Documentos Unidad 3 - Oxford University Press España

1. Diatomeas: seres de silicio
Las diatomeas son algas unicelulares que constituyen el principal componente del fitoplancton. El número de especies de diatomeas conocidas se encuentra entre 10 000 y
12 000 y se estima que son responsables del 40 % de la producción marina total de carbono.
La particularidad de estos organismos estriba en la importancia que tiene el silicio para
ellas. En su caso el silicio no es solo un oligoelemento —tal y como ocurre en el cuerpo
humano— sino un elemento estructural sin el que no pueden sobrevivir, pues su cuerpo
celular está encerrado entre paredes de óxido de silicio o sílice (SiO2).
Estos organismos necesitan el silicio para la generación de una estructura denominada
frústula. La frústula constituye una especie de «exoesqueleto» de forma geométrica, que
protege a las células —en su interior podemos encontrar el citoplasma— y que está formada por una matriz orgánica fuertemente incrustada de sílice hidratada. Se ha demostrado, además, que su robustez depende en gran medida del silicio disponible en el
medio acuático.
Diversos estudios han abordado el conjunto de los procesos de silicificación que se dan
en el interior de estos organismos para la creación de las frústulas. Se ha comprobado
que la concentración intracelular de ácido silícico se regula mediante su condensación y
polimerización, en un proceso dependiente del pH. La diatomea transporta esta sustancia, que toma del exterior, a través del citoplasma y la acumula en vesículas especializadas en la polimerización, formadas por polipéptidos catiónicos. Una vez que el silicio es
polimerizado, es transportado al exterior de la célula para recubrirla.
Aunque existen muchas especies de diatomeas que pueden seguir multiplicándose en
medios con muy poco silicio, en el caso de que la concentración de este elemento sea
baja, sus membranas resultan blandas y deformables. Otras, sin embargo, no pueden
sobrevivir por debajo de ciertos umbrales. Por ejemplo, el crecimiento de Melosira italica
se ralentiza por debajo de 0,4 mg Si/L, y el de Asterionella tabellaria, de membranas algo
más delicadas, a concentraciones de 0,25 mg Si/L. De ahí que en el mar las mayores concentraciones de diatomeas aparezcan asociadas a aguas de afloramientos, ricas en sílice.
Las diatomeas se reproducen por división y a menudo las nuevas células quedan conectadas a las viejas formando colonias. Cuando el alga muere, la frústula se deposita en el
fondo acuático y, debido a su composición, puede fosilizar con facilidad. De ahí que gran
parte de los restos fósiles de microorganismos prehistóricos correspondan a las diatomeas
y que incluso exista un tipo de roca sedimentaria —la diatomita— formada gracias a la
agregación de los restos de estos organismos.
UNIDAD
Bioelementos. Biomoléculas inorgánicas 1.1. Clasificación de los bioelementos
DOCUMENTOS
1 ¿Existen elementos químicos exclusivos de los seres vivos?
2 ¿Por qué es importante el silicio para las diatomeas?
3 Enumera las etapas del proceso de silicificación en el interior de las diatomeas.
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
AGUIRRE, César, CHAVEZ, Tztzqui, GARCIA, Pedro y otros
«El silicio en los organismos vivos» en INCI, agosto de 2007, vol. 32, n.º 8, págs. 504-509.
MANN, D. G.
«The species concept in diatoms» en Phycologia, noviembre de 1999, n.º 38, págs. 437-495.
ROUND, F. E. y CRAWFORD, R. M.
The Diatoms. Biology and Morphology of the Genera. Cambridge: Cambridge University Press, 1990.
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UNIDAD
2. Las cuatro estaciones de un lago
El agua aumenta de densidad cuando la temperatura baja hasta alcanzar los 4 °C, punto de
densidad máxima. El agua más fría o más caliente de 4 °C es menos densa y por lo tanto flota
por encima del agua de 4 °C.
Así pues, los lagos en climas templados tienen el agua estratificada en verano y en invierno, y
se mezcla verticalmente en primavera y otoño. La estratificación de verano e invierno hace
posible que los organismos acuáticos puedan evitar temperaturas extremas desfavorables,
mientras que la mezcla de agua en primavera y otoño, proporciona nutrientes y oxígeno a
todos los niveles del lago.
En verano, la capa superior del agua, llamada epilimnion, se calienta por el sol y por el contacto directo con el aire circundante. Es por ello que se calienta más que las capas inferiores.
Ya que al calentarse el agua se hace menos densa, esta permanece en superficie. Solamente
el agua del epilimnion tiene circulación. En la capa intermedia hay un descenso brusco de
la temperatura, la termoclina. Puesto que el agua en esa región es progresivamente más
fría y más densa, no se mezcla con el agua más ligera de la superficie. El agua de esta capa
intermedia está estratificada y corta toda circulación vertical de la capa bien oxigenada de
la superficie con la tercera capa, más profunda, del hipolimnion. Resultado del estancamiento
del hipolimnion en verano, los organismos del hipolimnion consumen todo el oxígeno
disponible.
En otoño, la temperatura del agua de superficie desciende a valores del hipolimnion. Al
hacerse más densa, el agua se hunde y las capas más calientes de la zona intermedia afloran
a la superficie, produciéndose la mezcla de otoño. Con la ayuda de los vientos otoñales, el
agua circula en toda la columna vertical del lago. El oxígeno se restituye en el agua profunda
y los nutrientes, que se han liberado por la actividad de las bacterias descomponedoras del
fondo, son transportados hacia capas superiores del lago.
Bioelementos. Biomoléculas inorgánicas 2.1. El agua
DOCUMENTOS
A medida que entra el invierno, la superficie del lago se enfría por debajo de los 4 °C. Esta
agua permanece en superficie y muchas veces se hiela. El resultado es una estratificación
invernal.
En primavera, cuando los hielos se funden y el agua de superficie se calienta a 4 °C, el agua de
superficie se hunde en el fondo propiciando la mezcla de primavera. Con la ayuda de los
vientos, se produce la mezcla vertical de todo el lago.
Helena CURTIS y Sue BARNES N.
Invitación a la Biología
Médica Panamericana
1 ¿Por qué en los lagos de los climas templados se produce la mezcla vertical del agua en primavera?
2 ¿Qué propiedad del agua permite que los organismos acuáticos de los lagos de las zonas templadas
puedan evitar las condiciones desfavorables durante las estaciones extremas?
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UNIDAD
3. La dureza de los huesos
El esqueleto está formado por tejido óseo que se diferencia de cualquier otro tejido del
organismo por su solidez y ligereza. Es imprescindible que sea sólido ya que es el soporte de
músculos y tejidos blandos, y el sistema de protección para los órganos internos. Y, como
cualquier tejido, está compuesto por un entramado de células conectadas entre sí. Pero lo
que caracteriza realmente al tejido óseo y le permite ejercer su función de sostén del cuerpo
humano son los precipitados de sales minerales.
En forma iónica, los minerales están presentes en todas las células y son imprescindibles para
su correcto funcionamiento. Pero solo se encuentran en forma precipitada en el tejido óseo.
Las sales minerales más abundantes en los huesos y dientes son el fosfato de calcio (hidroxiapatito) y el carbonato cálcico.
Para la formación de hueso, las células óseas sufren varias transformaciones. Todo empieza
con las células osteoprogenitoras. Su función es dividirse y dar lugar a unas células nuevas
denominadas osteoblastos. Los osteoblastos se encargan a su vez de segregar los materiales
de la matriz ósea, entre ellos los minerales. Una vez que la matriz está formada, los osteoblastos se quedan encerrados en ella y se convierten en osteocitos, células que forman la mayor
parte del tejido óseo. Se podría decir que estos tres tipos celulares forman el sistema de construcción del hueso.
La matriz formada por sales minerales, agua y proteínas que rodea estas células no es
compacta. Es necesario que sea porosa para permitir la llegada de nutrientes hasta las
células óseas a través de los capilares sanguíneos. Además, si el tejido óseo fuera una masa
compacta, difícilmente sería ligero, con lo que una de las funciones básicas del esqueleto, el
movimiento, quedaría seriamente dificultada.
Pero los huesos no solo proporcionan soporte y movimiento al cuerpo sino que también
tienen otras funciones. Tal vez la menos conocida sea la de servir de almacén de sales minerales. Las formas iónicas de las sales minerales realizan diversas tareas en el cuerpo, como la
contracción muscular, el mantenimiento del equilibrio electrolítico, la transmisión de las
señales nerviosas, etc., por lo que el cuerpo se pone en alerta cuando disminuye su concentración. Cuando eso ocurre, el tejido óseo responde destruyendo la matriz ósea y liberando
así los minerales necesarios. Las células responsables de disolver la matriz se denominan
osteoclastos, se encuentran adheridas a la matriz ósea y solo se ponen en marcha si reciben
señales de escasez de iones. Y por dramático que parezca este sistema, es una forma muy
eficiente de mantener las concentraciones adecuadas de estos iones.
Bioelementos. Biomoléculas inorgánicas 2.2. Las sales minerales
DOCUMENTOS
Alan STEVEN y James LOWE
Histología Humana
Elsevier España, 2006
1 ¿Cuál es la composición mineral exacta de la matriz ósea?
2 ¿Qué hace que el hueso sea el principal almacén de sales minerales?
3 Según el texto las células que forman el hueso, los osteocitos, están atrapados en la matriz ósea.
¿Cómo se organiza la matriz ósea para que estas células sean viables?
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UNIDAD
3 Bioelementos. Biomoléculas inorgánicas
Solucionario
1. Diatomeas: seres de silicio
3. La dureza de los huesos
1 No, todos los bioelementos están incluidos en la tabla
1 El 65 % del peso de un hueso corresponde a los ele-
periódica, son los mismos que conforman la materia
general del universo.
mentos inorgánicos que lo forman, mientras que solo
el 35 % está constituido por materia orgánica. La parte
inorgánica de los huesos está formada por agua y sales
minerales. Las principales sales minerales de los huesos
son el fosfato de calcio (hidroxiapatito) y el carbonato
cálcico. El hidroxiapatito es el componente principal
del hueso y es básicamente fosfato de calcio cristalino.
En menores cantidades también se hallan hidróxido de
magnesio y cloruro y sulfato magnésicos.
2 Porque es el principal componente de la frústula, una
estructura que actúa como «exoesqueleto» de la célula.
Si la concentración de silicio no es suficiente en el medio externo, estas estructuras pierden consistencia y,
además, existen algunas especies de estas algas que no
pueden sobrevivir por debajo de ciertos umbrales en la
concentración de silicio en el agua.
3 En primer lugar, toman el silicio del medio acuático, a
continuación lo transportan a través del citoplasma
hasta unas vesículas especializadas en su polimerización y, por último, una vez polimerizado, lo conducen al
exterior para que forme parte de la frústula.
2. Las cuatro estaciones de un lago
1 Porque el agua de superficie, epilimnion, se calienta a
4 °C y al aumentar su densidad se hunde en el fondo
produciendo, con la ayuda de los vientos, la mezcla de
las capas de agua del lago.
2 La mayoría de los líquidos aumentan su densidad al
disminuir la temperatura puesto que las moléculas se
mueven más lentamente y por ello en el mismo volumen de líquido puede contener más moléculas. Pero el
agua presenta la particularidad de que la densidad solo aumenta cuando la temperatura desciende hasta alcanzar los 4 °C.
2 Su elevado contenido en elementos inorgánicos lo
convierte en el almacén ideal. Para hacernos una idea
aproximada, los huesos contienen el 99 % del calcio
corporal y el 80 % del fósforo.
3 La organización de la matriz ósea depende de si el hueso
es compacto o esponjoso.
El hueso compacto forma la parte alargada de los
huesos largos y la matriz mineralizada se organiza en
laminillas. Entre estas laminillas se encuentran los
osteocitos, que se nutren y se comunican entre sí a
través de canalículos ramificados.
En cambio, el hueso esponjoso se encuentra en los extremos de los huesos largos y en el interior de algunos
huesos. La matriz de este tipo de huesos está formada
por unas placas llamadas trabéculas. Estas placas se colocan irregularmente formando una estructura esponjosa que permite que los osteocitos se comuniquen y
reciban nutrientes.
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