

,

o regulación interna

Ambiente

1. Estímulo puede ser

2.

receptor

mediada por Estructuras sensoras

Interno

3. Procesamiento

Externo

realizado por

Grupos de células

Sistema nervioso

en Plantas

4. Efector

Animales simples

Sistema inmune en

Animales complejos

puede ser Tejido

5.

respuesta

puede ser Relacionada con el crecimiento

Estructura celular

Motora

Músculo

Inmune

Glándula

Secretora

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involucra estos pasos

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Capítulo 2 | Estímulos y respuestas de los animales EX PERIMEN TO S E N P A P E L ¿Los quimiorreceptores son específicos?

El experimento permite analizar las estrategias de investigación que buscan indagar sobre los mecanismos del gusto. La lectura de la sección puede ser oportuna para analizar el procedimiento del experimento y evaluar posibles alteraciones de los resultados frente a variaciones del diseño experimental. Por ejemplo, ¿qué podría ocurrir si el experimento se hiciera con sustancias dulces, solamente?

Taller de Ciencias

La ocasión también es propicia para diseñar pequeñas actividades experimentales en el aula, tomando como base el diseño experimental descripto en el libro. Por ejemplo, se les puede solicitar a los alumnos que diseñen un experimento para elaborar un mapa de percepción de sabores básicos en la lengua. Seguramente, los alumnos ya hayan realizado una actividad similar en años anteriores, lo importante aquí es

[ ]

que puedan diseñar un procedimiento que permita arribar a conclusiones coherentes con sus preguntas de investigación y con el diseño experimental elegido. ¿Las palomas perciben el campo magnético terrestre?

El segundo experimento del capítulo presenta un dispositivo experimental que busca relacionar la habilidad de algunos animales de percibir el campo magnético terrestre con la capacidad de orientación espacial. El tema será retomado en la propuesta de “Taller de ciencias” de este mismo capítulo, no obstante, en este momento, puede plantearles a los alumnos una actividad de indagación para investigar sobre las particularidades de la magnetorrecepción en distintas especies.

Esta tarea servirá como introducción teórica a la propuesta del Taller que se llevará a cabo más adelante.

¿Las vacas se alinean según el campo magnético de la Tierra?

La propuesta experimental del Taller profundiza sobre uno de los temas planteados en el desarrollo del capítulo: la capacidad de ciertas especies de percibir el campo magnético terrestre, llamada magnetorrecepción.

Una de las características de esta propuesta es que se plantea una actividad experimental en la que no se deben llevar a cabo procedimientos de laboratorio o investigaciones de campo para poner a prueba una hipótesis de trabajo. Las consignas proponen una actividad analítica, que toma como insumo de investigación información disponible en Internet, como las imágenes

aéreas de diversos puntos del planeta obtenidas del programa Google Earth. Es importante que se les plantee a los alumnos que a menudo, la actividad científica profesional realiza tareas de investigación como las que se plantea en este apartado, y que las conclusiones a las que se arriba de este modo también pueden ser novedosas (incluso revolucionarias) a pesar de no implicar una actividad empírica como las que los científicos realizan en un laboratorio.

Reflexionar sobre estas cuestiones es de singular importancia para los alumnos, ya que reconocer que la actividad científica se nutre de distintas estrategias de investigación es una de las claves que permite construir una imagen veraz de la ciencia.

ACTIVIDADES 1 . ¿Qué tipo de receptores actúan en cada una de las situaciones mencionadas en la introducción de la experiencia?

En días fríos y soleados, prevalecen los estímulos percibidos mediante termorreceptores. En días fríos y ventosos, además de termorreceptores, ac-

túan mecanorreceptores, que perciben la incidencia del viento.

2 . ¿Se comprobó la hipótesis de trabajo? ¿Por qué, o por qué no?

Producción personal. La comparación de los resul-

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http://www.nature.com/news/ the-mystery-of-the-magnetic-cows-1.9350 http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3221857/

3 . ¿Por qué creen que fue necesario seleccionar ciertos grupos de ganado, según lo indicado en el punto 3 del procedimiento?

Los factores mencionados en el punto 3 podrían condicionar la disposición espacial de las vacas, impidiendo observar con claridad la influencia del factor magnético. Por ejemplo, la proximidad de cursos de agua y de cadenas montañosas podría influir sobre la temperatura ambiente y sobre la incidencia de vientos. Por otro lado, los individuos podrían orien-

tarse en un curso de agua influidos por su voluntad de beber agua, y no se podría evaluar la influencia del campo magnético sobre la disposición espacial de los animales.

4 . supongan que obtuvieron como resultado que la mayoría de los individuos se orientaba hacia el norte magnético. ¿es posible afirmar que esa ubicación se debe al campo magnético terrestre?¿Por qué? no. sería importante evaluar la influencia de otros factores que podrían influir sobre los resultados observados, como la temperatura ambiente y la velocidad del viento, entre otros.

5 . ¿Qué otros experimentos les parece que serían necesarios para poder corroborar la hipótesis de este taller? imaginen esas experiencias y detállenlas por escrito.

Producción personal. es importante que en las respuestas de los estudiantes se encuentren actividades experimentales que procuren medir la temperatura ambiente, la incidencia de la radiación solar y la intensidad y dirección de vientos en los mismos puntos (y en el mismo momento) en los que se evaluó la orientación del ganado, en relación con el norte magnético.

Actividades finales ESTUDIO DE CASO

[ ]

al igual que las orugas con olor a “hormiga compañera”, muchos otros seres vivos han desarrollado, a lo largo de su evolución, sustancias químicas que “engañan” a otras especies.Varias plantas con flor, como las del grupo Raflessia, producen olor a carne podrida, un aroma delicioso para las moscas.

2 . ¿La sustancia química olorosa actuará a distancia o por contacto? ¿Por qué?

1 . ¿Cuál creen que es la función de este olor en Raflessia, si los individuos de su propia especie no pueden percibirlo?

3 . ¿este estímulo químico se puede considerar una feromona? expliquen por qué.

se trata de un mecanismo de atracción que favorece la polinización de la planta mediante el transporte involuntario de polen por parte de la mosca, desde las estructuras masculinas de la flor hacia las femeninas.

La sustancia actúa a distancia. Las partículas responsables del olor viajan a través del aire y llegan a las moscas, que perciben el estímulo con sus quimiorreceptores y acuden a la fuente del olor (la flor).

sí, porque se trata de sustancias químicas que intervienen en la comunicación entre individuos (en este caso, de distinta especie).

© Editorial Estrada S. A. 2014

tados obtenidos por distintos grupos permitirá concluir que la hipótesis se rechaza o no, de acuerdo con los grupos de ganado que hayan sido seleccionados. es interesante señalar que la posible relación entre el capo magnético y la disposición espacial del ganado ha sido estudiada por distintos grupos científicos, dando lugar a controversias. Las investigaciones realizadas a la fecha no parecen arrojar respuestas concluyentes sobre el fenómeno. si lo desea, puede consultar algunos de los trabajos científicos sobre el tema en los siguientes enlaces:

21

4 . Clasifiquen los receptores involucrados en la percepción de los animales, según su ubicación en el organismo.

Externorreceptores Visión Olfato Gusto Tacto Audición Equilibrio Dolor Orientación Temperatura

Internorreceptores

Propiorreceptores

x x x x x x x x

a

b

x x

x

a. Completen la tabla marcando con una X el tipo de receptor que corresponda en cada caso. b. Hagan un listado de qué tipo de estímulo son capaces de detectar cada uno de estos receptores.

c

Visión. estímulos lumínicos. © Editorial Estrada S. A. 2014

olfato. estímulos químicos. gusto. estímulos químicos.

Tacto. estímulos mecánicos.

d

audición. estímulos sonoros. equilibrio. La gravedad. dolor. estímulos químicos (sustancias corrosivas, por ejemplo), mecánicos y térmicos. orientación. estímulos lumínicos, químicos (en animales que se orientan mediante el olfato) y magnéticos (en especies que utilizan el campo magnético terrestre como sistema de referencia espacial).

Temperatura. estímulos térmicos.

5 . ¿Por qué les parece que somos incapaces de percibir nuestro propio olor, por ejemplo, en ropa que usamos o en nuestra casa? ¿Qué ventaja tiene esto? el acostumbramiento a estímulos permanentes, como el aroma producido por el propio cuerpo, permite percibir otros aromas presentes en el medio. de lo contrario, la capacidad de percepción del sistema sensorial se encontraría “eclipsada” por la presencia de estímulos emitidos por el propio sujeto.

6 . observen las siguientes imágenes e indiquen qué receptores están actuando para que los animales ejecuten esas respuestas.

Cabe aclarar que se puede mencionar un conjunto amplio de receptores. sin embargo, solo mencionaremos aquellos que prevalecen en la percepicón de los estímulos relacionados con las acciones de cada escena. a. zorra alada. receptores lumínicos (visión), mecanorreceptores (asociados al movimiento de vuelo). b. araña. Mecanorreceptores (movimiento). Puede afirmarse que también entran en juego receptores térmicos, dado que la condensación de agua en la telaraña de la imagen permite inferir temperaturas bajas que podrían influir sobre la actividad del animal. c. elefantes desplegando comportamientos sociales.

Mecanorreceptores, receptores lumínicos, receptores sonoros. También podrían intervenir quimiorreceptores en la percepción de estímulos olfativos, como feromonas, por ejemplo. d. Lombriz. Mecanorreceptores, receptores lumínicos, quimiorreceptores.

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Verdadera. b. El gusto es el sentido más primitivo.

Falsa. La percepción de estímulos químicos probablemente sea la forma de comunicación más antigua en la evolución. si bien el gusto es un sentido basado en la percepción de mensajeros químicos, no se puede afirmar que el gusto sea el sentido más antiguo. c. Todos los animales ven de la misma manera.

Falso. Los animales son sensibles a distintas regiones del espectro electromagnético. d. Los mecanorreceptores del sonido se encuentran en el oído interno.

Verdadera. no obstante, vale aclarar que la afirmación solo es correcta para el caso de los mamíferos. e. Las sensilas de los insectos les permiten captar estímulos químicos.

Verdadero. aunque también hay sensilas que perciben estímulos mecánicos (sonoros y táctiles). f. Las serpientes pueden detectar animales muertos en la oscuridad, mediante su visión infrarroja.

Falsa. Las serpientes poseen visión infrarroja, por ello perciben cuerpos que irradian energía térmica. Podrían distinguir un animal muerto de un objeto inanimado solo si el organismo fuera endotermo y hubiera muerto recientemente. si el animal muerto estuviera frío, no emitiría calor, y en consecuencia resultaría invisible para el reptil. g. Las papilas gustativas poseen quimiorreceptores que actúan por contacto.

Verdadera. el estímulo químico que se encuentra disuelto en la saliva debe entrar en contacto con el receptor químico de la papila.

8. reúnanse en grupos e investiguen acerca de los cuidados necesarios para mantener los órganos de los sentidos saludables en el ser humano. Cada grupo se encargará de un sentido en particular. elaboren afiches para una campaña de concientización destinada a toda la comunidad educativa. Luego, si es posible, expongan esos afiches en la cartelera del aula o en la del colegio.

Producción personal.

9. realicen la siguiente experiencia: con una servilleta de papel, sequen su propia lengua. Luego, coloquen un pequeño trozo de chocolate sobre ella. a. ¿Percibieron su sabor de manera rápida o lenta? ¿A qué se debe esto?

Producción personal. seguramente. el sabor se habrá percibido de forma lenta, puesto que los estímulos químicos del chocolate deben estar disueltos en un medio líquido para poder ser percibidos por los receptores químicos de las papilas de la lengua. dado que la lengua fue previamente secada con la servilleta, se espera que transcurran unos instantes hasta que las glándulas salivales vuelvan a secretar la saliva necesaria para disolver los componentes del chocolate. b. ¿Qué receptores intervienen en la captación de este estímulo? ¿Cómo es el mecanismo en el que intervienen? intervienen los quimiorreceptores de las papilas gustativas. Las sustancias químicas disueltas en la saliva toman contacto con el receptor, estimulándolo. c. ¿Cuál de los cinco sabores básicos corresponde al chocolate? amargo. (el sabor dulce corresponde al azúcar que suele utilizarse en la fabricación del chocolate industrial.) d. Cada sabor es percibido por células sensoriales particulares, que se hallan agrupadas en distintas zonas de la lengua. ¿Cómo harían para determinar qué parte de la lengua capta el sabor del chocolate? Diseñen una experiencia para comprobarlo.

Producción personal. el procedimiento debería contemplar las siguientes acciones: en lo posible, el experimento debería realizarse sobre varios sujetos experimentales. se debería realizar una división de la lengua de manera tal que los resultados observados en distintos sujetos puedan ser comparables. se deberá aplicar cantidades equivalentes de chocolate sobre distintas regiones de la lengua previamente establecidas.

La muestra de chocolate empleada para realizar el ensayo no debería contener ingredientes con sabores que alteren los resultados (azúcar, por ejemplo).

Lo ideal sería emplear cacao puro disuelto en agua.

1 0. el sonar es un aparato utilizado en la navegación que detecta la presencia de objetos sumergidos a partir de ondas sonoras emitidas por el propio barco.

También se utiliza para la comunicación subacuática entre diferentes embarcaciones. a. ¿De qué manera creen que afectan estas vibraciones a los animales acuáticos que migran, como las ballenas?, ¿y a los que viven cerca de las costas?

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7. indiquen si las siguientes afirmaciones son verdaderas o falsas. Corrijan las incorrectas en sus carpetas. a. El tímpano actúa como el parche de un tambor.

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Los cetáceos utilizan un sistema de ecolocación para orientarse. el sonar puede actuar como una fuente de interferencia sobre dicho sistema, y causar inconvenientes en la determinación de rutas migratorias o varamientos en poblaciones costeras. b. ¿Qué otras formas de contaminación perturban a los seres vivos acuáticos? Propongan alternativas para reducirlas.

La contaminación es la introducción de sustancias o factores físicos nocivos que no son habituales en un ecosistema determinado. Los ecosistemas acuáticos

sufren diversas formas de contaminación. algunos de los contaminantes más comunes derivados de la actividad humana son los plaguicidas, herbicidas, fertilizantes químicos, detergentes, hidrocarburos, aguas residuales, plásticos y otros sólidos. Muchos de estos contaminantes se acumulan en las profundidades del océano, donde son ingeridos por pequeños organismos marinos a través de los cuales se introducen en la cadena alimentaria global.

Las alternativas de reducción de la contaminación son de producción personal.

[RED CONCEPTuAL]

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Función de relación en animales

capacidad de

Irritabilidad

Externorreceptores

a partir de captados por

estímulos

pueden ser

Receptores

internorreceptores

Propiorreceptores

pueden ser

Lumínicos

de distinto tipo

relacionados con

La visión

Químicos

Mecánicos

en

La superficie del cuerpo

en

Órganos internos

determinan

Posición y ubicación del cuerpo

Otros

se detectan

por ejemplo

Temperatura Presión

percibidos por

ondas sonoras detectadas mediante

Audición

A distancia por medio del

Olfato

Por contacto a partir del

gusto

Gravedad Electricidad Magnetismo

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Capítulo 3 | Estímulos y respuestas de las plantas EXPERIME NTO S E N P A P E L ¿La floración de la soja depende del momento en que se siembra la semilla?

Taller de Ciencias

La sección plantea una situación típica de la investigación científica que merece analizarse en clase: el rechazo de una hipótesis cuando los resultados experimentales no coinciden con ella. La historia de la ciencia suele plantearse como un conjunto de respuestas correctas halladas de forma ingeniosa y sencilla. Sin embargo, la verdadera ciencia profesional se cimenta sobre un conjunto amplio de éxitos y aparentes fracasos. Un experimento es un dispositivo ideado para poner a prueba una hipótesis que se elabora como respuesta tentativa a una pregunta investigable. A menudo, esta respuesta debe descartarse o modificarse cuando los resultados experimentales indican otra cosa. En otras ocasiones, la discrepancia no se debe a un error en el planteo de la hipótesis, sino a problemas de diseño experimental. La discusión sobre ambas situaciones es una oportunidad de

¿Los fotorreceptores de las plantas captan cualquier tipo de luz?

En este Taller se proprone experimentar con plantas con el objetivo de estudiar la función de los fotorreceptores que están presentes en estos seres vivos.

Como plantea la introducción del Taller, la luz solar es un estímulo electromagnético formado por ondas de diferentes longitudes, cada longitud de onda está asociada a un color del espectro visible.

[ ]

enseñanza valiosa para los alumnos, ya que proporciona elementos de análisis que les permite acercarse a una idea de ciencia más fiel a la realidad.

El experimento de Garner y Allard sobre la floración de plantas de soja también es valioso para pensar en diseños experimentales que permitan confirmar las conclusiones sobre la fotoperioricidad. Por ejemplo, se puede pensar distintos dispositivos experimentales en los que el tiempo de siembra sea el mismo y en los que varíe el lapso de exposición a la luz. Los alumnos deben tener claro cuál es la variable que cambia, cuáles son las condiciones que permanecerán constantes, cómo medirán el crecimiento y la floración, qué lapsos de tiempo considerarán, etcétera. Como cierre de la propuesta, se les puede solicitar que investiguen en otras fuentes sobre experimentos similares a los ideados que hayan sido realizados por científicos dedicados a este tema.

¿Cuán específicos son estos fotorreceptores?

Esta es la pregunta que intenta responder el taller. Para hacerlo, se propone irradiar distintos plantines con luz de distinto color, es decir, con diferentes longitudes de onda. Si los fotorreceptores no fueran específicos, todas las plantas crecerían igual, de lo contrario, se observaría que las plantas que fueron irradiadas con luz de determinados colores, crecen más o menos que las otras.

ACTIVIDADES 1 . ¿Por qué se usó papel celofán transparente, en lugar de dejar las macetas al descubierto?

El papel celofán actúa como muestra blanco, ya que permite evaluar la respuesta de las plantas ante la luz blanca y al mismo tiempo, descartar que la presencia del celofán pudiera afectar los resultados obtenidos.

De este modo, se puede concluir que los resultados

observados con los distintos tipos de luz no se deben a la presencia del celofán en sí mismo, sino al color de la luz que llega a la planta.

2 . ¿Cuál fue el propósito del tratamiento con papel negro? ¿Por qué esas plantas no se pusieron, por ejemplo, dentro de una caja cerrada?

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en este caso, se trata de una muestra control, puesto que se observa el crecimiento de las plantas en ausencia de luz. Las plantas no se introducen en cajas porque de este modo se limitaría la ventilación de la maceta, y los resultados no serían perfectamente comparables con las muestras con celofanes de distintos colores.

3 . ¿Por qué las macetas se colocaron mezcladas cerca de la ventana y no ordenadas por tratamiento? de este modo se equiparan discrepancias en el crecimiento que pudieran deberse a las pequeñas diferencias de posición de las macetas respecto de la ventana.

4 . ¿Fue una buena idea poner dos semillas por vaso? ¿Por qué? de este modo se reduce el riesgo de perder una muestra debido a que alguna de las semillas fuera inviable por factores ajenos a los estudiados en el experimento.

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5 . ¿Para qué se prepararon varias macetas por tratamiento?

6 . Qué se analizó en la experiencia: ¿el efecto de la luz sobre el desarrollo de las plántulas, o sobre su germinación? ¿Cómo influye un proceso sobre el otro? Fundamenten la respuesta. el diseño experimental permite indagar sobre ambos factores. sin embargo, el análisis de los resultados puede condicionar las conclusiones a las que se arribe. Por ejemplo, si se registraran diferencias en el tiempo de germinación de las semillas irradiadas con luz de distinto color, y luego se midiera el desarrollo de las plantas un día determinado luego del comienzo del experimento, no estaríamos contemplando el hecho de que las posibles diferencias en la altura de las plantas se deberían al hecho de haber germinado en distintos momentos y no a posibles diferencias en el desarrollo atribuibles al color de la luz. en este caso en particular, se podría medir el lapso de germinación por un lado y luego, se consideraría la altura de las plantas en un determinado momento a partir del momento de la germinación (no en un día fijo luego del inicio del experimento, como sugiere el apartado “resultados” del procedimiento).

Para reducir las chances de elaborar conclusiones a partir de un caso aislado, que se aleje de la normalidad. Las situaciones experimentales de la investigación científica se caracterizan por someter un conjunto de sujetos experimentales a un mismo tratamiento para luego elaborar un promedio de los valores registrados.

Actividades finales ESTUDIO DE CASO

[ ]

1 . La temperatura es uno de los factores que afecta al reloj biológico de las plantas. ¿Qué características les parece que tendrán las variedades de arándanos más cultivadas? ¿Por qué?

Las variedades de arándanos más cultivadas en la argentina se caracterizan por requerir pocas horas de frío para florecer y fructificar.

2 . el arándano es una planta originaria del Hemisferio norte, cuyos frutos perecen —es decir, “se pasan”— rápidamente, y se consume tradicionalmente en estados unidos, Canadá, Japón y algunos países europeos. el período de producción de esos países abarca desde abril hasta agosto, mientras que la mayor producción en la argentina se concentra entre octubre y diciembre.

a. ¿Qué diferencias climáticas existen entre ambos hemisferios? ¿Cuáles serán los requerimientos del arándano? ¿Qué acondicionamientos serán necesarios para su producción en nuestro país?

La diferencia fundamental está en las estaciones.

Cuando en uno de los hemisferios es verano, en el opuesto es invierno. además, en ciertos lugares del Hemisferio norte donde se producen arándanos, como en los estados unidos, la cantidad de horas de frío registradas es mayor que la que se observa en ciertos lugares del Hemisferio sur, como la argentina. el texto del inicio del capítulo indica que los arándanos requieren de un mínimo de horas-frío para

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el desfasaje estacional en la producción de arándanos es una ventaja competitiva para países productores del Hemisferio sur, como la argentina, puesto que la cosecha aquí se produce en un momento en que la demanda del mercado del norte no puede satisfacerse con la producción local.

3 . Lean el siguiente fragmento de “guía práctica para el cultivo de arándanos en la zona norte de la provincia de buenos aires”, publicada por el instituto nacional de Tecnología agropecuaria (inta), y respondan a las preguntas.

Al evaluar el predio donde se realizará el cultivo, hay que tener en cuenta que el arándano requiere suelos sueltos, ácidos y con buen contenido de materia orgánica. [...] Otro factor para considerar es el viento, sobre todo en los primeros años de la plantación. [...] Por último, habría que conocer las “horas de frío”, que representan la cantidad de horas con temperaturas inferiores a 7 ºC, acumuladas durante el año. Interesan particularmente las horas de frío efectivas, registradas durante el período de reposo invernal (mayo a septiembre). En aquellas áreas en que esta exigencia no es satisfecha adecuadamente, la floración se prolonga, y la brotación se atrasa. Si por el contrario, las plantas cumplen anticipadamente en el año sus exigencias de frío, quedan expuestas a las heladas que acontecen durante el último tramo del período invernal, ya que se encuentran en condiciones de florecer una vez que la temperatura promedio diaria supera los 10 ºC. [...] El arándano debería ser podado en el invierno, mientras las yemas florales están en dormición y son fácilmente visibles. No se recomienda una poda en otoño debido a que puede estimular la brotación de nuevos tallos que luego, con las bajas temperaturas del invierno, morirán.

a. ¿Qué estímulos se mencionan en el texto?

La temperatura y el viento. b. ¿Qué importancia tiene conocer acerca de los mecanismos de respuesta de las plantas para el ser humano?

Conocer los mecanismos de respuesta de especies de interés económico, como el arándano, es indispensable para definir el procedimiento adecuado de producción. en este caso, resulta fundamental regular el tiempo de siembra, la poda y las condiciones del suelo para poder asegurar la correcta floración de la especie. c. ¿Qué factores del ambiente intervienen en la floración del arándano? ¿Qué ocurre cuando no se presentan en la cantidad adecuada para la planta?

el principal factor que interviene en la floración del arándano es la cantidad de horas a las que la planta se expone a temperaturas inferiores a 7 ºC. Cuando no se produce el mínimo de tiempo de horas-frío requeridas, la floración se prolonga, y la brotación se atrasa. d. Según la información del texto, ¿qué significa “dormición”?, ¿con qué concepto de los vistos en el capítulo se relaciona? ¿Por qué?

La dormición en este caso se vincula con la interrupción en el desarrollo de los brotes. usualmente, el término se emplea en botánica para designar el período de latencia en que entra una semilla antes de germinar. La dormición se vincula con el fenómeno de letargo, que ha sido presentado en el capítulo como un mecanismo adaptativo que relaciona el desarrollo de las plantas con los factores ambientales. e. ¿Qué condiciones ambientales es necesario tener en cuenta en el cultivo del arándano? ¿Por qué? de acuerdo con el texto, se deben tener en cuenta las condiciones del suelo, el viento y la cantidad de horas-frío producidas en la temporada. Todos estos factores, especialmente el último, influyen en el desarrollo del individuo y en su floración y brotación. respecto del factor térmico, es importante, asimismo, que el período de temperaturas bajas coincida con el reposo invernal de la planta. si esto no ocurriera, podrían registrarse modificaciones en el momento de floración que reportarían pérdidas en la producción.

4 . unan los estímulos de la izquierda con el tipo de receptor que los detecta.

Rocío Luz de una linterna Fertilizante Helada Roce de un animal Excrementos de animales

Fotorreceptor Quimiorreceptor Mecanorreceptor Termorreceptor

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florecer (y producir frutos). La diferencia entre horas-frío registrada entre ambos hemisferios hace que haya variedades de arándanos que no puedan desarrollarse en nuestro país. en este sentido, las variedades que se cultivan aquí logran florecer con menor cantidad de horas-frío que las que requieren las variedades estadounidenses. b. ¿será una ventaja que la producción argentina de esta fruta esté desfasada de la de los países que la consumen? ¿Por qué?

27

5 . Las siguientes imágenes muestran el dispositivo usado en una experiencia del francés Jean-Jacques de Mairan, en 1729, y el registro de las observaciones.

a. Nastia. Se trata de una respuesta pasajera de determinados órganos de un vegetal frente a un estímulo de carácter externo y difuso.

Analicen las imágenes y respondan a las preguntas.

b. Fotoperíodo (fotoperiodicidad). Respuesta de las plantas frente al cambio en la proporción de horas de luz y oscuridad diarias. c. Fitocromo. Fotorreceptor presente en el citoplasma de las células vegetales que registra los cambios diarios en la intensidad lumínica que regulan en la planta la respuesta de fotoperiodicidad. d. Heliotropismo. Movimiento de algunas plantas en respuesta a los cambios de posición relativa del Sol en el cielo. e. Respuesta. Conjunto de acciones o procesos ejecutados por un organismo, disparadas por un estímulo dado.

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a. ¿A qué estímulo se expuso la planta? ¿En qué condiciones se presentó el estímulo?

La planta se expuso a un estímulo lumínico débil y continuo durante varios días. b. ¿Qué respuesta se estudió en esta experiencia? ¿De qué manera?

Se estudió el movimiento de las hojas de la planta.

Mairan conectó un dispositivo que lograba registrar el movimiento de la planta. Este estaba compuesto por una varilla con un punto de apoyo en el centro que permitía el libre movimiento de “sube y baja”. En uno de los extremos, conectó una plumilla, el otro extremo estaba en contacto con una de las hojas de la planta. El movimiento direccional de las hojas perturbaba un extremo de la varilla; el extremo con la plumilla, en tanto, se movía en sentido opuesto, registrando el cambio en un rollo de papel. c. ¿A qué conclusiones les parece que llegó Mairan con este experimento? Fundamenten la respuesta.

Que el movimiento de las hojas de la planta no respondía al estímulo lumínico (que en este caso era constante), sino que parecía responder a un ritmo interno influido por los momentos del día. La experiencia de Mairan fue pionera en el estudio de los ritmos circadianos en plantas.

f. Circunmutación. Respuesta de crecimiento de órganos de ciertas plantas en torno de un eje de desarrollo. El desarrollo de zarcillos de la vid y demás plantas trepadoras es ejemplo de este tipo de respuestas. g. Ritmo circadiano. Oscilaciones de las variables biológicas de un organismo en intervalos regulares de tiempo. h. Vernalización. Técnica de cultivo basada en la modificación de las condiciones naturales de exposición de una planta a determinado rango de temperaturas que permite regular el momento de la floración, fructificación y brotación.

7. Observen las siguientes imágenes. Luego, escriban un breve párrafo para cada una, donde indiquen el estímulo presente y el modo en que la planta responde.

Orquídea “disfrazada” de insecto.

Oxalis con las hojas plegadas.

Yemas en período de latencia.

Hojas perpendiculares a los rayos solares.

6 . Elaboren una definición para cada uno de estos conceptos, usando sus propias palabras.

Producción personal. A continuación, se presentan definiciones posibles.

28

Producción personal. a continuación, se presenta un texto posible para esta actividad.

b. La floración queda determinada solo por la cantidad de luz diaria.

orquídea. en este caso, la selección natural ha favorecido el desarrollo de estructuras florales que se asemejan a la figura de un insecto, lo que implica un estímulo atractor de insectos polinizadores.

incorrecto. La floración está regulada por la cantidad de horas de oscuridad, y en muchos casos por el período de exposición a bajas temperaturas. c. El fototropismo es la respuesta en la que el tallo crece hacia la luz.

yemas. es una respuesta a las temperaturas del ambiente que implica una interrupción en el desarrollo de las yemas.

Hojas perpendiculares a la luz solar. respuesta heliotrópica que reduce la pérdida de agua de la planta por evaporación.

8 . indiquen cuáles de las siguientes afirmaciones son correctas, y corrijan las incorrectas en sus carpetas. a. Las nastias son movimientos rápidos.

Correcto.

Correcto. d. Los aleloquímicos tienen un efecto negativo en las plantas.

Correcto. generalmente, los aleloquímicos liberados por una planta impiden el desarrollo de otras plantas. e. Los amiloplastos están involucrados en la respuesta a la gravedad terrestre.

Correcto. f. Las plantas no perciben la presión. incorrecto. Las plantas perciben la presión ejercida por otros cuerpos mediante mecanorreceptores.

[RED CONCEPTuAL] La planta se acerca al estímulo

La planta se aleja del estímulo

Positivas

Negativas

Función de relación en las plantas percepción de pueden ser mediante

Estímulos

receptores

por ejemplo

Temperatura

Luz

Gravedad

respuestas

por ejemplo

Posición

Mecanorreceptores

perciben

llamadas

Termorreceptores

Tropismos

Quimiorreceptores

Dependientes la planta se acerca de la dirección del al estímulo estímulo por ejemplo

captan

Nastias

detectan

sensan

sustancias químicas

elaboración de

Independientes de la dirección del estímulo por ejemplo

Gravitropismo

Hidronastia

Fototropismo

nictinastia

Heliotropismo

Tigmonastia

Fotorreceptores

Tigmotropismo Hidrotropismo

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oxalis. se trata de un ejemplo de nictinastia en el que la planta responde replegando sus hojas frente a los cambios de luz.

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Capítulo 4 | Percepción y respuesta en los animales EX PERIMEN TO S E N P A P E L ¿Cómo hallan sus nidos las avispas?

Taller de ciencias

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esta sección describe uno de los célebres experimentos de niko Tinbergen, uno de los investigadores pioneros en el estudio del comportamiento animal. además de proporcionar información sobre el patrón de orientación espacial de las avispas, el texto ilustra algunas de las características de la investigación del comportamiento animal en el campo. el experimento es útil para analizar con los alumnos algunos de los obstáculos que presenta el estudio del comportamiento, puesto que el investigador debe procurar concentrar sus esfuerzos en analizar aspectos particulares del fenómeno del comportamiento en situaciones en las que influyen numerosos factores (como

[ ]

los que se producen en el campo). Los estudiantes deben reconocer que cuando la naturaleza del fenómeno que se desea estudiar no puede ser analizada en condiciones de laboratorio, el investigador debe procurar reducir al máximo la injerencia de elementos que puedan influir en el fenómeno de interés, dejando de lado otros elementos que no se pueden eliminar en el campo.

La ocasión es propicia para profundizar en una tarea sumamente importante en la investigación científica, como lo es la determinación del objeto de estudio y la elección de la estrategia de investigación más adecuada para su abordaje.

Cortejo y selección de pareja en palomas domésticas La actividad del Taller propone una investigación sencilla sobre el comportamiento de animales superiores; en este caso, palomas domésticas. es importante analizar junto con los estudiantes el propósito de incluir cada una de las categorías de análisis del comportamiento propuestas en los pasos del procedimiento, pues de este modo podrán comprender el sentido de la ejecución de cada una de las acciones de la investigación. Cabe destacar que uno de los principales sentidos de llevar a cabo actividades empíricas en la escuela es que los estudiantes puedan desarrollar competencias científicas tales como el análisis de resultados, la elaboración de un diseño experimental, el reconoci-

miento de la función de un control y un blanco, el control de variables, etcétera. en consecuencia, resulta indispensable que los estudiantes puedan analizar en detalle los porqués de las acciones que ejecutarán durante la investigación antes de llevarla a cabo. en cuanto a la mecánica de la experiencia, resulta indispensable que los estudiantes logren reconocer con claridad cada uno de los comportamientos de cortejo que estudiarán en las palomas, ya que tener discrepancias profundas en el criterio de observación de los distintos observadores puede conducir a conclusiones inválidas. Por este motivo, resultará conveniente que los alumnos se familiaricen con los comportamientos de los individuos consultando otras fuentes de información, como publicaciones ornitológicas y videos.

ACTIVIDADES 1 . reúnan los datos del grupo y sepárenlos en dos categorías: los cortejos exitosos (en los que hubo apareamiento) y los no exitosos. observen los etogramas donde hubo apareamiento. ¿se cumple la predicción? ¿Qué podemos decir de la hipótesis? respuesta personal.

2 . ahora analicen los etogramas de los cortejos no exitosos. ¿Qué situaciones pudieron determinar el fracaso? ¿apoya esto la hipótesis planteada? en caso de no ser así, ¿cómo la reformularían?

respuesta personal.

3 . si se hubieran realizado muchos cortejos completos, pero solo pocos apareamientos, ¿seguiría siendo válida la hipótesis? ¿bajo qué condiciones? respuesta personal. si los pocos apareamientos registrados hubiesen ocurrido con machos más atractivos, la hipótesis podría aceptarse. si los apareamientos se hubieran producido con machos en buen o mal estado, indistintamente, la hipótesis no se confirmaría.

30

Actividades finales

[ ]

1 . investiguen sobre las especies que mencionaron en la segunda consigna de las actividades del comienzo del capítulo. a. ¿Cuál es el sexo que determina la elección de parejas reproductivas, en cada una de ellas? respuesta personal. b. ¿Cuál es el sexo que presenta rasgos más llamativos? respuesta personal. Por lo general, en las especies que presentan dimorfismo sexual, el sexo que tiene caracteres menos llamativos es el que determina la elección de pareja. c. ¿Los individuos más llamativos son los que eligen pareja? ¿o es al revés? elaboren una explicación que relacione la presencia o ausencia de caracteres visualmente atractivos en un sexo con su posibilidad de elegir o ser elegido.

Producción personal. Los caracteres llamativos cumplen una función de atracción en el sexo que elige con qué individuos aparearse. Por lo general, estos rasgos, que en muchos casos resultan perjudiciales para el individuo que los tiene (por

3 . Consulten otras fuentes e investiguen acerca de la teoría de “selección sexual” propuesta por Charles darwin (1889-1882). Modifiquen sus respuestas a los puntos anteriores en función de lo expresado por la teoría de darwin.

Producción personal.

4 . en los siguientes comportamientos, identifiquen los componentes innatos y los adquiridos: a. A los pocos minutos de nacer, un pollito picotea objetos que atraen su atención: un cigarrillo, una piedra, un grano de maíz. Con el paso del tiempo, evitará los cigarrillos, las piedras le serán indiferentes, y seguirá picoteando los granos.

Comportamiento innato que se modifica con la experiencia. b. un cachorro corre a esconderse bajo la mesa cada vez que escucha el ruido de la aspiradora. Cuando pasea, orina cada árbol y poste que encuentra en su camino. Ya de adulto, ignora la aspiradora, pero continúa orinando los postes y mueve la cola cuando su dueño agarra las llaves de casa.

dificultar sus movimientos, atraer predadores, etc.), han sido moldeados por la selección sexual.

2 . Los colores llamativos en muchas especies animales suelen ser una desventaja desde el punto de vista de la supervivencia de los individuos. a menudo, los plumajes vistosos no solo resultan atractivos para individuos del sexo opuesto, sino que también resultan un llamado de atención para predadores y enemigos naturales. expliquen, desde el punto de vista evolutivo, este hecho.

Producción personal. Los colores llamativos en especies que presentan dimorfismo sexual se presentan como un carácter que resulta beneficioso para atraer parejas. si el carácter fuera heredable, los individuos que presenten este tipo de rasgos tienen mayores chances de reproducirse y dejar descendencia. de este modo, la posibilidad de reducir las chances de supervivencia del individuo llamativo se contrarresta con el hecho de ser más elegido por los individuos del sexo opuesto. de este modo, se manifiesta el desarrollo de un carácter o conjunto de caracteres por selección sexual.

Comportamiento adquirido.

5. desarrollen un tuit relacionado con el comportamiento animal. definan cuál sería la etiqueta (o hashtag), qué temas van a incorporar y cuál será el contenido de los tuits (teniendo en cuenta la limitación de caracteres y la posibilidad de retuitear información específica).

Producción personal.

6 . observen el video de la conferencia de Pablo Herreros en ThinkingParty sobre comportamiento humano innato y adquirido: bit.ly/wPwnkH. a. ¿Qué tipos de comportamientos innatos se observan? ¿Cómo diferencian que sea un comportamiento innato?

Los comportamientos cooperativos de los niños y de los chimpancés. se trata de comportamientos innatos porque se registran en individuos de corta edad y se supone que no podrían haber sido resultado de aprendizaje (menos de 15 meses en los humanos). b. Discutan en grupo las afirmaciones sobre altruismo, supervivencia del más apto y evolución.

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ESTUDIO DE CASO

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Producción personal. c. ¿Cómo se relaciona lo anterior con la idea de que el ser humano es bueno por naturaleza?

Producción personal.

7. indiquen si los comportamientos son innatos o adquiridos y qué ventaja proveen a los animales: a. Si durante la estación reproductiva a un macho de mirlo se le presenta una hembra disecada, intentará copular con ella.

Comportamiento innato. b. El ganso común rueda con su cuello cualquier objeto redondo hacia su nido.

Comportamiento innato. c. La tortuga de tierra en cautiverio no esconde su cabeza, si sus dueños se la frotan frecuentemente.

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Comportamiento adquirido. d. El crespín es un ave que deposita sus huevos en nidos ajenos. A las pocas horas de nacer, el pichón empuja del nido a sus hermanos adoptivos.

Comportamiento innato. e. Las voces de alarma de la gaviota común hacen que los pichones se agachen en su nido.

acceso a la pareja (el manojo de plumas los colores de un macho adulto). el ataque responde a una señal visual (el color del plumaje), específicamente, se trata de una señal pasiva. el individuo joven embalsamado es ignorado por el macho adulto porque no presenta la señal que marca un posible competidor en el acceso a cópula (la coloración del plumaje adulto).

9. observen los videos de la bbC “animales sobrenaturales. seducción animal” (pueden encontrarlos en youTube; http://bit.ly/15nMl0q), y realicen un cuadro indicando, para cada especie, cómo fue el proceso de comunicación y qué tipo de señales se utilizaron en el cortejo.

Especie Escorpión amarillento Jardinero satinado Ratón marsupial (antequino) Mantis religiosa

Comportamiento Danza ritual. Comunicación visual.

Ofrendas (ornamentación de un jardín para la hembra). Comunicación visual.

El macho copula rápidamente con todas las hembras a las que tiene acceso. Comunicación por señales químicas (feromonas que comunican el celo de las hembras).

Canibalismo. La hembra mata al macho durante la cópula.

Comportamiento innato.

1 0 . expliquen la relación entre selección natural y comportamiento.

8. el petirrojo es una pequeña ave europea, con el pecho y la cabeza de un color anaranjado fuerte. Los jóvenes que no están en edad de reproducirse son de colores apagados. Los experimentos mostraron que, si se coloca un montón de plumas de color naranja cerca de la zona habitual donde se mueve un macho, este las ataca. sin embargo, el mismo macho ignora una silueta de un petirrojo joven disecado. ¿Qué tipo de comportamiento se describe? ¿a qué tipo de señal responde el ataque? ¿Por qué creen que ignoran a los jóvenes?

Producción personal. Comportamientos como las señales de cortejo, los combates simbólicos o el lenguaje tienen también componentes genéticos y están sujetos a las fuerzas evolutivas. aquellos animales exitosos tendrán acceso a más y mejores recursos (incluyendo las parejas sexuales) y, por lo tanto, dejarán mayor descendencia, la cual compartirá parte de esos genes “privilegiados”. en estos casos, se selecciona el comportamiento que le provee una ventaja al individuo.

Plumas de color naranja; el adulto ataca.

Petirrojo joven disecado; el adulto no ataca.

se observa un comportamiento antagónico; el ave agrede a lo que reconoce como un competidor en el

1 1 . entren a la página padlet.com y armen un muro interactivo para presentar las ventajas y desventajas del altruismo, con ejemplos concretos, y su relación con la evolución. el sitio está en inglés, pero no requiere conocimientos previos para usarlo: solo deben hacer “doble clic” para postear texto y pueden subir imágenes y videos con solo arrastrarlos con el mouse. Cuando lo tengan completo, usando la herramienta “compartir” (share), pueden publicarlo en internet, compartirlo en las redes sociales, imprimirlo o enviárselo por correo electrónico al resto de sus compañeros.

Producción personal.

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[RED CONCEPTuAL] Comportamiento

para modificar el

es una

Visuales sonoras

Respuesta ante

con

Experiencia previa en un

Comportamiento adquirido requiere

aprendizaje

Químicas Estímulos externos sin

Experiencia previa

Condicionamiento

Individuo con el objeto de

en un

Comportamiento innato puede modificarse con el

incluye

Habituación

Señales

discernimiento

Defender el territorio

Establecer una jerarquía social Conseguir pareja

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estímulos internos

Comunicación

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Capítulo 5 | Percepción y respuesta a nivel celular [ ]

¿El hongo Penicillium notatum inhibe el desarrollo de estafilococos?

¿Las proteínas de la membrana plasmática se pueden mover?

La sección da cuenta del hallazgo accidental de la penicilina por parte de alexander Fleming, uno de los descubrimientos más importantes en la historia de la medicina. La experiencia permite analizar el componente azaroso que también es parte de la investigación científica. este, sin dudas, es un aspecto importante de la naturaleza de la ciencia que merece ser analizado junto a los estudiantes. a menudo, una visión esquemática (y por lo tanto alejada) de la ciencia, permite pensar que esta trabaja sobre los fenómenos naturales siguiendo un camino unívoco. Lejos de ser así, la construcción del conocimiento implica un recorrido más sinuoso, con idas y vueltas y, a menudo, caminos truncos.

el experimento de Frye y edidin destaca por su originalidad y simplicidad conceptual. es bueno que los estudiantes logren abstraerse de los aspectos metodológicos de la experiencia para poder apreciar la sencillez del razonamiento que está juego. Puestos a comprobar la validez del modelo de mosaico fluido, los investigadores logran definir un método de investigación sumamente preciso. La fusión de células híbridas con proteínas de membrana marcadas con fluorescencia servirá para apoyar el modelo, si las proteínas se mezclan en la membrana de la nueva célula; de lo contrario, el modelo se pondrá en duda.

el ejemplo de Fleming y la penicilina permite comprender que con frecuencia existen situaciones no esperadas en el análisis de un fenómeno que abren nuevas perspectivas de investigación que antes eran inimaginables.

Taller de ciencias

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EX PERIMEN TO S E N P A P E L

se puede analizar con los estudiantes cuáles serían los resultados de la experiencia que permitirían desechar la idea del movimiento de las proteínas en la membrana plasmática.

Construcción de modelos sobre el funcionamiento de los receptores el Taller propone una serie de actividades basadas en el uso de modelos como herramientas de representación tridimensional de diversos fenómenos relacionados con la comunicación celular.

La ocasión es propicia para profundizar en el rol de los modelos en ciencias naturales. es importante que los estudiantes logren reconocer los límites de cada uno de los modelos construidos. en otras palabras, deben analizar qué aspectos del fenómeno que pretende representarse resultan simbolizados con fidelidad y cuáles no.

Cabe destacar que los modelos son representaciones simplificadas de fenómenos complejos. resulta indispensable que los estudiantes logren comprender que toda simplificación implica sacrificar fidelidad en la capacidad descriptiva de un fenómeno; y que esta pérdida dota al modelo de una capacidad explicativa a la que

sería imposible llegar si el fenómeno se abordase en toda su complejidad. en este sentido, la representación hará foco en el aspecto que pretende analizarse en profundidad, relegando otros que no resultan igual de trascendentes.

Por ejemplo, si se considera la relación de tamaños de cada uno de los componentes del modelo de glóbulos rojos y glicoproteínas, podremos afirmar que el modelo resulta poco fiel, puesto que la elección de clips metálicos entraña una sobredimensión en la representación del tamaño de las glicoproteínas en relación con los glóbulos rojos (representados mediante esferas de telgopor). sin embargo, el modelo resulta propicio para comprender el carácter de polímeros de las cadenas de hidratos de carbono y su relación con la determinación de distintos grupos sanguíneos. en este sentido, se observa que la pérdida en la fidelidad del modelo respecto del tamaño de sus componentes es contrarrestada por su utilidad para representar aspectos de su estructura molecular.

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ACTIVIDADES

Producción personal. seguramente, la producción de los alumnos no resultará adecuada para representar el modelo de mosaico fluido, puesto que para hacerlo adecuadamente debería mostrarse el libre movimiento de los componentes de la membrana. se puede invitar a los alumnos a pensar qué materiales, distintos de los utilizados en el Taller, requerirían para construir un modelo adecuado para representar el movimiento dinámico de los componentes de la membrana.

La respuesta a este ítem puede ser discutida en una puesta en común grupal, con el propósito de que cada estudiante pueda enriquecer sus diseños a partir de las ideas de sus compañeros.

2 . en el modelo de la formación del complejo señal-receptor y la transducción de señales, ¿quedó alguna característica o propiedad de los receptores sin representar? ¿Cómo podrían representar las diferencias entre los receptores de membrana y los nucleares?

Producción personal.

3 . en el modelo de los glóbulos rojos, ¿piensan que es correcta la relación entre el tamaño de la cadena de clips y el tamaño de las esferas para representar la cadena de hidratos de carbono y los glóbulos rojos? ¿de qué forma podrían mejorar el modelo? no. Para guardar una relación de tamaño adecuada, los clips deberían ser de menor tamaño o las esferas de telgopor, mucho más grandes.

Actividades finales ESTUDIO DE CASO

[ ]

1 . ahora que trabajaron con el capítulo, relean el texto que figura en el “estudio de caso”, y vuelvan a contestar las preguntas que figuran al final de texto: a. ¿Qué tipo de “órganos” usan las células para percibir su ambiente y comunicarse entre sí? receptores de membrana y proteínas transportadoras y canales. b. ¿Cómo son esas señales, y cuál es el mecanismo por el cual las células pueden detectarlas? se trata de señales químicas, eléctricas y cambios de temperatura. Los receptores de membrana se encargan de percibir los estímulos del medio que luego dispararán diversas respuestas. c. ¿acaso tienen “antenas moleculares” de algún tipo? ¿Cómo son y cómo funcionan estas antenas? no se trata de antenas, sino proteínas de membrana con diversas funciones (receptores, transportadoras de sustancias, canales, etcétera). Las pro-

teínas transportadoras y canales intervienen en la circulación de sustancias entre la célula y el medio externo. Los receptores se unen a ligandos específicos que desencadenan una respuesta en la célula.

2 . ¿Por qué creen que en el estudio de caso se compara la capacidad de percepción del ambiente por parte de las células con los órganos de percepción y el comportamiento en los organismos pluricelulares?

Porque de manera similar a la comunicación en organismos pluricelulares, la comunicación celular también se explica mediante el modelo estímulo-procesamiento-respuesta.

3 . ¿Los organismos unicelulares tienen órganos de percepción? ¿Qué estructuras actúan de esa manera? a nivel celular no hay órganos, pero sí hay estructuras que cumplen funciones receptoras, como los mencionados receptores de membrana.

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1 . en el modelo de la membrana plasmática, ¿pudieron representar todos sus componentes? ¿Cómo harían para representar el modelo del mosaico fluido?

35

4 . decidan si los siguientes enunciados son verdaderos o falsos. expliquen su elección en todos los casos. a. Los fosfolípidos de la membrana participan en la percepción de las señales.

Falso. son los elementos constituyentes de la bicapa lipídica. b. Los receptores de membrana y los intracelulares transmiten la señal del mismo modo.

Falso. al igual que los receptores de membrana, los receptores intracelulares son específicos para la sustancia que reconocen, ya que poseen un sitio característico en el que ocurre la unión. c. Los ligandos que pueden atravesar la membrana son hidrofílicos.

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Falso. Los ligandos que atraviesan la membrana son hidrofóbico. d. La comunicación entre las células siempre ocurre a través de sustancias y de receptores.

Falso. También hay comunicación celular mediada por impulsos eléctricos. e. Las estructuras de unión intercelular participan en la comunicación entre las células.

6 . Cuando se realiza un trasplante, uno de los problemas más frecuentes es la incompatibilidad. el sistema inmunológico de la persona que recibió el implante reconoce el órgano que le fue implantado como algo extraño, y lo ataca. ¿Cuáles son las sustancias involucradas en dicho reconocimiento?

Los anticuerpos.

7. Cuando las células de algún tejido humano son cultivadas dentro de una placa, se dividen hasta un determinado punto, ya que la alta densidad celular desencadena un fenómeno conocido como “inhibición por contacto”. ¿de qué forma se estarán comunicando las células para transmitirse esa señal? el mecanismo de inhibición por contacto no se conoce con precisión, pero los científicos creen que el contacto entre las células estimula la liberación de los factores inhibitorios del crecimiento. en este fenómeno se produce un proceso de comunicación entre células por contacto directo o mediante comunicación paracrina. a los fines de esta actividad, bastará con que los alumnos respondan que se trata de una comunicación en la que intervienen señales emitidas por las células y percibidas por otras mediante receptores de membrana.

Verdadero. en los organismos pluricelulares, las estructuras de unión intercelular resultan determinantes en la comunicación de las células. f. Los receptores de membrana no generan directamente las respuestas.

8 . de acuerdo con la diversidad de las funciones que poseen las proteínas, ¿creen que la estructura de todas las proteínas de la membrana será la misma?

Verdadero. Por lo general, la transmisión de las señales a partir de los receptores de membrana implica la participación de muchos intermediarios. g. Todos los receptores pueden reconocer a cualquier ligando.

9 . elaboren una hipótesis sobre qué ventaja puede brindarle a la célula el hecho de que las proteínas puedan desplazarse en la membrana.

Falso. Los receptores reconocen un ligando específico. h. Las proteínas de membrana no se encuentran ubicadas en un lugar fijo.

1 0 . expliquen por escrito, en sus carpetas, los siguientes enunciados. a. No todos los receptores de membrana funcionan del mismo modo.

Falso. de acuerdo con el modelo de mosaico fluido, la estructura de la membrana plasmática no es estática, sino que sus componentes pueden moverse, lo que le brinda cierta fluidez.

Producción personal. Los canales iónicos que actúan como receptores, los receptores asociados a enzimas, los receptores asociados a la proteína g y los receptores asociados con proteínas del citoesqueleto funcionan de modos distintos. Las respuestas de los alumnos a este ítem debería reflejar los mecanismos descriptos en a página 101 del libro. b. La función de transporte y de percepción de señales depende del cambio de estructura de las proteínas.

5 . Los iones son especies químicas hidrofílicas que pasan por la membrana a través de proteínas canales, que son integrales. ¿Cómo debe ser químicamente el interior de dichas proteínas? si estas proteínas están insertas en la bicapa lipídica, ¿cómo deben ser químicamente por fuera?

Las proteínas canales son hidrofílicas por dentro e hidrofóbicas por fuera.

Producción personal. Las estructuras de las proteínas de membrana son diversas.

Producción personal.

el cambio de estructura de las proteínas de membrana involucradas en el transporte y en la percepción de señales determina la especificidad de la respuesta a la presencia del ligando correspondiente.

36

Las sustancias que reconocen los glóbulos blancos como antígenos son las glicoproteínas presentes en las membranas de los glóbulos rojos de grupos incompatibles. esta situación se produce en los casos a y d. en el caso a, el individuo receptor tiene sangre del grupo 0, en consecuencia, su sistema inmunológico atacará todos los glóbulos rojos que tengan glicoproteínas con una unidad extra en sus oligosacáridos (sean del grupo a o b). en el caso d, el receptor solo reconoce como compatibles los grupos que tengan la glicoproteína a o 0, por lo tanto, el grupo ab es incompatible.

1 2 . Completen los siguientes cuadros comparativos. a.

Receptores de membrana Ubicación Tipo de sustancias que actúan como ligando Forma en la que se transmite la señal

Tiempo que tarda en manifestarse la respuesta

Receptores intracelulares

Membrana citoplasmática.

Neurotransmisores, hormonas, entre otras sustancias químicas.

Interior de la célula.

Pequeñas moléculas de naturaleza hidrofóbica.

El ligando se une al receptor que está ubicado en la membrana. La unión cambia la conformación de la proteína y se desencadena la respuesta (que puede ser la apertura de un canal para una determinada sustancia, la activación de una enzima, la separación de una proteína G o cambios en el citoesqueleto).

Rápido.

El ligando se une al receptor y éste se une al ADN, desencadenando la respuesta.

Lento.

b.

Proteínas canales Tipo de proteína de membrana Forma en la que transporta las sustancias Condiciones en las que transporta ¿Actúan como receptores?

Integral.

Proteínas transportadoras Integral.

Las sustancias pasan por El ligando se une de forma el canal, como si este específica a la proteína fuese un tubo. transportadora, que cambia su conformación y permite el tránsito de la sustancia.

A favor de gradiente.

A favor o en contra de gradiente.

Reconocen el ligando y Reconocen el ligando que permiten su pasaje a cambia la estructura de la través de la membrana. proteína.

c.

Comunicación sináptica Célula que produce la señal Sitio por el que viaja la señal Célula que recibe la señal

Comunicación endocrina

Terminaciones de las células nerviosas.

Espacio sináptico.

Célula endocrina.

Célula contigua.

Células alejadas.

Torrente sanguíneo.

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1 1 . en ciertos casos, si una persona recibe sangre de un grupo que no es el suyo, el sistema inmunológico la reconoce como algo extraño, y se desencadena un proceso que puede incluso generar la muerte. ¿Cuál es la sustancia que estarán reconociendo los glóbulos blancos como extraña? Piensen en cuáles de los siguientes casos puede ocurrir esto y por qué: a. una persona del grupo 0 recibe sangre del grupo A. b. una persona del grupo AB recibe sangre del grupo B. c. una persona del grupo B recibe sangre del grupo 0. d. una persona del grupo A recibe sangre de grupo AB.

37

[RED CONCEPTuAL]

Las células se comunican de forma

intracelulares

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que son

De membrana

que cumplen muchas funciones

y colesterol que se organizan en forma de

bicapa

rápida

Lenta

• Transporte (uniportes ,antiportes , sinportes y canales )

y pueden ser Proteínas canales

Fosfolípidos

Proteínas

de acción

• Endocrina • Por contacto directo

plasmática

formada por

Receptores

• Yuxtacrina • sináptica

Membrana

reciben señales a través de

• Autocrina • Paracrina

están rodeadas por una

Proteínas ligadas a la proteína G

Proteínas asociadas a enzimas

Proteínas asociadas al citoesqueleto

Transmiten la señal con la ayuda de sustancias intermediarias

detección y transmisión • de señales

• Uniones intercelulares y con la matriz extracelular

38

Capítulo 6 | El sistema nervioso EX PERIME NTO S E N P A P E L ¿Cómo se transmite la información de una neurona a la otra?

La sección presenta una de las experiencias clave en la investigación del fisiólogo alemán otto Loewi sobre los mecanismos de la comunicación neuronal. el descubrimiento de Loewi dio origen al nacimiento de la teoría química de la trasmisión nerviosa, según la cual, la corriente nerviosa provoca, en el extremo de las fibras nerviosas, la liberación de sustancias químicas (los neurotransmisores). a pesar de ser un experimento fundamental para el desarrollo del estudio del sistema nervioso, se trata de un ensayo simple que busca poner a prueba la validez de un razonamiento elegante y simple. si una sustancia química participaba de la transmisión de un impulso nervioso, exponer un nervio a la acción de dicha sustancia bastaría para observar la estimulación del nervio. esta fue la clave del razonamiento de Loewi y, tal como se describe en el desarrollo del experimento, esto fue lo que observó.

Taller de ciencias

además de discutir con los alumnos sobre las implicancias de las investigaciones del fisiólogo alemán, se

Calcular el tiempo de reacción La experiencia del Taller propone un ensayo simple para observar las diferencias en el tiempo de reacción a estímulos de distinta naturaleza (visuales, sonoros y mecánicos). es importante cumplir con los pasos del procedimiento para que la experiencia arroje resultados comparables. Por lo tanto, será recomendable que antes de poner “manos a la obra” en la experiencia, los alumnos lean atentamente el paso a paso de la actividad. en ese sentido, puede ser provechoso que los alumnos elaboren una

[ ]

les puede proponer un análisis sobre el diseño experimental y los resultados de la prueba. Por ejemplo, se les puede preguntar cuáles serían los resultados de la experiencia que hubiesen conducido a rechazar la hipótesis del rol químico en la transmisión del impulso nervioso.

Pavlov y el aprendizaje asociativo La segunda experiencia que integra la sección “experimentos en papel” de este capítulo también trata sobre una de las piedras angulares en el estudio del funcionamiento del sistema nervioso. Los experimentos de Pavlov sobre aprendizaje asociativo constituyen un aporte fundamental en la determinación de los mecanismos de aprendizaje y memoria en animales superiores.

Las investigaciones de Pavlov fueron inspiradoras de numerosos experimentos similares sobre un conjunto muy diverso de animales. Los alumnos pueden investigar en otras fuentes sobre algunas de estas pruebas, para luego realizar una puesta en común con el propósito de comparar los procedimientos estudiados con los resultados obtenidos. tabla con los resultados esperados, justificando cada una de sus predicciones a partir de la hipótesis de trabajo. acciones como estas dan mayor relevancia al trabajo intelectual asociado a la ejecución de experimentos y, sin dudas, hacen que este tipo de experiencias sean verdaderas oportunidades de aprendizaje para el desarrollo de competencias experimentales.

ACTIVIDADES 1 . durante la experiencia, ¿qué otras respuestas, además de atrapar la regla, presentó el integrante b? (se puso alerta, se emocionó, latió más rápido su corazón, etcétera). ¿Qué parte del sistema nervioso actuó, en ese caso?

Producción personal.

2 . ¿Por qué creen que no se utilizó directamente un cronómetro, para medir la respuesta de reacción? elaboren una hipótesis al respecto.

Producción personal. si se utilizara un cronómetro, probablemente se introduciría una fuente de error experimental en la medición del tiempo de reacción,

39

puesto que al tiempo de reacción del sujeto experimental al estímulo estudiado se sumaría el lapso de reacción del observador a la respuesta del sujeto.

3 . Comparen los datos obtenidos con el tiempo promedio de reacción de un humano: 0,25 segundos frente a un estímulo visual; 0,17 segundos para un estímulo auditivo, y 0,15 segundos frente a un estímulo táctil. ¿Por qué creen que los estímulos táctiles y auditivos tienen un tiempo de reacción promedio más rápido?

Producción personal. Las diferencias en los tiempos de reacción a estímulos visuales, sonoros y mecánicos se deben a las características distintivas de la modalidad sensorial a través de la cual se presente el estímulo, ya que algunas vías sensoriales requieren mayor procesamiento que otras. Por ejemplo, un estímulo presentado en la modalidad visual requiere un mayor procesamiento que otro presentado en la modalidad auditiva, que su vez necesita mayor procesamiento que uno que se percibe en la modalidad táctil.

Actividades finales ESTUDIO DE CASO

[ ]

1 . relean el estudio de caso del comienzo del capítulo y respondan a las preguntas planteadas en su párrafo final a partir de lo aprendido en la unidad. © Editorial Estrada S. A. 2014

Producción personal. “¿dónde se genera la ‘electricidad nerviosa’?” se trata de impulsos nerviosos generados por potenciales de acción en las neuronas. “¿Qué tiene en común con la electricidad de las linternas y las lamparitas? ¿y cómo hace una `electricidad´ para producir fenómenos como la memoria, la conciencia, los sentimientos, la voluntad y la percepción humanas?” se trata de corrientes eléctricas generadas por el movimiento de cargas a lo largo de una vía de comunicación (en este caso, los axones de las neuronas). Fenómenos complejos como la memoria, la concien-

cia, etc., se producen a partir de la comunicación de neuronas que forman parte de las distintas regiones del cerebro.

2 . Los participantes del juego spirit Mountain realizan las acciones del juego con la única intervención de su mente y un casco con sensores colocado en la cabeza, no necesitan utilizar un joystick para poder participar. imaginen cómo serían sus vidas si para realizar sus actividades cotidianas pudieran emplear un dispositivo como el que se describe en el estudio de caso. Luego, reúnanse con sus compañeros y conversen sobre las ventajas y las desventajas que traería para las personas y las sociedades, si todos los seres humanos realizaran sus tareas con dispositivos controlados por la mente.

Producción personal.

3 . en internet, pueden encontrar información sobre varias “trampas caseras” para mosquitos. una de ellas trabaja mezclando dos químicos sencillos para generar Co2. investiguen sobre ella. ¿Qué partes del sistema nervioso central están involucradas en este mecanismo estímulo-respuesta?

respuesta mecánica que permite que el insecto se mueva en dirección a la fuente emisora de Co2 (la trampa).

el funcionamiento de este tipo de trampas se basa en el principio de que los mosquitos resultan atraídos a los cuerpos que emiten Co2 . esta característica es una ventaja adaptativa para estos insectos, puesto que la capacidad de percibir la presencia de este gas, que resulta un desecho del metabolismo celular, les permite hallar animales de los cuales alimentarse.

Ven pasar los coches a toda velocidad, mientras esperan que el semáforo cambie de color. están un poco tensos, pero atentos a lo que los rodea. su corazón está ligeramente acelerado, bombeando sangre. Tienen los músculos tensos. Ven cómo cambia el color del semáforo y se detienen los automóviles.

Los mosquitos tienen receptores sensibles a la concentración de Co2 . el estímulo que estos generan es procesado en el ganglio cerebral, que produce la

4 . imaginen que van a cruzar una calle por la que circula mucho tráfico.

es el momento de cruzar y lo hacen con decisión, hasta que llegan al otro lado de la calle. ahora, su corazón palpita más lentamente, y continúan caminando tranquilos por la vereda. ¿Qué partes del sistema

40

en las acciones descritas, participan los órganos de la visión (que captan el estímulo lumínico del semáforo), el sistema nervioso central —en particular, la corteza visual del cerebro (procesando el estímulo) y la corteza motora (comandando el movimiento)— y el sistema nervioso periférico (la acción del nervio vago estimula e inhibe el ritmo cardíaco).

5 . en una situación de estrés, ¿cuáles son los nervios autónomos que se activan, y qué efectos consiguen? en situación de estrés, actúan nervios del sna simpático. en situación de estrés, algunas de las respuestas que el organismo genera son: la dilatación de pupilas, la sudoración, la sequedad en la boca y la aceleración del ritmo cardíaco y, la frecuencia respiratoria. estas sensaciones, están bajo el control de la adrenalina, una de las principales hormonas que se liberan en situaciones de alerta, que aumenta su producción en sucesos de esta naturaleza e incrementa la liberación de glucosa desde el hígado al torrente sanguíneo, proporcionando así la suficiente energía para mover las extremidades en cuestión de segundos. Paralelamente, el organismo pone en marcha otros mecanismos, tales como la disminución de la actividad digestiva, a fin de que se concentre toda la energía en la huida, o para hacer frente al problema. estos efectos preparan al organismo para la situación de huida o de lucha.

6 . en grupos, miren la película Un milagro para Lorenzo (1992), del director australiano george Miller, que narra la historia de un niño que padece adrenoleucodistrofia. Luego, respondan a estas preguntas. a. ¿Cuál es la explicación que da el médico acerca de la pérdida de la audición en Lorenzo?

Producción personal. b. ¿Qué vías nerviosas generan la percepción de la audición?

La corteza sensorial. c. ¿Qué es lo que le sucede al protagonista? el protagonista padece adrenoleucodistrofia (aLd), una afección que provoca la pérdida del forro de mielina, que es el recubrimiento graso de las fibras nerviosas del cerebro, junto con la degeneración progresiva de las glándulas suprarrenales. La enfermedad es de origen genético. Los ácidos grasos de cadena muy larga, se encuentran ordinariamente en el plasma sanguíneo y en otros tejidos del organismo. La adrenoleucodistrofia consiste en la carencia de una enzima necesaria para degradar esos ácidos

grasos, que por ello se acumulan en el cerebro (materia blanca encefálica) y en las glándulas suprarrenales. no se conoce el mecanismo que provoca que esto dé por resultado la pérdida de la mielina.

La aparición de la enfermedad está vinculada con el cromosoma X, y afecta solo a individuos del sexo masculino. Los síntomas suelen aparecer entre los 4 y los 8, y pueden incluir cambios de conducta como la pérdida de memoria, la pérdida de control emocional y la demencia. otros síntomas son debilidad muscular y dificultades de audición (como la que padece Lorenzo en los inicios de la enfermedad), de visión y de habla. Conforme la enfermedad avanza, se deteriora el tono muscular, se pierde la capacidad de realizar actos voluntarios y finalmente, el paciente entra en coma. a menos que se le trate con una dieta en la que se incluya el aceite suministrado a Lorenzo, la enfermedad dará por resultado la parálisis, la ceguera, la sordera, el estado vegetativo, y la muerte.

7. indiquen qué tipo de actos nerviosos son los siguientes y qué elementos del sistema nervioso intervienen de manera primordial en cada una de estas actividades: a. sobresaltarse con los ladridos de un perro. involuntario. sna simpático. b. Cerrar los párpados cuando un objeto se acerca bruscamente a sus ojos.

Voluntario inconsciente. Corteza cerebral (sensitiva y motora). c. Resolver un problema de matemática.

Voluntario consciente. Corteza cerebral. d. Andar en bicicleta.

Voluntario consciente. Corteza cerebral. e. Quedarse dormidos.

Voluntario inconsciente. Cerebro. f. Sentir alegría por recibir un regalo.

Voluntario inconsciente. Corteza cerebral.

8. Las células de schwann son un tipo de células nerviosas que cumplen un rol fundamental en el sistema nervioso. ¿Cuál es esa función? ¿Qué función de las células nerviosas se ve afectada por la falta de mielina?

Las células de schwann recubren los axones de las neuronas con una vaina aislante (mielina). este aislante provoca que la señal eléctrica recorra el axón sin perder la intensidad. Cuando la mielina es destruida, la conducción de las señales a lo largo de los nervios se ve seriamente afectada, en consecuencia, los nervios se dañan de manera paulatina.

© Editorial Estrada S. A. 2014

nervioso se ven involucradas en esta secuencia, y de qué manera?

41

9. ¿Cuántos tipos generales de neuronas hay? ¿Cuáles creen que están relacionados con las respuestas más complejas? existen neuronas sensoriales, motoras e interneuronas. Las sensoriales y las interneuronas, están relacionadas con las respuestas más complejas.

1 0. ¿Qué son las dendritas y los axones, y cuál es la función de cada uno?

© Editorial Estrada S. A. 2014

son estructuras a modo de brazos que se extienden desde el soma de la neurona. Las dendritas son extensiones cortas del cuerpo neuronal, implicadas en la recepción de los estímulos. el axón suele ser una prolongación, única y alargada, muy importante en la transmisión de los impulsos desde la región del soma hasta otras células.

1 1 . Quizás alguna vez un médico les haya hecho la prueba del reflejo rotuliano: da un golpecito debajo de la rótula, en la rodilla. si no lo han hecho, pruébenlo con cuidado, y comprobarán cómo se mueve su pierna, por más que intenten evitarlo. ¿Qué es lo que investiga el médico, al realizar esta prueba? expliquen, en un párrafo, qué tipo de respuesta nerviosa es esta. investiga la función refleja. Producción personal.

1 2 . ¿Cuáles son las divisiones del sistema nervioso desde el punto de vista anatómico? ¿y cuáles desde el punto de vista funcional? desde un punto de vista anatómico, el sistema nervioso se divide en dos partes: sistema nervioso central y sistema nervioso periférico. desde el punto de vista funcional, se divide en sistema nervioso somático y sistema nervioso autónomo.

1 3 . expliquen un acto reflejo a partir del modelo estímulo-procesamiento-respuesta. si se considera el acto reflejo de retirar una mano cuando esta entra en contacto con una fuente de calor extremo, el estímulo es la fuente de calor, el receptor es el nervio sensitivo de la piel. el procesamiento ocurre en la médula espinal, el nervio eferente conduce la señal hacia la mano, que se aleja del objeto que quema.

1 4 . Mencionen, sintéticamente, las diferencias entre un acto voluntario y un acto reflejo. en un acto voluntario, hay participación del encéfalo. en un acto reflejo no intervienen los componentes del encéfalo, la respuesta se elabora en la médula espinal.

1 5 . Las propiedades de las neuronas que les posibilitan cumplir su función son:

* excitabilidad: generan un impulso nervioso ante un estímulo. * Conducción: propagan el impulso nervioso a lo largo de su membrana. * Transmisión: se comunican con otras neuronas o células efectoras, en las cuales desencadenan un nuevo impulso. a. ¿Cuál de estas propiedades puede ser alterada por alguna droga, y de qué manera? se altera la propiedad de transmisión. el efecto sobre la sinapsis química es distinto según la droga sea estimulante (altera la recaptación de neurotransmisores), depresora (altera la unión neurotransmisor-receptor) o alucinógena (altera la liberación de neurotransmisor). b. ¿De qué forma la cocaína puede tener un efecto estimulante en el sistema nervioso, si su único efecto se produce a nivel sináptico?

Las drogas estimulantes, como la cocaína, alteran el sistema de recaptación de los neurotransmisores luego de la sinapsis.

1 6 . ¿Cómo se ha modificado la posibilidad de tratamiento de las enfermedades degenerativas como el alzheimer, de acuerdo con el conocimiento obtenido acerca del funcionamiento de las neuronas? ¿se podrían tratar estas enfermedades sin este conocimiento? ¿Por qué? elaboren un breve informe escrito a partir de su respuesta.

Producción personal.

42

[RED CONCEPTuAL]

Recibir información a través de los

Órganos receptores

Procesar

luego

información

la

finalmente

Efectuar la

respuesta

sus funciones son

su unidad funcional y estructural es

La neurona

que transmite

posee los nervios

sensitivos

está formado por

Encéfalo

Sistema nervioso periférico

y motores

impulsos nerviosos

sistema nervioso central

se divide según su estructura en

se clasifica en

Sistema nervioso somático

sistema nervioso autónomo

se divide en

ejerce un control de tipo

Sistema simpático

ejerce un control de tipo

Voluntario

sistema parasimpático

Médula espinal

involuntario

© Editorial Estrada S. A. 2014

sistema nervioso

43

Capítulo 7 | El sistema endocrino y el control hormonal EX PERIMEN TO S E N P A P E L ¿Regula el páncreas el nivel de glucosa?

Taller de ciencias

© Editorial Estrada S. A. 2014

Los experimentos que condujeron a la determinación de la función del páncreas en la regulación de los niveles de glucosa resultan una oportunidad interesante de adentrarse en las características de la investigación sobre el control endocrino. el procedimiento, a grandes rasgos, generalmente es el mismo: la extracción del órgano que se presume como regulador de una función (el páncreas, en este caso), seguida de la administración de extractos del órgano extirpado. La aplicación de los distintos extractos permitía dar, de manera iterativa, con el compuesto incógnita. Trabajar sobre estas cuestiones

[ ]

generales de la investigación hormonal con los estudiantes puede resultar sumamente provechoso para ellos. se los puede solicitar que investiguen sobre otros ejemplos en los que se llevaron a cabo procedimientos como los de Mering y Monkowski e investigadores posteriores.

La ocasión también es propicia para investigar sobre el aporte de bernardo Houssay al estudio de los mecanismos regulatorios de la insulina y su contribución al desarrollo de la ciencia argentina. a este último fin, resulta recomendable la lectura de la sección “Viajero del tiempo” a continuación del capítulo.

Calcular el tiempo de reacción

y medir el tiempo en el que se produce dicha respuesta.

La velocidad de reacción juega un papel importante en nuestra vida cotidiana. Cuando debemos realizar una acción en respuesta ante determinado estímulo (visual, auditivo, táctil), transcurre un cierto tiempo entre la recepción del estímulo y la ejecución de la acción; este se conoce como tiempo de reacción de una persona. existen muchas situaciones de la vida cotidiana en las que son evidentes las respuestas a estímulos externos.

el sentido de la vista suele ser el más valorado y de hecho, es un sentido importante para los humanos modernos. Muchos aspectos de nuestras vidas se rigen por estímulos visuales, y es esperable que los alumnos consideren que es el que desencadenará respuestas más rápidas y así lo establece la predicción del Taller.

La experiencia permite observar algunas de las respuestas del cuerpo a diferentes estímulos,

es recomendable que los estudiantes tengan en claro cuál es el propósito de cada uno de los pasos del procedimiento.

ACTIVIDADES 1 . ¿Qué mecanismos se desencadenan durante el ejercicio y provocan el aumento en la respiración?

La demanda de oxígeno aumenta debido al incremento en el metabolismo de las células del tejido muscular.

2 . ¿Qué pasa con el flujo de sangre en los músculos, durante el ejercicio muscular intenso? se incrementa.

3 . ¿Por qué aumenta la frecuencia cardíaca durante el ejercicio, y qué parte del sistema nervioso la controla?

Porque la demanda de nutrientes transportados por la sangre se incrementa en los músculos. La circulación de sangre también actúa como reguladora de la temperatura en los tejidos musculares. el aumento es controlado por el sistema nervioso autónomo simpático.

44

Actividades finales ESTUDIO DE CASO

[ ]

1 . el científico a. berthold estudió las hormonas relacionadas con características sexuales. en uno de sus experimentos, extirpó los testículos de pollos machos, observando posteriormente una atrofia de los caracteres sexuales secundarios. al agregar inyecciones de macerados de testículos extraídos de otros pollos machos, en los individuos sin testículos se desarrollaron los caracteres secundarios esperados.

b. ¿Qué relación encuentran con el caso de los individuos güevedoce de republica dominicana?

Los güevodoce sufren una afección que altera la actividad hormonal de los testículos.

respondan a las preguntas: a. ¿Qué hipótesis surge, de esta experiencia, acerca del papel de estas hormonas?

desarrollará caracteres secundarios masculinos.

2 . ¿Qué piensan que le pasaría a un animal hembra joven, si se le inyectase una gran cantidad de sustancias extraídas de testículos de animales macho de la misma especie?

3 . elijan las respuestas que consideren correctas, en cada caso. a. En la regulación por retroalimentación del eje hipotálamo-adenohipófisis, la hormona final de la vía puede ejercer su efecto: i. inhibiendo la hipófisis. ii. inhibiendo el hipotálamo. iii. inhibiendo la glándula que la produce. b. La glucemia (concentración de glucosa en la sangre) puede estar fuera de lo normal debido a los siguientes factores: i. el estrés físico. ii. el aumento de la concentración de insulina y somatostatina. iii. el aumento de la concentración de glucagón.

4 . observen los videos contenidos en los siguientes enlaces: http://bit.ly/14giqlf http://bit.ly/15pFJee Luego, escriban un párrafo que explique cuáles son los mecanismos de comunicación endocrina y, en particular, cómo ejercen su efecto las hormonas peptídicas.

Producción personal.

5 . redacten un breve párrafo en el que describan un ejemplo de alguna actividad del organismo regulada por hormonas que, a su vez, sean controladas por retroalimentación negativa.

Producción personal.

6 . ¿Cómo le explicarían a un compañero, con ayuda de los esquemas de abajo, los posibles mecanismos de control de la producción hormonal? Mencionen los nombres de dichos mecanismos. ¿Cuál es el más frecuente en el sistema endocrino? el primero es el mecanismo de retroalimentación negativa. el segundo, es el mecanismo de retroalimentación positiva. el más frecuente es el primero.

7. ¿Qué consecuencias puede tener para el organismo la ausencia de mecanismos de homeostasis para las funciones corporales? el organismo perdería la incapacidad de mantener estables las condiciones del medio interno ante los cambios producidos en el exterior.

8 . describan qué procesos fisiológicos y componentes del sistema neuroendocrino se ocupan de mantener la presión osmótica de la sangre. en condiciones de deshidratación, sube la concentración de sales en la sangre, aumentando la presión osmótica de esta. en tal caso, los osmorreceptores que posee el hipotálamo son estimulados por esta dis-

© Editorial Estrada S. A. 2014

Los testículos producen hormonas involucradas en el desarrollo de caracteres sexuales secundarios.

45

minución en la presión osmótica de la sangre, y aumentan la secreción de adH (hormona antidiurética). esta hormona es transportada vía nerviosa hasta la neurohipófisis, encargada de liberarla.

poliuria. La polidipsia se produce por estímulo del centro de la sed, a causa de la deshidratación. Finalmente, la polifagia se da por déficit de glucosa intracelular al nivel del centro de la saciedad.

La adH llega por la sangre hasta los riñones, donde aumenta la permeabilidad al agua en los túbulos encargados de reabsorberla. esto trae como consecuencia un aumento del volumen de sangre en los riñones y una disminución del volumen de la orina excretada.

10. La concentración de azúcar en la sangre es un valor que debe permanecer dentro de rangos estables y controlados. si alguien come un kilo de dulce de leche, ¿qué hormonas se ocuparán de que se recuperen los valores de glucosa en sangre, y cómo lo harán? el mecanismo regulador de la glucemia en el cuerpo es la secreción de insulina o de glucagón por el páncreas. Cuando el individuo come un kilo de dulce de leche, se produce un aumento en los niveles de glucosa sanguíneos, se estimula la secreción de insulina y se inhibe la secreción de glucagón. También aumenta la secreción de somatostatina.

© Editorial Estrada S. A. 2014

al aumentar el consumo de agua, los osmorreceptores del hipotálamo captan el cambio e influyen sobre el hipotálamo para que cese su producción de adH, con lo cual disminuye la cantidad de agua reabsorbida y se elimina mayor volumen de orina diluida.

9. imaginen que son médicos endocrinólogos y reciben a un paciente que presenta estos síntomas: · Poliuria (gran cantidad de eliminación de orina), · polifagia (aumento en la sensación de hambre), · polidipsia (mucha sed).

Tras realizarle varios análisis, comprueban que el paciente padece diabetes mellitus. expliquen por qué se produce cada uno de los síntomas mencionados.

11. Luego de leer el capítulo, hagan una lista con los conceptos que aprendieron acerca del sistema endocrino y del control hormonal en los seres humanos. ¿Conocer esos conceptos les resultó de ayuda para entender mejor el funcionamiento del sistema endocrino?

Producción personal.

1 2 . ¿Les parece que las ilustraciones del capítulo son imprescindibles para comprender los temas que se tratan en él? ¿en qué casos sí, y en cuáles, no? den ejemplos.

otro de los síntomas asociados a la diabetes mellitus es la glucosuria, es decir, la aparición de la glucosa en la orina. este fenómeno es el responsable de la poliuria, ya que por efecto osmótico de la glucosa, aumenta la eliminación de agua en los riñones y se incrementa la micción. a raíz de este efecto, se produce la deshidratación, como efecto secundario a la Estímulo interno o externo

Producción personal.

1 3 . esquematicen el eje de acción hormonal, incluyendo todas las estructuras involucradas.

Liberación neurotransmisor

SNC

Hipotálamo: liberación de hormonas

Hipófisis anterior

GRH GIH

TRH

CRH

GH

TSH

Proopiomelanocortina ACTH β-LPH

Músculo

Tiroides

Corteza Adrenal

Incremento de la síntesis de proteínas

T4 y T3

Corticosteroides

Hígado y otros tejidos Somatomedinas Crecimiento de huesos, otros tejidos y órganos

Hígado

Incremento de la gluconeogénesis

Oxidación celular, crecimiento

Norepinefrina Células de la pars intermedia Proopiomelanocortina β-Endorfina α-MSH CLIP

PRF PIF

Glándula mamaria

Efectos analgésicos

Crecimiento y desarrollo de la glándula mamaria.

Producción de leche

Adaptación al estrés

Oscurecimiento de la piel Funciones en el SNC

Efectos protectores

Actividad trófica sobre células β

FSH

PRL

β-Endorfina

Absorción de Na+

GnRH GnRIF

Testículo Testosterona Potencia la acción de la testosterona

LH

Ovario

Ovario

Desarrollo del folículo

Ovulación

Estradiol

Progesterona

Testículo

Testículo

Crecimiento de los tubos seminíferos.

Espermatogénesis

Desarrollo de células intesticiales

Testosterona

46

1 4 . Completen el siguiente cuadro de regulación homeostática, e indiquen qué acciones ejercen el sistema nervioso o el sistema endocrino para restaurar el equilibrio.

Estímulo

Efecto en el cuerpo

Detectores

Consumo de azúcar

Aumento de la glucemia.

Deshidratación

Aumento de la presión arterial.

Aumento de la presión arterial.

Vasodilatación y sudoración.

Receptores del páncreas (células alfa y beta).

Osmorreceptores.

Situación de estrés Aumento de la temperatura

Sistema nervioso autónomo.

Termorreceptores.

Respuesta Estructuras involucradas Liberación de insulina y somatostatina a la sangre.

Liberación de ADH a la sangre.

Liberación de catecolaminas.

Hipotálamohipófisispáncreas.

Hipotálamohipófisisriñón.

Sistema nervioso autónomo.

Liberación de Hipotálamoaldosterona. hipófisis.

sistema endocrino

Regula y colabora con el funcionamiento del

para coordinar y regular

La homeostasis

formado por estructuras llamadas pueden ser

glándulas que liberan

Exocrinas

endocrinas

Liberan el contenido al exterior Liberan el contenido a interior

Hormonas las principales son

Sistema nervioso

es parte del

Hipotálamo

es considerada la “glándula maestra” regula

Hipófisis afecta glándulas como

Páncreas

Tiroides

Timo

glándulas suprarrenales

gónadas

Entre otras

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[RED CONCEPTuAL]

47

Capítulo 8 | Las proteínas EX PERIMEN TO S E N P A P E L ¿Cómo se modifica la acción de las enzimas con la temperatura y con la acidez?

Taller de ciencias

© Editorial Estrada S. A. 2014

el experimento permite analizar la influencia de la alteración de la estructura tridimensional de las proteínas sobre sus funciones. La experiencia es sencilla, y por lo tanto, ideal para reproducir en clase.

[ ]

a los alumnos se les puede proponer que reproduzcan el procedimiento de la sección. Luego, el análisis de los resultados (coincidentes o no con lo expresado en el libro) puede ser motivo de un valioso intercambio en clase.

Experimentar con la estructura de las proteínas el objetivo de este Taller es poner en evidencia la forma en la que ciertos factores —temperatura, presencia de sustancias químicas desnaturalizantes, entre otros— modifican la estructura y la función de las proteínas. este estará divido en dos partes. una parte consiste en observar la actividad de la enzima alfa amilasa salival en función de la temperatura. en la saliva, la enzima alfa amilasa salival cataliza la reacción de ruptura del almidón en moléculas de maltosa. Para detectar su actividad, se trabaja con la prueba del yodo. este tiene

color marrón y, al interactuar con el almidón, se vuelve azul-violáceo; en presencia de la enzima, si se rompe el almidón, desaparece el color violáceo y vuelve a su color original.

La segunda parte consiste en el análisis del efecto de distintos agentes químicos en la estructura tridimensional de las proteínas, como la de la clara de huevo o la de la leche. La clara de huevo está formada fundamentalmente por la proteína ovoalbúmina; la leche también tiene una proteína, la caseína. estas proteínas pueden desnaturalizarse si son sometidas al contacto con ciertas sustancias químicas.

ACTIVIDADES 1 . a partir de los resultados obtenidos en la primera parte, respondan: ¿cómo afecta la temperatura a la actividad enzimática?

Las temperaturas intermedias favorecen la actividad enzimática. si la temperatura es demasiado alta, la actividad enzimática se pierde debido a la desnaturalización de las enzimas.

2 . Con lo que ya saben respecto de la estructura de las proteínas, respondan: ¿de qué forma puede estar afectando la temperatura a la actividad de la enzima?

Las altas temperaturas alteran la estructura tridimensional de las enzimas, en consecuencia, pierden su actividad.

3 . ¿Las bajas temperaturas tienen el mismo efecto que las altas temperaturas, en las enzimas? si la temperatura es demasiado baja, la actividad enzimática también se altera.

4 . ¿afecta la presencia de alcohol o de vinagre a la ovoalbúmina y a la caseína? ¿de qué forma?

Producción personal.

5 . ¿Qué otro agente puede desnaturalizar proteínas?

Planeen un experimento para comprobarlo.

Producción personal.

48

Actividades finales

[ ]

1 . el texto del estudio de caso con que se inicia este capítulo habla de “secuencias de aminoácidos”. imaginemos una serie de trenes compuestos por diversos tipos de vagones: a, b, C y d. dibujen o esquematicen cuatro trenes distintos que tengan, cada uno, 10 vagones. ¿Cómo definirían, a partir del ejemplo de los trenes, el término secuencia?

Producción personal.

Tren 1 a C Tren 2

b

a

b

b

C

d

a

d

C a Tren 3

b

a

d

d

a

b

C

C

b C Tren 4

a

a

a

d

C

d

b

a

C

a

d

b

a

C

d

a

a

d

en el ejemplo, cada una de las distintas formaciones de trenes representaría una secuencia distinta. Podríamos decir que dada una serie de

4 . decidan si los siguientes enunciados son verdaderos o falsos. expliquen su elección en todos los casos. a. La estructura terciaria de las proteínas se genera por enlaces peptídicos.

Falso. La estructura terciaria es el plegamiento de las proteínas producido por la atracción entre los radicales de los distintos aminoácidos. b. La secuencia de aminoácidos de las proteínas es única para cada individuo.

Verdadero. algunas proteínas apenas son diferentes aún entre individuos de una misma especie, por lo que se considera que cada organismo es único, desde el punto de vista bioquímico. solo individuos genéticamente idénticos (gemelos idénticos o cepas de organismos cultivados en relación muy estrecha) presentan proteínas idénticas. c. Las enzimas les dan soporte a los tejidos.

Falso. Las enzimas cumplen funciones de catálisis.

proteínas de igual extensión y con los mismos aminoácidos constitutivos (vagones en el ejemplo del tren), la secuencia está determinada el orden en el que los mismos se disponen.

2 . ¿Cuál es la relación entre la estructura de las proteínas y su función? ¿Cómo pueden relacionarlo con la causa de la anemia falciforme?

La estructura de las proteínas determina su función. esta podría ser alterada con cualquier cambio en la estructura primaria, secundaria o terciaria de una proteína.

3 . ¿Por qué la modificación en un solo aminoácido de la secuencia de la hemoglobina puede modificar su estructura final? ¿Qué niveles de la estructura de las proteínas se ven afectados?

La modificación de un solo aminoácido puede alterar el plegamiento de la cadena peptídica, y de este modo transformar su estructura secundaria y primaria. si se trata de una enzima, la alteración en la secuencia podría modificar su sitio activo y afectar su actividad enzimática.

d. Las proteínas conjugadas no están formadas únicamente por aminoácidos.

Verdadero. Las proteínas conjugadas presentan, además, un grupo prostético. e. Todos los aminoácidos de una proteína son iguales.

Falso. Las proteínas están conformadas por distintos aminoácidos. f. Todos los aminoácidos de una proteína tienen un grupo ácido y un grupo amino.

Verdadero. Todos los aminoácidos tienen dos grupos químicos: un grupo amino y un grupo carboxilo o ácido, unidos a un átomo de carbono central.

5 . Completen los siguientes párrafos. a. La estructura primaria está formada por los aminoácidos unidos por enlaces peptídicos. En total hay veinte aminoácidos, algunos de los cuales reciben el nombre de esenciales porque deben

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ESTUDIO DE CASO

49

ser adquiridos por la dieta. La cantidad, el tipo y orden de los aminoácidos establece la secuencia de las proteínas, que depende de la información en el ADN. b. La función de las proteínas depende de su plegamiento. El calor o ciertas sustancias químicas generan la desnaturalización, es decir, la pérdida de estructura secundaria, terciaria y cuaternaria (si la hubiera), y por lo tanto la pérdida de actividad. c. Las enzimas realizan la catálisis de las reacciones, es decir, aumentan la velocidad a la que estas ocurren. Son propias de la reacción, ya que se unen específicamente a los sustratos o sustancias iniciales en una región, llamada sitio activo.

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6 . Teniendo en cuenta la relación entre la estructura tridimensional y la función de las proteínas, ¿cómo piensan que se puede activar o desactivar una enzima? ¿Cuál es la zona clave en su estructura tridimensional? alterando las condiciones de temperatura o acidez en el medio, ya que estas alteran el plegamiento de las proteínas y modifican su estructura secundaria, terciaria y, en caso de existir, su estructura cuaternaria. La presencia de alcohol y urea también causan la desnaturalización de las proteínas.

7. ¿Qué sucede con la actividad de las enzimas a altas temperaturas? ¿y a bajas temperaturas? ¿Cómo creen que se relaciona con el hecho de que pongamos la comida en la heladera para que no se pudra? a altas temperaturas, las enzimas se desnaturalizan y pierden su actividad. a bajas temperaturas, la actividad enzimática también se ve reducida. Cuando se colocan alimentos en la heladera, se reduce la actividad enzimática de los microorganismos que intervienen en la descomposición de los alimentos.

8 . Las carnes suelen tener proteínas completas, es decir, con todos los aminoácidos, mientras que en una dieta vegetariana se deben consumir proteínas de distintas fuentes para asegurarse el suministro completo. ¿Por qué es importante consumir todos los aminoácidos?

La alimentación equilibrada asegura la provisión de todos los aminoácidos que el cuerpo requiere para sus estructuras. esto es de singular importancia en el caso de los aminoácidos esenciales, que el organismo no es capaz de sintetizar.

9 . si la secuencia de aminoácidos en una proteína depende de la información en el adn, y todos tenemos información diferente, ¿cómo serán nuestras proteínas? diferentes entre individuos.

1 0. a partir de lo estudiado en este capítulo, respondan en sus carpetas: a. ¿Por qué las proteínas son los compuestos en los que se manifiestan las diferencias entre los seres vivos?

Porque estas se sintetizan a partir de la información hereditaria contenida en el adn, que es particular de cada individuo. b. ¿Cuál es el único nivel que determina la unión de aminoácidos a través de enlaces peptídicos? el nivel de estructura primaria.

1 1 . ¿a qué procesos corresponden los siguientes esquemas? redacten un párrafo donde expliquen lo que representa cada uno, y colóquenles título. a. actividad enzimática el sustrato se une al sitio activo de la enzima. una vez que la reacción se produce, los productos se separan del sitio activo, y la enzima está disponible para una nueva reacción. b. estructura de las proteínas La estructura primaria de una proteína está determinada por la secuencia de aminoácidos unidos por enlaces peptídicos. el plegamiento de la proteína determina la estructura tridimensional. La estructura secundaria se genera por la atracción entre los grupos que participan de los enlaces peptídicos. La cadena puede plegarse de dos formas posibles, α-hélice o β-plegada. La estructura terciaria se genera por la atracción entre los radicales de los distintos aminoácidos. La estructura cuaternaria se genera por atracciones entre distintas cadenas ya plegadas. c. Las proteínas transportadoras Las proteínas transportadoras de membrana reconocen un ligando específico y cambian su conformación, permitiendo el paso de la sustancia a través de la membrana.

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[RED CONCEPTuAL] estructural

Las proteínas

pueden tener muchas

Catálisis

Funciones

Transporte, etc.

son polímeros formados por veinte tipos de

estructura

cuya cantidad, orden y variedad determinan una secuencia

que depende de la información del adn

se clasifican según su

que se genera por niveles Primario secundario

Forma

Composición Globular

Conjugada

Fibrosa

Simples

Terciario Cuaternario

y por acción del calor o ______ acidez ______

Se desnaturalizan

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aminoácidos

tienen una función que depende de su

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Capítulo 9 | El ADN EX PERIMEN TO S E N P A P E L ¿Es posible que un ARN formado por un solo tipo de bases dé lugar a la síntesis de distintos polímeros de aminoácidos?

Taller de ciencias

© Editorial Estrada S. A. 2014

La sección describe uno de los experimentos fundamentales en la determinación del código genético. el tema resulta de suma relevancia, ya que el conocimiento sobre la naturaleza del fenómeno de traducción estableció las bases de la biología molecular y de la ingeniería genética. se puede profundizar con los estudiantes sobre los acontecimientos históricos re-

[ ]

lacionados con el descubrimiento del código genético. se puede analizar el documental “genios de gran bretaña. Watson, Crick y Franklin”, sobre la construcción del modelo de doble hélice (disponible en: http://youtu.be/ddqnkn2kC0s). resulta revelador el fragmento que describe el razonamiento mediante el cual Francis Crick concluye que la traducción está determinada por un código de tripletes (a los 11´20’’ del video).

Instrucciones para ver a simple vista el ADN propio La propuesta del Taller permitirá que los estudiantes puedan observar (a simple vista) adn aislado a partir de sus propias células. es posible que los estudiantes se sorprendan con la posibilidad de llevar a cabo un procedimiento simple que permita aislar adn, ya que, por lo general, se cree que este tipo de experiencias se relaciona con la necesidad de contar con equipamientos sofisticados. es importante tener en cuenta que el seguimiento minucioso de los pasos descriptos resulta indispensable para que la experiencia ten-

ga los resultados esperados. Primará evitar la contaminación de la muestra, así como asegurarse de que la temperatura del alcohol sea suficientemente baja. no obstante, si la experiencia no condujera a los resultados previstos, la ocasión será propicia para realizar un análisis del procedimiento, con el propósito de determinar las posibles causas de los resultados. esta es una de las actividades más importantes de la actividad científica, la explicación de los resultados anómalos o imprevistos. Lejos de ser un proceso que se caracterice por presentar “historias con finales felices”, la investigación científica se construye a partir de la reformulación permanente de ideas.

ACTIVIDADES 1 . ¿se cumplió el objetivo del taller? si los resultados no fueron los esperados, revisen el procedimiento y piensen en qué etapas pudieron haber cometido errores. intercambien experiencias con sus compañeros y anoten en sus carpetas la información recopilada. Luego, repitan la experiencia. esta vez, pongan especial atención en los pasos en que pudieron haber cometido algún error cuando realizaron la extracción por primera vez.

Producción personal.

2 . ¿Por qué se obtuvo una mezcla de adn y de arn? el método no permite separar los distintos ácidos nucléicos.

3 . indiquen en la tabla a qué acción realizada durante la extracción de adn le corresponde cada una de las siguientes consecuencias.

Acción

Consecuencia

Se agregó detergente (producto que Las membranas plasmáticas y nucleares de las células se rompen, dejando libre dispersa los lípidos). el ADN. Se agregó sal.

El ADN (que se disuelve en agua con alta concentración de iones) se separa de otros componentes celulares (como las proteínas y los lípidos, que no se disuelven en soluciones iónicas).

Se agregó alcohol frío (modicando El ADN precipita y se hace visible. las características del medio acuoso en el cual estaba disuelto el ADN, que no es soluble en alcohol).

52

Actividades finales

[ ]

Cuando le informamos al vecino los resultados de los análisis de adn, confesó que había matado a la mujer porque la quería, pero ella siempre lo rechazaba. Lo condenaron a cadena perpetua. unos meses después, me escribió desde la cárcel para pedirme que lo visitara. sentí curiosidad y fui. Me dijo que el crimen lo había cometido su hermano gemelo, pero que no lo acusó para protegerlo. averigüé que, efectivamente, el tipo tenía un hermano gemelo que nadie veía desde la noche del crimen.

Hasta el día en que fui a ver al preso, yo siempre había dormido tranquilo. ahora tengo una pesadilla recurrente: la mujer muerta se acerca a mi cama y me señala en silencio con su dedo pulgar.

1 . indiquen cuál o cuáles de las siguientes conclusiones se pueden sacar: a. Los cabellos del condenado pudieron ser colocados en el puño de la víctima por otra persona para inculparlo.

2 . a partir de la información contenida en la siguiente secuencia de adn, escriban la secuencia del arn que resultaría de su transcripción, y el polímero de aminoácidos que resultaría de este último.

ATCGCTATGAGGATAGATGAATGGATATAGATTGGAGGG

secuencia de arn uagCgauaCuCCuauCuaCuuaCCuauauCuaaCCuCCC Polímero de ainoácidos alto arg Tyr ser Tyr Leu Leu Thr Tyr ile alto Pro Pro

3 . esta frase es errónea: “se descifró el código genético de la papa”. expliquen por qué y escríbanla correctamente. el código genético es la asignación de un aminoácido a cada codón del arnm. no es particular de cada especie, sino que es universal. La frase correcta sería “se descifró el genoma de la papa”.

b. Los cabellos encontrados entre los dedos de la mujer podrían pertenecer a un hermano gemelo del condenado. c. dado que el perfil genético de los cabellos era idéntico al perfil del condenado, es imposible que los cabellos pertenezcan a su hermano gemelo. d. el condenado inventó la historia de su hermano gemelo.

Las conclusiones a, b y d son posibles. no habría elementos para decidir la inocencia o culpabilidad del condenado a partir de la información presentada en el caso.

La conclusión c, sin embargo, no es correcta, puesto que el perfil genético de las muestras encontradas en la escena del crimen serían igualmente coincidentes con el adn del condenado y con el de su hermano gemelo.

4 . Las reglas de Chargaff surgen de las características del apareamiento entre las bases del adn. reescriban las reglas (cuando sea posible) para cada uno de los siguientes casos: a. A se aparea con C, y G con T. a se aparea con T, y g con C. b. Cada base se aparea con cualquiera de las otras.

Cada base se aparea solo con una de las otras. c. Cada base se aparea solamente con otra igual (A con A, C con C, …).

Cada base se aparea solamente con otra distinta y coplementaria (a con T, C con g, …).

5 . el desarrollo de armas biológicas es una aplicación negativa de la biotecnología. investiguen en internet de qué se trata y escriban un breve informe.

Producción personal.

6. en el interior de las células, la información contenida en el adn es transcripta a arn y luego, traducida a proteína. en la columna izquierda, se enumeran diversas situaciones; en la columna derecha, están desordenadas

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ESTUDIO DE CASO

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sus posibles consecuencias. indiquen con flechas cuál es la consecuencia correcta de cada situación.

En la célula se produce ausencia absoluta de

Consecuencia

El aminoácido fenilalanina.

No se ve afectada la síntesis de proteínas.

El ARNt que transporta el aminoácido serina.

No ocurre la transcripción.

La enzima que sintetiza ADN. La enzima que sintetiza ARN.

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Todos los ARNr que forman parte de la subunidad menor de los ribosomas.

La síntesis de proteínas se interrumpe cuando el ribosoma alcanza algunos de los siguientes codones: AGU, AGC. No ocurre la traducción.

La síntesis de proteínas se interrumpe cuando el ribosoma alcanza algunos de los siguientes codones: UUU, UUC.

7. el adn contenido en el núcleo de una célula humana mide dos metros, y el diámetro del núcleo de una célula humana es diez millones de veces más pequeño que un metro. entonces, ¿cómo pueden caber dos metros de adn dentro del núcleo de una célula humana? a. Elaboren una hipótesis para explicar esto. b. Busquen la respuesta en un buscador de Internet.

Producción personal. La clave de la respuesta está en la capacidad de enrollamiento del adn. en el empaquetamiento de las moléculas de adn intervienen proteínas histonas, que favorecen la disposición espacial de la molécula que le permite ocupar un espacio tan reducido.

8. el glifosato es un herbicida que se usa para controlar ciertas malezas. Hasta hace un par de décadas, no se podía aplicar glifosato sobre los cultivos de soja, porque el herbicida mataba por igual a las malezas y al cultivo. Mediante técnicas de ingeniería genética, se introdujo en plantas de soja el gen de una enzima bacteriana que degrada al glifosato. esta enzima protege la soja y ahora se puede aplicar glifosato sobre los cultivos. en los últimos años, la argentina se convirtió en uno de los países con mayor superficie cultivada con soja transgénica resistente al glifosato. esto ha generado diversos problemas y un gran debate. dividan a la clase en dos grupos. ambos busquen en internet noticias periodísticas sobre el cultivo de soja y el uso de glifosato en la argentina. Luego, un grupo busque la opinión de científicos sobre el tema (en internet o en

revistas de divulgación); el otro grupo, busque qué opinan los organismos no gubernamentales (en internet o en material impreso publicado por estos organismos). Con ayuda del docente, organicen un debate para analizar ambos puntos de vista y discutir sus fundamentos científicos.

Producción grupal.

9 . dividan a la clase en grupos. Cada grupo busque en libros de biología ejemplos de los tamaños de los genomas de un virus, una bacteria, un protozoo, un hongo, una planta y un animal. Cada grupo comparta con los demás los datos encontrados. Con el total de la información reunida, hagan un único gráfico de barras, donde cada barra represente el tamaño de un genoma (ordénenlas de menor a mayor). el gráfico se puede hacer en el pizarrón o en una computadora, usando un programa de graficación. Con ayuda del docente, discutan los resultados.

Producción grupal.

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[RED CONCEPTuAL]

Información genética

Doble hélice

Grupo fosfato

adN

Desoxirribosa

son polímeros de

Seres vivos

Genoma

puede ser

ARNr

Ingeniería genética

Código genético

arN

arnm

Bases

arnt

Ribosa

Adenina Timina Citosina

son cambios en el

Mutaciones

azúcar

Ribosomas Guanina Proteínas

Aminoácidos

uracilo © Editorial Estrada S. A. 2014

Biotecnología

Nucleótidos