Biología grado 9 Periodo N° 1 De dónde vengo yo… ASIGNATURA: BIOLOGÍA MAESTRO: JAIME CASTILLO GIRALDO Grado 9° 1. Tópico generativo: De dónde vengo yo… 2. Meta especifica de comprensión: 1. Comprende que la célula es la base estructural, funcional y reproductiva de los seres vivos. 2. Comprende las consecuencias de la intervención biotecnológica en el desarrollo del mundo actual. 3. Contenidos claves: ¿Qué es biología? La química de la vida Estructura celular y función Fotosíntesis y respiración celular El ciclo celular, mitosis y meiosis Gregor Mendel y genética Ingeniería genética y biotecnología. Agentes mutagénicos de uso cotidiano y sus implicaciones. 4. Tareas: Las tareas son dosificadas, variadas, planificadas y coordinadas para evitar la rutina y sobrecarga de actividades. Tienen relación directa con el tópico y propósitos claros en cada área y/o asignatura: Desarrollan habilidades y destrezas de los estudiantes. Refuerzan conocimientos y crean hábitos de estudio. Al finalizar la clase, los docentes darán las instrucciones claras y despejarán las dudas sobre el trabajo asignado. 2 CONTENIDOS PRINCIPIO INSTITUCIONAL DEL PRIMER PERIODO ............................................ 6 DE DÓNDE VENGO YO…………………………………………………………………..7 ¿QUÉ ES BIOLOGÍA?................................................................................................8 LA QUÍMICA DE LA VIDA ESTRUCTURA CELULAR Y FUNCIÓN……………………………………….......…...8 NIVELES DE ORGANIZACIÓN……………………………………………….………..10 PROCESOS CELULARES FOTOSÍNTESIS Y RESPIRACIÓN CELULAR…………………………………….…10 LOS DINOSAURIOS Y LA ENERGÍA……….………………………………………....11 PRODUCCIÓN DE ENERGÍA………………………………………………………….12 CICLO CELULAR………………………………………………………………………..13 GENÉTICA Y HERENCIA LEYES DE MENDEL……………………………………………………………………14 Primera ley de Mendel…………………………………………………………………………………….………………..14 Segunda ley de Mendel…………………………………………………………………………………...………………15 Tercera ley de Mendel………………………………………………………………………………………………….…..15 EXCEPCIONES A LAS LEYES DE MENDEL……………………………………………………………….17 Taller………………………………………………………………………………………………………………………………..…….17 INFORMACIÓN A OTRO NIVEL………………………………………………………18 3 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS......................................................................... 20 DE DÓNDE VENGO YO………. El postulado principal de la teoría celular establece que toda célula se genera de una célula similar preexistente. Esta teoría formalizó la vieja observación de que la progenie de una especie biológica, al alcanzar el estado adulto, está compuesta de individuos con características similares a las de sus progenitores. La idea de que todos los organismos están formados por células la propuso por primera vez R. Hooke, alrededor de 1660, al observar al microscopio unos cortes finos de corcho. Sin embargo, la teoría celular, como la conocemos actualmente, se fue construyendo a mediados del siglo XIX, con base en las observaciones de varios investigadores. En 1838, M.Schleiden encontró que los tejidos vegetales están formados por células y, unos cuantos años después, T. Schwann extendió esta observación a los animales. La trascendencia de este conocimiento se comprendió en 1858, cuando R. Virchow demostró que una célula no se genera espontáneamente, sino que proviene de otra célula igual. Actividad diagnóstica: 1. Complete el siguiente cuadro: Función básica Organelo Celular Núcleo Mitocondria Ribosoma Retículo endoplásmico Aparato de Golgi Cloroplastos Vacuolas 4 Membrana celular Lisosomas Pared celular 2. Responde: 2.1. ¿Qué organelos son propios de las células animales? 2.2. ¿Cuáles son propios de las células vegetales? 2.3. ¿Encuentras alguna razón para estas diferencias? Justifícalas Revisa el link https://www.youtube.com/watch?v=pfAJKQ0HAQI 3. Compara tus respuestas con el siguiente cuadro. 5 6 ¿QUÉ ES BIOLOGÍA? La biología utiliza los mismos principios y métodos que las demás ciencias. De hecho, un principio básico de la biología moderna es que los seres vivos siguen las mismas leyes de la física y la química que rigen la materia no viva. Así como la arena puede formar ladrillos que sirven para construir una pared y, a la vez, ésta forma la base de una estructura, los científicos perciben a los seres vivos y a la materia inanimada como una serie de niveles de organización, cada uno de los cuales constituye los cimientos del siguiente nivel. Observa el esquema: Niveles de organización de la materia 7 La vida se basa en la Química, pero la cualidad de la vida en sí surge en el nivel celular. Las interacciones entre los componentes de cada nivel y los niveles inferiores permiten el desarrollo del siguiente nivel más alto de organización. Los biólogos trabajan con los distintos niveles de organización, dependiendo de la pregunta que se hayan formulado. Por ejemplo, para investigar cómo los berrendos digieren sus alimentos, un biólogo podría estudiar los órganos del sistema digestivo de ese animal o, a un nivel inferior, las células que cubren su tracto gastrointestinal. Al profundizar aún más, el científico podría investigar las moléculas biológicas secretadas por el tracto gastrointestinal que digieren el alimento del berrendo. Por otro lado, para indagar si la destrucción de su hábitat está mermando el número de berrendos, los científicos investigarían tanto la población de éstos como las poblaciones de otras especies con quienes interactúan y que forman la comunidad a la que pertenece el berrendo. Los investigadores deben reconocer y elegir el nivel de organización que sea más adecuado para responder la pregunta que se plantearon. Actividad #1 Piensa en una pregunta científica que pueda contestarse mediante la investigación a nivel celular, pero que sería imposible responder a nivel de tejido. Luego piensa en una que se responda a nivel de tejido, pero que no se conteste a nivel celular. Repite el proceso para otros dos pares inmediatos de niveles de organización. PROCESOS CELULARES FOTOSÍNTESIS Y RESPIRACIÓN Hace al menos 2000 millones de años, debido a cambios fortuitos (mutaciones) en su composición genética, algunas células adquirieron la capacidad de aprovechar la energía de la luz solar. Estas células combinaban las moléculas inorgánicas simples — dióxido de carbono y agua— para formar moléculas orgánicas más complejas como la glucosa. En el proceso de fotosíntesis, esas células captaban una pequeña fracción de la energía de la luz solar y la almacenaban como energía química en dichas moléculas orgánicas complejas. Puesto que podían explotar esta nueva fuente de energía sin hacer frente a competidores, las primeras células fotosintéticas llenaron los mares, liberando oxígeno como producto. El oxígeno libre, que era un nuevo elemento en la atmósfera, resultaba dañino para muchos organismos. No obstante, la infinita variación ocasionada por errores genéticos aleatorios finalmente produjo algunas células que sobrevivían en presencia de oxígeno y, posteriormente, células que utilizaban el oxígeno para “descomponer” la glucosa en un nuevo y más eficiente proceso: la respiración celular. En la actualidad casi todas las formas de vida en el planeta, nosotros entre ellas, dependen de los azúcares producidos por organismos fotosintéticos como fuente de energía y liberan la energía de esos azúcares mediante la respiración celular, empleando el producto de la fotosíntesis, es decir, el oxígeno. 8 ¿LOS DINOSAURIOS MURIERON POR FALTA DE LUZ SOLAR? LECTURA No. 1 Es verano en el año 65, 000,000 a. C., y el periodo cretácico está a punto de terminar de forma abrupta y catastrófica. En una Tierra donde buena parte del continente que ahora conocemos como América está cubierto en su mayoría por mares poco profundos, un Apatosaurus de 24 metros de largo y 35 toneladas de peso busca alimento en la exuberante vegetación tropical de lo que es ahora el sur de California. De repente, un ruido ensordecedor hace que se sobresalten los animales que se yerguen y observan una bola de fuego que eclipsa el azul del cielo. Un meteorito de 10 kilómetros de diámetro ha ingresado en la atmósfera y está a punto de alterar irrevocablemente la vida en nuestro planeta. Aunque todas las criaturas que presenciaron este suceso quedaron carbonizadas de inmediato por la onda expansiva del impacto, las plantas y los animales de todo el planeta también sufrirían importantes consecuencias. Al incrustarse en el fondo del océano, en la punta de la península de Yucatán, el meteorito creó un cráter de kilómetro y medio de profundidad, y 200 kilómetros de anchura. La fuerza del impacto lanzó hacia la atmósfera billones de toneladas de fragmentos de la corteza terrestre y del meteorito mismo. El calor generado por el impacto con toda seguridad causó incendios que pudieron haber carbonizado el 25 por ciento de toda la vegetación terrestre. Cenizas, humo y polvo cubrieron el Sol, y así la Tierra quedó sumergida en una oscuridad que duró meses. 9 LECTURA No. 2 Los dinosaurios predominaron en la Tierra durante millones de años y luego desaparecieron repentinamente. A fin de resolver este misterio, los paleontólogos estudiaron fósiles y esqueletos encontrados en las rocas de diversas capas de la corteza terrestre. Sus descubrimientos les permitieron identificar especies que existieron en el planeta durante periodos geológicos específicos. Además, revelaron la ausencia de esqueletos de dinosaurios en las rocas formadas inmediatamente después del periodo cretácico, que data de hace 65 millones de años. Por tanto, se supone que los dinosaurios se extinguieron hace 65 millones de años. Entre las muchas hipótesis planteadas para explicar su desaparición, se cuentan alteraciones de la cadena alimentaria y un cambio brusco del clima resultante de erupciones volcánicas violentas. Sin embargo, no se tenían datos convincentes en favor de ninguna hipótesis sino hasta 1977. Fue entonces cuando un grupo de paleontólogos que trabajaba en Italia obtuvo algunos datos desconcertantes en un sitio cercano a Gubbio. El análisis químico de una capa de arcilla depositada por arriba de sedimentos formados durante el periodo cretácico (y, por tanto, una capa que registra lo ocurrido después de ese periodo) mostro un contenido sorprendentemente alto del elemento iridio (Ir), poco común en la corteza terrestre y comparativamente abundante en asteroides. Esa investigación llevo a la hipótesis de que la extinción de los dinosaurios ocurrió como sigue. A fin de explicar la cantidad de iridio encontrada, los científicos plantearon que un gran asteroide, de varios kilómetros de diámetro, impacto la Tierra en la época de la desaparición de los dinosaurios. Dicho impacto debe haber sido tan fuerte que literalmente vaporizo una gran cantidad de rocas, suelo y otros objetos circundantes. El polvo y desechos resultantes flotaron en la atmosfera y bloquearon la luz solar durante meses o quizás anos, a falta de luz solar abundante, muchas de las plantas no pudieron crecer, y el registro fósil confirma que, de hecho, muchos tipos de plantas se extinguieron en esa época. De tal suerte, por supuesto que muchos animales herbívoros perecieron y, a su vez, los carnívoros sufrieron hambre. La carencia de fuentes de alimento al parecer afectaba a los grandes animales, que necesitaban grandes volúmenes de comida, mas rápida y notablemente que a los animales más pequeños, así pues, los enormes dinosaurios, de los cuales el más grande habría pesado hasta 30 toneladas, desaparecieron a falta de alimento. Actividad #2 De acuerdo a la lectura No. 1 responde: 1. ¿Qué sucedería en la actualidad si el Sol se ocultase durante meses? 2. ¿Por qué la luz solar es tan importante para la vida de los organismos en la tierra? 3. ¿Cree que realmente un meteorito fue el responsable del fin del reinado de los dinosaurios? Argumente su respuesta. Actividad #3 10 Basado en la lectura No. 2 responde: 1. ¿De qué manera el estudio de la extinción de los dinosaurios ilustra el método científico? 2. Plantee dos maneras en las que podría comprobar la hipótesis de la colisión del asteroide. 3. En su opinión, ¿se justifica referirse a la explicación del asteroide como la teoría de la extinción de los dinosaurios? 4. La información disponible hace pensar que casi 20% de la masa del asteroide se convirtió en polvo y se distribuyó uniformemente sobre la Tierra después de descender de la atmosfera superior, la cantidad de polvo fue de casi 0.02 g/cm2 de la superficie terrestre. Es muy probable que el asteroide haya tenido una densidad cercana a 2 g/cm3. calcule la masa (en kilogramos y en toneladas) del asteroide y su radio en metros, en el supuesto de que era una esfera. (El área de la Tierra es de 5.1 × 1014 m2; 1 lb = 453.6 g.) (Fuente: Consider a Spherical Cow—A Course in Environmental Problem Solving, de J. Harte, university Science Books, mill Valley, ca 1988. PRODUCCIÓN DE ENERGÍA La energía se define simplemente como la capacidad de realizar trabajo. Los científicos definen trabajo como una fuerza que actúa sobre un objeto que hace que éste se mueva. Los objetos sobre los cuales actúa la energía no siempre son fáciles de ver o incluso de medir. Las células sintetizan moléculas proteicas especializadas que pueden alargarse o reducirse, haciendo que la célula se mueva. Las células musculares se contraen con intensidad como resultado de las interacciones entre proteínas especializadas, que son impulsadas por energía química que se libera a partir de las moléculas de ATP. Si todas las reacciones químicas, incluso las que se efectúan dentro de las células vivas, hacen que aumente la cantidad de energía inutilizable, y si la materia tiende hacia mayor aleatoriedad y desorden, ¿cómo pueden los organismos acumular la energía utilizable y las moléculas tan ordenadas que caracterizan a los seres vivos? La respuesta es que las reacciones nucleares que se efectúan en el Sol producen energía en forma de luz solar, que es un proceso que también ocasiona enormes incrementos en la entropía como calor. En la Tierra los seres vivos utilizan un suministro continuo de energía solar para sintetizar moléculas complejas y mantener estructuras Ordenadas. Actividad #3 11 Consulto y respondo: 1. Dibuja un diagrama simplificado de un cloroplasto y rotúlalo. Explica de manera específica cómo la estructura del cloroplasto está relacionada con su función. 2. ¿Cuáles son las reacciones químicas biológicas dependientes de la luz? Escribe sus reacciones químicas correspondientes. 3. ¿Cómo se convierte la energía lumínica en energía química? 4. Dibuja un diagrama simplificado de una mitocondria y rotúlalo. Explica de manera específica cómo la estructura de la mitocondria está relacionada con su función. 5. Verter grandes cantidades de aguas negras sin tratamiento en ríos o lagos provoca ordinariamente la muerte masiva de los peces, aunque las aguas negras mismas no son tóxicas para éstos. También se registran muertes masivas de peces en lagos poco profundos que se cubren de hielo durante el invierno. ¿Qué provoca la muerte a los peces? ¿Cómo se podría reducir el índice de mortalidad de éstos cuando, por accidente, se han descargado aguas negras en un estanque pequeño en el que hay percas de gran tamaño? 6. Describa las etapas principales de la respiración a) aeróbica y b) anaeróbica, indicando los lugares donde se produce ATP. ¿Cuál es la producción total de energía (en términos de moléculas de ATP generadas por molécula de glucosa) en cada caso? 7. Describa el ciclo de Krebs. ¿En qué forma se produce la mayor parte de la energía? CICLO CELULAR El ciclo celular, o ciclo proliferativo, comprende una serie ordenada de eventos en que ocurren la duplicación del ADN y la posterior división celular generando dos células genéticamente iguales. En organismos unicelulares, este mecanismo da origen a un nuevo individuo, incrementando el tamaño de su población; en cambio, en organismos pluricelulares permite, por un lado, el crecimiento del individuo debido al aumento en el número de células y, por otro, el remplazo de células dañadas o muertas. El ciclo celular involucra dos etapas: interfase y división celular o mitosis (M). La interfase ocupa casi el 95% del ciclo y comprende tres fases: G1, S Y G2. Revisar el link https://www.youtube.com/watch?v=62Wp0TYSZM&feature=iv&src_vid=FdIe0drBCM4&annotation_id=annotation_1554896273 Actividad #4 1. Describa principales causas que alteren del ciclo celular en los organismos. 2. ¿Qué consecuencias cree usted que traería sobre los organismos la alteración del ciclo celular? Argumente su respuesta. 3. Represente estas alteraciones utilizando gráficos, diapositivas o modelos. 12 REPRODUCCIÓN CELULAR Las células eucarióticas pueden experimentar uno de dos tipos de división celular que están evolutivamente relacionados, pero son muy diferentes: la división celular mitótica y la división celular meiótica. La división celular mitótica consiste en división nuclear (llamada mitosis) que va seguida por la división citoplásmica (citocinesis). El término mitosis proviene de la palabra griega mitos que significa “hilo”; durante la mitosis, los cromosomas se condensan y son visibles en forma de estructuras delgadas parecidas a hilos, cuando se observan con un microscopio óptico. La citocinesis (“movimiento celular” en griego) es el proceso mediante el cual el citoplasma se divide entre las dos células hijas. La mitosis da una copia del cromosoma duplicado de la célula progenitora a cada uno de los núcleos de las células hijas; en tanto que la citocinesis, por lo general, coloca uno de estos núcleos en cada célula hija. Por lo tanto, la división celular mitótica casi siempre produce dos células hijas que son genéticamente idénticas entre sí y respecto a la célula progenitora, y por lo general contienen aproximadamente cantidades iguales de citoplasma. En los organismos eucarióticos la reproducción sexual es posible gracias a un proceso conocido como división celular meiótica. En los mamíferos ésta sólo se lleva a cabo en los ovarios y los testículos. El proceso de división celular meiótica comprende una división nuclear especializada llamada meiosis y dos series de citocinesis para producir cuatro células hijas capaces de convertirse en gametos (óvulos o espermatozoides). Estos gametos contienen la mitad del material genético del progenitor. Por consiguiente, las células producidas mediante división celular meiótica no son genéticamente idénticas entre sí ni a la célula original. Durante la reproducción sexual la fusión de dos gametos, uno de cada progenitor, restablece un complemento total de 13 material genético y forma un descendiente genéticamente único que es parecido a ambos progenitores, aunque no es idéntico a ninguno de ellos. Actividad #5 1. Consulte la definición de: Mitosis y Meiosis 2. Realice un cuadro comparativo entre los dos procesos indicando similitudes y diferencias, ventajas y desventajas. 3. Realice dibujos en los que se diferencien los eventos que se producen en cada tipo de reproducción celular. 4. Defina los conceptos de cromosomas homólogos, recombinación genética y quiasmas. 5. ¿De qué forma la meiosis y la reproducción sexual originan variabilidad genética? GENÉTICA Y HERENCIA LEYES DE MENDEL Primera ley de Mendel Todos los individuos que descienden de un cruce de dos líneas puras son iguales entre sí e iguales a uno de sus progenitores. Segunda ley de Mendel Cada carácter de los individuos es gobernado por un par de factores hereditarios. 14 Tercera ley de Mendel Los dos alelos de un gen se separan de forma independiente de como lo hacen los alelos de otro gen. Actividad #6 1. Enuncie las leyes de Mendel y presente un ejercicio teórico de aplicación (para cada ley) en el que se establezcan frecuencias génicas y fenotípicas para cada organismo de las generaciones f1 y f2. 2. Consulte en casa con sus familiares (padres, abuelos, tíos, entre otros), ¿qué características se presentan en todas las generaciones, cuales características saltan por lo menos una generación. 3. Consulte los elementos necesarios para elaborar un árbol genealógico y con la información anterior construya un árbol genealógico. 4. Realice un mapa conceptual donde explique las leyes de Mendel y cite un ejemplo de cada una 15 EXCEPCIONES A LAS LEYES DE MENDEL A continuación observa un cuadro de las excepciones a las leyes de Mendel 5. Consulte y explique en su cuaderno cada una de las excepciones a las leyes de Mendel. 6. Realice un cartel acerca de las excepciones que se dan con el tipo de sangre. Actividad #7 Ejercicios de aplicación 1. Si una planta homocigótica de tallo alto (AA) se cruza con una homocigótica de tallo enano (aa), sabiendo que el tallo alto es dominante sobre el tallo enano, ¿Cómo 16 serán los genotipos y fenotipos de la F1 y de la F2? 2. Razone la veracidad o falsedad de la siguiente afirmación y explique El color de tipo común del cuerpo de la Drosophila está determinado por el gen dominante "N", su alelo recesivo "n" produce cuerpo de color negro. Cuando una mosca tipo común de raza pura se cruza con otra de cuerpo Negro, ¿la fracción de la segunda generación que se espera sea heterocigótica es ½? 3. El pelo corto en los conejos está determinado por el gen dominante (L) y el pelo largo por su alelo recesivo (l). El pelo Negro resulta de la acción del genotipo dominante (N_) y el café del genotipo recesivo (nn). a. En los cruzamientos entre conejos dihíbridos cortos, Negros x homocigóticos cortos, cafés, ¿qué proporciones genotípicas y fenotípicas pueden esperarse entre su progenie? b. Determine las proporciones genotípicas y fenotíp 4. Una planta de jardín presenta dos variedades: una de flores rojas y hojas alargadas y otra de flores blancas y hojas pequeñas. El carácter color de las flores sigue una herencia intermedia, y el carácter tamaño de la hoja presenta dominancia del carácter alargado. Si se cruzan ambas variedades, ¿Qué proporciones genotípicas y fenotípicas aparecerán en la F2? ¿Qué proporción de las flores rojas y hojas alargadas de la F2 serán homocigóticas? 5. El caballo palomino es un híbrido que exhibe el color dorado con crines y cola más pálidas. Se sabe que un par de alelos codominantes (D1 y D2) están implicados en la herencia de estos colores de pelaje. El genotipo homocigótico para el alelo D1 es de color castaño (rojizo), el genotipo heterocigótico es de color palomino, y el genotipo homocigótico para el alelo D2 es casi blanco y llamado cremello. c. Determine la proporción de palominos y no palominos entre la descendencia al cruzar palominos entre sí. 17 d. ¿Qué porcentaje de descendencia no palomina será “raza pura”?. e. ¿Qué clase de apareamiento producirá sólo palominos? 6. Consulte métodos de selección artificial y justifique que manipulación genética se les dio a diferentes organismos. Toda la teoría de Mendel planteó que debía existir una forma en que se transmite la información biológica, pero ¿Qué tan precisamente se hace? INFORMACIÓN A OTRO NIVEL 18 Muchos adelantos de la humanidad han cambiado los estilos de vida. De acuerdo a lo estudiado durante el periodo tienes la posibilidad de poder explicar diferentes avances genéticos y aplicarlos en beneficio del entorno y la comunidad cercana. El presente año lectivo trabajaremos en el mejoramiento biológico de algunas especies vegetales de nuestra institución con el fin de convertir el campus escolar en un terreno de amplia variedad de especies en buenas condiciones y recuperar a mediano y largo plazo la biodiversidad propia de la zona; Para ello realizaremos un proceso de revisión bibliográfica sobre la aplicación de la genética en el mejoramiento de especies vegetales en terrenos similares en condiciones climáticas al terreno del colegio como inicio a la transformación del ecosistema escolar. 19 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS http://es.wikipedia.org/wiki/%C3%81cido_desoxirribonucleicoEscriba el cuadro de características en el cuaderno y completarlo con información de la lectura anterior http://aportes.educ.ar/biologia/nucleo-teorico/estado-del-arte/una-gran-bibliotecacromosomas-y-genes/como_entra_todo_el_adn_en_el_n.php http://www.um.es/molecula/anucl03.htm http://www.biologia.edu.ar/adn/adntema1.htm http://www.maph49.galeon.com/arn/tcproc.html http://biologiainteresante.com/genetica/152/investigadores-de-la-universidad-dewashington-descubren-un-nuevo-codigo-genetico/ Muñoz, Claudia. Díaz Silvia. Hipertextos Santillana ciencias 9. Bogotá. Editorial Santillana. 2012. http://sosalpajes.wikispaces.com/%C2%BFC%C3%B3mo+elaborar+un+p%C3%B3ster+cient%C3%ADf ico%3F Fuente: http://gori-gori.blogspot.com/2010/04/poster-cientifico.html 20
