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Velázquez Ocampo, Marta Patricia. Temas selectos : biología, 1 : bachillerato / Marta Patricia Velázquez Ocampo. - México ST Editorial, 2007. 224 p. : il. ; 24 cm. Bibliografía: p. 218-219 ISBN 978-970-9807-40-0 1. Biología – Estudio y enseñanza (Superior). I. t. 574 VELA.t.

Biblioteca Nacional de México

ST Distribución, S.A. de C.V. Patricio Sanz No. 754, Colonia del Valle, México df Teléfono: (01 55) 56 82 54 45 www.st-editorial.com comentarios@st-editorial.com Miembro de la Cámara Nacional de la Industria Editorial, registro número 3342. © Derechos reservados 2007 Primera edición: México df, julio de 2007 Primera reimpresión: Estado de México, julio de 2009 © 2007, Marta Patricia Velázquez Ocampo ISBN: 970 9807 40 4 ISBN 13: 978 970 9807 40 0 Director general: Joaquín Trejos Director editorial: Alonso Trejos Editor en jefe: Giorgos Katsavavakis Coordinación editorial: María Laura Sessa, Áurea Camacho Editor adjunto: Alfredo López Edición: Lourdes Torres Director de arte: Ernesto Bolaños Diagramación: Jeffrey Torres, Daniela Hernández Ilustraciones: Miguel Cabrera Diseño de portada: Isabel Herrero Asistentes de producción: Karla Beirute, Amaranta Villar Fotografías: Stockxchange, archivo ST Editorial Prohibida la reproducción total o parcial de este libro en cualquier medio sin permiso escrito de la editorial. Impreso en México. Printed in Mexico.

Temas selectos de biología 1, de Marta Patricia Velázquez Ocampo, se terminó de imprimir en julio de 2009 en los talleres de Reproducciones Fotomecánicas, S. A. de C. V., con domicilio en Democracias #116, Col. San Miguel Amantla, delegación Azcapotzalco, C. P. 02700, México, D. F.


contenido Presentación Organización del libro

6 7

UNIDAD 1

investigación en biología Evaluación diagnóstica

10

Tema 1: biología actual en el mundo y en méxico

13

Desarrollo de la biología: de la antigüedad al siglo xxi Antigüedad Renacimiento Siglo xix Siglo xx La ciencia en México en el siglo xx

Tema 2: tecnología al servicio de la ciencia

14 14 15 15 17 22

25

Invento del microscopio y teoría celular 26 Tipos de microscopios y sus alcances 28 Microscopios ópticos 29 Microscopios electrónicos 31 Elaboración de preparaciones microscópicas 35 Preparación en fresco 35 Preparaciones fijas para microscopio óptico 35 Preparación de material para microscopia electrónica 38

Equipo de laboratorio biológico Centrífuga Autoclave Potenciómetro Balanza analítica Uso de la computación en biología Redes de información Bioinformática y biocomputación

Tema 3: diseño de una investigación científica Método científico Planteamiento del problema Hipótesis Diseño experimental Resultados Informe escrito Avances tecnológicos de la región Centro de Investigaciones y Estudios Avanzados del Politécnico, cinvestav de Mérida Centro de Investigaciones y Estudios Avanzados del Politécnico, cinvestav de Irapuato Instituto de Neurobiología de la unam (Querétaro)

Semblanza Autoevaluación

38 38 39 39 39 40 41 42

44 47 48 49 49 50 50 51

51

52 52

54 56

3


UNIDAD 2

UNIDAD 3

PROCESOS CELULARES

BIOLOGÍA MOLECULAR

Evaluación diagnóstica

62

Evaluación diagnóstica

120

Tema 4: Procesos de transporte a través de la membrana

65

Tema 7: RESPUESTA INMUNE Y OTRAS DEFENSAS

123

Estructura de la membrana celular. Modelo del mosaico fluido Lípidos Proteínas Carbohidratos Transporte a través de la membrana Transporte pasivo Transporte activo Uniones celulares

Tema 5: PROCESOS DE COMUNICACIÓN CELULAR

65 67 68 68 69 70 76 79

82

Respuestas a hormonas Transmisión del impulso nervioso Potencial de acción Sinapsis y neurotransmisores

83 85 86 89

Tema 6: PROCESOS DE DIFERENCIACIÓN CELULAR

92

Capas germinales en los animales Células madre y su aplicación Desarrollo de tejidos animales Tejido epitelial Tejido muscular Tejido conectivo Tejido nervioso Desarrollo de tejidos vegetales Cultivo de tejidos y sus aplicaciones

Semblanza Autoevaluación 4

93 97 101 101 102 103 104 106 109

112 114

Barreras primarias Respuesta inflamatoria Respuesta inmune humoral y celular Antígenos y anticuerpos Vacunas Grupos sanguíneos Trasplantes

123 125 127 129 132 134 137

Tema 8: Enzimas

140

Sitio activo y sustrato Enzimas alostéricas Desnaturalización de una enzima Factores que afectan la rapidez de las reacciones enzimáticas Importancia de las enzimas en los procesos biológicos

Tema 9: ácidos nucleicos

143 144 145 146 147

150

adn: su

estructura y función en células eucariontes y procariontes arn: síntesis de proteínas y maduración Transcripción Traducción Procesos de control de la expresión génica Modelo del operón Control en células eucariotas Oncogenes y cáncer

151 157 158 160 162 162 164 165

Tema 10: BIOTECNOLOGÍA

168

Procesos microbiológicos Cultivo de bacterias

168 169


Procesos de fermentación en la industria alimentaria 170 Producción de antibióticos 171 Técnicas de la ingeniería genética 172 Reacción en cadena de la polimerasa (pcr) 172 Técnicas del adn recombinante 173 Productos obtenidos 175 Transgénicos 175 Vacunas 176 Enzimas 177 Terapia génica: tratamiento de cáncer y otras enfermedades 177 Bioética: criterios que limitan las aplicaciones de la ingeniería genética 178

Semblanza Autoevaluación

SECCIÓN FINAL Prácticas de labotatorio Autoevaluación final Respuestas Fuentes consultadas

188 208 215 218

ENCUENTRA TU CAMINO. test de inteligencias múltiples

220

180 182

5


presentación La biología es una de las ciencias que más avances ha presentado en los últimos años, ya que la tecnología y el conocimiento se convirtieron en un factor determinante en el crecimiento de las naciones. Un reto de nuestro país es precisamente formar jóvenes preparados e interesados en la investigación científica, cuyos estudios profesionales contribuyan a la mejora de esta área en México. El presente libro refleja la situación de la investigación en el mundo, en México y en la región donde se vive. Así, se pretende motivar a los estudiantes a interesarse por las actividades de investigación que se están realizando para resolver problemas actuales, de manera que en un futuro puedan involucrarse y participar en ellas, con una posición crítica y una actitud de respeto por el desarrollo social de la ciencia. Los contenidos de este libro se apegan totalmente al programa de Temas selectos de biología 1, propuesto por la Dirección General del Bachillerato (dgb) y perteneciente al componente de formación propedéutica. Aquí se tratan temas como los principales avances tecnológicos de los que se ha beneficiado el trabajo científico y recomendaciones acerca de cómo diseñar un experimento; los avances regionales de la biología y la situación de la ciencia en México; las funciones de la célula, los diferentes procesos de transporte, de comunicación celular y de diferenciación celular, el uso actual de células indiferenciadas, así como el cultivo de tejidos y sus aplicaciones; los procesos inmunológicos y sus aplicaciones; el funcionamiento de las enzimas y su importancia, y la intervención del adn y arn en los procesos de control de la expresión genética. También se verán las aplicaciones de la biotecnología en diferentes áreas como la medicina, la alimentación y la industria. La asignatura se enfoca a promover a los alumnos el interés por la ciencia y a desarrollar las capacidades y destrezas necesarias para realizar proyectos de investigación. Para ello, el libro hace énfasis en la relación entre los temas tratados aquí y el campo laboral, para que la teoría pueda llevarse a la práctica y los estudiantes tengan un panorama más claro de cómo aplicar los conocimientos que han adquirido. El trabajo de investigación experimental será complementado con actividades, lecturas, investigación documental y otras herramientas que servirán a docentes y alumnos para cumplir cabalmente los objetivos de la materia. El libro también cuenta con una reseña en cada unidad de profesionales especializados en la materia que cuentan su experiencia como protagonistas del desarrollo científico de México. Al final, se incluye un test de inteligencias múltiples que ayuda a orientar al estudiante en su elección de una carrera acorde a sus habilidades y aptitudes.


organización del libro biología actual en el mundo y en México tema1

INVESTIGACIÓN EN BIOLOGÍA

Aunque se le conoce generalmente por sus estudios sobre la existencia de los reflejos condicionados y no condicionados, investigó sobre la fisiología del corazón, el sistema

Introducción El ser humano siempre se ha preguntado sobre el universo, el mundo y los seres que lo rodean, sobre sí mismo... En su afán de responder todas sus interrogantes, ha desarrollado la ciencia, actividad propiamente humana

que consiste en la adquisición de conocimientos mediante el razonamiento y la observación sistemáticos. La ciencia es la búsqueda constante de la verdad; un enorme rompecabezas que quizá nunca será armado en su

totalidad, siempre queda más por investigar. Esto hace que la ciencia sea tan irresistible para todo aquel con espíritu de aventura y dispuesto a encontrar respuestas. Sobre esa búsqueda y sus formas trataremos en esta unidad.

Objetivo Desarrollar un proyecto de investigación en biología sobre avances recientes en este campo, donde se reconozca la importancia del empleo de la tecnología y el papel del microscopio y las

1

computadoras como medios de apoyo, para impulsar planes de investigación que aporten referentes en la aplicación de los pasos del método científico, con una actitud participativa y de colaboración.

Investigación en biología ha tenido

se apoya en

requiere de

avances recientes

avances tecnológicos

diseño experimental

como

toma en cuenta

en el mundo en México regionales

microscopio computadora equipos especializados

Unidad1 INVESTIGACIÓN EN BIOLOGÍA

2

Iván Petróvich Pávlov nervioso y el aparato digestivo. Los resultados de sus experimentos ejercieron gran influencia sobre el surgimiento y desarrollo de teorías psicológicas conductistas.

4

Inclusión. Se utiliza cuando la observación se realiza en tejidos blandos animales o vegetales difíciles de cortar. En este caso, el tejido se sumerge en una sustancia que le proporcione la consistencia adecuada para cortarlo. En tejidos animales esta sustancia es casi siempre la parafina, que se vierte fundida, a unos 60ºC, sobre la muestra, y se espera a que solidifique. El material debe deshidratarse en alcohol antes de incluirse en la parafina. También puede recurrirse a la congelación del tejido para endurecerlo. Existen algunos microtomos de deslizamiento por congelación que se utilizan para hacer cortes en tejido. Estos aparatos son muy modernos y especializados. En tejidos vegetales, por ejemplo, cuando se quiere cortar una hoja muy suave, la inclusión se puede realizar en un tejido vegetal duro, como el de la zanahoria. Se le hace una incisión a esta y se coloca la hoja dentro de ella (figura 12). Corte. Cuando se va a observar una muestra al microscopio es muy importante que sea lo suficientemente delgada para que la luz pueda pasar a través de ella y se puedan distinguir sus componentes. Para esto se han diseñado instrumentos que ayudan a lograr cortes finos. Uno de ellos es el bisturí, que posee una navaja muy afilada y puede proporcionar un corte aceptable. Sin embargo, cuando se requiere una mayor calidad y un corte más fino, se utiliza el microtomo, con el cual se obtienen cortes de unos 6 a 12 µm de grosor (figura 13). Tinción. Cuando ya se tiene el corte adecuado del tejido que se va a observar, o bien se ha extendido la muestra líquida de microorganismos sobre el portaobjetos, se procede a la tinción (figura 14). Existen distintos tipos de colorantes y técnicas mediante los cuales se logra el color adecuado para la observación. Algunos de los compuestos utilizados para teñir células son: hematoxilina, sudán, azul de metileno, rojo carmín, eosina, orceína, verde metilo y safranina. Existe, por ejemplo, la tinción de Gram, que se utiliza para identificar el tipo de bacterias de una muestra. Cuando las bacterias se tiñen con ella de color azul oscuro se dice que son grampositivas; cuando se quedan rojas, por no haber retenido el colorante después de la tinción, se afirma que las bacterias son gramnegativas. Montaje. Cuando se quiere conservar la muestra por largo tiempo, es importante llevar a cabo el montaje antes de colocar encima el cubreobjetos. Para ello se puede emplear bálsamo de Canadá, goma arábiga o glicerina.

Hipótesis

Las hipótesis son suposiciones que hacemos acerca de un fenómeno determinado, y suelen basarse en una variable experimental y una predicción. En este caso, basándonos tal vez en datos recopilados en los libros, podríamos plantear las hipótesis de que esta planta florea en invierno debido a: • La temperatura fría de esa estación del año. • La cantidad de horas de luz de esa temporada. Una vez planteadas las hipótesis, debe buscarse la manera de comprobarlas. Para ello se hacen predicciones. En la predicción se pueden utilizar los términos “si... entonces”, basados en la lógica deductiva. Por ejemplo: “Si la luz es el factor que determina la floración en la planta de nochebuena, entonces puede lograrse que esta planta floree en cualquier época del año al proporcionarle las horas de luz que hay en invierno”. Observemos que en esta predicción sólo se va a comprobar una de nuestras hipótesis. Esto es importante para que los resultados no sean confusos y puedan darnos la información concreta que nos permitan conocer si se acepta o se rechaza esta hipótesis. En el caso de que sea rechazada, podemos comprobar la otra.

Proteína receptora

Glicoproteína Proteína Carbohidrato

método científico experimental características de la ciencia

3 5

Cabeza hidrófila Cola hidrófoba

objetiva lógica verificable

Proteína transportadora

Colesterol

Fosfolípido

Figura 3. Modelo del mosaico fluido de la membrana.

7

autoevaluación

Según Ruy Pérez Tamayo, en entrevista publicada por La Jornada, en México existe menos de un científico por cada cien mil habitantes, mientras que en Alemania hay cuarenta y dos, y en Japón treinta y ocho por la misma cantidad de personas.

6

I. Ordena cronológicamente los siguientes acontecimientos. Se expone la teoría de la evolución. Es descubierto el modelo del adn y nace la genética molecular. Son propuestas las primeras clasificaciones de los seres vivos. Se descubre el virus de la inmunodeficiencia humana, causante del sida. Son construidos los primeros microscopios. II. Menciona tres descubrimientos importantes del siglo xx y expresa su trascendencia.

7 III. Explica por qué se afirma que la teoría celular es un principio unificador de la biología.

El contenido estudiado en este tema puede ser repasado en las prácticas de laboratorio 1 y 2 (pp. 186 y 190), que se encuentran en la “Sección final”. 7

Estimado/a docente, para ampliar esta autoevaluación visite: bachillerato.st-editorial.com

UNIDAD 1

7

Como apoyo al texto principal, el libro contiene una serie de secciones complementarias que le dan un valor agregado.

Toma nota: información con datos curiosos e interesantes que funciona como refuerzo conceptual de lo estudiado. [4]

Evaluación diagnóstica: evalúa los conocimientos previos que debe tener el alumno para enfrentar los temas.

Prácticas de laboratorio: requieren material accesible y equipo básico de laboratorio. Su objetivo es motivar al alumno y guiarlo a la investigación experimental. [5]

Mapa conceptual: permiten visualizar en forma sintética los principales conceptos de la unidad. [1] Retrato: descripción de los aportes científicos que han dejado personajes importantes para el desarrollo teórico y práctico de la ciencia estudiada. [2]

Autoevaluación: instrumento que permite al estudiante determinar el nivel de conocimientos adquiridos durante el proceso de enseñanza-aprendizaje. [6]

Ilustraciones: refuerzan la información y muestran los procesos más relevantes de manera científica, creativa y explicativa. [3]

Prácticas adicionales: en cada autoevaluación se incluye el sitio web de ST Editorial, donde el docente podrá acceder y descargar ejercicios adicionales para sus alumnos. [7]

Semblanza: reseña de un especialista dedicado a alguna rama de la biología, donde cuenta acerca de su experiencia y aporta al alumno información relevante sobre el campo laboral donde pudieran aplicarse los conocimientos de esta materia.

Encuentra tu camino. Test de inteligencias múltiples: comprende cuatro páginas y tienen el propósito de orientar al alumno mediante una prueba para que antes de elegir una posible carrera conozca cuáles son sus procesos cognitivos predominantes, y realizar una elección más competente.

Por José Manuel Martínez

Encuentra tu

La doctora Laura Uribe es una prueba de que los caminos de la ciencia suelen ser tortuosos y surgir de donde uno menos los espere.

La doctora Uribe es química en tecnología y trabaja para Laboratorios Silanes S. A. de C. V., una de las pocas compañías farmacéuticas mexicanas que realizan investigaciones de punta en el ámbito de la biotecnología. Sus actividades principales son el desarrollo de pruebas de diagnóstico rápido de enfermedades infecciosas y de enfermedades transmitidas por vectores (enfermedades producidas por microorganismos que ingresan al ser humano a través de animales), análisis e implementación de nuevas tecnologías, elaboración de documentación, técnica de productos, capacitación técnica, elaboración de planes de negocios, entre otras.

La doctora Laura Uribe Campero es una de se describía con detalle todo el periodo de prueba de que los caminos de la ciencia gestación en los seres humanos, con láminas suelen ser tortuosos y surgir de donde uno que se superponían y daban la idea de una menos los espere. En su caso, la ciencia se le imagen tridimensional que dejaba entrever apareció en la forma de un cómic sobre las las partes del cuerpo involucradas y sus camvacunas. Dice la doctora que cuando ella era bios mes con mes. niña tuvo ocasión de toCon cierta emoción, parse con un cuadernillo la doctora confiesa: “Me de historietas en el cual La investigación en biotecnología gustaba mucho ese libro se describían algunos y cada vez que podía retiene una imperativa variable experimentos para de- práctica que permite, no sólo que visaba las figuras y me mostrar que las vacunas un descubrimiento pueda ser puesto preguntaba qué más haproporcionaban inmubía en el cuerpo y cómo nidad contra la viruela. en práctica desde el momento de su funcionaba. Sin embargo, Las animaciones que hallazgo, sino compartirlo al unísono no fue sino hasta el bacontenía el cómic descri- con toda la población interesada, chillerato que en realidad bían en forma muy clara me interesé por el área médicos, profesores cómo a partir de matebiológica. Fue una época y enfermos por igual. rial extraído de las púsconfusa [...], pero lo que tulas de vacas enfermas tenía muy claro es que me se había infectado un niño y, tiempo después, interesaba mucho aprender y entender cómo al “retarlo” con viruela, el niño era inmune a funcionaban los seres vivos; así fue como esta enfermedad. decidí estudiar la carrera de Biología ExperiMás o menos en la misma época en que mental y después la maestría en Biomedicina leyó la historieta, encontró unos libros don- Molecular”.

Musical Hay una gran capacidad de composición rítmica, por ejemplo, cuando estudias conceptos mediante melodías, desarrollas una agudeza selectiva a nivel auditivo y también beneficias tu inteligencia lingüística. Esta habilidad requiere gran dedicación y es importante estimularla a tempranas edades, pues permite adquirir un alto nivel Visual-espacial de concentración en las Empleas esta tareas cotidianas. inteligencia al crear mapas mentales, esquemas y otros diseños gráficos para estudiar. Los arquitectos, los diseñadores gráficos y de moda muestran esta inteligencia diariamente al relacionar colores, figuras, líneas, espacios, etc. También se practica en la modelación tridimensional de los juegos de video que elaboran los ingenieros.

Texto: Mauricio Arley

El trabajo como crecimiento personal

La investigación en biotecnología ofrece muchos beneficios, no sólo para los enfermos en todo el mundo, sino también para quienes, como la doctora Uribe, se dedican a buscar soluciones para los distintos padecimientos que aquejan a la población. La doctora nos confiesa: “Una de las mayores satisfacciones que me ha dado mi actividad profesional es que tengo un trabajo que disfruto mucho y en el cual me divierto haciendo lo que me gusta, porque además me permite interactuar con mucha gente de México y el extranjero, y así seguir aprendiendo”. De alguna forma, el trabajo de investigar abre puertas a nuevas preguntas y padecimientos, lo que significa más trabajo, pero también, más satisfacciones.

En este momento ya has superado un largo recorrido en tu proceso de enseñanza-aprendizaje y ahora te aproximas a cursar estudios en una institución de educación superior.

cognitivos se manifiestan más intensamente en cada uno de ellos. ¿Qué características crees que son ideales para ejercer de manera óptima tu futura profesión en biología?

Quizá te preguntes qué vas a estudiar o ya lo has decidido y por eso optaste por la materia Temas selectos de biología 1.

La inteligencia del ser humano está definida por el desarrollo de estas facultades cognitivas en constante proceso de construcción.

Es tu responsabilidad reconocer cuáles son tus procesos cognitivos predominantes, pues estos te permitirán ser altamente competente en la carrera de tu interés.

En la página siguiente te describimos algunas características de las principales inteligencias definidas por el psicólogo estadounidense Howard Gardner (1943), el promotor de la teoría de inteligencias múltiples.

En la ilustración inferior puedes observar los dos hemisferios del ser humano y cuáles procesos

Enfrentar el futuro con una sonrisa

La doctora Laura Uribe asegura que hay muchas alternativas además de la docencia en las cuales los biólogos pueden desarrollarse profesionalmente. Aconseja a los estudiantes que antes de decidir el lugar donde realizar sus estudios, analicen con detalle los programas de las diferentes opciones profesionales; visiten las universidades y conozcan las instalaciones; platiquen con gente egresada de la carrera sobre sus experiencias. Les recomienda que, además de la carrera profesional, deben prepararse en idiomas, computación e informática, cultura, historia, y que aprovechen la universidad y sus servicios como un sitio de formación invaluable. Que enfrenten todos sus retos con una sonrisa y, si es necesario, volviendo a empezar.

La doctora Laura Uribe nos dice que el principal reto del área en que ella trabaja es la implementación de nuevas plataformas tecnológicas y la optimización de sistemas para diagnóstico que les permitan a las empresas

mexicanas dedicadas a esta labor seguir siendo competitivas. La investigación en biotecnología tiene una imperativa variable práctica que permite, no sólo que un descubrimiento pueda ser puesto en práctica desde

y nuestras facultades

Hemisferio derecho Procesos cognitivos:

cualitativos creativos artísticos

Retos profesionales

Hemisferios del cerebro

holísticos

Hemisferio izquierdo Procesos cognitivos:

simbólicos secuenciales

espaciales

el momento de su hallazgo, sino compartirlo al unísono con toda la población interesada, médicos, profesores y enfermos por igual.

analíticos abstractos auditivos

intuitivos

verificativos concretos

Lógico-matemática Aprendes a ser muy observador, hacer deducciones, cuestionar procesos, formalizar algoritmos, entender gráficos y estadísticas, detectar funciones, plantear proposiciones y relaciones lógicas, etc. Es importante desarrollar una habilidad de la abstracción, por ejemplo, para trabajar con incógnitas o dar respuesta a hechos que aún no se han definido. Es de gran utilidad para todas las ciencias exactas.

Cinético-corporal Si juegas tenis también aplicas razonamientos lógicomatemáticos, pues cada vez que sacas la bola debes calcular el lugar aproximado donde caerá y así tendrás la capacidad de reacción necesaria para responder en caso de que el contrario devuelva la bola. La manipulación de instrumentos es resultado de la práctica de esta inteligencia. Un pintor, un albañil y un Intrapersonal cirujano requieren de esta El oráculo de Delfos destreza corporal. decía: “¡Conócete primero a ti mismo!”. Esto era un imperativo para poder entender posteriormente a los demás. Si conoces tus debilidades y fortalezas, podrás definir tu capacidad productiva. Cuando vas a optar por estudiar cierta disciplina necesitas hacer un análisis de tu ser holístico y definir qué te gusta hacer y cuáles son las características personales que te harán competente en tu área de conocimiento.

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Los caminos del conocimiento: del cómic a la ciencia

TEST DE INTELIGENCIAS MÚLTIPLES

In

Laura Uribe Campero

últiples m

Semblanza

Interpersonal ¿Te interesas por conocer el estado de ánimo de los demás, así como de sus intenciones y temperamentos? Si es así entonces estás empleando una inteligencia Lingüística muy útil en los trabajos grupales o cuando Estimular a los niños trabajas en una empresa, pues es la para que aprendan habilidad para coordinar y asignar idiomas a temprana edad funciones sin parecer un es importante porque desde dictador. Eres finalmente este momento empiezan a adquirir un negociador y habilidades para comunicarse y a administrador. sentirse parte de una comunidad. Esta inteligencia te permitirá desarrollar un poder de convencimiento y argumentación, o sea, el arte retórico, que es fundamental para ejercer como abogado, publicista, filólogo, político, orientador, psicólogo, etc.

verbales sentimentales

visuales

cuantitativos

orales

7


U1

INVESTIGACIÓN EN BIOLOGÍA


evaluación diagnóstica Realiza los siguientes ejercicios. 1. ¿Qué es la ciencia?

2. Menciona las aportaciones de los griegos a la biología.

3. Explica la teoría de la evolución de Darwin-Wallace.

4. ¿En qué consiste la genética molecular?

10


Evaluación Diagnóstica

5. ¿Cuáles fueron los objetivos del proyecto genoma?

6. ¿Qué tipos de microscopios existen?

7. Expresa los enunciados de la teoría celular.

8. ¿Qué importancia tiene el empleo de la computadora en biología?

9. Explica qué es una hipótesis.

10. Distingue entre una variable dependiente y una independiente.

11


Unidad 1

investigación en biología

Introducción El ser humano siempre se ha preguntado sobre el universo, el mundo y los seres que lo rodean, sobre sí mismo... En su afán de responder todas sus interrogantes, ha desarrollado la ciencia, actividad propiamente humana

que consiste en la adquisición de conocimientos mediante el razonamiento y la observación sistemáticos. La ciencia es la búsqueda constante de la verdad; un enorme rompecabezas que quizá nunca será armado en su

totalidad, siempre queda más por investigar. Esto hace que la ciencia sea tan irresistible para todo aquel con espíritu de aventura y dispuesto a encontrar respuestas. Sobre esa búsqueda y sus formas trataremos en esta unidad.

Objetivo Desarrollar un proyecto de investigación en biología sobre avances recientes en este campo, donde se reconozca la importancia del empleo de la tecnología y el papel del microscopio y las

computadoras como medios de apoyo, para impulsar planes de investigación que aporten referentes en la aplicación de los pasos del método científico, con una actitud participativa y de colaboración.

Investigación en biología ha tenido

se apoya en

requiere de

avances recientes

avances tecnológicos

diseño experimental

como

toma en cuenta

en el mundo en México regionales

microscopio computadora equipos especializados

método científico experimental características de la ciencia objetiva lógica verificable


TEMA1 biología actual en el mundo y en méxico

E

l siglo xx y lo que va del xxi se han caracterizado por el avance constante de la biología. Día a día lo podemos comprobar a través de los medios de comunicación, como televisión, revistas, periódicos e Internet. La biología de estos tiempos ha dado respuesta a muchísimas preguntas, por ejemplo, sobre los procesos moleculares de la herencia, la forma en que trabaja nuestra mente o el posible origen del cáncer. Ahora sabemos que el cáncer está relacionado con mensajes químicos, bien o mal interpretados por la célula; que nuestros pensamientos pueden estar influidos por sustancias químicas llamadas neurotransmisores y que todo el patrimonio hereditario de los seres vivos se encuentra contenido en una molécula llamada adn. Vivimos en una época en que la ciencia ha alcanzado logros espectaculares, pero antes de hablar de ellos, demos una mirada retrospectiva, hagamos un breve recorrido imaginario por nuestro pasado remoto, varios siglos atrás, para conocer de qué modo la biología se empezó a construir. 13


Unidad1 INVESTIGACIÓN EN BIOLOGÍA

investiga y aprende 1. Trae a tu clase un artículo de Internet, revista o periódico que trate sobre algún avance científico reciente en el campo de la biología, que sea de tu interés. 2. E labora un breve resumen de cuatro o cinco líneas y exponlo en un equipo de seis personas. Entre todos los integrantes del equipo decidan cuál es el asunto más relevante y coméntenlo en plenaria con el resto del grupo. 3. Entre todos los equipos, elaboren una conclusión grupal sobre la importancia de la biología en la actualidad. 4. Al final del libro encontrarás la sección “Encuentra tu camino. Test de inteligencias múltiples”, donde te proponemos una dinámica grupal para que analices los distintos tipos de inteligencia y un test para conocer tu inclinación vocacional.

Desarrollo de la biología: de la antigüedad al siglo xxi Imaginemos que en este viaje al pasado visitamos a los personajes más relevantes en la historia de la biología. ¿Quiénes fueron los que hicieron las aportaciones de mayor trascendencia? Anota dos nombres que recuerdes. Esperemos que en la breve reseña que aparece a continuación encuentres a los personajes que has nombrado.

Antigüedad El ser humano primitivo tuvo necesidad de conocer y aprender de la naturaleza en busca de su propia supervivencia; así desarrolló conocimientos sobre plantas medicinales, agricultura y domesticación de animales. Más tarde, nacieron las primeras civilizaciones, y estas nos transmitieron aportaciones valiosas para la biología. Ejemplos de ellas son el cultivo del gusano de seda en China y los conocimientos acerca de cómo embalsamar a los muertos en Egipto, por mencionar algunas, cuyos autores desconocemos. A los filósofos griegos los podemos ubicar entre los primeros personajes estudiosos de la ciencia. Entre ellos se destaca Anaximandro, quien vivió por los años 600-550 a. C. y que proponía la idea de que todos los seres vivos tenían un origen común y provenían del agua. Hipócrates (460-370 a. C.) fue el médico más relevante de la antigüedad, estudió la anatomía, fisiología y embriología del ser humano, y es considerado el Padre de la medicina. Su enseñanza, su capacidad para la observación y su rechazo a la superstición en la práctica de la medicina contribuyeron a que se desecharan las explicaciones mágicas para las enfermedades. Realizó numerosos aportes a la ciencia. Trató de encontrar las causas reales de la epilepsia, considerada en su tiempo la “enfermedad sagrada”. Aristóteles, por su parte, realizó diversas aportaciones a la biología. Escribió tratados de botánica, embriología y anatomía; estudió y clasificó más de 14


biología actual en el mundo y en México tema1

quinientos animales, y estableció ideas acerca de la generación espontánea de los seres vivos. Vivió desde el año 384 hasta el 322 a. C., y sus concepciones persistieron durante mil años, aproximadamente. Galeno (129-199 d. C.) fue otro médico que logró avances en el terreno de la anatomía. Realizó disecciones de animales y a partir de sus observaciones hizo descubrimientos que enriquecieron los conocimientos sobre medicina que existían hasta ese momento. Después de Hipócrates, fue el médico más destacado de la antigüedad. Sus ideas sobre el cuerpo humano prevalecieron en la medicina por más de mil años.

Renacimiento En el siglo xv, durante la revolución científica en el Renacimiento, encontramos a nuevos personajes interesados en estudiar la naturaleza y al ser humano. Entre ellos llama la atención uno de gran versatilidad –artista, inventor y científico–, Leonardo da Vinci (1452-1519), quien realizó relevantes estudios sobre el cuerpo humano y su comparación con el de otros animales, así como investigaciones sobre el vuelo de las aves. Su interés en el cuerpo humano estaba basado fundamentalmente en la obtención de conocimientos para realizar sus obras de pintura con mayor exactitud; y en las aves, para fabricar un aparato que permitiera volar. El anatomista flamenco Andrés Vesalio (1514-1564) escribió el primer libro corregido sobre anatomía humana, y el médico inglés William Harvey (1578-1657) describió el proceso de circulación de la sangre y demostró que esta viaja de ida y vuelta al corazón en un circuito cerrado, ya que en su época se creía que la sangre sólo pasaba una vez por los vasos sanguíneos y después se consumía. Ya en el siglo xvii, la ciencia avanza aun más, con el desarrollo de instrumentos como el microscopio y gracias a una nueva manera de ver la ciencia propuesta por el matemático italiano Galileo Galilei (1564-1642), quien había introducido el método experimental. El científico inglés Robert Hooke (1635-1703) observó el corcho y nombró “células” a las celdas que encontró en él. Anton van Leeuwenhoek (1632-1723), científico holandés, perfeccionó el microscopio y observó bacterias y otros microorganismos; sus descubrimientos abrieron las puertas de un mundo nuevo, desconocido para todos, que causó gran impacto entre los investigadores de su tiempo, y permitió avances en la comprensión de los fenómenos de los seres vivos. En el siglo xviii, el naturalista sueco Carl von Linneo (1707-1778) estableció una forma de clasificación de plantas y animales, y la manera de nombrarlos, la cual persiste hasta nuestros días.

Siglo xix En este siglo, conocido como el siglo de las luces, se produjo un cambio significativo en las ciencias, y el científico francés Jean Baptiste Lamarck (1744-1829) propuso el nombre de biología para la ciencia que hasta entonces se conocía como historia natural. 15


Unidad1 INVESTIGACIÓN EN BIOLOGÍA

Jean Baptiste Lamarck Biólogo y zoólogo francés que se especializó en el estudio de invertebrados y formuló una de las primeras teorías de la evolución. Realizó, además, numerosas contribuciones a las ciencias en relación

Figura 1. Darwin hizo un viaje de cinco años a bordo del Beagle, y la observación de la diversidad de especies lo llevó a formular su teoría sobre el origen de las especies por medio de la selección natural.

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con la meteorología, botánica, química, geología y paleontología. Es muy conocido por su teoría sobre la evolución. Publicó una obra denominada Historia natural de los animales invertebrados.

Hasta ese momento el enfoque de la biología había sido predominantemente descriptivo; se tenían conocimientos aislados acerca de las características de las plantas, los animales, el ser humano, algunos organismos pequeños llamados microbios, los fósiles que se observaban casi como una curiosidad..., no se lograba encontrar conexión entre todos ellos. Gracias a los avances en cuanto al modo de interpretar el mundo, fueron surgiendo explicaciones que abarcaron y organizaron toda esa información dispersa. Entre las explicaciones elaboradas en este siglo se encuentran dos grandes teorías de la biología moderna: Teoría celular. Demuestra que la célula es la unidad estructural común de todos los seres vivos, por lo que todos están formados por células. Teoría de la evolución. Establece el origen común de todos los seres vivos, y afirma que se puede trazar un árbol evolutivo que los una a todos. Las contribuciones realizadas por el biólogo británico Charles R. Darwin (1809-1882) y el naturalista inglés Alfred R. Wallace (1823-1913), al plantear la teoría de la evolución (figura 1), causaron toda una revolución en el pensamiento de su época.


biología actual en el mundo y en México tema1

Eso no fue todo. En el siglo xix se establecieron las bases de la genética, con los trabajos del monje austriaco Gregor J. Mendel (1822-1884) que, si bien en su momento fueron ignorados, más tarde serían redescubiertos. En este siglo nació también la microbiología, con el médico alemán Robert Koch (1843-1910) y el químico francés Louis Pasteur (1822-1895), quienes realizaron estudios muy detallados de bacterias, virus y otros microorganismos patógenos. Debido a sus investigaciones, el combate a las enfermedades pudo ser más efectivo, y se empezaron a abatir los elevados índices de mortalidad que imperaban hasta entonces. En esta época también nació la bioquímica, se establecieron bases más firmes para el estudio de la embriología y comenzaron a manifestarse ideas sobre el origen de la vida. Todo estaba listo... este fue el preámbulo de la gran revolución que llegó en el siglo xx.

Siglo xx A partir del siglo xx, el rápido avance de la tecnología –principalmente la construcción de microscopios cada vez más potentes y el adelanto en las técnicas de análisis químico– dio lugar a importantes descubrimientos que condujeron al entendimiento de muchos fenómenos biológicos desde el punto de vista celular y molecular. Existe ahora un alto grado de especialización en los investigadores, quienes trabajan en áreas muy específicas de la biología y desarrollan nuevas metodologías para enfrentarse a la resolución de problemas. Uno de los descubrimientos más trascendentes de este siglo fue el de las bases moleculares de la herencia, el de la identificación del adn como la molécula que determina los caracteres hereditarios en todo ser vivo (figura 2). Así nació la genética molecular, que nos llevó a conocer los procesos de la herencia desde una nueva perspectiva, nunca antes contemplada. A partir de la publicación en 1953 del modelo del adn elaborado por el biólogo estadounidense James D. Watson (1928) y el biólogo británico Francis H. C. Crick (1916-2004), se inició una carrera vertiginosa que nos llevó a develar muchos de los secretos de las células, a comprender cómo se determina la síntesis de proteínas y la regulación en la expresión de los genes, para luego conducirnos al desarrollo de técnicas que permitieron la manipulación de genes y el nacimiento de la ingeniería genética. Gracias a esta nueva biotecnología se han podido elaborar vacunas, pruebas de detección de enfermedades, hormonas, medicamentos, y se ha abierto la puerta a las posibilidades de la terapia génica para resolver enfermedades de origen genético. En este siglo se desarrolló también la neurobiología con el estudio de las neuronas y el descubrimiento de los neurotransmisores que participan en la conducción de los impulsos nerviosos. La embriología ha tenido grandes avances en su investigación sobre los procesos de diferenciación de tejidos, los cuales dan lugar a un nuevo organismo a partir de una célula. 17


Unidad1 INVESTIGACIÓN EN BIOLOGÍA

Figura 2. El descubrimiento del adn ha permitido comprender cómo se determinan las características de un organismo.

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Se ha podido prevenir enfermedades que antes asolaban a la humanidad, como la viruela y la poliomielitis; el descubrimiento de la penicilina nos dio la posibilidad de combatir de manera efectiva cientos de afecciones causadas por bacterias; se han producido grandes avances en el tratamiento del cáncer y en la determinación de los factores que pueden desencadenarlo. De esta manera se ha elevado considerablemente la esperanza de vida del ser humano. En el terreno de lo conceptual, la teoría de la evolución –uno de los principios unificadores de la biología– se consolidó en este siglo, al combinarse con la genética de poblaciones, y dar lugar a la teoría sintética de la evolución, que proporcionó una nueva perspectiva para explicar la formación de nuevas especies y los procesos que conducen a la extinción de otras. En el siglo xx también nació la etología, que con sus fascinantes hallazgos nos permite la comprensión del comportamiento de los animales a partir de las adaptaciones desarrolladas en ellos para la supervivencia, y nos lleva a entender algunos principios básicos de la conducta humana. También se han hecho grandes avances en el estudio de la ecología, ciencia muy reciente y que ha cobrado auge ante la gran problemática ambiental que enfrentamos debido al uso indebido y excesivo de los recursos naturales. Nunca como ahora ha sido tan necesario que todos estemos conscientes del reto que representa rescatar al planeta del deterioro que hemos provocado, y es por ello que se hacen esfuerzos de concientización, desarrollo de reglamentos y campañas para proteger y rescatar el medio ambiente (figura 3). La ciencia de esta época avanza de manera vertiginosa y ha llegado a ser parte fundamental de la cultura de nuestro tiempo. Cada día se añade nueva información que corrobora, acrecienta o modifica lo ya conocido. La comunicación entre investigadores, que antes fue un factor limitante para el avance científico, ahora es tan ágil que se ha llegado a formar una


biología actual en el mundo y en México tema1

sociedad del conocimiento, en la que investigadores de lugares distantes de todo el mundo trabajan de manera conjunta. La divulgación científica hace que todas las personas puedan tener acceso al conocimiento de los avances en diferentes campos, los cuales se traducen en bienestar, ya sea porque permiten el combate más efectivo de enfermedades, o porque conducen al mejoramiento de los procesos de obtención de alimentos y de satisfacciones básicas para el ser humano. Los gobiernos, las industrias, las universidades y la sociedad en general tienen sus ojos puestos en la ciencia, y cada vez se destinan más recursos para apoyarla, lo cual no sucedía en épocas precedentes. Tanto la ciencia como la tecnología que deriva de ella son consideradas la gran esperanza de la humanidad para resolver todos los problemas que la aquejan. Por supuesto, debemos tomar en cuenta que la ciencia pone en manos del ser humano herramientas a las que puede darse un uso adecuado –que beneficie a las mayorías y les permita vivir mejor–, o puede ser aprovechada solamente por unos cuantos, y profundizar la desigualdad entre aquellos que pueden pagar por la tecnología y los que se encuentran marginados y sufren de hambre y enfermedades. En los últimos tiempos la biología ha estado en boca de muchos, al ser cuestionada por algunas de sus aplicaciones; así ha cobrado auge la bioética, que argumenta y establece criterios basados en los valores universales del ser humano en relación con las limitaciones que debieran establecerse en algunos casos, especialmente respecto a qué tipo de experimentos deben llevarse a cabo o no. Es primordial que los científicos de esta época tengan un claro sentido social y ético acerca de las posibles repercusiones de su trabajo, para que este trascienda y se traduzca en beneficios reales para la humanidad.

Figura 3. El rescate de nuestro medio ambiente es una prioridad en el siglo xxi.

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Unidad1 INVESTIGACIÓN EN BIOLOGÍA

Aplica y aprende 1. Los medicamentos para el tratamiento del sida son muy costosos, debido a que requieren grandes inversiones en los laboratorios donde se ha logrado desarrollar y fabricar este tipo de productos. En África existe un elevado índice de personas afectadas por sida (uno de cada cuatro habitantes de algunos países porta la enfermedad) y se solicitó que los medicamentos se distribuyan a costo muy bajo o gratuitamente. Si fueras el dueño de un laboratorio de investigación, ¿estarías de acuerdo con esta solicitud? ¿Qué opinas al respecto? 2. Algunos científicos han realizado experimentos con embriones humanos, para diversos fines. ¿Consideras justificado este tipo de experimentos? 3. Reúnete en equipo y entre todos discutan acerca de la importancia de que un científico tenga un claro sentido social y ético en el ejercicio de su profesión. 4. En equipo elaboren sus conclusiones por escrito y coméntenlas con el resto del grupo.

Se afirma que hoy se encuentran vivos y activos, por primera vez, el mayor número de científicos. Actualmente la ciencia constituye una actividad cotidiana para millones de personas en el mundo. En la siguiente línea del tiempo se resumen algunas de las contribuciones científicas de mayor trascendencia en los últimos ciento treinta años, para proporcionar una idea aproximada de lo que se ha descubierto desde finales del siglo xix hasta lo que va del xxi.

Grandes aportes científicos del siglo xix, xx e inicios del xxi* * Los investigadores que han obtenido el premio Nobel por sus aportaciones aparecen con la fecha de este galardón entre paréntesis.

Inicios siglo xx Camillo Golgi y Santiago Ramón y Cajal (1906) Descubrimientos en la estructura celular y en células nerviosas.

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Inicios siglo xx Paul Ehrlich (1908) Determinación del papel de los anticuerpos en la defensa del organismo.

1881-1882

1900

Robert Koch (1905)

Hugo de Vries

Descubrimiento del bacilo de la tuberculosis.

Redescubrimiento de las leyes de Mendel.

Década de 1920 Thomas Hunt Morgan (1933) Estudios sobre el mapeo cromosómico y la herencia ligada al sexo.

1920-1921

1901 Karl Landsteiner (1930) Descubrimiento de los grupos sanguíneos: A, B, AB, O.

1902 Ernest Henry Starling Demostración de la existencia de las hormonas.

1923

1924

Otto Loewi (1936)

Otto Weinrich Warburg (1931)

Alexander I. Oparin

Identificación de la adrenalina y la acetilcolina como transmisores del impulso nervioso.

Establecimiento de la importancia de las enzimas y descubrimiento de las enzimas respiratorias.

Establecimiento de la teoría sobre el origen de la vida por medio de la síntesis abiótica.


biología actual en el mundo y en México tema1

1927

1929

1937

Hermann Joseph Muller (1946)

Alexander Fleming Hans Adolf Krebs (1953) (1945)

Descubrimiento del efecto mutagénico de los rayos x.

Descubrimiento de los antibióticos: la penicilina.

1952 Stanley Miller Investigación sobre la síntesis abiótica de aminoácidos; apoyo a la teoría de Oparin.

1965

Establecimiento del ciclo que forma parte de la respiración celular.

1953 James D. Watson y Francis H. C. (1962)

1957 Albert Bruce Sabin

Desarrollo de la vacuna trivalente Descubrimiento de la estructura del adn. contra la poliomielitis.

1975

1975

Werner Arber (1978)

César Milstein (1984)

Mario Molina Henríquez (1995)

Identificación de las enzimas de restricción, herramientas en las que se basa la ingeniería genética.

Síntesis de anticuerpos monoclonales que se utilizan en pruebas de diagnóstico.

Descubrimiento del daño en la capa de ozono debido al uso de productos que contienen clorofluorocarbonos.

1983

1983

1991

Luc Montagnier Descubrimiento del virus de la inmunodeficiencia humana (vih), causante del sida.

Kary Banks Mullis (1993) Desarrollo de la prueba pcr, utilizada en ingeniería genética y en pruebas de identidad de personas por su adn.

Linda B. Buck y Richard Axel (2004)

1940 - 1950 Barbara McClintock (1983) Descubrimiento de los transposones o genes saltarines.

1941 George Wells Beadle y Edward Lawrie Tatum (1958) Establecimiento de la relación de los genes con las proteínas (gen-enzima).

Década de 1960 Jacques Monod y François Jacob (1965) Descubrimiento del sistema de regulación génica: el operón.

1961 Marshall Warren Nirenberg y Har Gobind Khorana (1968) Descifrado del código genético.

1976 J. Michael Bishop y Harold E. Varmus (1989) Descubrimiento de los oncogenes y otros factores causantes del cáncer.

1977

Descubrimiento de canales en Descubrimiento de las membranas la base genética celulares, llamados para la identificación aquaporinas, que de los olores. facilitan la entrada de agua a la célula.

Oswald T. Avery y Maclyn Mc Carthy Determinación del portador de la herencia.

adn como

1961 Peter Mitchell (1978) Determinación del proceso de obtención de atp en las membranas mitocondriales.

1982

Francisco Bolívar Zapata

Stanley B. Prusiner (1997)

Síntesis, por primera vez, de proteínas humanas en bacterias por medio de ingeniería genética.

Descubrimiento de los priones, partículas causantes de la enfermedad de las vacas locas.

1992 Peter Agre (2003)

1944

2003 Consorcio del Proyecto del Genoma Humano (pgh) Conclusión del pgh para identificar la secuencia de bases del adn humano.

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Unidad1 INVESTIGACIÓN EN BIOLOGÍA

Investiga y aprende 1. Elige una de las aportaciones mencionadas en el cuadro anterior e investiga más a fondo sobre su interés y relevancia. 2. Elabora un informe escrito. 3. Comenta en la clase, a tus compañeros, acerca de tu investigación. 4. Entre todos los estudiantes del grupo, elaboren una conclusión acerca de las contribuciones de la biología del siglo xx que consideren de mayor trascendencia.

La ciencia en México en el siglo xx El avance científico va de la mano del desarrollo económico de cada país. Con algunas excepciones, son los países de mayores recursos donde existe mayor número de investigadores y un alto índice de perfeccionamiento tecnológico; entre ellos se destacan Alemania, Estados Unidos y Japón. En los países en vías de desarrollo, también tienen lugar estos avances, aunque sean más lentos. Por esta razón, se puede afirmar que en la actualidad la investigación científica se extiende a casi todos los lugares del orbe. El desarrollo de las investigaciones comenzó en México a partir de la creación, en la década de 1950, de la Ciudad Universitaria. En este centro educativo se establecieron los primeros laboratorios que albergarían a los egresados de carreras universitarias y tecnológicas, con el fin de impulsar el crecimiento científico de nuestro país. Con el transcurso de los años fueron instituyéndose centros de investigación enfocados en diversas ramas del conocimiento, como el Centro de Investigación y de Estudios Avanzados del Politécnico Nacional (cinvestav), el Instituto de Biología, el Centro de Investigaciones en Fisiología Celular y otros más. Los hospitales del sector público, dependientes de la Secretaría de Salud, crearon departamentos de investigación en los que se aplicaban modernas tecnologías para el estudio de patologías relacionadas con las especialidades de cada institución. También se establecieron centros dedicados exclusivamente a la investigación relacionada con la salud. Durante los años setenta, la instauración del Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (conacyt), condujo a promover planes que serían apoyados por

Según Ruy Pérez Tamayo, en entrevista publicada por La Jornada, en México existe menos de un científico por cada cien mil habitantes, mientras que en Alemania hay cuarenta y dos, y en Japón treinta y ocho por la misma cantidad de personas.

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biología actual en el mundo y en México tema1

fondos gubernamentales para de esta manera favorecer el avance científico, sobre todo el de la ciencia aplicada. Con este objetivo, en la institución existe un comité que revisa y evalúa los proyectos para considerar su viabilidad y trascendencia y determinar su patrocinio. En la actualidad, gran número de científicos en nuestro país, pertenecientes a distintos campos de la ciencia, laboran en diferentes centros de investigación. Se calcula que unos doce mil pertenecen al Sistema Nacional de Investigadores, son especialistas que publican artículos a nivel internacional y se encuentran activos en el desarrollo de proyectos. En México se cuenta con centros de primer nivel en la investigación. Algunos de estos han sido construidos en otros estados de la república, fuera de la ciudad de México; se calcula que la mitad de los científicos del país se cuentan entre estos que no trabajan en la capital. Por ejemplo, el Instituto de Neurobiología está ubicado en la ciudad de Querétaro, y la Unidad de Biotecnología e Ingeniería Genética del cinvestav, en Irapuato. No obstante, aún falta mucho por hacer. De acuerdo con la unesco, en los países en desarrollo se debería invertir entre 1 y 1.5% del producto interno bruto (pib) en el desarrollo de la investigación científica, pero actualmente sólo se invierte alrededor de 0.4%, lo cual significa que existe todavía mucho camino por recorrer para mejorar el nivel que tenemos. Es necesario crear más centros de investigación que fortalezcan el desarrollo de nuestra tecnología, derivada de la ciencia. Asimismo, se torna imprescindible estrechar los vínculos entre la industria y la ciencia, que en México son prácticamente inexistentes. Este acercamiento podría favorecer el avance tecnológico, lo cual nos beneficiaría a todos y nos liberaría de la dependencia de tecnologías extranjeras. Esto implicaría una mejora notable de nuestra economía. Afortunadamente, los científicos mexicanos están bien preparados, y sus logros han sido reconocidos a nivel internacional. Lo que está haciendo falta es el ingreso de un mayor número de jóvenes interesados en la investigación, y que fortalezcan este campo estratégico para el crecimiento del país.

Investiga y aprende 1. A continuación se proporciona una lista de centros de investigación en México con su página web. Visita dos de ellas que sean de tu interés y elabora un informe escrito acerca de sus líneas de investigación y sobre algunos otros datos que logres obtener. • Centro de Ciencias Genómicas (http://itzamna.cifn.unam.mx/index_es.htm) • Instituto de Biología (www.ibiologia.unam.mx/) • Instituto de Biotecnología (www.ibt.unam.mx/) • Instituto de Ciencias del Mar y Limnología (www.icmyl.unam.mx/) • Instituto de Fisiología Celular (http://ifcsun1.ifisiol.unam.mx/) • Instituto de Investigaciones Biomédicas (www.biomedicas.unam.mx/) • Instituto de Neurobiología (www.inb.unam.mx/) • cinvestav Campus Guanajuato. Unidad de Biotecnología e Ingeniería Genética y Laboratorio Nacional de Genómica para la Biodiversidad (www.ira.cinvestav.mx/) 23


Unidad1 INVESTIGACIÓN EN BIOLOGÍA

• cinvestav Unidad Mérida del Centro de Investigación y de Estudios Avanzados (www. mda.cinvestav.mx/bienvenida.htm) • uam Iztapalapa (www.iztapalapa.uam.mx/) • Instituto Nacional de Medicina Genómica (www.inmegen.gob.mx/index php?lang=es) • Instituto Nacional de Enfermedades Respiratorias (www.iner.gob.mx) • Instituto Nacional de Ciencias Médicas y Nutrición Salvador Zubirán (www.innsz.mx/) 2. Si lo deseas, investiga por tu cuenta sobre algún otro instituto de investigación que encuentres en Internet. 3. Elabora una reflexión escrita acerca de la importancia de impulsar el desarrollo científico en nuestro país.

EVALUACIÓN FORMATIVA Completa la siguiente tabla con los acontecimientos que consideres de mayor trascendencia en cada época, en relación con la biología. Época

Antigüedad

Edad Media

Renacimiento

Siglo xx

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Acontecimientos más trascendentales


TEMA2 tecnología al servicio de la ciencia

C

uando observamos el mundo natural que nos rodea y vemos, por ejemplo, un árbol, un insecto o una flor, generalmente no pensamos en lo que ocurre en realidad: todos ellos han crecido, se mantienen vivos y se reproducen debido al funcionamiento de finas máquinas moleculares que llevan en su interior. Asimismo, el aroma que percibimos de una planta, las enfermedades que nos acosan, la sensación de hambre o el movimiento de nuestros músculos, todo puede explicarse a partir de procesos químicos que suceden en las células. Estos conocimientos acerca de la estructura más profunda de nosotros mismos y de todos los seres vivos, se han logrado gracias a los avances tecnológicos que tuvieron lugar a principios del siglo xx. Mediante el desarrollo de microscopios cada vez más potentes, aparatos de espectroscopia, detectores electrónicos con usos diversos, los adelantos tanto en el terreno de la química y la física como en el de la biología han sido espectaculares durante el siglo pasado y lo que llevamos del actual. Remontémonos hacia la época en que se construyeron los primeros microscopios, que nos brindaron la posibilidad de asomarnos al desconocido mundo de los microorganismos y descubrir la importancia de la célula como unidad fundamental de la vida. 25


Unidad1 INVESTIGACIÓN EN BIOLOGÍA

Galileo Galilei Físico y astrónomo italiano que, junto con el astrónomo alemán Johannes Kepler, comenzó una revolución científica que vio su culminación con la obra del físico inglés Isaac Newton. Son famosas sus contribuciones en

el campo de la física al descubrir las leyes que rigen la caída de los cuerpos y el movimiento de los proyectiles. Constituye un símbolo de la lucha del ser humano contra la falta de libertad y autoridad en la investigación.

Invento del microscopio y teoría celular El invento del microscopio ocurrió a principios del siglo xvii, y se le atribuye al físico y astrónomo Galileo Galilei (1564-1642), quien lo fabricó como una adaptación derivada del telescopio. Por 1665, el científico inglés Robert Hooke (1635-1703) se asomó por primera vez a ver el corcho, y al observar en él unas pequeñas celdillas, las llamó células. Cabe señalar que en realidad estas no eran células vivas, sino espacios llenos de aire que habían ocupado el lugar de aquellas. No fue sino hasta varios años después, con el científico holandés Anton van Leeuwenhoek, que ocurrió un acontecimiento de gran trascendencia para la biología. Prestemos atención al texto extraído del libro Los cazadores de microbios. [...] Y de pronto se oye la excitada voz de Leeuwenhoek: ¡Ven aquí! ¡Date prisa! ¡En el agua de lluvia hay unos bichitos!... ¡Nadan! ¡Dan vueltas! ¡Son mil veces más pequeños que cualquiera de los bichos que podemos ver a simple vista!... ¡Mira lo que he descubierto! Había llegado el gran día para Leeuwenhoek. [...] Este conserje de Delft había sorprendido un mundo fantástico de seres subvisibles, criaturas que habían vivido, se habían

multiplicado, habían batallado, habían muerto, ocultas por completo a todos los hombres desde el principio de los tiempos; seres de una casta que destruye y aniquila razas enteras de hombres diez millones de veces más grandes que ellos mismos; seres más terribles que los dragones que vomitan fuego, o los monstruos con cabeza de hidra; asesinos silenciosos que matan a los niños en sus cunas tibias y a los reyes [en] sus seguros palacios. Este es el mundo fantástico, fabuloso al que Leeuwenhoek, entre todos los hombres de todos los países, fue el primero en asomarse. [...] Paul de Kruif. Los cazadores de microbios, pp. 8-9.

Leeuwenhoek fue el primero en descubrir un mundo nuevo de microorganismos al observar agua de lluvia, sarro de dientes y toda clase de materiales líquidos que caían en sus manos (figura 4). Él describió por primera vez protozoarios, bacterias, espermatozoides y glóbulos rojos. Así se iniciaba el camino hacia el desarrollo de la teoría celular. Las observaciones de Leeuwenhoek y de otros que le siguieron fueron aportando evidencias acerca de la estructura de diversos microorganismos y células provenientes de animales y plantas. Por ejemplo, el anatomista y biólogo italiano Marcello Malpighi (1628-1694) fue el primero en observar los vasos capilares, y años más tarde, tejidos vivos constituidos por células. Sin embargo, a partir del siglo xix la calidad de los microscopios mejoró y las observaciones pudieron ser más sistemáticas, lo cual permitió comprender de manera más clara la estructura de los seres vivos. En 1831 el botánico escocés 26


TECNOLOGÍA AL SERVICIO DE LA CIENCIA tema2

Figura 4. Microscopio de Leeuwenhoek.

Robert Brown (1773-1858) descubrió el núcleo en las células de las orquídeas. En 1835, el biólogo francés Félix Dujardin (1801-1860) observó en organismos unicelulares una sustancia gelatinosa a la que llamó “sarcoda”. Posteriormente, el fisiólogo checo Jan Evangelista Purkinje (1787-1869) y el botánico alemán Hugo von Mohl (1805-1872) darían a esa sustancia el nombre de protoplasma. Años después, las observaciones del botánico Matthias Jakob Schleiden (1804-1881) y del zoólogo Theodor Schwann (1810-1882) se conjugarían para dar lugar a lo que conocemos como teoría celular. La amistad entre estos dos científicos alemanes contribuyó a sus estudios conjuntos y al origen de esta teoría. En alguna ocasión Schwann sostuvo una conversación con su colega y amigo Schleiden, quien estudiaba las células vegetales, y este le comentó acerca de la función del núcleo de dichas células. Schwann recordó haber visto también el núcleo en células de la espina dorsal de renacuajos, y consideró que sería importante investigar si en las células animales el núcleo tenía la misma función que en las vegetales. Entonces, ambos científicos trabajaron en conjunto en el laboratorio de Schwann; examinaron el tejido animal mencionado y llegaron a la conclusión de que tanto las plantas como los animales están formados por estructuras muy similares, las células, que constituyen la unidad fundamental de la vida. En 1839 Schwann publicó la teoría celular, cuyos postulados son: • Todos los seres vivos están formados por células. • La célula es la unidad fisiológica de los seres vivos. Luego, en 1858, el biólogo alemán Rudolf Virchow (1821-1902) agregó un tercer postulado a esta teoría: toda célula proviene de otra célula preexistente. La teoría celular tuvo una enorme trascendencia porque demostró que los seres vivos tienen algo en común: están formados por unidades semejantes, cuyas propiedades son las mismas. Por ello podemos afirmar que esta teoría unifica a los seres vivos. El desarrollo de tecnologías más avanzadas ha permitido reafirmar los postulados de aquel momento y los ha enriquecido con nuevos elementos; hemos rebasado el concepto de célula como una especie de bolsa en cuyo interior existe una mezcla gelatinosa de sustancias desconocidas, para dar paso al conocimiento de la arquitectura celular, con organelos especializados, fibras moleculares, enzimas, carbohidratos, poros, canales e identidad, todo lo cual le permite interactuar con su medio y le proporciona posibilidades inimaginables en cuanto a diversidad de funciones. 27


Unidad1 INVESTIGACIÓN EN BIOLOGÍA

Aplica y aprende 1. E n equipos de tres integrantes elaboren un cuadro donde anoten los nombres de los investigadores que participaron en el desarrollo de la teoría celular y las aportaciones de cada uno. 2. Entre todos, expongan su cuadro a otro equipo de tres y comenten sobre la importancia de esta teoría. 3. Elaboren por escrito sus conclusiones.

Tipos de microscopios y sus alcances El microscopio de Leeuwenhoek y los que se utilizaron luego en los siglos xviii y xix tenían muchas limitaciones en cuanto a su poder de resolución, a su capacidad para proporcionar una imagen nítida del campo de observación. Los microscopios actuales significan un salto de calidad y cantidad respecto a las posibilidades de observación de las estructuras celulares al incrementar el aumento y la capacidad de resolución. Cabe mencionar que no es lo mismo hablar de aumento que de capacidad de resolución. El ojo humano tiene un poder de resolución de aproximadamente 0.1 mm (100 micras, µm), por lo que no podemos distinguir dos líneas entre las cuales exista una distancia menor que la mencionada; en este caso vemos las dos líneas como si fueran una sola. Las células miden de 10 a 30 µm, y es por ello que no podemos distinguirlas a simple vista. Los microscopios fotónicos, los cuales requieren una fuente de luz para funcionar, tienen un poder de resolución máxima de 0.2 µm; esto implica que podemos ver los objetos quinientas veces mejor. Sin embargo, ese es su límite, y aun cuando ampliáramos cien veces una fotografía tomada con un microscopio fotónico, las dos líneas seguirían viéndose unidas: podríamos tener más aumento, pero no mayor resolución. Los límites que marcan los microscopios fotónicos en cuanto a su poder de resolución se deben a la longitud de onda de la luz, que no puede ser más delgada que 0.4 µm. Es como querer dibujar una línea muy fina con una crayola gruesa; por más que nos esforcemos, resulta imposible hacerla del grosor de un cabello. Lo más que se puede observar en una célula con un microscopio fotónico es su contorno y algunos de sus componentes más grandes, y en una célula procariótica sólo su contorno externo.

Para realizar observaciones microscópicas se requiere el conocimiento de las siguientes medidas y equivalencias:

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1 metro (m) = 1 000 milímetros (mm) 1 mm = 1 000 micras (µm) 1 µm = 1 000 nanómetros (nm) 1 nm = 10 angstroms (Å)


TECNOLOGÍA AL SERVICIO DE LA CIENCIA tema2

Microscopios ópticos Los microscopios ópticos o fotónicos funcionan al hacer incidir la luz sobre una muestra delgada del material, y observar esta preparación a través de un sistema que incluye un lente objetivo y otro ocular. Ambos lentes se combinan y proporcionan un mayor aumento y resolución. Este es el tipo de microscopio que existe generalmente en los laboratorios escolares, clínicos y de investigación, porque posee la ventaja de que permite observar células vivas y además es más fácil de manejar que los electrónicos. En la actualidad se cuenta con gran variedad de modelos de microscopio óptico, adecuados a cada necesidad. Mencionamos a continuación algunos de ellos.

Microscopio compuesto

Es el más común en un laboratorio (figura 5). Usa como fuente de luz directa una lámpara o la luz solar que pasa a través de un condensador y luego a la muestra. Para trabajar con este tipo de microscopios, se suelen teñir los organismos y las células transparentes para poderlos distinguir mejor.

Figura 5. Microscopio compuesto.

Microscopio estereoscópico

Este tipo de microscopio no proporciona un gran aumento, pero resulta muy útil para la observación de organismos completos, tales como pequeños insectos, estructuras florales, nemátodos y otros organismos. Siempre tiene dos oculares, para que se pueda lograr la visión estereoscópica o en tercera dimensión. Se le llama también microscopio de disección y da aproximadamente unos 60 aumentos. 29


Los contenidos de este libro se apegan totalmente al programa de Temas selectos de biología 1, propuesto por la dgb y que pertenece al componente de formación propedéutica. El libro está dirigido a los jóvenes que muestran interés por desarrollarse profesionalmente en la biología o en alguna carrera relacionada con esta disciplina. El texto pretende promover en los alumnos el interés por la ciencia y desarrollar las capacidades y destrezas necesarias para realizar proyectos de investigación. Además, se hace énfasis en la relación de los temas que conciernen a esta materia con el campo laboral donde se pueden aplicar en México. Sin duda este libro, con su diseño moderno y dinámico, captará el interés de la población estudiantil, con un lenguaje accesible y adaptado a las necesidades e inquietudes de las nuevas generaciones. Marta Patricia Velázquez Ocampo es licenciada en Biología de la Facultad de Ciencias de la unam. Su experiencia docente es de más de 25 años, obtenida en instituciones como la unam, el Colegio de Bachilleres y la Universidad del Valle de México. Es elaboradora de los programas de Biología 2 y Temas selectos de biología 1 y 2 de la dgb. Es autora de los libros Biología 1 y Biología 2, de ST Editorial.

ISBN 970 9807 40 4

Temas selectos de biología 1  

eseté editorial DGB