BIOLOGIA LA VIDA EN LA TIERRA.pdf - docshare.tips (2022)

L A V I D A E N L A T I E R R A
AUDESI RK AUDESI RK BYERS
Biología
Biología
O C T A V A E D I C I Ó N
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Biología
L A V I D A E N L A T I E R R A
OCTAVA E DI CI ÓN
Teresa Audesirk
University of Colorado at Denver and Health Science Center
Gerald Audesirk
University of Colorado at Denver and Health Science Center
Bruce E. Byers
University of Massachusetts, Amherst
Vicente Gerardo
Hernández Hernández
Preparatoria de la Universidad
La Salle
Paula Cortés García
Colegio Gimnasio del Norte
Bogotá, Colombia
Víctor Hugo
Blanco Lozano
ITESM Campus Puebla
TRADUCCIÓN
Augusta Victoria Flores Flores
Traductora profesional
REVISIÓN TÉCNICA
Authorized translation from the English Language edition, entitled Biology: Life on earth with physiology, 8
th
Edition by Teresa Au-
desirk, Gerald Audesirk and Bruce E. Byers, published by Pearson Education Inc., publishing as PRENTICE HALL INC., Copyright
©2008. All rights reserved.
Versión en español de la obra titulada Biology: Life on earth with physiology, 8ª edición, de Teresa Audesirk, Gerald Audesirk y Bru-
ce E. Byers, publicada originalmente en inglés por Pearson Education Inc., publicada como PRENTICE HALL INC., Copyright
©2008. Todos los derechos reservados.
ISBN 0-13-195766-X
Esta edición en español es la única autorizada.
Edición en español
Editor: Enrique Quintanar Duarte
e-mail: [emailprotected]
Editor de desarrollo: Felipe Hernández Carrasco
Supervisor de producción: Rodrigo Romero Villalobos
OCTAVA EDICIÓN, 2008
D.R. © 2008 por Pearson Educación de México,
S.A. de C.V.
Atlacomulco Núm. 500, 5° Piso
Col. Industrial Atoto
53519, Naucalpan de Juárez, Edo. de México
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Mexicana. Reg. Núm. 1031
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permiso previo por escrito del editor.
El préstamo, alquiler o cualquier otra forma de cesión
de uso de este ejemplar requerirá también la autoriza-
ción del editor o de sus representantes.
ISBN 10: 970-26-1194-6
ISBN 13: 978-970-26-1194-3
Impreso en México. Printed in Mexico.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 - 11 10 09 08
AUDESIRK TERESA; AUDESIRK
GERALD; BYERS, BRUCE E.
Biología: La vida en la Tierra
Pearson Educación de México, 2008
ISBN 978-970-26-1194-3
Área: Ciencias
Formato 21 × 27 Páginas: 1024
Edición en inglés
Editor: Jeff Howard
Development Editor: Anne
Scanlan-Rohrer
Production Editor: Tim
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Executive Managing Editor:
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Editor in Chief of Development:
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Sanatar
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Debbie Latronica
Photo Researcher: Yvonne
Gerin
Cover Photograph: Rockhopper
Penguins; The Neck,
Saunders Island, Falkland
Islands, by Laura Crawford
Williams
Resumen de Contenido
1 Introducción a la vida en la Tierra 1
U N I D A D 1 La vida de
una célula 19
2 Átomos, moléculas y vida 20
3 Moléculas biológicas 36
4 Estructura y función de la célula 56
5 Estructura y función de la membrana
celular 80
6 Flujo de energía en la vida
de una célula 100
7 Captación de energía solar:
Fotosíntesis 116
8 Obtención de energía:
Glucólisis y respiración celular 132
U N I D A D 2 Herencia 147
9 DNA: La molécula de la herencia 148
10 Expresión y regulación de los genes 166
11 La continuidad de la vida: Reproducción celular 190
12 Patrones de herencia 220
13 Biotecnología 250
U N I D A D 3 Evolución y diversidad
de la vida 275
14 Principios de la evolución 276
15 Cómo evolucionan los organismos 294
16 El origen de las especies 314
17 Historia de la vida 330
18 Sistemática: Búsqueda de orden
en medio de la diversidad 356
19 La diversidad de los procariotas y los virus 370
20 La diversidad de los protistas 386
21 La diversidad de las plantas 402
22 La diversidad de los hongos 422
23 Diversidad animal I:Invertebrados 440
24 Diversidad animal II: Vertebrados 468
U N I D A D 4 Comportamiento
y ecología 487
25 Comportamiento animal 488
26 Crecimiento y regulación de las poblaciones 512
27 Interacciones de la comunidad 536
28 ¿Cómo funcionan los ecosistemas? 558
29 Los diversos ecosistemas de la Tierra 580
30 Conservación de la biodiversidad de la tierra 610
U N I D A D 5 Anatomía
y fisiología de los
animales 633
31 Homeostasis y organización del cuerpo animal 634
32 Circulación 648
33 Respiración 668
34 Nutrición y digestion 684
35 El sistema urinario 706
36 Defensas contra la enfermedad 720
37 Control químico del organismo
animal: El sistema endocrino 740
38 El sistema nervioso y los sentidos 760
39 Acción y sostén: Los músculos y el esqueleto 796
40 Reproducción animal 814
41 Desarrollo animal 836
U N I D A D 6 Anatomía y
fisiología de las
plantas 857
42 Anatomía de las plantas y transporte
de nutrimentos 858
43 Reproducción y desarrollo de las plantas 886
44 Respuestas de las plantas al ambiente 908
GUARDIÁN DE LA TIERRA
¿Por qué devemos preservar la biodiversidad? 12
Especies en peligro de extinción: De la poza génica
a los “charcos de genes” 308
Hibridación y extinción 322
El caso de las setas que desaparecen 435
Ranas en peligro 476
¿Hemos excedido la capacidad de carga de la Tierra? 528
Especies invasoras trastornan las interacciones
de la comunidad 541
Las sustancias tóxicas se acumulan a lo largo de
las cadenas alimentarias 566
Los polos en peligro 576
El agujero de ozono, una abertura en nuestro escudo protector 586
Restauración de los Everglades 616
Problemas intrincados: Tala, pesca y cacería furtiva 618
En defensa de las tortugas marinas 621
Recuperación de un depredador clave 624
Preservación de la biodiversidad con café cultivado
a la sombra 629
Engaño endocrino 754
Las plantas ayudan a regular la distribución del agua 878
Dodós, murciélagos y ecosistemas perturbados 898
GUARDIÁN DE LA SALUD
El colesterol, aliado y enemigo 47
¿Por qué aumentamos de peso si ingerimos azúcar? 144
Sexo, envejecimiento y mutaciones 184
Cáncer, división celular mitótica descontrolada 208
Diagnóstico genético prenatal 268
Al rescate de los corazones enfermos 654
Fumar: una decisión de vida 678
Cuando se antoja una hamburguesa con queso 687
Las úlceras digieren el tracto digestivo 699
Cuando los riñones fallan 714
El combate a la influenza: ¿Es inminente una pandemia
de gripe aviar? 734
Drogas, enfermedades y neurotransmisores 769
Como se repara un hueso fracturado 808
Osteoporosis: Cuando los huesos se vuelven quebradizos 810
Enfermedades de transmisión sexual 828
Reproducción con alta tecnología 831
La placenta sólo brinda una protección parcial 852
¿Eres alérgico al polen? 890
DE CERCA
Un asunto peliagudo 52
Quimiósmosis, la síntesis de ATP en los cloroplastos 124
Glucólisis 136
Reacciones de la matríz mitocondrial 141
Estructura y duplicación del DNA 159
La síntesis de proteínas, un asunto de alta energía 180
El principio de Hardy-Weinberg 298
Especiación por mutación 326
Reconstrucción de los árboles filogenéticos 362
¿Cómo se replican los virus? 382
Las branquias y los gases: Un intercambio contracorriente 674
Las nefronas y la formación de orina 712
Los iones y las señales eléctricas en las neuronas 766
El control hormonal del ciclo menstrual 826
¿Cómo absorben agua y minerales las raíces? 874
INVESTIGACIÓN CIENTÍFICA
Experimentos controlados, antes y ahora 6
La radiactividad en la investigación 24
En busca de la célula 64
El descubrimiento de las acuaporinas 89
El DNA es la molécula de la herencia de los bacteriófagos 152
El descubrimiento de la doble hélice 156
El RNA ya no es sólo un mensajero 183
Copias al carbón, la clonación en la naturaleza y
en el laboratorio 202
Fibrosis quística 234
Aguas termales y la ciencia del calor 256
Charles Darwin: La naturaleza era su laboratorio 282
¿Cómo sabemos qué tan antiguo es un fósil? 338
La genética molecular pone al descubierto las
relaciones evolutivas 365
Hormigas y acacias: Una asociación ventajosa 549
El descubrimiento de las vacunas 732
Neuroimágenes: Una mirada al interior de la “caja negra” 780
En busca de un anticonceptivo masculino 832
La promesa de las células madre 843
¿Cómo se descubrieron las hormonas vegetales? 912
GUARDIÁN DE LA BIOTECNOLOGÍA
Arroz dorado 267
ENLACES CON LA VIDA
La vida que nos rodea 14
¿Alimentación saludable? 29
¿Alimentos sintéticos? 41
Huéspedes indeseables 77
La falta de una enzima produce intolerancia a la lactosa 113
Tú vives gracias a las plantas 129
Un tarro de vino, una rebanada de pan y un tazón de col agria 139
Genética, evolución y medicina 178
Biotecnología, de lo sublime a lo ridículo 266
Los nombres científicos y la vanidad 328
Un mundo pequeño 367
Comensales indeseables 378
Recolecta con cuidado 436
Ayudantes de cirujanos 454
¿Los animales pertenecen a los laboratorios? 483
Pisar ligeramente: ¿Qué tan grande es tu “huella”? 533
Es posible hacer una diferencia 577
¿Disfrutar del chocolate y salvar selvas tropicales? 591
¿Qué pueden hacer los individuos? 630
¿Calor o humedad? 637
Quienes abandonan el hábito de fumar son ganadores 680
¿Demasiado líquido para beber? 717
Más cerca de la cura de la diabetes 756
Caminar con un perro 811
¿Por qué el parto es tan difícil? 854
CONEXIONES EVOLUTIVAS
Patas del caribú y diversidad de membranas 96
Los científicos no ponen en duda la evolución 326
Nuestros ancestros unicelulares 400
El ingenio de los hongos: Cerdos, escopetas y lazos 435
¿Los seres humanos son un éxito biológico? 482
¿Por qué juegan los animales? 508
¿El camuflaje es capaz de dividir una especie? 554
La evolución de las hormonas 756
Sentidos poco comunes 790
Adaptaciones especiales de raices, tallos y hojas 880
Ensayos
Prefacio xxiii
1 Introducción a la vida
en la Tierra 1
ESTUDIO DE CASO La vida en la Tierra ¿Y en algún otro lugar? 1
1.1 ¿Cómo estudian la vida los científicos? 2
La vida puede estudiarse en diferentes niveles
de organización 2
Los principios científicos fundamentan toda
investigación científica 3
El método científico es la base
de la investigación científica 4
La comunicación es esencial para la ciencia 5
La ciencia es un esfuerzo humano 5
INVESTIGACIÓN CIENTÍFICA Experimentos controlados,
antes y ahora 6
Las teorías científicas se han probado una y otra vez 8
1.2 Evolución: La teoría unificadora de la biología 9
Tres procesos naturales sustentan la evolución 9
1.3 ¿Cuáles son las características
de los seres vivos? 10
Los seres vivos son complejos, están organizados
y se componen de células 11
Los seres vivos mantienen condiciones internas
relativamente constantes mediante la homeostasis 11
GUARDIÁN DE LA TIERRA ¿Por qué debemos preservar
la biodiversidad? 12
Los seres vivos responden ante estímulos 13
Los seres vivos obtienen y usan materiales y energía 13
ENLACES CON LA VIDA La vida que nos rodea 14
Los seres vivos crecen 14
Los seres vivos se reproducen 14
En conjunto, los seres vivos poseen la capacidad
de evolucionar 14
1.4 ¿Cómo clasifican los científicos en categorías
la diversidad de los seres vivos? 14
Los dominios Bacteria y Archaea están constituidos por células;
el dominio Eukarya se compone de células eucarióticas 14
Los dominios Bacteria y Archaea, así como los
miembros del reino Protista, son principalmente
unicelulares; los miembros de los reinos Fungi,
Plantae y Animalia son básicamente multicelulares 15
Los miembros de los distintos reinos tienen
formas diferentes de obtener energía 15
1.5 ¿Cómo ilumina la vida diaria
el conocimiento de la biología? 15
OTRO VISTAZO AL ESTUDIO DE CASO La vida en la Tierra
¿y en algún otro lugar? 17
UNIDAD 1
La vida de una célula 19
2 Átomos, moléculas y vida 20
ESTUDIO DE CASO Caminando sobre el agua 21
2.1 ¿QUÉ SON LOS ÁTOMOS? 22
Los átomos, las unidades estructurales fundamentales de la
materia, se componen de partículas aún más pequeñas 22
2.2 ¿CÓMO INTERACTÚAN LOS ÁTOMOS
PARA FORMAR MOLÉCULAS? 23
Los átomos interactúan con otros átomos cuando hay vacíos en
sus capas de electrones más externas 23
INVESTIGACIÓN CIENTÍFICA La radiactividad
en la investigación 24
Los átomos con carga, llamados iones, interactúan para formar
enlaces iónicos 25
Los átomos sin carga pueden estabilizarse compartiendo
electrones para formar enlaces covalentes 26
Los puentes de hidrógeno son atracciones eléctricas entre
las moléculas que tienen enlaces covalentes polares o dentro
de éstas 28
2.3 ¿Por qué el agua es tan importante para la vida? 28
El agua interactúa con muchas otras moléculas 28
ENLACES CON LA VIDA ¿Alimentación saludable? 29
Las moléculas de agua tienden a mantenerse unidas 30
Las soluciones en agua pueden ser ácidas, básicas y neutras 31
El agua modera los efectos de los cambios de temperatura 32
El agua forma un sólido singular: El hielo 32
OTRO VISTAZO AL ESTUDIO DE CASO Caminando sobre el agua 33
3 Moléculas biológicas 36
ESTUDIO DE CASO Proteínas misteriosas 37
3.1 ¿Por qué el carbono es tan importante en las
moléculas biológicas? 38
Contenido
3.2 ¿Cómo se sintetizan las moléculas orgánicas? 38
Las moléculas biológicas se unen o se desintegran agregando
o eliminando agua 39
3.3 ¿Qué son los carbohidratos? 39
Hay diversos monosacáridos con estructuras ligeramente
distintas 39
ENLACES CON LA VIDA ¿Alimentos sintéticos? 41
Los disacáridos consisten en dos azúcares simples que se enlazan
mediante síntesis por deshidratación 41
Los polisacáridos son cadenas de azúcares simples 42
3.4 ¿Qué son los lípidos? 44
Los aceites, las grasas y las ceras son lípidos que sólo contienen
carbono, hidrógeno y oxígeno 44
Los fosfolípidos tienen “cabezas” solubles en agua y “colas”
insolubles en agua 46
Los esteroides consisten en cuatro anillos de carbono
fusionados 46
GUARDIÁN DE LA SALUD El colesterol, aliado y enemigo 47
3.5 ¿Qué son las proteínas? 47
Las proteínas se forman a partir de cadenas de aminoácidos 48
Los aminoácidos se unen para formar cadenas mediante síntesis
por deshidratación 49
Una proteína puede tener hasta cuatro niveles de estructura 49
Las funciones de las proteínas están ligadas a sus estructuras
tridimensionales 51
DE CERCA Un asunto peliagudo 52
3.6 ¿Qué son los ácidos nucleicos? 53
El DNA y el RNA (las moléculas de la herencia) son ácidos
nucleicos 53
Otros nucleótidos actúan como mensajeros intracelulares
y portadores de energía 53
OTRO VISTAZO AL ESTUDIO DE CASO Proteínas misteriosas 54
4 Estructura y función de la célula 56
ESTUDIO DE CASO Repuestos para cuerpos humanos 57
4.1 ¿Qué es la teoría celular? 59
4.2 ¿Cuáles son las características básicas
de las células? 59
Las funciones de las células limitan su tamaño 59
Todas las células tienen características comunes 59
Hay dos tipos básicos de células: procarióticas
y eucarióticas 62
4.3 ¿Cuáles son las características principales
de las células eucarióticas? 63
El citoesqueleto brinda forma, soporte y movimiento 63
INVESTIGACIÓN CIENTÍFICA En busca de la célula 64
Los cilios y flagelos mueven a la célula o a los líquidos para que
éstos pasen por la célula 67
El núcleo es el centro de control de la célula eucariótica 67
El citoplasma eucariótico incluye un complejo sistema
de membranas 70
Las vacuolas desempeñan muchas funciones, como regulación
del agua, soporte y almacenamiento 72
Las mitocondrias extraen energía de las moléculas
de alimento y los cloroplastos captan la energía solar 73
Las plantas utilizan plástidos
para almacenamiento 74
4.4 ¿Cuáles son las características principales
de las células procarióticas? 75
Las células procarióticas son pequeñas y poseen
características superficiales especializadas 75
Las células procarióticas tienen menos estructuras
especializadas dentro del citoplasma 76
ENLACES CON LA VIDA Huéspedes indeseables 77
OTRO VISTAZO AL ESTUDIO DE CASO
Respuestas para cuerpos humanos 77
5 Estructura y función de la membrana
celular 80
ESTUDIO DE CASO Venenos nocivos 81
5.1 ¿Qué relación hay entre la estructura
de una membrana celular y su función? 82
Las membranas celulares aíslan el contenido de la célula
mientras permiten la comunicación con el ambiente 82
Las membranas son “mosaicos fluidos” en los que las proteínas
se mueven dentro de las capas de lípidos 82
La bicapa de fosfolípidos es la porción fluida
de la membrana 83
Una variedad de proteínas forman un mosaico dentro
de la membrana 84
5.2 ¿Cómo logran las sustancias atravesar
las membranas? 85
Las moléculas de los fluidos se mueven en respuesta
a los gradientes 85
El movimiento a través de las membranas se efectúa mediante
transporte pasivo y activo 86
El transporte pasivo incluye difusión simple,
difusión facilitada y ósmosis 86
INVESTIGACIÓN CIENTÍFICA El descubrimiento
de las acuaporinas 89
El transporte activo utiliza energía para mover moléculas
en contra de sus gradientes de concentración 91
Las células absorben partículas o fluidos
mediante endocitosis 92
La exocitosis saca materiales de la célula 94
El intercambio de materiales a través de las membranas influye
en el tamaño y la forma de la célula 94
5.3 ¿Cómo las uniones especializadas permiten a las
células establecer conexiones y comunicarse? 95
Los desmosomas unen las células 95
Las uniones estrechas impiden las filtraciones en las células 95
Las uniones en hendidura y los plasmodesmos
permiten la comunicación entre células 96
CONEXIONES EVOLUTIVAS Patas de caribú y diversidad
de membranas 96
OTRO VISTAZO AL ESTUDIO DE CASO Venenos nocivos 97
CONTENI DO
6 Flujo de energía en la vida
de una célula 100
ESTUDIO DE CASO Energía liberada 101
6.1 ¿Qué es energía? 102
Las leyes de la termodinámica describen las propiedades básicas
de la energía 102
Los seres vivos utilizan la energía de la luz solar para crear las
condiciones de baja entropía de la vida 103
6.2 ¿Cómo fluye la energía en las reacciones
químicas? 103
Las reacciones exergónicas liberan energía 104
Las reacciones endergónicas requieren
un aporte neto de energía 105
Las reacciones acopladas enlazan reacciones endergónicas y
exergónicas 105
6.3 ¿Cómo se transporta energía celular entre reac-
ciones acopladas? 105
El ATP es el principal portador de energía en las células 105
Los portadores de electrones también transportan energía dentro
de las células 107
6.4 ¿Cómo controlan las células
sus reacciones metabólicas? 108
A temperaturas corporales, las reacciones espontáneas
son demasiado lentas para sustentar la vida 108
Los catalizadores reducen la energía de activación 108
Las enzimas son catalizadores biológicos 108
Las células regulan el metabolismo al controlar las enzimas 110
Los venenos, las drogas y el ambiente influyen en la actividad de
las enzimas 111
ENLACES CON LA VIDA La falta de una enzima produce
intolerancia a la lactosa 113
OTRO VISTAZO AL ESTUDIO DE CASO Energía liberada 113
7 Captación de energía solar:
Fotosíntesis 116
ESTUDIO DE CASO ¿Los dinosaurios murieron por falta de
luz solar? 117
7.1 ¿Qué es la fotosíntesis? 118
Las hojas y los cloroplastos son adaptaciones
para la fotosíntesis 118
La fotosíntesis consiste en reacciones dependientes
e independientes de la luz 119
7.2 Reacciones dependientes de la luz:
¿Cómo se convierte la energía luminosa
en energía química? 120
Durante la fotosíntesis, los pigmentos
de los cloroplastos captan primero la luz 120
Las reacciones dependientes de la luz se efectúan dentro de las
membranas tilacoideas 121
DE CERCA Quimiósmosis, la síntesis de ATP
en los cloroplastos 124
7.3 Reacciones independientes de la luz:
¿Cómo se almacena la energía química
en las moléculas de glucosa? 125
El ciclo C
3
capta dióxido de carbono 125
El carbono fijado durante el ciclo C
3
se utiliza
para sintetizar glucosa 126
7.5 Agua, CO
2
y la vía C
4
127
Cuando los estomas se cierran para conservar agua se lleva
a cabo la derrochadora fotorrespiración 127
Las plantas C4 reducen la fotorrespiración mediante
un proceso de fijación de carbono en dos etapas 129
Las plantas C3 y C4 se adaptan a condiciones
ambientales diferentes 129
ENLACES CON LA VIDA Tú vives gracias
a las plantas 129
OTRO VISTAZO AL ESTUDIO DE CASO
¿Los dinosaurios murieron por falta de luz solar? 130
8 Obtención de energía:
Glucólisis y respiración celular 132
ESTUDIO DE CASO Cuando los atletas aumentan el número
de glóbulos rojos: ¿tienen éxito quienes engañan? 133
8.1 ¿Cómo obtienen energía las células? 134
La fotosíntesis es la última fuente de energía celular 134
La glucosa es una molécula clave
en el almacenamiento de energía 134
Descripción general de la descomposición
de la glucosa 134
8.2 ¿Cómo se capta la energía de la glucosa
durante la glucólisis? 135
La glucólisis “descompone” la glucosa en piruvato
y libera energía química 135
En ausencia de oxígeno, la fermentación sigue
a la glucólisis 135
DE CERCA Glucólisis 136
8.3 ¿Cómo logra la respiración
celular captar energía adicional
de la glucosa? 138
La respiración celular en las células eucarióticas
se realiza en las mitocondrias 138
ENLACES CON LA VIDA Un tarro de vino, una rebanada
de pan y un tazón de col agria 139
El piruvato se descompone en la matriz mitocondrial liberando
más energía 139
Los electrones de alta energía viajan a través
de la cadena de transporte de electrones 140
DE CERCA Reacciones de la matríz mitocondrial 141
La quimiósmosis capta la energía almacenada
en un gradiente de iones hidrógeno y produce ATP 141
CONTENI DO vii
8.4 Recapitulación 142
Un resumen de la descomposición
de la glucosa en las células eucarióticas 142
La glucólisis y la respiración celular influyen
en el funcionamiento de los organismos 142
GUARDIÁN DE LA SALUD ¿Por qué aumentamos de peso si
ingerimos azúcar? 144
OTRO VISTAZO AL ESTUDIO DE CASO Cuando los atletas
aumentan el número de glóbulos rojos: ¿Tienen éxito quienes
engañan? 145
UNIDAD 2
Herencia 147
9 DNA: La molécula de la herencia 148
ESTUDIO DE CASO Músculos, mutaciones y miostatina 149
9.1 ¿Cómo descubrieron los científicos que los genes
están compuestos de DNA? 150
La transformación bacteriana pone de manifiesto el vínculo entre
los genes y el DNA 150
9.2 ¿Cuál es la estructura del DNA? 151
INVESTIGACIÓN CIENTÍFICA El DNA es la molécula de la
herencia de los bacteriófagos 152
El DNA se compone de cuatro nucleótidos 154
El DNA es una doble hélice de dos cadenas de nucleótidos 154
Los puentes de hidrógeno entre bases complementarias
mantienen unidas las dos cadenas de DNA 154
INVESTIGACIÓN CIENTÍFICA El descubrimiento de la doble
hélice 156
9.3 ¿Cómo codifica el DNA la información? 157
9.4 ¿Cómo logra la duplicación del DNA
asegurar la constancia genética durante
la división celular? 157
La duplicación del DNA es un acontecimiento
fundamental en la vida de una célula 157
La duplicación del DNA produce dos moléculas de DNA
idénticas, cada una con una cadena original (parental)
y otra nueva (cadena hija) 157
9.5 ¿Cómo ocurren las mutaciones? 158
DE CERCA Estructura y duplicación del DNA 159
La duplicación exacta y la corrección del DNA permiten lograr
una duplicación del DNA casi libre de errores 162
A veces se producen errores 163
Las mutaciones van desde cambios en pares de nucleótidos
solos hasta movimientos de grandes segmentos
de cromosomas 163
Las mutaciones pueden tener varios efectos en la función 163
OTRO VISTAZO AL ESTUDIO DE CASO Músculos, mutaciones y
miostatina 163
10 Expresión y regulación de los
genes 166
ESTUDIO DE CASO ¡Viva la diferencia! 167
10.1 ¿Cuál es la relación entre
los genes y las proteínas? 168
La mayoría de los genes contienen información
para la síntesis de una sola proteína 168
El DNA da las instrucciones para la síntesis
de proteínas mediante intermediarios de RNA 169
Perspectiva general: La información genética
se transcribe al RNA y se traduce en proteínas 170
El código genético utiliza tres bases
para especificar un aminoácido 171
10.2 ¿Cómo se transcribe
la información de un gen al RNA? 172
La transcripción se inicia cuando la RNA
polimerasa se une al promotor de un gen 172
El alargamiento prosigue hasta que la RNA
polimerasa llega a una señal de terminación 172
10.3 ¿Cómo se traduce la secuencia de bases
de una molécula de RNA mensajero a proteínas?
El RNA mensajero transporta el código para
la síntesis de proteínas del DNA a los ribosomas 173
Los ribosomas consisten en dos subunidades,
cada una compuesta de RNA ribosómico y proteínas 176
Las moléculas de RNA de transferencia
descifran la secuencia de bases del RNAm para
obtener la secuencia de aminoácidos de una proteína 176
Durante la traducción, el RNAm, el RNAt
y los ribosomas cooperan para sintetizar proteínas 176
Recapitulación: Para descifrar la secuencia de bases
del DNA y obtener la secuencia de aminoácidos de una
proteína son necesarias la transcripción
y la traducción 176
ENLACES CON LA VIDA Genética, evolución y medicina 178
10.4 ¿Cómo influyen las mutaciones del
DNA en la función de los genes? 178
Las mutaciones tienen diversos efectos
en la estructura y función de las proteínas 179
Inversiones y translocaciones 179
Deleciones e inserciones 179
Sustituciones 179
DE CERCA La síntesis de proteínas, un asunto
de alta energía 180
Las mutaciones suministran la materia prima
de la evolución 180
10.5 ¿Cómo se regulan los genes? 180
La regulación de los genes en los procariotas 181
La regulación de los genes en los eucariotas 182
viii CONTENI DO
INVESTIGACIÓN CIENTÍFICA El RNA ya no es sólo
un mensajero 183
Las células eucarióticas regulan la transcripción
de genes individuales, regiones de cromosomas
o cromosomas enteros 183
GUARDIÁN DE LA SALUD Sexo, envejecimiento
y mutaciones 184
OTRO VISTAZO AL ESTUDIO DE CASO ¡Viva la diferencia! 186
11 La continuidad
de la vida: Reproducción celular 190
ESTUDIO DE CASO ¿Qué tanto vale la pena un buen
bronceado? 191
11.1 ¿Cuál es la función de la reproducción celular
en la vida de células individuales
y de organismos completos? 192
El ciclo celular procariótico consiste
en crecimiento y fisión binaria 193
El ciclo celular eucariótico consiste en la interfase
y la división celular 194
11.2 ¿Cómo se organiza el dna en los cromosomas
de las células eucarióticas? 195
El cromosoma eucariótico consiste en una molécula de DNA
lineal unida a proteínas 195
Los cromosomas eucarióticos se presentan
habitualmente en pares homólogos con información genética
similar 197
11.3 ¿Cómo se reproducen las células por división
celular mitótica? 199
Durante la profase los cromosomas se condensan
y los microtúbulos del huso se forman y se unen
a los cromosomas 200
Durante la metafase los cromosomas se alinean
a lo largo del ecuador de la célula 200
Durante la anafase las cromátidas hermanas
se separan y son atraídas hacia polos opuestos
de la célula 200
Durante la telofase la envoltura nuclear se forma
alrededor de ambos grupos de cromosomas 200
Durante la citocinesis el citoplasma se divide
entre dos células hijas 200
INVESTIGACIÓN CIENTÍFICA Copias al carbón, la clonación
en la naturaleza y en el laboratorio 202
Los puntos de control regulan el progreso durante
el ciclo celular 204
La actividad de enzimas específicas impulsa el ciclo celular 204
Mecanismos de regulación sobre los puntos de control 205
11.5 ¿Por qué tantos organismos se producen
sexualmente? 206
Las mutaciones de DNA son la fuente última
de la variabilidad genética 206
La reproducción sexual puede combinar diferentes alelos
progenitores en un solo descendiente 207
11.6 ¿Cómo la división celular meiótica produce
células haploides? 207
La meiosis separa los cromosomas homólogos
y produce núcleos hijos haploides 207
GUARDIÁN DE LA SALUD Cáncer, división celular mitótica
descontrolada 208
La división celular meiótica seguida por la fusión
de gametos mantiene constante el número de
cromosomas de una generación a otra 209
La meiosis I separa los cromosomas homólogos en dos núcleos
haploides hijos 209
La meiosis II separa las cromátidas hermanas
en cuatro núcleos hijos 213
11.7 ¿Cuándo ocurren la división celular meiótica
y mitótica en el ciclo de la vida
de los eucariotas? 213
En los ciclos de vida haploides, la mayoría del ciclo consta de
células haploides 214
En los ciclos de vida diploides la mayoría del ciclo consiste en
células diploides 215
En la alternancia del ciclo de vida de las
generaciones, hay tanto etapas multicelulares
haploides como diploides 215
11.8 ¿De qué forma la meiosis y la reproducción
sexual originan variabilidad genética? 216
La redistribución de homólogos crea combinaciones nuevas
de cromosomas 216
El entrecruzamiento crea cromosomas
con combinaciones nuevas de genes 217
La fusión de gametos aporta más variabilidad
genética a la descendencia 217
OTRO VISTAZO AL ESTUDIO DE CASO ¿Qué tanto vale la pena un
buen bronceado? 217
12 Patrones de herencia 220
ESTUDIO DE CASO Muerte súbita en la cancha 221
12.1 ¿Cuál es la base física de la herencia? 222
Los genes son secuencias de nucleótidos
en lugares específicos dentro de los cromosomas 222
Los dos alelos de un organismo pueden
ser iguales o diferentes 222
12.2 ¿Cómo estableció Gregor Mendel
los cimientos de la genética moderna? 222
Hacer bien las cosas: Los secretos del éxito de Mendel 222
12.3 ¿Cómo se heredan los rasgos
individuales? 223
CONTENI DO ix
La hipótesis de Mendel sirve para predecir
el resultado de nuevos tipos de cruzas de rasgos
individuales 226
12.4 ¿Cómo se heredan los rasgos múltiples? 227
Mendel planteó la hipótesis de que los rasgos
se heredan de forma independiente 227
En un mundo no preparado, el genio podría
pasar inadvertido 228
12.5 ¿Cómo se heredan los genes localizados
en un mismo cromosoma? 229
Los genes que están en un mismo cromosoma
tienden a heredarse juntos 229
La recombinación crea nuevas combinaciones
de alelos ligados 230
12.6 ¿Cómo se determina el sexo y cómo
se heredan los genes ligados
a los cromosomas sexuales? 231
Los genes ligados a los cromosomas sexuales
se encuentran sólo en el cromosoma X o sólo
en el cromosoma Y 231
12.7 ¿Las leyes mendelianas de la herencia
se aplican a todos los rasgos? 233
Dominancia incompleta: el fenotipo de los heterocigotos
es un intermedio entre los fenotipos
de los homocigotos 233
Un solo gen puede tener múltiples alelos 233
INVESTIGACIÓN CIENTÍFICA Fibrosis quística 234
Muchos rasgos reciben influencia de varios genes 235
Los genes individuales comúnmente tienen
múltiples efectos en el fenotipo 235
El ambiente influye en la expresión de los genes 237
12.8 ¿Cómo se investigan las anomalías genéticas
humanas? 237
12.9 ¿Cómo se heredan las anomalías humanas
originadas por genes individuales? 238
Algunas anomalías genéticas humanas se deben
a alelos recesivos 238
Algunas anomalías genéticas humanas se deben a alelos
dominantes 239
Algunas anomalías humanas están ligadas
a los cromosomas sexuales 240
12.10 ¿Cómo afectan a los seres humanos
los errores en el número de cromosomas? 240
Ciertas anomalías genéticas humanas se deben
a un número anormal de cromosomas sexuales 241
Ciertas anomalías genéticas humanas se deben
a un número anormal de autosomas 243
OTRO VISTAZO AL ESTUDIO DE CASO
Muerte súbita en la cancha 244
13 Biotecnología 250
ESTUDIO DE CASO ¿Culpable o inocente? 251
13.1 ¿Qué es la biotecnología? 252
13.2 ¿Cómo se recombina el DNA
en la naturaleza? 252
13.3 ¿Cómo se emplea la biotecnología en la ciencia
forense? 254
La reacción en cadena de la polimerasa amplifica
una secuencia específica de DNA 254
La elección de los iniciadores determina cuáles
secuencias de DNA se amplifican 255
La electroforesis en gel separa los segmentos del DNA 256
INVESTIGACIÓN CIENTÍFICA Aguas termales y la ciencia
del calor 256
Las sondas de DNA se emplean para etiquetar
secuencias de nucleótidos específicas 257
Cada individuo tiene su propio perfil de DNA 258
13.4 ¿Cómo se utiliza la biotecnología
en la agricultura? 258
Muchos cultivos se modifican genéticamente 258
Las plantas genéticamente modificadas sirven
para elaborar medicamentos 260
Los animales genéticamente modificados pueden
ser de utilidad en agricultura y en medicina 261
13.5 ¿Cómo se emplea la biotecnología para aprender
sobre el genoma humano? 261
13.6 ¿Cómo se utiliza la biotecnología
en el diagnóstico médico y en el tratamiento
de las enfermedades? 262
La tecnología del DNA puede emplearse
para diagnosticar trastornos hereditarios 262
La tecnología del DNA ayuda a tratar las enfermedades 264
13.7 ¿Cuáles son las principales implicaciones éticas
de la biotecnología moderna? 265
ENLACES CON LA VIDA Biotecnología, de lo sublime
a lo ridículo 266
¿Deberían permitirse en la agricultura
los organismos genéticamente modificados? 266
GUARDIÁN DE LA BIOTECNOLOGÍA Arroz dorado 267
GUARDIÁN DE LA SALUD Diagnóstico genético prenatal 268
¿Debería cambiarse el genoma humano
con la biotecnología? 270
CONTENI DO
UNIDAD 3
Evolución y diversidad
de la vida 275
14 Principios de la evolución 276
ESTUDIO DE CASO ¿Qué tan útiles son las muelas del juicio? 277
14.1 ¿Cómo se desarrollaron las ideas sobre
la evolución? 278
Los primeros estudios de biología no incluían
el concepto de evolución 278
La exploración de nuevos territorios reveló
una sorprendente diversidad de la vida 279
Algunos científicos especularon que la vida
había evolucionado 279
Los descubrimientos de fósiles demostraron
que la vida había cambiado a lo largo del tiempo 279
Algunos científicos idearon explicaciones
no evolutivas a partir de los fósiles 280
La geología ofreció la evidencia de que la Tierra
es sumamente antigua 280
Algunos biólogos anteriores a Darwin propusieron mecanismos
de evolución 281
Darwin y Wallace describieron un mecanismo de evolución 281
INVESTIGACIÓN CIENTÍFICA Charles Darwin: La naturaleza
era su laboratorio 282
14.2 ¿Cómo sabemos que ha habido evolución? 282
Los fósiles ofrecen evidencias del cambio evolutivo al paso
del tiempo 283
La anatomía comparada ofrece evidencia
de que la descendencia ha sufrido modificaciones 283
Las etapas embrionarias de los animales sugieren
la existencia de antepasados comunes 286
Los análisis bioquímicos y genéticos modernos ponen
de manifiesto el parentesco entre diversos organismos 286
14.3 ¿Cómo funciona la selección natural? 288
La teoría de Darwin y Wallace se basa en cuatro postulados 288
Postulado 1: Las poblaciones varían 288
Postulado 2: Los rasgos se heredan 289
Postulado 3: Algunos individuos no logran sobrevivir
y reproducirse 289
Postulado 4: El éxito reproductivo no es aleatorio 289
La selección natural modifica las poblaciones
al paso del tiempo 289
14.4 ¿Qué pruebas se tienen de que las poblaciones
evolucionan por selección natural? 289
La reproducción controlada modifica los organismos 289
La evolución por selección natural ocurre en la actualidad 290
14.5 Epílogo de Charles Darwin 292
OTRO VISTAZO AL ESTUDIO DE CASO
Qué tan útiles son las muelas del juicio 292
15Cómo evolucionan los organismos 294
ESTUDIO DE CASO Evolución de una amenaza 295
15.1 ¿Cómo se relacionan las poblaciones, los genes
y la evolución? 296
La evolución es el cambio de la frecuencia de alelos dentro
de una población 297
La población en equilibrio es una población hipotética donde
no ocurre la evolución 297
DE CERCA El principio de Hardy-Weinberg 298
15.2 ¿Qué causa la evolución? 298
Las mutaciones son la fuente original de la variabilidad
genética 298
El flujo de genes entre poblaciones cambia las frecuencias
de alelos 300
Las frecuencias de alelos pueden cambiar en poblaciones
pequeñas 300
El apareamiento dentro de una población casi nunca
es fortuito 304
No todos los genotipos son igualmente benéficos 304
15.3 ¿Cómo funciona la selección natural? 306
La selección natural es en realidad una reproducción
diferencial 306
La selección natural actúa sobre los fenotipos 306
Algunos fenotipos se reproducen con mayor éxito que otros 306
GUARDIÁN DE LA TIERRA Especies en peligro de extinción:
De la poza génica a los “charcos de genes” 308
La selección influye en las poblaciones de tres formas 309
OTRO VISTAZO AL ESTUDIO DE CASO
Evolución de una amenaza 311
16 El origen de las especies 314
ESTUDIO DE CASO Un mundo perdido 315
16.1 ¿QUÉ ES UNA ESPECIE? 316
Los biólogos necesitan una clara definición de especie 316
Las especies son grupos de poblaciones que se cruzan
entre sí 316
La apariencia resulta engañosa 316
16.2 ¿Cómo se conserva el aislamiento reproductivo
entre las especies? 317
Los mecanismos de aislamiento anteriores al apareamiento
impiden que especies diferentes se apareen 317
Los mecanismos de aislamiento posteriores
al apareamiento limitan la descendencia híbrida 319
16.3 ¿Cómo se forman nuevas especies? 320
La separación geográfica de una población
conduce a la especiación alopátrica 321
GUARDIÁN DE LA TIERRA Hibridación y extinción 322
El aislamiento ecológico de una población
conduce a la especiación simpátrica 322
En ciertas condiciones, pueden surgir muchas
nuevas especies 324
CONTENI DO xi
16.4 ¿A qué se debe la extinción? 324
La distribución localizada y la especialización excesiva
aumentan la vulnerabilidad de las especies ante
los cambios ambientales 324
Las interacciones con otros organismos pueden llevar a una es-
pecie a su extinción 325
DE CERCA Especiación por mutación 326
El cambio y la destrucción del hábitat son las causas principales
de la extinción 326
CONEXIONES EVOLUTIVAS Los científicos no ponen en duda
la evolución 326
ENLACES CON LA VIDA Los nombres científicos
y la vanidad 328
OTRO VISTAZO AL ESTUDIO DE CASO Un mundo perdido 328
17 Historia de la vida 330
ESTUDIO DE CASO Gente pequeña, historia grande 331
17.1 ¿Cómo empezó la vida? 332
Los experimentos refutaron la generación espontánea 332
Los primeros organismos vivos surgieron de los no vivos 332
El RNA pudo haber sido la primera molécula
en autorreplicarse 334
Las microesferas membranosas pudieron haber
encerrado las ribozimas 334
Pero, ¿realmente sucedió todo esto? 334
17.2 ¿Cómo eran los primeros organismos? 335
Los primeros organismos fueron procariotas anaerobios 335
Algunos organismos adquirieron la capacidad
de captar la energía solar 337
La fotosíntesis aumentó la cantidad
de oxígeno en la atmósfera 337
El metabolismo aeróbico surgió como respuesta
a la crisis del oxígeno 337
Algunos organismos adquirieron organelos
encerrados en membranas 337
INVESTIGACIÓN CIENTÍFICA ¿Cómo sabemos qué tan
antiguo es un fósil? 338
17.3 ¿Cómo eran los primeros
organismos multicelulares? 339
Algunas algas se volvieron multicelulares 340
La diversidad animal surgió en la era precámbrica 340
17.4 ¿Cómo llegó la vida a la tierra firme? 340
17.5 ¿Cuál ha sido el papel de la
extinción en la historia de la vida? 344
La historia de la evolución ha estado marcada
por extinciones periódicas en masa 345
El cambio climático contribuyó con las extinciones en masa 345
Los sucesos catastróficos pudieron haber causado
las peores extinciones en masa 346
17.6 ¿Cómo evolucionaron los seres humanos? 346
Los seres humanos heredaron algunas adaptaciones de antiguos
primates para vivir en los árboles 346
Los fósiles del homínido más antiguo provienen
de África 347
Los homínidos más antiguos podían mantenerse
en pie y caminar erguidos 347
Varias especies de Australopithecus surgieron en África 349
El género Homo se derivó del australopitecino
hace 2.5 millones de años 349
La evolución del Homo estuvo acompañada
por adelantos en la tecnología de las herramientas 349
Los hombres de Neanderthal tenían cerebros
grandes y excelentes herramientas 350
Los seres humanos modernos surgieron hace menos
de 200,000 años 350
Varias oleadas de homínidos emigraron de África 351
El origen evolutivo de los cerebros grandes
quizás esté relacionado con el consumo de carne 351
El origen evolutivo de la conducta humana
es altamente especulativo 353
La evolución cultural de los seres humanos es ahora mucho más
rápida que la evolución biológica 353
OTRO VISTAZO AL ESTUDIO DE CASO
Gente pequeña, historia grande 353
18 Sistemática: Búsqueda de orden
en medio de la diversidad 356
ESTUDIO DE CASO El origen de un asesino 357
18.1 ¿Cómo se nombran y clasifican
los organismos? 358
Cada especie tiene un nombre único constituido
por dos elementos 358
La clasificación se originó como una jerarquía de categorías 358
Los sistemáticos identifican las características
que revelan las relaciones evolutivas 358
La anatomía desempeña un papel clave en la sistemática 359
Las semejanzas moleculares también son útiles
para reconstruir la filogenia 360
18.2 ¿Cuáles son los dominios de la vida? 360
El sistema de cinco reinos mejoró los esquemas
de clasificación 360
El sistema de tres dominios refleja con más precisión la historia
de la vida 360
La clasificación en términos de reinos
aún no está totalmente establecida 361
DE CERCA Reconstrucción de los árboles filogenéticos 362
18.3 ¿Por qué cambian las clasificaciones? 364
La designación de las especies cambia cuando
se descubre nueva información 364
La definición de especie biológica en ocasiones
es difícil o imposible de aplicar 364
INVESTIGACIÓN CIENTÍFICA
xii CONTENI DO
18.4 ¿Cuántas especies existen? 366
ENLACES CON LA VIDA Un mundo pequeño 367
OTRO VISTAZO AL ESTUDIO DEL CASO:
El origen de un asesino 367
19 La diversidad de los procariotas
y los virus 370
ESTUDIO DE CASO: Agentes de muerte 371
19.1 ¿Cuáles son los organismos que constituyen los
dominios procarióticos Bacteria y Archaea? 372
Las bacterias y las arqueas son fundamentalmente diferentes 372
Los procariotas dentro de cada dominio son difíciles
de clasificar 372
Los procariotas difieren en tamaño y forma 373
19.2 ¿Cómo sobreviven y se reproducen
los procariotas? 373
Algunos procariotas son móviles 373
Muchas bacterias forman películas en las superficies 373
Las endosporas protectoras permiten a algunas
bacterias soportar condiciones adversas 374
Los procariotas se especializan en hábitat específicos 374
Los procariotas presentan diversos tipos de metabolismo 375
Los procariotas se reproducen por fisión binaria 375
Los procariotas pueden intercambiar material genético
sin reproducirse 376
19.3 ¿Cómo afectan los procariotas a los humanos
y a otros eucariotas? 376
Los procariotas desempeñan papeles importantes
en la nutrición animal 376
Los procariotas captan el nitrógeno que necesitan las plantas 376
Los procariotas son los recicladores de la naturaleza 376
Los procariotas pueden reducir la contaminación 377
Algunas bacterias constituyen una amenaza
para la salud de los seres humanos 377
ENLACES CON LA VIDA Comensales indeseables 378
19.4 ¿Qué son los virus, los viroides y los priones? 379
Un virus consiste en una molécula de DNA o RNA
envuelta en una cubierta proteica 380
Los virus son parásitos 380
Algunos agentes infecciosos son aún más simples
que los virus 381
DE CERCA ¿Cómo se replican los virus? 382
Nadie sabe con certeza cómo se originaron
estas partículas infecciosas 383
OTRO VISTAZO AL ESTUDIO DE CASO
Agentes de muerte 384
20 La diversidad de los protistas 386
ESTUDIO DE CASO: El monstruo verde 387
20.1 ¿Qué son los protistas? 388
La mayoría de los protistas son unicelulares 389
Los protistas presentan diversas formas de nutrición 389
Los protistas emplean diversas formas de reproducción 389
Los protistas provocan efectos importantes
en los humanos 390
20.2 ¿Cuáles son los principales grupos
de protistas? 390
Los excavados carecen de mitocondrias 390
Los euglenozoos tienen mitocondrias características 391
Los stramenopiles incluyen organismos fotosintéticos
y no fotosintéticos 392
Los alveolados incluyen parásitos, depredadores
y fitoplancton 393
Los cercozoos tienen seudópodos delgados
y conchas complejas 395
Los amebozoos habitan en ambientes acuáticos y terrestres 397
Las algas rojas habitan principalmente
en los océanos tropicales de aguas transparentes 398
La mayoría de las algas verdes habitan en estanques y lagos 399
CONEXIONES EVOLUTIVAS
Nuestros ancestros unicelulares 400
OTRO VISTAZO AL ESTUDIO DE CASO: El monstruo verde 400
21 La diversidad de las plantas 402
ESTUDIO DE CASO La reina de los parásitos 403
21.1 ¿Cuáles son las principales
características de las plantas? 404
En las plantas se alternan las generaciones
multicelulares haploides y diploides 404
Las plantas tienen embriones multicelulares y dependientes 404
Las plantas desempeñan un papel ecológico fundamental 404
Las plantas satisfacen las necesidades
de los humanos y halagan sus sentidos 405
21.2 ¿Cuál es el origen evolutivo de las plantas? 405
Las algas verdes dieron origen a las plantas terrestres 405
Los ancestros de las plantas vivieron en aguas dulces 405
21.3 ¿Cómo se adaptaron las plantas a la vida
en la tierra? 406
El cuerpo de las plantas resiste la gravedad y la sequía 406
Los embriones de las plantas están protegidos
y sus células sexuales se dispersan en ausencia de agua 406
21.4 ¿Cuáles son los principales grupos de plantas? 407
Las briofitas carecen de estructuras de conducción 407
Las plantas vasculares tienen vasos conductores
que también brindan sostén 410
Las plantas vasculares sin semilla incluyen
los licopodios, las colas de caballo y los helechos 410
Las plantas con semilla dominan la Tierra
con la ayuda de dos adaptaciones importantes:
el polen y las semillas 410
Las gimnospermas son plantas con semilla que carecen
de flores 410
Las angiospermas son plantas con semilla que dan flores 416
Las plantas que evolucionaron más recientemente
tienen gametofitos más pequeños 416
OTRO VISTAZO AL ESTUDIO DE CASO
CONTENI DO xiii
22 La diversidad de los hongos 422
ESTUDIO DE CASO: Hongos descomunales 423
22.1 ¿Cuáles son las principales
características de los hongos? 424
El cuerpo de los hongos se compone de filamentos 424
Los hongos obtienen sus nutrimentos
de otros organismos 424
Los hongos se propagan a través de esporas 424
La mayoría de los hongos se pueden reproducir
tanto sexual como asexualmente 425
22.2 ¿Cuáles son los principales tipos de hongos? 425
Los quitridiomicetos producen esporas natatorias 425
Los cigomicetos se reproducen formando esporas diploides 426
Los ascomicetos forman esporas en una funda
semejante a un saco 429
Los basidiomicetos producen estructuras
reproductoras con forma de clava 429
22.3 ¿De qué manera interactúan
los hongos con otras especies? 430
Los líquenes se componen de hongos que viven
con algas o bacterias fotosintéticas 430
Las micorrizas son hongos asociados con las raíces de plantas 432
Los endófitos son hongos que viven dentro
de los tallos y las hojas de las plantas 432
Algunos hongos son recicladores importantes 432
22.4 ¿Cómo afectan los hongos
a los seres humanos? 433
Los hongos atacan plantas que son importantes
para las personas 433
Los hongos producen enfermedades humanas 434
Los hongos pueden producir toxinas 434
Muchos antibióticos se derivan de los hongos 434
GUARDIÁN DE LA TIERRA El caso de las setas
que desaparecen 435
Los hongos hacen importantes aportaciones a la gastronomía 435
CONEXIONES EVOLUTIVAS El ingenio de los hongos: Cerdos,
escopetas y lazos 435
ENLACES CON LA VIDA Recolecta con cuidado 436
OTRO VISTAZO AL ESTUDIO DE CASO Hongos descomunales 437
23 Diversidad animal I:
Invertebrados 440
ESTUDIO DE CASO Búsqueda de un monstruo marino 441
23.1 ¿Cuáles son las principales
características de los animales? 442
23.2 ¿Qué características anatómicas marcan
los puntos de bifurcación en el árbol evolutivo
de los animales? 442
23.3 ¿Cuáles son los principales fila de animales? 445
Las esponjas tienen un cuerpo simple 445
Los cnidarios son depredadores bien armados 447
Los gusanos planos tienen órganos pero carecen de sistemas res-
piratorio y circulatorio 450
Los anélidos están formados por segmentos idénticos 451
La mayoría de los moluscos tienen conchas 453
ENLACES CON LA VIDA Ayudantes de cirujanos 454
Los artrópodos son los animales que dominan la Tierra 456
Los gusanos redondos abundan y en su mayoría
son diminutos 462
Los equinodermos tienen un esqueleto de carbonato de calcio 463
Los cordados incluyen a los vertebrados 464
OTRO VISTAZO AL ESTUDIO DE CASO Búsqueda de un monstruo
marino 464
24 Diversidad animal II: Vertebrados 468
ESTUDIO DE CASO: Historia de peces 468
24.1 ¿Cuáles son las características distintivas
de los cordados? 470
Todos los cordados comparten cuatro estructuras distintivas 470
Los cordados invertebrados habitan en los mares 471
Los vertebrados tienen espina dorsal 471
24.2 ¿Cuáles son los principales grupos
de vertebrados? 472
Algunos vertebrados carecen de mandíbulas 472
Los peces con mandíbulas dominan las aguas de la Tierra 473
Los anfibios tienen una doble vida 475
GUARDIÁN DE LA TIERRA Ranas en peligro 476
Los reptiles y las aves se han adaptado a la vida terrestre 477
Los mamíferos producen leche para sus crías 480
CONEXIONES EVOLUTIVAS ¿Los seres humanos son un éxito
biológico? 482
ENLACES CON LA VIDA ¿Los animales pertenecen
a los laboratorios? 483
OTRO VISTAZO AL ESTUDIO DE CASO Historia de peces 484
UNIDAD 4
Comportamiento y ecología 487
25 Comportamiento animal 488
ESTUDIO DE CASO Sexo y simetría 489
25.1 ¿En qué difieren los comportamientos innatos
y los aprendidos? 490
Los comportamientos innatos no requieren experiencia previa 490
Los comportamientos aprendidos se modifican con
la experiencia 490
xiv CONTENI DO
No hay una distinción importante entre comportamientos
innatos y aprendidos 492
25.2 ¿Cómo se comunican los animales? 495
La comunicación visual es la más eficaz a distancias cortas 495
La comunicación por sonido es eficaz a distancias más largas 496
Los mensajes químicos persisten más tiempo
y es difícil variarlos 496
La comunicación por tacto ayuda a establecer vínculos sociales 497
25.3 ¿Cómo compiten los animales por recursos? 497
Un comportamiento agresivo ayuda a obtener
y conservar recursos 497
Las jerarquías de dominancia ayudan a controlar
las interacciones agresivas 498
Los animales podrían defender territorios
que contienen recursos 499
25.4 ¿Cómo encuentran pareja los animales? 501
Las señales vocales y visuales codifican el sexo, la especie
y la calidad individual 501
25.5 ¿Qué tipos de sociedades forman
los animales? 502
La vida en grupo tiene ventajas y desventajas 502
El comportamiento social varía entre especies 502
La formación de grupos con parientes
fomenta el desarrollo del altruismo 503
Las abejas viven juntas en sociedades de estructura rígida 504
Las ratas topo desnudas forman una sociedad compleja
de vertebrados 505
25.6 ¿La biología logra explicar
el comportamiento humano? 506
El comportamiento de los recién nacidos tiene
un componente innato importante 506
Los humanos adquieren el lenguaje fácilmente desde
pequeños 506
Los comportamientos comunes a culturas
diversas podrían ser innatos 507
Las personas podrían responder a feromonas 507
Estudios con gemelos revelan los componentes
genéticos del comportamiento 508
La investigación biológica del comportamiento
humano genera controversia 508
CONEXIONES EVOLUTIVAS ¿Por qué juegan los animales? 508
OTRO VISTAZO AL ESTUDIO DE CASO Sexo y simetría 509
26 Crecimiento y regulación
de las poblaciones 512
ESTUDIO DE CASO El misterio de la Isla de Pascua 513
26.1 ¿Cómo cambian de tamaño las poblaciones? 514
El potencial biótico puede generar un crecimiento exponencial 514
26.2 ¿Cómo se regula el crecimiento
de las poblaciones? 515
El crecimiento exponencial ocurre sólo en condiciones
especiales 515
La resistencia ambiental limita el crecimiento
de las poblaciones 518
INVESTIGACIÓN CIENTÍFICA Ciclos en las poblaciones
de presas y depredadores 519
26.3 ¿Cómo se distribuyen las poblaciones
en el espacio y en el tiempo? 524
26.4 ¿Cómo está cambiando la población humana? 526
Los demógrafos estudian los cambios en la población humana 526
La población humana continúa creciendo rápidamente 526
Los adelantos tecnológicos han incrementado
la capacidad de carga de seres humanos en la Tierra 526
GUARDIÁN DE LA TIERRA ¿Hemos excedido la capacidad de
carga de la Tierra? 528
El crecimiento demográfico se distribuye de manera desigual 528
La estructura de edades actual de una población
predice su crecimiento futuro 529
En Europa la fertilidad está por debajo del nivel de reposición 530
La población de Estados Unidos crece rápidamente 532
ENLACES CON LA VIDA Pisar ligeramente: ¿Qué tan grande
es tu ”huella”? 533
OTRO VISTAZO AL ESTUDIO DE CASO El misterio de la Isla
de Pascua 532
27 Interacciones de la comunidad 536
ESTUDIO DE CASO Invasión del mejillón cebra 537
27.1 ¿Por qué son importantes las
interacciones de la comunidad? 538
27.2 ¿Cuál es la relación entre el nicho ecológico
y la competencia? 538
El nicho ecológico define el lugar y el papel
de cada especie en su ecosistema 538
La competencia ocurre siempre que dos organismos intentan
utilizar los mismos recursos limitados 538
Las adaptaciones reducen la superposición
de nichos ecológicos entre especies que coexisten 539
La competencia interespecífica contribuye a regular el tamaño
de la población y la distribución de cada especie 540
La competencia dentro de una especie es un factor primordial
en el control del tamaño de la población 540
27.3 ¿Cuáles son los resultados de las interacciones
entre los depredadores y sus presas? 540
GUARDIÁN DE LA TIERRA Especies invasoras trastornan
las interacciones de la comunidad 541
Las interacciones entre depredador y presa moldean las
adaptaciones evolutivas 543
27.4 ¿Qué es la simbiosis? 547
CONTENI DO xv
INVESTIGACIÓN CIENTÍFICA Hormigas y acacias: una
asociación ventajosa 549
27.5 ¿Cómo influyen las especies clave en la estructura
de la comunidad? 549
27.6 Sucesión: ¿Cómo cambia una comunidad
a través del tiempo? 550
Existen dos formas principales de sucesión:
Primaria y secundaria 550
También hay sucesión en los estanques y lagos 553
La sucesión culmina en la comunidad clímax 553
Algunos ecosistemas se mantienen en un estado de subclímax 553
CONEXIONES EVOLUTIVAS: ¿El camuflaje es capaz de dividir
una especie? 554
OTRO VISTAZO AL ESTUDIO DE CASO La invasión del mejillón
cebra 555
28 ¿Cómo funcionan
los ecosistemas? 558
ESTUDIO DE CASO El regreso del salmón 559
28.1 ¿Cuáles son las trayectorias
de la energía y de los nutrimentos? 560
28.2 ¿Cómo fluye la energía a través
de las comunidades? 561
La energía entra en las comunidades por la vía de la
fotosíntesis 561
La energía pasa de un nivel trófico a otro 562
La transferencia de energía de un nivel trófico
a otro es ineficiente 564
GUARDIÁN DE LA TIERRA Las sustancias tóxicas se acumulan
a lo largo de las cadenas alimentarias 566
28.3 ¿Cómo se desplazan los nutrimientos dentro de
los ecosistemas y entre ellos? 567
El ciclo del carbono pasa por la atmósfera,
los océanos y las comunidades 567
La reserva principal de nitrógeno es la atmósfera 568
El ciclo del fósforo carece de componentes atmosféricos 569
La mayor parte del agua no sufre cambios químicos durante
su ciclo 570
28.4 ¿A qué se debe la lluvia ácida? 571
La sobrecarga de los ciclos del nitrógeno y del azufre es la causa
de la lluvia ácida 571
La sedimentación ácida daña la vida en lagos y bosques 572
La Ley del Aire Limpio ha reducido significativamente las emisio-
nes de azufre, pero no las de nitrógeno 572
28.5 ¿Qué provoca el calentamiento global? 572
La interferencia en el ciclo del carbono contribuye
al calentamiento global 572
Los gases de invernadero retienen el calor en la atmósfera 573
El calentamiento global tendrá graves consecuencias 574
¿Cómo está respondiendo la humanidad a esta amenaza? 575
GUARDIANES DE LA TIERRA Los polos en peligro 576
ENLACES CON LA VIDA Es posible hacer una diferencia 577
OTRO VISTAZO AL ESTUDIO DE CASO El regreso del salmón 577
29 Los diversos ecosistemas de
la Tierra 580
ESTUDIO DE CASO Alas de esperanza 581
29.1 ¿Qué factores influyen en el clima de la Tierra? 582
El Sol es el motor del clima y del estado del tiempo 582
Muchos factores físicos también influyen en el clima 582
29.2 ¿Qué condiciones son necesarias para la vida? 585
GUARDIÁN DE LA TIERRA El agujero de ozono, una abertura
en nuestro escudo protector 586
29.3 ¿Cómo se distribuye la vida en el medio
terrestre? 585
Los biomas terrestres sostienen comunidades
vegetales características 587
ENLACES CON LA VIDA ¿Disfrutar del chocolate y salvar selvas
tropicales? 591
La precipitación pluvial y la temperatura determinan la
vegetación que un bioma es capaz de sostener 598
29.4 ¿Cómo se distribuye la vida en el medio acuático? 598
Los ecosistemas de agua dulce incluyen lagos, corrientes y ríos 598
Los ecosistemas marinos cubren gran parte de la Tierra 601
OTRO VISTAZO AL ESTUDIO DE CASO Alas de esperanza 607
30 Conservación de la biodiversidad
de la tierra 610
ESTUDIO DE CASO De regreso de la extinción 611
30.1 ¿Qué es la biodiversidad
y por qué debemos cuidarla? 612
Servicios de los ecosistemas: Usos prácticos para
la biodiversidad 612
La economía ecológica reconoce el valor monetario de los
servicios de los ecosistemas 614
30.2 ¿Está disminuyendo la biodiversidad de la Tierra? 615
La extinción es un proceso natural, pero las tasas
se han elevado de forma alarmante 615
GUARDIÁN DE LA TIERRA Restauración de los Everglades 616
Cada vez es mayor el número de especies
amenazadas por la extinción 616
30.3 ¿Cuáles son las principales amenazas
contra la biodiversidad? 617
La humanidad está acabando con el “capital
ecológico” de la Tierra 617
GUARDIÁN DE LA TIERRA
xvi PREFACI O
GUARDIÁN DE LA TIERRA En defensa de las
tortugas marinas 621
30.4 ¿Cómo puede ayudar la biología de la
conservación a preservar la biodiversidad? 623
Fundamentos de la biología de la conservación 623
La biología de la conservación es una ciencia integrada 623
Preservación de los ecosistemas salvajes 623
GUARDIÁN DE LA TIERRA Recuperación de un depredador
clave 624
30.5 ¿Por qué la sustentabilidad
es la clave de la conservación? 625
La vida y el desarrollo sustentables estimulan
el bienestar ecológico y de la humanidad a largo plazo 625
Las reservas de la biosfera ofrecen modelos
para la conservación y el desarrollo sustentable 626
La agricultura sustentable ayuda a preservar
las comunidades naturales 627
El futuro está en tus manos 627
GUARDIÁN DE LA TIERRA Preservación de la biodiversidad
con café cultivado a la sombra 629
ENLACES CON LA VIDA ¿Qué pueden hacer los individuos?
630
OTRO VISTAZO AL ESTUDIO DE CASO De regreso a
la extinción 629
UNIDAD 5
Anatomía y fisiología
de los animales 633
31 Homeostasis y organización
del cuerpo animal 634
ESTUDIO DE CASO ¿La vida suspendida? 635
31.1 Homeostasis: ¿Cómo regulan
los animales su ambiente interno? 636
El ambiente interno se mantiene en un estado
de continuidad dinámica 636
Los animales se clasifican por la forma en que regulan su
temperatura corporal 636
ENLACES CON LA VIDA ¿Calor o humedad? 637
Los sistemas de retroalimentación regulan
las condiciones internas 638
Los sistemas internos del cuerpo actúan
de manera coordinada 639
31.2 ¿Cómo está organizado el cuerpo animal? 639
Los tejidos animales se componen de células similares que
desempeñan una función específica 639
Los órganos incluyen dos o más tipos de tejidos
que interactúan 643
Los sistemas de órganos consisten
en dos o más órganos que interactúan 644
OTRO VISTAZO AL ESTUDIO DE CASO ¿La vida suspendida? 646
32 Circulación 648
ESTUDIO DE CASO Muerte súbita 649
32.1 ¿Qué características y funciones principales tienen
los sistemas circulatorios? 650
Los animales tienen dos tipos de sistemas circulatorios 650
El sistema circulatorio de los vertebrados
tiene muy diversas funciones 651
32.2 ¿Cómo funciona el corazón de los vertebrados? 651
Durante la evolución de los vertebrados han surgido corazones
cada vez más complejos y eficientes 651
El corazón de los vertebrados consta de dos cavidades
musculares que forman dos bombas individuales 652
GUARDIÁN DE LA SALUD Al rescate de los corazones
enfermos 654
32.3 ¿Qué es la sangre? 657
El plasma es primordialmente agua en la que
se disuelven proteínas, sales, nutrimentos y desechos 658
Los glóbulos rojos llevan oxígeno de los pulmones
a los tejidos 658
Los glóbulos blancos ayudan a defender
al cuerpo contra las enfermedades 659
Las plaquetas son fragmentos celulares
que ayudan a coagular la sangre 659
32.4 ¿Qué tipo de vasos sanguíneos
hay y qué funciones tienen? 661
Las arterias y arteriolas son vasos de paredes
gruesas que transportan sangre desde el corazón 661
Los capilares son vasos microscópicos que permiten el
intercambio de nutrimentos y
desechos entre la sangre y las células del cuerpo 661
Las venas y vénulas llevan sangre de regreso al corazón 662
Las arteriolas controlan la distribución
del flujo sanguíneo 662
32.5 ¿Cómo colabora el sistema
linfático con el circulatorio? 663
Los vasos linfáticos se parecen a las venas
y capilares del sistema circulatorio 664
El sistema linfático devuelve líquidos a la sangre 664
El sistema linfático transporta grasas
del intestino delgado a la sangre 665
El sistema linfático ayuda a defender
al cuerpo contra las enfermedades 665
PREFACI O xvii
33 Respiración 668
ESTUDIO DE CASO Vidas que se esfuman 669
33.1 ¿Por qué es necesario
El intercambio de gases? 670
33.2 ¿Cuáles son algunas de las adaptaciones evolutivas
que permiten el intercambio de gases? 670
Algunos animales de ambientes húmedos carecen
de estructuras respiratorias especializadas 671
Los sistemas respiratorios facilitan el intercambio
de gases por difusión 671
Las branquias facilitan el intercambio de gases
en ambientes acuáticos 672
Los animales terrestres tienen estructuras respiratorias internas 672
DE CERCA Las branquias y los gases: un intercambio
contracorriente 674
33.3 ¿Cómo funciona el aparato
respiratorio humano? 675
La porción conductora del aparato respiratorio
lleva aire a los pulmones 675
El intercambio de gases se efectúa en los alveolos 676
El oxígeno y el dióxido de carbono
son transportados por mecanismos distintos 677
GUARDIÁN DE LA SALUD Fumar: una decisión de vida 678
ENLACES CON LA VIDA Quienes abandonan el hábito de
fumar son ganadores 680
El aire se inhala activamente
y se exhala pasivamente 680
El centro respiratorio del cerebro controla
la frecuencia respiratoria 680
OTRO VISTAZO AL ESTUDIO DE CASO Vidas que se esfuman 681
34 Nutrición y digestion 684
ESTUDIO DE CASO ¿Adelgazar hasta morir? 685
34.1 ¿Qué nutrimentos necesitan los animales? 686
La energía se obtiene de los nutrimentos
y se mide en calorías 686
Los lípidos incluyen triglicéridos (grasas),
fosfolípidos y colesterol 686
GUARDIÁN DE LA SALUD Cuando se antoja una
hamburguesa con queso 687
Los carbohidratos son una fuente de energía rápida 688
Los aminoácidos forman los bloques
de construcción de las proteínas 688
Los minerales son elementos indispensables para el cuerpo 688
Las vitaminas desempeñan diversos papeles
en el metabolismo 688
Dos terceras partes del cuerpo humano se componen de agua 691
Ciertas pautas nutricionales ayudan a obtener
una dieta equilibrada 691
34.2 ¿Cómo se efectúa la digestión? 692
Generalidades de la digestión 692
En las esponjas la digestión se efectúa dentro
de células individuales 693
Una bolsa con una abertura es el sistema digestivo más
simple 693
La digestión en un tubo permite a los animales
alimentarse con mayor frecuencia 693
Especializaciones digestivas 693
34.3 ¿Cómo digieren los alimentos los seres
humanos? 695
El desdoblamiento mecánico y químico
de los alimentos se inicia en la boca 695
El esófago conduce los alimentos al estómago 697
Casi toda la digestión se efectúa en el intestino delgado 698
GUARDIÁN DE LA SALUD Las úlceras digieren el tracto
digestivo 699
Casi toda la absorción se efectúa en el intestino delgado 700
En el intestino grueso se absorbe agua
y se forman heces 701
La digestión es controlada por el sistema nervioso
y ciertas hormonas 701
OTRO VISTAZO AL ESTUDIO DE CASO ¿Adelgazar o morir? 702
35 El sistema urinario 706
ESTUDIO DE CASO Compatibilidad perfecta 707
35.1 ¿Cuáles son las funciones
básicas de los sistemas urinarios? 708
35.2 ¿Cuáles son algunos ejemplos de sistemas
excretores de invertebrados? 708
Los protonefridios filtran el líquido intersticial
en los platelmintos 708
Los túbulos de Malpighi filtran la sangre de los insectos 709
Los nefridios de la lombriz de tierra filtran el líquido celómico 709
35.3 ¿Qué funciones tienen los sistemas urinarios de
los vertebrados? 709
Los riñones de los vertebrados filtran la sangre 709
La excreción de los desechos nitrogenados
está adaptada al ambiente 709
35.4 ¿Cuáles son las estructuras
y funciones del aparato urinario humano? 710
El aparato urinario consta de riñones, uréteres,
vejiga y uretra 710
La orina se forma en las nefronas de los riñones 710
El filtrado se convierte en orina en el túbulo
de las nefronas 712
DE CERCA Las nefronas y la formación de orina 712
GUARDIÁN DE LA SALUD Cuando los riñones fallan 714
El asa de Henle permite la concentración de la orina 714
35.5 ¿Cómo ayudan los riñones de los mamíferos a
conservar la homeostasis? 715
Los riñones liberan hormonas que ayudan
a regular la presión arterial y los niveles
de oxígeno de la sangre 715
Los riñones vigilan y regulan las sustancias disueltas
en la sangre 716
Los riñones de los vertebrados están adaptados
a diversos entornos 716
ENLACES CON LA VIDA ¿Demasiado líquido para beber? 717
xviii PREFACI O
36 Defensas contra
la enfermedad 720
ESTUDIO DE CASO Lucha contra la gripe 721
36.1 ¿Cuáles son los mecanismos de defensa básicos
contra la enfermedad? 722
Los vertebrados tienen tres principales líneas de defensa 722
Los invertebrados poseen las dos primeras líneas de defensa 722
36.2 ¿Cómo funcionan las defensas
no específicas? 723
La piel y las membranas mucosas forman barreras
externas contra la invasión 723
Defensas internas no específicas combaten a los microbios 723
36.3 ¿Qué características clave tiene
la respuesta inmunitaria? 725
Las células del sistema inmunitario reconocen al invasor 726
Las células del sistema inmunitario lanzan un ataque 729
Las células del sistema inmunitario recuerdan
sus victorias anteriores 730
36.4 ¿Cómo logra la atención médica mejorar la
respuesta inmunitaria? 730
Las vacunas estimulan el desarrollo de células de memoria 730
INVESTIGACIÓN CIENTÍFICA El descubrimiento de
las vacunas 732
Los antibióticos frenan la reproducción microbiana 732
36.5 ¿Qué sucede cuando el sistema inmunitario
no funciona correctamente? 733
Las alergias son respuestas inmunitarias mal dirigidas 733
GUARDIÁN DE LA SALUD El combate a la influenza:
¿Es inminente una pandemia de gripe aviar? 734
Una enfermedad autoinmune es una respuesta
inmunitaria contra las moléculas del propio cuerpo 734
Una enfermedad de deficiencia inmunitaria
incapacita al sistema inmunitario 735
El cáncer puede evadir o abatir la respuesta inmunitaria 736
OTRO VISTAZO AL ESTUDIO DE CASO Lucha contra la gripe 738
37 Control químico del organismo
animal: El sistema endocrino 740
ESTUDIO DE CASO Perder por el uso de hormonas artificiales 741
37.1 ¿Cómo se comunican las células animales? 742
37.2 ¿Qué características tienen las hormonas
animales? 742
Las hormonas locales se difunden hacia las células blanco
adyacentes 742
El torrente sanguíneo transporta las hormonas
del sistema endocrino 742
Las hormonas se unen a receptores específicos
en las células blanco 743
Mecanismos de retroalimentación regulan
la liberación de hormonas 744
Las hormonas endocrinas de vertebrados
e invertebrados tienen asombrosas similitudes 746
37.3 ¿Qué estructuras y hormonas constituyen
el sistema endocrino de los mamíferos? 746
Las glándulas tiroides y paratiroides influyen
en el metabolismo y en los niveles de calcio 750
El páncreas es una glándula tanto exocrina como endocrina 752
Los órganos sexuales secretan hormonas esteroides 752
Las glándulas suprarrenales tienen dos partes
que secretan hormonas distintas 753
GUARDIÁN DE LA TIERRA Engaño endocrino 754
Otras fuentes de hormonas comprenden la glándula pineal, el
timo, los riñones, el corazón, el tracto digestivo y las células
grasas 755
ENLACES CON LA VIDA Más cerca de la cura de la
diabetes 756
CONEXIONES EVOLUTIVAS La evolución de las hormonas 756
OTRO VISTAZO AL ESTUDIO DE CASO Perder por el uso de
hormonas artificiales 757
38 El sistema nervioso
y los sentidos 760
ESTUDIO DE CASO ¿Cómo te amo? 761
38.1 ¿Qué estructura y funciones
tienen las neuronas? 762
38.2 ¿Cómo se genera y se transmite la actividad
neuronal? 762
Las neuronas generan voltajes eléctricos a través
de sus membranas 762
Las neuronas se comunican por las sinapsis 763
38.3 ¿Cómo se organizan los sistemas nerviosos? 764
El procesamiento de la información en el sistema
nervioso requiere de cuatro operaciones básicas 764
DE CERCA Los iones y las señales eléctricas en las neuronas 766
GUARDIÁN DE LA SALUD Drogas, enfermedades
y neurotransmisores 769
Los caminos neuronales dirigen el comportamiento 770
Los sistemas nerviosos complejos están centralizados 770
38.4 ¿Cómo se organiza el sistema
nervioso humano? 770
El sistema nervioso periférico vincula al sistema
nervioso central con el cuerpo 771
El sistema nervioso central consiste en la médula
espinal y el encéfalo 773
La médula espinal es un cable de axones
protegido por la espina dorsal 773
El encéfalo consta de varias partes especializadas
para desempeñar funciones específicas 774
PREFACI O xix
38.5 ¿Cómo produce el encéfalo la mente? 778
El hemisferio izquierdo y el hemisferio derecho
del cerebro se especializan en diferentes funciones 778
Dilucidar los mecanismos del aprendizaje y la
memoria es el objetivo de profundas investigaciones 778
El conocimiento de cómo el cerebro crea la mente proviene de
diversas fuentes 779
INVESTIGACIÓN CIENTÍFICA Neuroimágenes: Una mirada al
interior de la “caja negra” 780
38.6 ¿Cómo funcionan los receptores sensoriales? 781
38.7 ¿Cómo se detectan los estímulos mecánicos? 782
38.8 ¿Cómo se detecta el sonido? 782
El oído convierte las ondas sonoras en señales eléctricas 782
38.9 ¿Cómo se detecta la luz? 785
Los ojos compuestos de los artrópodos producen
una imagen de mosaico 785
El ojo de los mamíferos capta y enfoca las ondas
luminosas y las convierte en señales eléctricas 785
38.10 ¿Cómo se detectan las sustancias químicas?
788
Los receptores olfatorios detectan las sustancias
químicas en el aire 788
Los receptores del gusto detectan las sustancias
que entran en contacto con la lengua 789
El dolor es un sentido químico especializado 790
CONEXIONES EVOLUTIVAS Sentidos poco comunes 790
Ecolocalización 790
Detección de campos eléctricos 790
Detección de campos magnéticos 791
OTRO VISTAZO AL ESTUDIO DE CASO ¿Cómo te amo? 792
39 Acción y sostén: Los músculos
y el esqueleto 796
ESTUDIO DE CASO Riesgos ocultos de los viajes espaciales 797
39.1 Una introducción a los sistemas muscular
y esquelético 798
39.2 ¿Cómo trabajan los músculos? 798
La estructura y la función de las células de los músculos
esqueléticos están íntimamente relacionadas 800
Las contracciones musculares son el resultado
del deslizamiento de los filamentos gruesos y delgados 800
El músculo cardiaco acciona al corazón 804
El músculo liso produce contracciones lentas e involuntarias 804
39.3 ¿Qué función desempeña el esqueleto? 804
Entre los animales hay tres tipos de esqueletos 804
El esqueleto de los vertebrados desempeña
muchas funciones 805
39.4 ¿Qué tejidos forman el esqueleto
de los vertebrados? 806
El cartílago proporciona un sostén flexible y conexiones 806
El hueso brinda al cuerpo un armazón rígido y resistente 806
La remodelación ósea permite la reparación
del esqueleto y su adaptación a las tensiones 807
GUARDIÁN DE LA SALUD Cómo se repara un hueso
fracturado 808
39.5 ¿Cómo se mueve el cuerpo? 808
Los músculos mueven al esqueleto en torno
a articulaciones flexibles 808
GUARDIÁN DE LA SALUD Osteoporosis: Cuando los huesos
se vuelven quebradizos 810
OTRO VISTAZO AL ESTUDIO DE CASO Riesgos ocultos
de los viajes espaciales 810
ENLACES CON LA VIDA Caminar con un perro 811
40 Reproducción animal 814
ESTUDIO DE CASO El zoológico congelado 815
40.1 ¿Cómo se reproducen los animales? 816
La reproducción asexual no implica la fusión
de espermatozoide y óvulo 816
La reproducción sexual requiere de la unión de un espermatozoi-
de y un óvulo 817
40.2 ¿Cómo funciona el aparato reproductor
humano? 820
La capacidad para reproducirse se inicia en la pubertad 820
El tracto reproductor masculino incluye los testículos
y las estructuras accesorias 820
El tracto reproductor femenino comprende
los ovarios y las estructuras accesorias 823
La cópula permite la fecundación interna 825
DE CERCA El control hormonal del ciclo menstrual 826
GUARDIÁN DE LA SALUD Enfermedades de transmisión
sexual 828
40.3 ¿Cómo podemos limitar la fertilidad? 829
La esterilización es un método anticonceptivo permanente 829
La anticoncepción y el aborto evitan o ponen fin al embarazo 829
GUARDIÁN DE LA SALUD Reproducción con alta
tecnología 831
INVESTIGACIÓN CIENTÍFICA En busca de un anticonceptivo
masculino 832
OTRO VISTAZO AL ESTUDIO DE CASO El zoológico congelado 832
41 Desarrollo animal 836
ESTUDIO DE CASO Los rostros del síndrome de alcoholismo
fetal 837
41.1 ¿En qué difieren el desarrollo indirecto
y el directo? 838
Durante el desarrollo indirecto, los animales
sufren un cambio radical en la forma de su cuerpo 838
xx PREFACI O
Los animales recién nacidos que tienen un desarrollo directo
parecen adultos en miniatura 839
41.2 ¿Cómo procede el desarrollo animal? 840
Con la segmentación del cigoto se inicia el desarrollo 841
La gastrulación forma tres capas de tejidos 841
Las estructuras adultas se desarrollan durante
la organogénesis 841
41.3 ¿Cómo se controla el desarrollo? 842
Cada célula contiene todos los planos genéticos
del organismo 842
INVESTIGACIÓN CIENTÍFICA La promesa de las células
madre 843
La transcripción genética se regula con precisión durante
el desarrollo 844
41.4 ¿Cómo se desarrollan los seres humanos? 845
Durante los primeros dos meses, la diferenciación
y el crecimiento son muy rápidos 845
La placenta secreta hormonas y permite el intercambio
de materiales entre la madre y el embrión 848
El crecimiento y el desarrollo continúan durante
los últimos siete meses 850
El desarrollo culmina con el parto y el alumbramiento 850
Las hormonas del embarazo estimulan la secreción
de leche 851
GUARDIÁN DE LA SALUD La placenta sólo brinda
una protección parcial 852
El envejecimiento es inevitable 852
ENLACES CON LA VIDA ¿Por qué el parto es tan difícil? 854
OTRO VISTAZO AL ESTUDIO DE CASO Los rostros del síndrome
de alcoholismo fetal 854
UNIDAD 6
Anatomía y fisiología
de las plantas 857
42 Anatomía de las plantas y transporte
de nutrimentos 858
ESTUDIO DE CASO ¿Por qué las hojas se tiñen de rojo
en el otoño? 859
42.1 ¿Cómo está organizado el cuerpo de las plantas
y cómo crecen? 860
Las fanerógamas consisten en un sistema de raíces
y un sistema de vástago 860
Durante el crecimiento de una planta, células
meristemáticas producen células diferenciadas 861
42.2 ¿Qué tejidos y tipos de células tienen
las plantas? 862
El sistema de tejido dérmico cubre el cuerpo de la planta 862
El sistema de tejido fundamental constituye
casi todo el cuerpo de las plantas jóvenes 863
El sistema de tejido vascular transporta agua y nutrimentos 864
42.3 ¿Cuáles son las estructuras y funciones
de las hojas, las raíces y los tallos? 865
42.4 ¿Cómo obtienen nutrimentos las plantas? 873
Las raíces obtienen minerales del suelo 873
Las relaciones simbióticas ayudan a las plantas
a obtener nutrimentos 873
DE CERCA ¿Cómo absorben agua y minerales las raíces? 874
42.5 ¿Cómo transportan las plantas el agua
de las raíces a las hojas? 876
El movimiento del agua en el xilema se explica con la teoría
de cohesión-tensión 876
Estomas ajustables controlan la intensidad
de la transpiración 877
GUARDIÁN DE LA TIERRA Las plantas ayudan a regular la dis-
tribución del agua 878
42.6 ¿Cómo transportan azúcares las plantas? 879
La teoría de flujo-presión explica
el movimiento de azúcares en el floema 879
CONEXIONES EVOLUTIVAS Adaptaciones especiales
de raíces, tallos y hojas 880
Algunas raíces especializadas almacenan alimento; otras realizan
fotosíntesis 880
Algunos tallos especializados producen plantas
nuevas, almacenan agua o alimento, o bien,
producen espinas o zarcillos 880
Hojas especializadas conservan y almacenan
agua y alimentos e incluso capturan insectos 881
OTRO VISTAZO AL ESTUDIO DE CASO ¿Por qué las hojas se tiñen
de rojo en el otoño? 883
43 Reproducción y desarrollo
de las plantas 886
ESTUDIO DE CASO ¿Hermoso? sí, pero ¿caliente? 887
43.1 ¿Cuáles son las características fundamentales
de los ciclos de vida de las plantas? 888
Las plantas participan en el sexo 888
La alternancia de generaciones es evidente en los helechos
y los musgos 889
43.2 ¿Cómo se adapta la reproducción en las plantas
con semilla a los ambientes secos? 889
43.3 ¿Cuál es la función y la estructura
de las flores? 889
La mayoría de las flores atraen a los animales
que las polinizan 889
GUARDIÁN DE LA SALUD
PREFACI O xxi
Las flores completas tienen cuatro partes principales 892
El polen contiene el gametofito masculino 892
El gametofito femenino se forma dentro
del óvulo del ovario 895
La polinización de la flor permite la fecundación 895
43.4 ¿Cómo se desarrollan los frutos y las semillas? 896
El fruto se desarrolla a partir del ovario 896
La semilla se desarrolla a partir del óvulo 896
GUARDIÁN DE LA TIERRA Dodós, murciélagos y ecosistemas
perturbados 898
43.5 ¿Cómo germinan y crecen las semillas? 899
El estado de latencia de las semillas ayuda
a asegurar la germinación en el momento apropiado 899
En la germinación, la raíz surge primero,
seguida del vástago 899
Los cotiledones nutren a la semilla germinada 899
43.6 ¿Cuáles son algunas adaptaciones para la
polinización y la dispersión de semillas? 900
La coevolución pone en contacto a plantas
y polinizadores 900
Los frutos ayudan a dispersar las semillas 903
OTRO VISTAZO AL ESTUDIO DE CASO
¿Hermoso? sí, pero ¿caliente? 904
44 Respuestas de las plantas
al ambiente 908
ESTUDIO DE CASO Plantas de rapiña 909
44.1 ¿Qué son las hormonas vegetales
y cómo actúan? 910
44.2 ¿Cómo regulan las hormonas
el ciclo de vida de las plantas? 911
El ciclo de vida de las plantas comienza con una semilla 911
INVESTIGACIÓN CIENTÍFICA ¿Cómo se descubrieron las hor-
monas vegetales? 912
La auxina controla la orientación de la plántula que brota 913
La forma genéticamente determinada de la planta adulta
es resultado de interacciones hormonales 915
La duración del día controla la floración 916
Las hormonas coordinan el desarrollo de semillas y frutos 918
La senectud y el estado de latencia preparan
a la planta para el invierno 919
44.3 ¿Las plantas pueden comunicarse
y moverse rápidamente? 920
Las plantas llaman a los “guardianes” cuando son atacadas 920
Las plantas podrían advertir a sus vecinos
y a su descendencia de los ataques 920
Algunas plantas se mueven rápidamente 921
OTRO VISTAZO AL ESTUDIO DE CASO Plantas de rapiña 922
Apéndice I: Conversiones del sistema métrico 925
Apéndice II: Clasificación de los principales grupos
de organismos 926
Apéndice III: Vocabulario de biología: raíces,
prefijos y sufijos de uso común 927
Glosario G1
Respuestas a las preguntas de pies de figura A1
Créditos fotográficos P1
Índice I1
xxii PREFACI O
Nuestros alumnos reciben y continuarán recibiendo un cúmu-
lo de información científica, y muchas veces de información
errónea, sobre una diversidad de temas: calentamiento global,
cultivos manipulados mediante bioingeniería, investigación
sobre células madre, enfermedad de las vacas locas y biodiver-
sidad, entre muchos otros. En un campo en rápida expansión
como el de la biología, ¿cómo se decide qué conceptos y he-
chos comunicar? ¿Qué tipo de conocimiento sobre biología
ayudará mejor a los estudiantes a tomar decisiones informa-
das en relación con sus vidas, en el presente y en el futuro?
¿Qué conocimientos ayudarán a los estudiantes a prepararse
mejor para los cursos más avanzados? Hemos revisado la oc-
tava edición de Biología: La vida en la Tierra reconociendo
que no existen respuestas únicas a tales preguntas y con la
idea de dar a los usuarios del libro mayores opciones.
Al consultar con educadores comprometidos en la emocio-
nante pero desafiante misión de introducir a los alumnos en
el campo de la biología, surgió un consenso: “Necesitamos
ayudar a los estudiantes a estar informados en el terreno cien-
tífico”. El conocimiento científico da a un estudiante herra-
mientas mentales para hacer frente al conocimiento en
expansión. Esto requiere un fundamento de conocimiento
fáctico que provea un marco cognoscitivo en el que pueda in-
tegrarse la nueva información. No obstante, el conocimiento
científico también incluye la capacidad de captar y evaluar
nuevos datos de los medios de información, como la prensa.
Un individuo informado en el terreno científico reconoce la
interrelación de los conceptos y la necesidad de integrar in-
formación proveniente de muchas áreas.
BIOLOGÍA: LA VIDA EN LA TIERRA
COMUNICA DE MANERA EFICAZ LA
RIQUEZA DE LA INFORMACIÓN CIENTÍFICA
La octava edición de Biología: La vida en la Tierra no sólo es
un libro revisado y mejorado, sino un paquete completo de
herramientas de aprendizaje para los estudiantes, y de ense-
ñanza para los profesores. Nuestras principales metas son:
• Ayudar a los profesores a presentar la información sobre
el tema en una forma que fomente el conocimiento cientí-
fico entre los alumnos.
• Ayudar a los estudiantes a adquirir información de acuer-
do con sus propios estilos de aprendizaje.
• Ayudar a los estudiantes a relacionar esta información con
sus propias vidas, así como a comprender su importancia y
relevancia.
BIOLOGÍA: LA VIDA EN LA TIERRA
…está organizado de manera clara y uniforme
En todos los capítulos, los alumnos encontrarán herramientas
que les permitirán navegar a través de la información.
• Cada capítulo inicia con una sección “De un vistazo”, en la
que se presentan los principales apartados y ensayos de ese
capítulo. Los profesores pueden asignar fácilmente —y los
estudiantes podrán localizar— los temas clave dentro del
capítulo.
• Las secciones principales se presentan con preguntas gene-
rales, mientras que los subtítulos son enunciados que resu-
men y reflejan su contenido más específico. Una importante
meta pedagógica de esta organización es el énfasis en la
biología como una jerarquía de conceptos interrelaciona-
dos, y no como un simple compendio de temas aislados e
independientes.
• El “Resumen de conceptos clave” une importantes con-
ceptos utilizando los títulos de mayor jerarquía en el capí-
tulo, y su sistema de numeración permite a los profesores y
estudiantes revisar la información de manera eficiente.
• Se incluyen preguntas al final de cada Estudio de caso, en
muchos pies de figura, así como en la sección “Aplicación
de conceptos”. Estas características estimulan a los estu-
diantes a pensar acerca de la ciencia en vez de sólo memo-
rizar los hechos.
…contiene ilustraciones mejoradas
A partir del consejo de los revisores y del cuidadoso escruti-
nio de los autores, una vez más hemos mejorado las ilustracio-
nes. Para esta octava edición:
• Se agregaron y remplazaron muchas fotografías para ayu-
dar a captar el interés del estudiante. La organización del li-
bro, ahora más flexible, permitió incorporar fotografías de
plantas y animales que antes sólo se describían en palabras.
• Continúa el énfasis en la consistencia del color Los colo-
res se utilizan de manera consistente para ilustrar átomos,
estructuras y procesos específicos.
• Se agregaron más figuras que ilustran procesos clave
Además de volver a dibujar muchos diagramas para hacer-
los más claros e interesantes, agregamos nuevas figuras
que ilustran visualmente y concatenan procesos complejos,
como el de la fotosíntesis y la respiración celular.
• Hay mayor claridad en los rótulos de las figuras Hemos
agregado recuadros de texto dentro de las figuras para ga-
rantizar explicaciones más claras.
• Una vez más, en muchos pies de figura se incluyen pre-
guntas que hacen reflexionar al estudiante Las respuestas
a estas preguntas están disponibles por primera vez al final
del libro.
…se actualizó y reorganizó
Incorporamos información acerca de descubrimientos cientí-
ficos sobre los que los estudiantes quizás hayan leído en los
periódicos; la información se ubica en el contexto científico
para ayudar a consolidar su conocimiento. Aunque cada capí-
tulo se revisó cuidadosamente, he aquí algunos puntos de in-
terés de la octava edición:
• Unidad 1: La vida de la célula Nuevos casos introducen al
estudiante en el terreno de la bioingeniería y le presentan
los enigmáticos priones, responsables de la enfermedad de
las vacas locas. En respuesta a las sugerencias de los reviso-
res, hemos invertido el orden de presentación de los capí-
Prefacio
Unidad 2: Herencia
Unidad 3: Evolución y diversidad de la vida
Unidad 4: Comportamiento y ecología
30, “Conservación de la biodiversidad de la Tierra”, descri-
be los servicios que prestan los ecosistemas y los intentos
por calcular su valor para la humanidad. Se explica cómo
las actividades humanas reducen la biodiversidad y se ana-
liza cómo los esfuerzos de conservación y usos sustentables
pueden preservar y restaurar los ecosistemas funcionales.
• Unidad 5: Anatomía y fisiología de los animales Esta
unidad se inicia con una cobertura revisada de la homeos-
tasis y la termorregulación. Los estudiantes encontrarán
información nueva y actualizada sobre temas vigentes, que
incluyen anorexia y obesidad, gripe aviar, la neuroquímica
del amor, tecnología reproductiva, nuevos anticonceptivos,
enfermedades de transmisión sexual, células madre y sín-
drome de alcoholismo fetal. Hemos conservado nuestro
enfoque en el ser humano brindando información compa-
rativa, nuevos temas como el intercambio de gases contra-
corriente en los peces, los túbulos de Malpighi en los
insectos y nuevas secciones sobre las hormonas y las defen-
sas contra las enfermedades de los invertebrados.
• Unidad 6: Anatomía y fisiología de las plantas Esta uni-
dad hace alarde de muchas figuras revisadas y nuevas fotos
para ilustrar mejor la anatomía y los procesos fisiológicos
de las plantas, así como las fascinantes adaptaciones al am-
biente. También se amplió la cobertura de los usos agríco-
las de las hormonas vegetales.
…compromete y motiva a los estudiantes
Los estudiantes no pueden volverse letrados en ciencia por
imposición; deben participar activamente en adquirir tanto la
información como las destrezas necesarias para tal efecto. Por
ello es crucial que los estudiantes reconozcan que la biología
se refiere a sus vidas personales y a la vida a su alrededor. Pa-
ra ayudar a los estudiantes a comprometerse y a sentirse mo-
tivados, esta nueva edición continúa ofreciendo las siguientes
características:
• Enlaces con la vida La breve sección “Enlaces con la vida”,
escrita de manera informal, se relaciona con temas que son
familiares al estudiante, a la vez que relevantes para el capí-
tulo.
• Estudios de caso En esta octava edición, hemos conservado
y actualizado los estudios de caso más relevantes, al tiempo
que se introdujeron otros nuevos. Los estudios de caso se
basan en asuntos de actualidad, situaciones que atañen a los
estudiantes o temas de biología particularmente fascinan-
tes. Al final de cada capítulo, la sección “Otro vistazo al es-
tudio de caso” permite a los estudiantes explorar el tema
más a fondo a la luz de lo que aprendieron. Los estudiantes
también encontrarán una investigación con mayor profun-
didad de cada estudio de caso en el sitio Web de este libro.
• Bioética Muchos temas explorados en el texto tienen im-
plicaciones éticas para la vida humana. Entre ellos se inclu-
yen la ingeniería genética y la clonación, el uso de animales
en investigaciones y el efecto de las actividades humanas
en otras especies. Ahora están identificados con un icono
de bioética que alerta a los estudiantes y profesores sobre
la posibilidad de discutir e investigar más ampliamente.
• Ensayos Conservamos el conjunto completo de ensayos en
esta edición. Los recuadros “Guardián de la Tierra” explo-
ran asuntos ambientales de actualidad, mientras que las
secciones “Guardián de la salud” se ocupan de temas mé-
xxiv PREFACI O
dicos. Los ensayos De cerca permiten a los profesores ex-
plorar temas selectos con mayor detalle; las secciones
“Investigación científica” explican cómo se adquiere el
conocimiento científico. Los ensayos bajo el título “Cone-
xiones evolutivas” cierran algunos de los capítulos ubican-
do los temas en un contexto evolutivo.
…ofrece diferentes medios y complementos
• Instructor Resource Center Ningún otro libro de texto pa-
ra este curso ofrece tantas opciones y tanta innovación y
calidad en el apoyo al profesor. Los recursos incluyen todo
el trabajo de arte del libro (con rótulos, sin rotular y sus-
ceptible de editarse), en formato JPEG y en varios archi-
vos de PowerPoint ® que incluyen presentaciones del
capítulo, así como cientos de animaciones en segunda y
tercera dimensión y simulaciones para hacer presentacio-
nes en PowerPoint ®.
• Además incluye la colección más prestigiada de preguntas
de examen en esta materia, revisada y actualizada.
• Companion Web site with Grade Tracker (www.pearsone-
ducacion.net/audesirk) Este sitio Web en inglés está dispo-
nible las 24 horas los 7 días de la semana y se enfoca en
herramientas de estudio para ayudar a los estudiantes
a dominar los conceptos del curso. El sitio incluye una guía
de orientación online para organizar el estudio, cuestiona-
rios de los capítulos para ayudar a los alumnos a determi-
nar qué tan bien conocen la información y 103 tutoriales
Web que presentan animaciones y actividades para ayudar
a explicar los conceptos más desafiantes en cada capítulo.
RECONOCIMIENTOS
Biología: La vida en la Tierra es en verdad un trabajo de equi-
po. Nuestra editora de desarrollo Anne Scanlan-Rohrer bus-
có maneras de hacer el texto más claro, consistente y
amigable para los alumnos. El director de arte John Christia-
na desarrolló y realizó un diseño fresco para esta nueva edi-
ción, y la editora de arte Rhonda Aversa coordinó hábilmente
el trabajo con las ilustraciones. Las nuevas y mejoradas ilus-
traciones fueron diseñadas por Artworks con la ayuda de Jay
McElroy. La investigadora de fotografía Ivonne Gerin buscó
incansablemente fotografías excelentes. Christianne Thillen
realizó el trabajo de corrección con meticulosa atención a los
detalles. Tim Flem, nuestro editor de producción, reunió el
trabajo de arte, las fotografías y el texto en una obra perfec-
tamente integrada y aceptó los cambios de último momento
con admirable buen ánimo. El editor de medio Patrick Shri-
ner y la asistente de edición Crissy Dudonis coordinaron la
producción de todos los medios y materiales auxiliares de es-
tudio que hicieron posible el paquete completo de Biología:
La vida en la Tierra. El director de marketing, Mandy Jelle-
richs, ayudó a crear la estrategia de marketing que comunica-
ra de la manera más eficaz posible nuestro mensaje a la
audiencia. Los editores Teresa Chung y Jeff Howard dirigie-
ron el proyecto con energía e imaginación. Agradecemos a
Teresa su fe inquebrantable en el proyecto y por reunir un
fantástico equipo que lo pusiera en marcha. También agrade-
cemos a Jeff por llevar este enorme proyecto a término con
paciencia y destreza.
TERRY Y GERRY AUDESIRK
BRUCE E. BYERS
PREFACI O xxv
REVISORES DE LA OCTAVA EDICIÓN
George C. Argyros, Northeastern University
Peter S. Baletsa, Northwestern University
John Barone, Columbus State University
Michael C. Bell, Richland College
Melissa Blamires, Salt Lake Community College
Robert Boyd, Auburn University
Michael Boyle, Seattle Central Community College
Matthew R. Burnham, Jones County Junior College
Nicole A. Cintas, Northern Virginia Community College
Jay L. Comeaux, Louisiana State University
Sharon A. Coolican, Cayuga Community College
Mitchell B. Cruzan, Portland State University
Lewis Deaton, University of Louisiana-Lafayette
Dennis Forsythe, The Citadel
Teresa L. Fulcher, Pellissippi State Technical Community College
Martha Groom, University of Washington
Richard Hanke, Rose State College
Kelly Hogan, University of North Carolina-Chapel Hill
Dale R. Horeth, Tidewater Community College
Joel Humphrey, Cayuga Community College
James Johnson, Central Washington University
Joe Keen, Patrick Henry Community College
Aaron Krochmal, University of Houston-Downtown
Stephen Lebsack, Linn-Benton Community College
David E. Lemke, Texas State University
Jason L. Locklin, Temple College
Cindy Malone, California State University-Northridge
Mark Manteuffel, St. Louis Community College
Steven Mezik, Herkimer County Community College
Christine Minor, Clemson University
Lee Mitchell, Mt. Hood Community College
Nicole Moore, Austin Peay University
James Mulrooney, Central Connecticut State University
Charlotte Pedersen, Southern Utah University
Robert Kyle Pope, Indiana University South Bend
Kelli Prior, Finger Lakes Community College
Jennifer J. Quinlan, Drexel University
Robert N. Reed, Southern Utah University
Wenda Ribeiro, Thomas Nelson Community College
Elizabeth Rich, Drexel University
Frank Romano, Jacksonville State University
Amanda Rosenzweig, Delgado Community College
Marla Ruth, Jones County Junior College
Eduardo Salazar, Temple College
Brian W. Schwartz, Columbus State University
Steven Skarda, Linn-Benton Community College
Mark Smith, Chaffey College
Dale Smoak, Piedmont Technical College
Jay Snaric, St. Louis Community College
Phillip J. Snider, University of Houston
Gary Sojka, Bucknell University
Nathaniel J. Stricker, Ohio State University
Martha Sugermeyer, Tidewater Community College
Peter Svensson, West Valley College
Sylvia Torti, University of Utah
Rani Vajravelu, University of Central Florida
Lisa Weasel, Portland State University
Diana Wheat, Linn-Benton Community College
Lawrence R. Williams, University of Houston
Michelle Withers, Louisiana State University
Taek You, Campbell University
Martin Zahn, Thomas Nelson Community College
Izanne Zorin, Northern Virginia Community College-Alexandria
xxvi PREFACI O
REALIZADORES Y REVISORES DE MEDIOS DE APOYO Y COMPLEMENTOS
REVISORES DE EDICIONES PREVIAS
W. Sylvester Allred, Northern Arizona University
Judith Keller Amand, Delaware County Community College
William Anderson, Abraham Baldwin Agriculture College
Steve Arch, Reed College
Kerri Lynn Armstrong, Community College of Philadelphia
G. D. Aumann, University of Houston
Vernon Avila, San Diego State University
J. Wesley Bahorik, Kutztown University of Pennsylvania
Bill Barstow, University of Georgia-Athens
Colleen Belk, University of Minnesota, Duluth
Michael C. Bell, Richland College
Gerald Bergtrom, University of Wisconsin
Arlene Billock, University of Southwestern Louisiana
Brenda C. Blackwelder, Central Piedmont Community College
Raymond Bower, University of Arkansas
Marilyn Brady, Centennial College of Applied Arts and Technology
Virginia Buckner, Johnson County Community College
Arthur L. Buikema, Jr., Virginia Polytechnic Institute
J. Gregory Burg, University of Kansas
William F. Burke, University of Hawaii
Robert Burkholter, Louisiana State University
Kathleen Burt-Utley, University of New Orleans
Linda Butler, University of Texas-Austin
W. Barkley Butler, Indiana University of Pennsylvania
Jerry Button, Portland Community College
Bruce E. Byers, University of Massachusetts-Amherst
Sara Chambers, Long Island University
Nora L. Chee, Chaminade University
Joseph P. Chinnici, Virginia Commonwealth University
Dan Chiras, University of Colorado-Denver
Bob Coburn, Middlesex Community College
Joseph Coelho, Culver Stockton College
Martin Cohen, University of Hartford
Walter J. Conley, State University of New York at Potsdam
Mary U. Connell, Appalachian State University
Jerry Cook, Sam Houston State University
Joyce Corban, Wright State University
Ethel Cornforth, San Jacinto College-South
David J. Cotter, Georgia College
Lee Couch, Albuquerque Technical Vocational Institute
Donald C. Cox, Miami University of Ohio
Patricia B. Cox, University of Tennessee
Peter Crowcroft, University of Texas--Austin
Carol Crowder, North Harris Montgomery College
Donald E. Culwell, University of Central Arkansas
Robert A. Cunningham, Erie Community College, North
Karen Dalton, Community College of Baltimore County-
Catonsville Campus
Lydia Daniels, University of Pittsburgh
David H. Davis, Asheville-Buncombe Technical
Community College
Jerry Davis, University of Wisconsin-La Crosse
Douglas M. Deardon, University of Minnesota
Lewis Deaton, University of Southwestern Louisiana
Fred Delcomyn, University of Illinois-Urbana
David M. Demers, University of Hartford
Lorren Denney, Southwest Missouri State University
Katherine J. Denniston, Towson State University
Charles F. Denny, University of South Carolina-Sumter
Jean DeSaix, University of North Carolina-Chapel Hill
Ed DeWalt, Louisiana State University
Daniel F. Doak, University of California-Santa Cruz
Matthew M. Douglas, University of Kansas
Ronald J. Downey, Ohio University
Ernest Dubrul, University of Toledo
Michael Dufresne, University of Windsor
Tamatha Barbeau, Francis Marion University
Linda Flora, Montgomery County Community College
Anne Galbraith, University of Wisconsin-La Crosse
Christopher Gregg, Louisiana State University
Theresa Hornstein, Lake Superior College
Dawn Janich, Community College of Philadelphia
Steve Kilpatrick, University of Pittsburgh at Johnstown
Bonnie L. King, Quinnipiac University
Michael Kotarski, Niagara University
Nancy Pencoe, University of West Georgia
Kelli Prior, Finger Lakes Community College
Greg Pryor, Francis Marion University
Mark Sugalski, Southern Polytechnic State University
Eric Stavney, DeVry University
Michelle D. Withers, Louisiana State University
Michelle Zurawski, Moraine Valley Community College
Susan A. Dunford, University of Cincinnati
Mary Durant, North Harris College
Ronald Edwards, University of Florida
Rosemarie Elizondo, Reedley College
George Ellmore, Tufts University
Joanne T. Ellzey, University of Texas-El Paso
Wayne Elmore, Marshall University
Thomas Emmel, University of Florida
Carl Estrella, Merced College
Nancy Eyster-Smith, Bentley College
Gerald Farr, Southwest Texas State University
Rita Farrar, Louisiana State University
Marianne Feaver, North Carolina State University
Susannah Feldman, Towson University
Linnea Fletcher, Austin Community College-Northridge
Charles V. Foltz, Rhode Island College
Dennis Forsythe, The Citadel
Douglas Fratianne, Ohio State University
Scott Freeman, University of Washington
Donald P. French, Oklahoma State University
Harvey Friedman, University of Missouri-St. Louis
Don Fritsch, Virginia Commonwealth University
Teresa Lane Fulcher, Pellissippi State Technical
Community College
Michael Gaines, University of Kansas
Irja Galvan, Western Oregon University
Gail E. Gasparich, Towson University
Farooka Gauhari, University of Nebraska-Omaha
John Geiser, Western Michigan University
George W. Gilchrist, University of Washington
David Glenn-Lewin, Iowa State University
Elmer Gless, Montana College of Mineral Sciences
Charles W. Good, Ohio State University-Lima
Margaret Green, Broward Community College
David Grise, Southwest Texas State University
Lonnie J. Guralnick, Western Oregon University
Martin E. Hahn, William Paterson College
Madeline Hall, Cleveland State University
Georgia Ann Hammond, Radford University
Blanche C. Haning, North Carolina State University
Richard Hanke, Rose State College
Helen B. Hanten, University of Minnesota
John P. Harley, Eastern Kentucky University
William Hayes, Delta State University
Stephen Hedman, University of Minnesota
Jean Helgeson, Collins County Community College
Alexander Henderson, Millersville University
Timothy L. Henry, University of Texas-Arlington
James Hewlett, Finger Lakes Community College
Alison G. Hoffman, University of Tennessee-Chattanooga
Leland N. Holland, Paso-Hernando Community College
Laura Mays Hoopes, Occidental College
Michael D. Hudgins, Alabama State University
David Huffman, Southwest Texas State University
Donald A. Ingold, East Texas State University
Jon W. Jacklet, State University of New York-Albany
Rebecca M. Jessen, Bowling Green State University
J. Kelly Johnson, University of Kansas
Florence Juillerat, Indiana University-Purdue University at
Indianapolis
Thomas W. Jurik, Iowa State University
Arnold Karpoff, University of Louisville
L. Kavaljian, California State University
Jeff Kenton, Iowa State University
Hendrick J. Ketellapper, University of California, Davis
Jeffrey Kiggins, Blue Ridge Community College
Harry Kurtz, Sam Houston State University
Kate Lajtha, Oregon State University
Tom Langen, Clarkson University
Patricia Lee-Robinson, Chaminade University of Honolulu
William H. Leonard, Clemson University
Edward Levri, Indiana University of Pennsylvania
Graeme Lindbeck, University of Central Florida
Jerri K. Lindsey, Tarrant County Junior College-Northeast
John Logue, University of South Carolina-Sumter
William Lowen, Suffolk Community College
Ann S. Lumsden, Florida State University
Steele R. Lunt, University of Nebraska-Omaha
Daniel D. Magoulick, The University of Central Arkansas
Paul Mangum, Midland College
Richard Manning, Southwest Texas State University
Ken Marr, Green River Community College
Kathleen A. Marrs, Indiana University-Purdue University
Indianapolis
Michael Martin, University of Michigan
Linda Martin-Morris, University of Washington
Kenneth A. Mason, University of Kansas
Margaret May, Virginia Commonwealth University
D. J. McWhinnie, De Paul University
Gary L. Meeker, California State University, Sacramento
Thoyd Melton, North Carolina State University
Joseph R. Mendelson III, Utah State University
Karen E. Messley, Rockvalley College
Timothy Metz, Campbell University
Glendon R. Miller, Wichita State University
Hugh Miller, East Tennessee State University
Neil Miller, Memphis State University
Jeanne Mitchell, Truman State University
Jack E. Mobley, University of Central Arkansas
John W. Moon, Harding University
Richard Mortenson, Albion College
Gisele Muller-Parker, Western Washington University
Kathleen Murray, University of Maine
Robert Neill, University of Texas
Harry Nickla, Creighton University
Daniel Nickrent, Southern Illinois University
Jane Noble-Harvey, University of Delaware
David J. O’Neill, Community College of Baltimore County-Dundalk
Campus
James T. Oris, Miami University of Ohio
Marcy Osgood, University of Michigan
C. O. Patterson, Texas A&M University
Fred Peabody, University of South Dakota
Harry Peery, Tompkins-Cortland Community College
Rhoda E. Perozzi, Virginia Commonwealth University
Gary B. Peterson, South Dakota State University
Bill Pfitsch, Hamilton College
Ronald Pfohl, Miami University of Ohio
Bernard Possident, Skidmore College
Ina Pour-el, DMACC-Boone Campus
Elsa C. Price, Wallace State Community College
Marvin Price, Cedar Valley College
James A. Raines, North Harris College
Paul Ramp, Pellissippi State Technical College
Mark Richter, University of Kansas
Robert Robbins, Michigan State University
PREFACI O xxvii
Jennifer Roberts, Lewis University
Chris Romero, Front Range Community College
Paul Rosenbloom, Southwest Texas State University
K. Ross, University of Delaware
Mary Lou Rottman, University of Colorado-Denver
Albert Ruesink, Indiana University
Connie Russell, Angelo State University
Christopher F. Sacchi, Kutztown University
Doug Schelhaas, University of Mary
Brian Schmaefsky, Kingwood College
Alan Schoenherr, Fullerton College
Edna Seaman, University of Massachusetts, Boston
Patricia Shields, George Mason University
Marilyn Shopper, Johnson County Community College
Anu Singh-Cundy, Western Washington University
Linda Simpson, University of North Carolina-Charlotte
Russel V. Skavaril, Ohio State University
John Smarelli, Loyola University
Shari Snitovsky, Skyline College
John Sollinger, Southern Oregon University
Sally Sommers Smith, Boston University
Jim Sorenson, Radford University
Mary Spratt, University of Missouri, Kansas City
Bruce Stallsmith, University of Alabama-Huntsville
Benjamin Stark, Illinois Institute of Technology
William Stark, Saint Louis University
Barbara Stebbins-Boaz, Willamette University
Kathleen M. Steinert, Bellevue Community College
Barbara Stotler, Southern Illinois University
Gerald Summers, University of Missouri-Columbia
Marshall Sundberg, Louisiana State University
Bill Surver, Clemson University
Eldon Sutton, University of Texas-Austin
Dan Tallman, Northern State University
David Thorndill, Essex Community College
William Thwaites, San Diego State University
Professor Tobiessen, Union College
Richard Tolman, Brigham Young University
Dennis Trelka, Washington and Jefferson College
Sharon Tucker, University of Delaware
Gail Turner, Virginia Commonwealth University
Glyn Turnipseed, Arkansas Technical University
Lloyd W. Turtinen, University of Wisconsin-Eau Claire
Robert Tyser, University of Wisconsin-La Crosse
Robin W. Tyser, University of Wisconsin-La Crosse
Kristin Uthus, Virginia Commonwealth University
F. Daniel Vogt, State University of New York-Plattsburgh
Nancy Wade, Old Dominion University
Susan M. Wadkowski, Lakeland Community College
Jyoti R. Wagle, Houston Community College-Central
Lisa Weasel, Portland State University
Michael Weis, University of Windsor
DeLoris Wenzel, University of Georgia
Jerry Wermuth, Purdue University-Calumet
Jacob Wiebers, Purdue University
Carolyn Wilczynski, Binghamton University
P. Kelly Williams, University of Dayton
Roberta Williams, University of Nevada-Las Vegas
Emily Willingham, University of Texas-Austin
Sandra Winicur, Indiana University-South Bend
Bill Wischusen, Louisiana State University
Chris Wolfe, North Virginia Community College
Stacy Wolfe, Art Institutes International
Colleen Wong, Wilbur Wright College
Wade Worthen, Furman University
Robin Wright, University of Washington
Brenda L. Young, Daemen College
Cal Young, Fullerton College
Tim Young, Mercer University
xxviii PREFACI O
Acerca de los autores
TERRY Y GERRY AUDESI RKcrecieron en Nueva Jersey,
donde se conocieron como estudiantes de licenciatura. Después de casarse
en 1970, se mudaron a California, donde Terry obtuvo su doctorado en eco-
logía marina en la Universidad del Sur de California y Gerry obtuvo su doc-
torado en neurobiología en el Instituto Tecnológico de California. Como
estudiantes de posdoctorado en los laboratorios marinos de la Universidad
de Washington, colaboraron en trabajos sobre las bases neurales del com-
portamiento, empleando un molusco marino como sistema modelo.
Terry y Gerry son profesores eméritos de biología en la Universidad de Co-
lorado en Denver, donde impartieron las cátedras de introducción a la bio-
logía y neurobiología de 1982 a 2006. En su laboratorio de investigación,
financiado por los Institutos Nacionales de la Salud, investigaron cómo los
niveles bajos de contaminantes ambientales dañan las neuronas y cómo los
estrógenos las protegen.
Terry y Gerry comparten un profundo aprecio por la naturaleza y el aire li-
bre. Les gusta excursionar en las Rocallosas, correr cerca de su casa al pie
de las montañas al oeste de Denver y tratar de mantener un huerto a 2130
metros de altitud en presencia de alces y venados hambrientos. Pertenecen
desde hace tiempo a numerosas organizaciones dedicadas a la conservación
del ambiente. Su hija, Heather, ha dado un nuevo enfoque a sus vidas.
BRUCE E. BYERS, originario de la región central norte de Esta-
dos Unidos, se trasladó a las colinas del oeste de Massachusetts, y se incor-
poró como profesor del departamento de biología de la Universidad de
Massachusetts, Amherst. Desde 1993 ha sido miembro del cuerpo docente
de la UMass, donde también obtuvo su doctorado. Bruce imparte cursos de
introducción a la biología para estudiantes de carreras de ciencias biológi-
cas y de otros campos; también de ornitología y comportamiento animal.
Su eterna fascinación por las aves lo llevó a explorar científicamente su bio-
logía. Sus investigaciones actuales se centran en la ecología del comporta-
miento de las aves, sobre todo en la función y evolución de las señales
vocales que usan para comunicarse. La búsqueda de vocalizaciones a menu-
do obliga a Bruce a salir al campo, donde puede encontrársele antes del
amanecer, con grabadora en mano, esperando los primeros trinos del nue-
vo día.
Para Heather, Jack y Lori y en memoria de Eve y Joe
T. A. & G. A.
A Bob y Ruth, con gratitud
B. E. B.
C
A
P
Í
T
U
L
O
1
La vida en la Tierra está confinada a la biosfera, que es una capa delgada
que cubre la superficie terrestre. Vista desde la Luna, la Tierra es un oasis
de vida en nuestro sistema solar.
Introducción a la vida
en la Tierra
DE UN VI STAZO
ESTUDI O DE CASO
LA VI DA EN LA TI ERRA ¿Y EN ALGÚN OTRO LUGAR?
ESTUDI O DE CASO: La vida en la Tierra ¿y en
algún otro lugar?
1.1 ¿Cómo estudian la vida los científicos?
La vida puede estudiarse en diferentes niveles de organización
Los principios científicos fundamentan toda investigación
científica
El método científico es la base de la investigación científica
La comunicación es esencial para la ciencia
La ciencia es un esfuerzo humano
Investigación científica: Experimentos controlados, antes y
ahora
Las teorías científicas se han probado una y otra vez
1.2 Evolución: La teoría unificadora de la biología
Tres procesos naturales sustentan la evolución
1.3 ¿Cuáles son las características de los seres vivos?
Los seres vivos son complejos, están organizados
y se componen de células
Guardián de la Tierra: ¿Por qué debemos preservar la biodi-
versidad?
Los seres vivos mantienen condiciones internas relativamente
constantes mediante la homeostasis
Los seres vivos responden ante estímulos
Los seres vivos obtienen y usan materiales y energía
Enlaces con la vida: La vida que nos rodea
Los seres vivos crecen
Los seres vivos se reproducen
En conjunto, los seres vivos poseen la capacidad
de evolucionar
1.4 ¿Cómo clasifican los científicos en categorías
la diversidad de seres vivos?
Los dominios Bacteria y Archaea están constituidos por
células procarióticas; el dominio Eukarya se compone
de células eucarióticas
Los dominios Bacteria y Archaea, así como los miembros
del reino Protista, son principalmente unicelulares;
los miembros de los reinos Fungi, Plantae y Animalia son
básicamente multicelulares
Los organismos de los distintos reinos tienen diferentes
formas de obtener energía.
1.5 ¿Cómo ilumina la vida diaria el conocimiento
de la biología?
OTRO VI STAZO AL ESTUDI O DE CASO
La vida en la Tierra ¿y en algún otro lugar?
“Vistas desde la Luna, las cosas sorprenden-
tes de la Tierra cortan el aliento, ya que está
viva. Las fotografías muestran la superficie
lunar seca y llena de cráteres en el fondo,
inerte como un viejo hueso. Arriba, flotando
libre debajo de la húmeda superficie brillan-
te del luminoso cielo azul, está naciendo la
Tierra, la única cosa exuberante en esta par-
te del Cosmos”.
—Lewis Thomas en The Lives of a Cell
(1974)
CUANDO LEWIS THOMAS, médico e inves-
tigador biomédico, observó las primeras
fotografías de la Tierra tomadas por astro-
nautas desde la superficie lunar (véase la
imagen de la página anterior), él, como la ma-
yoría de los seres humanos, se sintió estupe-
facto. La desolada y árida superficie de la
Luna, en el primer plano, nos recuerda qué
tan especial es realmente nuestro planeta:
cubierto con plantas verdes, mares azules y
nubes blancas. Sin embargo, ¿la Tierra mis-
ma está “viva”? No cabe duda de que la vi-
da la ha invadido hasta el último rincón. Las
formas de vida más resistentes son también
las más sencillas, como los organismos uni-
celulares llamados colectivamente como ex-
tremófilos. Estos “microbios sobrevivientes”
habitan los ambientes más inhóspitos de
nuestro planeta. Algunos crecen en abertu-
ras en la profundidad del lecho marino, don-
de la presión es 30 veces superior a la de la
superficie terrestre y de donde mana agua a
temperaturas mayores a los 100°C (212°F),
en tanto que se han descubierto otros en
muestras de hielo 360 metros (1200 pies)
por debajo de la superficie de un lago en la
Antártida que ha estado congelado durante
cientos de miles de años. Los extremófilos
viven en los entornos de alta acidez produ-
cidos por los residuos de minería y manan-
tiales termales, y se han descubierto en
muestras de rocas extraídas a más de 6400
metros (4 millas) por debajo de la superficie
de la Tierra. Estas formas de vida son tan di-
ferentes de nosotros como lo sería la vida
alienígena de otro sistema solar. De hecho,
su existencia en la Tierra estimula un opti-
mismo cauteloso sobre el hecho de que
pueda existir vida, o de que quizás alguna
vez existió, en las aparentemente hostiles
condiciones encontradas en otros planetas.
¿Qué es la vida y cómo evolucionó? ¿Po-
drían los organismos sobrevivir en la acci-
dentada superficie lunar o en los inhóspitos
ambientes de otros planetas?
Capítulo 1 I NTRODUCCI ÓN A LA VI DA EN LA TI ERRA
1.1 ¿CÓMO ESTUDIAN LA VIDA
LOS CIENTÍFICOS?
La vida puede estudiarse en diferentes niveles
de organización
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 cien-
tíficos perciben a los seres vivos y a la materia inanimada co-
mo una serie de niveles de organización, cada uno de los cua-
les constituye los cimientos del siguiente nivel (FIGURA 1-1).
En la Tierra toda la materia se compone de sustancias lla-
madas elementos, cada uno de los cuales es de tipo único. Un
átomo es la partícula más pequeña de un elemento que conser-
va las propiedades de ese elemento. Un diamante, por ejem-
plo, se compone del elemento llamado carbono. La unidad
más pequeña posible del diamante es un átomo individual de
carbono. Los átomos pueden combinarse de formas específi-
cas para formar estructuras llamadas moléculas; por ejemplo,
un átomo de carbono puede combinarse con dos átomos de
oxígeno para formar una molécula de dióxido de carbono.
Aunque muchas moléculas simples se forman espontánea-
HO
CH2OH
H H
OH
H OH
H
H
OH
O
O
H H
Organismo
multicelular
Sistema
de órganos
Órgano
Tejido
Célula
Molécula
Átomo
Estructura que normalmente se
compone de varios tipos de tejidos
que forman una unidad funcional
Comunidad
Dos o más poblaciones de especies
diferentes que viven e interactúan
en la misma área
Población
Miembros de una especie que
habitan en la misma área
Ser vivo individual formado
por muchas células
Dos o más órganos que actúan en
conjunto para realizar una función
corporal específica
Grupo de células similares que
desempeñan una función específica
La unidad más pequeña de vida
Una combinación de átomos
La partícula más pequeña de un
elemento que conserva las
propiedades de ese elemento
carbono nitrógeno oxígeno hidrógeno
DNA glucosa Agua
células epiteliales células sanguíneas célula nerviosa
tejido epitelial
el estómago
el sistema digestivo
berrendo, halcón, pasto
rebaño de berrendos
berrendo
FIGURA 1-1 Niveles de organización de la materia
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. EJERCICIO: 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.
mente, sólo los seres vivos fabrican moléculas extremadamen-
te grandes y complejas. Los seres vivos se componen primor-
dialmente de moléculas complejas, a las que se denomina
moléculas orgánicas, lo cual significa que contienen una es-
tructura de carbono a la que están unidos, al menos, algunos
átomos de hidrógeno.
Aunque los átomos y las moléculas constituyen los bloques
de construcción de la vida, la cualidad de la vida misma surge
en el nivel celular. Así como un átomo es la unidad más pe-
queña de un elemento, la célula es la unidad más pequeña de
vida (FIGURA 1-2). Aun cuando muchas formas de vida están
compuestas de sólo una célula, en las formas de vida multice-
lulares, células de tipo similar se combinan para formar las es-
tructuras que se conocen como tejidos; por ejemplo, el
músculo es una clase de tejido. A la vez, varios tipos de tejidos
se combinan para formar órganos (por ejemplo, el estómago
o el riñón). Varios órganos que realizan conjuntamente una
sola función forman un sistema de órganos (por ejemplo, el
estómago es parte del sistema digestivo, en tanto que el riñón
forma parte del sistema urinario). Por lo general, un organis-
mo multicelular tiene varios sistemas de órganos.
Los niveles de organización van más allá de los organismos
individuales. Los organismos con características morfológicas,
fisiológicas y genéticas similares que son capaces de reprodu-
cirse entre sí constituyen una especie. Los organismos de la
misma especie que viven en cierta área se consideran una po-
blación. El conjunto de poblaciones diferentes que interac-
túan entre sí forman una comunidad (véase la figura 1-1).
Observa que cada nivel de organización incorpora a muchos
miembros del nivel inferior: una comunidad incluye a muchas
poblaciones, una población incluye a muchos organismos, et-
cétera.
Los biólogos trabajan con los distintos niveles de organiza-
ción, 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 secreta-
das 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 científi-
cos investigarían tanto la población de éstos como las pobla-
ciones de otras especies con quienes interactúan y que forman
la comunidad a la que pertenece el berrendo. Los investigado-
res deben reconocer y elegir el nivel de organización que sea
más adecuado para responder la pregunta que se plantearon.
Los principios científicos fundamentan toda
investigación científica
La investigación científica, incluida la biológica, se basa en un
conjunto pequeño de suposiciones. Aunque nunca es posible
demostrar absolutamente tales suposiciones, se les ha probado
y validado de forma tan exhaustiva que las llamamos princi-
pios científicos. Se trata de los principios de causalidad natural,
uniformidad en el espacio y el tiempo, y percepción común.
La causalidad natural es el principio que indica que
todos los sucesos tienen causas naturales
A lo largo de la historia de la humanidad, se han adoptado
dos enfoques para estudiar el origen de la vida y otros fenó-
menos naturales. El primero considera que algunos sucesos
ocurren gracias a la intervención de fuerzas sobrenaturales
que están más allá de lo que podemos comprender. Durante
la Edad Media, mucha gente pensaba que la vida surgía es-
pontáneamente de materia inerte. En el siglo XVII las perso-
nas creían que los gusanos se originaban a partir de la carne
en putrefacción (véase “Investigación científica: Experimen-
tos controlados, antes y ahora”) y que los ratones podrían
crearse a partir de ropa interior sudada combinada con casca-
rilla de trigo dentro de un frasco abierto. Las convulsiones
epilépticas alguna vez se consideraron resultado de la visita
de los dioses al cuerpo del enfermo. En cambio, la ciencia se
adhiere al principio de la causalidad natural, que señala que
todos los sucesos tienen causas naturales que somos capaces
de comprender. En la actualidad, sabemos que los gusanos
son larvas de las moscas y que la epilepsia es una enfermedad
del cerebro en la cual grupos de células nerviosas se activan de
manera incontrolada. El principio de la causalidad natural
tiene un corolario importante: la evidencia natural que reuni-
mos no ha sido distorsionada de forma deliberada para enga-
ñarnos. Esta conclusión parecería obvia, pero no hace mucho
tiempo algunos argumentaban que los fósiles no eran prueba
de la evolución, sino que Dios los colocó en la Tierra para po-
ner a prueba nuestra fe. Los grandes descubrimientos de la
ciencia se basan en la premisa de la causalidad natural.
Las leyes naturales que rigen los sucesos son válidas
en todo lugar y en cualquier momento
¿CÓMO ESTUDI AN LA VI DA LOS CI ENTÍ FI COS? 3
membrana plasmática
núcleo
pared celular
organelos
FIGURA 1-2 La célula es la unidad más pequeña de la vida
Esta micrografía de una célula vegetal, coloreada de manera artifi-
cial, muestra la pared celular que rodea y da soporte a las células
vegetales (no a las animales). Junto a la pared, la membrana plas-
mática (presente en todas las células) controla las sustancias que
entran en la célula y las que salen de ella. El núcleo contiene el
DNA de la célula. Ésta también contiene varios tipos de organelos
especializados. Algunos almacenan los alimentos; otros los des-
componen para obtener energía útil. En las plantas, algunos orga-
nelos captan la energía luminosa.
Capítulo 1 I NTRODUCCI ÓN A LA VI DA EN LA TI ERRA
FIGURA 1-3 Los sistemas de valores difieren
Aunque por lo general las personas están de acuerdo acerca de
los colores y las formas de esta obra de arte, preguntas como
“¿qué significa?” o “¿es hermosa?” tendrían diferentes respuestas
de observadores distintos.
formes tanto en el espacio como en el tiempo. Las leyes de la
gravedad, el comportamiento de la luz y las interacciones de
los átomos, por ejemplo, son las mismas en la actualidad que
hace mil millones de años y se cumplen tanto en Moscú como
en Nueva York, o incluso en Marte. La uniformidad en el es-
pacio y el tiempo resulta especialmente indispensable en bio-
logía, ya que muchos sucesos de gran importancia para esta
disciplina, como la evolución de la diversidad actual de los se-
res vivos, ocurrieron antes de que hubiera seres humanos pa-
ra observarlos. Hay quienes creen que cada uno de los
diferentes tipos de organismos fue creado individualmente en
algún momento del pasado por intervención directa de Dios;
esta filosofía se conoce como creacionismo. Los científicos
admiten sin reservas que no es posible demostrar que tal idea
sea falsa. No obstante, el creacionismo se opone tanto a la
causalidad natural como a la uniformidad en el tiempo. El
abrumador éxito de la ciencia al explicar los sucesos ambien-
tales por sus causas naturales logró que la mayoría de los
científicos rechazaran el creacionismo como explicación de la
diversidad de la vida en la Tierra.
La investigación científica se basa en la suposición
de que las personas perciben los sucesos
naturales de forma similar
Una tercera suposición básica de la ciencia es que, por regla
general, todos los seres humanos perciben los sucesos natura-
les básicamente de la misma forma y que tales percepciones
nos brindan información confiable acerca del mundo que nos
rodea. Hasta cierto punto, la percepción común es una pecu-
liaridad de la ciencia. Los sistemas de valores, como los que
intervienen en la apreciación del arte, la poesía y la música, no
suponen una percepción común. Quizá percibamos los colo-
res y las formas de una pintura de manera similar (el aspecto
científico del arte); pero no percibiríamos de forma idéntica el
valor estético de la pintura (el aspecto humanista del arte; FI-
GURA 1-3). Los valores también difieren entre los individuos,
a menudo como resultado de su cultura o de sus creencias
religiosas. Como los sistemas de valores son subjetivos, no ob-
jetivos ni medibles, la ciencia no puede resolver ciertos tipos
de problemas filosóficos o morales, como la moralidad en el
caso del aborto.
El método científico es la base
de la investigación científica
Considerando tales suposiciones, ¿cómo estudian los biólogos
el funcionamiento de la vida? La investigación científica es un
método riguroso para efectuar observaciones de fenómenos
específicos y buscar el orden subyacente a dichos fenómenos.
Por lo general, la biología y las demás ciencias utilizan el
método científico, el cual consiste en seis operaciones interre-
lacionadas: observación, pregunta de investigación, hipótesis,
predicción, experimento y conclusión (FIGURA 1-4a). Toda la
investigación científica inicia con la observación de algún fe-
nómeno específico. La observación, a la vez, lleva a preguntas
del tipo “¿cómo sucedió esto?”. Luego, por un destello de
perspicacia, o más comúnmente después de largo e intenso ra-
zonamiento, se formula una hipótesis, que es una suposición
basada en observaciones previas, que se ofrece como respues-
ta a la pregunta y como explicación natural del fenómeno ob-
servado. Para ser útil, la hipótesis debe conducir a una
, que por lo general se expresa como un enunciado
de la forma “Si... entonces”. La predicción es susceptible de
probarse con observaciones cuidadosamente controladas lla-
madas experimentos. Tales experimentos producen resultados
que apoyan o refutan la hipótesis, lo cual permite que los
científicos obtengan una conclusión acerca de la validez de la
hipótesis. Un solo experimento nunca es una base suficiente
para llegar a una conclusión: los resultados deben ser repro-
ducibles o replicables, no sólo por el investigador original, si-
no también por otros investigadores.
Los experimentos simples prueban la afirmación de que un
solo factor, o variable, es la causa de una sola observación. Pa-
ra tener validez científica, el experimento debe descartar
otras posibles variables como la causa de la observación. Por
ello, los científicos diseñan controles en sus experimentos. En
los controles, todas las variables que no se someten a prueba
permanecen constantes. Luego, los controles se comparan con
la situación experimental, donde sólo cambia la variable que
se está probando. En el siglo XVII, Francesco Redi empleó el
método científico para probar la hipótesis de que las moscas
no surgen de forma espontánea a partir de la carne en des-
composición, método que aún se usa en la actualidad, como
ilustra el experimento de Malte Andersson, para probar la hi-
pótesis de que las hembras de las aves llamadas viudas del pa-
raíso preferían aparearse con machos de colas largas (véase
“Investigación científica: Experimentos controlados, antes y
ahora”).
Quizá tú utilizas alguna variación del método científico pa-
ra resolver problemas cotidianos (FIGURA 1-4b). Por ejemplo,
cuando se te hace tarde para llegar a una cita importante, su-
bes de prisa al automóvil, giras la llave de encendido y haces
la observación de que no quiere arrancar. Tú pregunta es ¿por
qué no quiere arrancar?, la cual de inmediato te conduce a
una
¿CÓMO ESTUDI AN LA VI DA LOS CI ENTÍ FI COS? 5
Observación
Pregunta de
investigación
Hipótesis
Predicción
Experimento
u observación
Conclusión
Las hipótesis
que no se
apoyan conducen
a nuevas hipótesis.
Las hipótesis que
sí se apoyan
originan otras
predicciones.
Observación El auto no arranca.
Pregunta de
investigación
¿Por qué no arranca
el automóvil?
Hipótesis
El auto no arranca porque
la batería está descargada.
Predicción
Si la hipótesis es correcta,
ENTONCES el auto arrancará
al reemplazar la batería.
Experimento
u observación
Se reemplaza la batería.
Conclusión
Se apoya la hipótesis de
la batería descargada.
FIGURA 1-4 El método científico
a) El proceso general. b) Un ejemplo de la vida cotidiana.
a una predicción: si la batería está descargada, entonces una
batería nueva te permitirá encender el motor. Rápidamente,
diseñas un experimento: reemplazas la batería por la del
auto nuevo de tu compañero de habitación e intentas arran-
carlo de nuevo. El resultado apoya tu hipótesis, porque el au-
tomóvil enciende de inmediato. Pero, ¡un momento! No
incluiste controles para algunas variables. Tal vez el cable de
la batería estaba flojo y lo único que hacía falta era apretarlo.
Al darte cuenta de que necesitas un buen control, vuelves a
instalar tu vieja batería, asegurándote de que los cables estén
bien apretados, y tratas de arrancar el auto otra vez. Si una y
otra vez el automóvil se niega a arrancar con la batería vieja
y los cables bien apretados, pero arranca de inmediato con la
batería nueva de tu compañero, aislaste una sola variable,
la batería. Así, aunque quizá sea muy tarde para tu cita, segu-
ramente podrás obtener la conclusión de que tu batería vieja
estaba descargada.
El método científico es poderoso, pero es importante reco-
nocer sus limitaciones. En particular, los científicos pocas ve-
ces pueden tener la certeza de que han controlado todas las
variables, además de la que tratan de estudiar. Por lo tanto,
las conclusiones científicas siempre deben permanecer como
tentativas y estar sujetas a revisión, si nuevas observaciones
o experimentos así lo exigen.
La comunicación es esencial para la ciencia
Un último elemento importante para la ciencia es la comuni-
cación. No importa qué tan bien diseñado esté un experimen-
to, resultará infructuoso si no se comunica minuciosa y
exactamente. En la actualidad, el diseño experimental y las
conclusiones de Redi sobreviven sólo porque registró cuida-
dosamente sus métodos y observaciones. Si los experimentos
no se dieran a conocer a otros científicos con los suficientes
detalles como para que puedan repetirse, no sería posible ve-
rificar las conclusiones. Sin verificación, los resultados cientí-
ficos no pueden utilizarse con seguridad como la base de
nuevas hipótesis y experimentos adicionales.
Un aspecto fascinante de la investigación científica es que
cuando un científico obtiene una conclusión, ésta de inmedia-
to origina más preguntas que conducen a otras hipótesis y a
más experimentos (¿por qué se descargó tu batería?). La
ciencia es una búsqueda interminable de conocimientos.
La ciencia es un esfuerzo humano
Los científicos son personas comunes. Los impulsan los mismos
intereses, ambiciones, logros y temores que a otros individuos,
y a veces cometen errores. Como veremos en el capítulo 9, la
ambición jugó un papel importante en el descubrimiento de
la estructura del DNA realizado por James Watson y Francis
Crick. Los accidentes, las conjeturas afortunadas, las controver-
sias con científicos rivales y, desde luego, las facultades intelec-
tuales de algunos investigadores hacen grandes aportaciones a
los avances científicos. Para ilustrar lo que podríamos llamar
“ciencia verdadera”, consideremos un caso real.
Cuando los microbiólogos estudian bacterias utilizan culti-
vos puros, es decir, recipientes con bacterias que no estén con-
taminados por otras bacterias o mohos. Sólo si estudian un
único tipo a la vez podrán conocer las propiedades de esa bac-
teria específica. Así, al primer indicio de contaminación, nor-
malmente se desechan los cultivos, casi siempre farfullando
por la técnica descuidada. Sin embargo, en una de esas ocasio-
nes, a finales de la década de 1920, el bacteriólogo escocés
Un experimento clásico realizado por el médico italiano Fran-
cesco Redi (1621-1697) demuestra bellamente el método cien-
tífico y ayuda a ilustrar el principio de causalidad natural y
también constituye la base de la ciencia moderna. Redi investi-
gó por qué los gusanos (que son las larvas de las moscas) apa-
recen en la carne en descomposición. En la época de Redi, el
hecho de que se formaran gusanos en la carne se consideraba
prueba de la generación espontánea, es decir, la producción de
seres vivos a partir de la materia inerte.
Redi observó que las moscas pululaban cerca de la carne
fresca y que los gusanos aparecían en la carne que se dejaba a
la intemperie unos cuantos días. Formuló una hipótesis demos-
trable: Las moscas producen los gusanos. En su experimento,
Redi intentó probar sólo una variable: el acceso de las moscas
a la carne. Así que tomó dos frascos transparentes y colocó
dentro de ellos trozos de carne semejantes. Dejó un frasco
abierto (el frasco de control ) y cu-
brió el otro con una gasa para
mantener afuera a las moscas (el
frasco experimental ). Se esforzó lo
mejor que pudo para mantener
constantes las demás variables
(por ejemplo, el tipo de frasco, el
tipo de carne y la temperatura).
Después de unos cuantos días, ob-
servó gusanos en el frasco que es-
taba abierto; pero no notó
ninguno en la carne del frasco cu-
bierto. Redi concluyó que su hipó-
tesis era correcta y que los gusanos
eran producidos por las moscas,
no por la carne (FIGURA E1-1). Só-
lo mediante experimentos contro-
lados fue posible descartar la
duradera hipótesis de la genera-
ción espontánea.
En la actualidad, más de 300
años después del experimento de
Redi, los científicos emplean el
mismo enfoque para diseñar sus
experimentos. Piensa en el experi-
mento que diseñó Malte Anders-
son para investigar las colas largas
de las aves llamadas viudas del pa-
raíso. Andersson observó que las
viudas del paraíso machos, y no
las hembras, tenían colas extrava-
gantemente largas, las cuales des-
pliegan mientras vuelan por las
praderas africanas (FIGURA E1-2).
Esta observación llevó a Anders-
son a plantear la pregunta de investigación: ¿Por qué sólo los
machos tienen colas tan largas? Su hipótesis fue que los ma-
chos tienen colas largas porque las hembras prefieren aparear-
se con machos de colas largas, los cuales, desde luego, tienen
mayor descendencia que los machos de cola más corta. Con
base en esa hipótesis, Andersson predijo que si su hipótesis era
verdadera, entonces más hembras construirían nidos en los te-
rritorios de los machos con colas artificialmente alargadas, que
las que construirían los nidos en los territorios de los machos
con la cola artificialmente recortada. Después, atrapó algunos
machos y les recortó sus colas hasta aproximadamente la mitad
de su longitud original y luego los soltó (grupo experimental 1).
Otro grupo de machos tenían pegadas las plumas de las colas
que se quitaron a los machos del primer grupo (grupo experi-
mental 2). Por último, Andersson tuvo dos grupos de control: a
uno se le cortó la cola y luego se le volvió a poner (para contro-
Experimentos controlados, antes y ahora INVESTIGACIÓN CIENTÍFICA
Variable experimental:
la gasa evita que entren
las moscas
Variables controladas:
tiempo, temperatura,
lugar
Resultados
Situación de control Situación experimental
Colocar la carne dentro
de cada frasco.
Obtener trozos de carne
y dos frascos idénticos.
Las moscas pululan y
aparecen los gusanos.
Dejar un frasco
descubierto
Dejarlo expuesto
varios días.
Las moscas están
lejos de la carne;
no aparecen gusanos.
Cubrir el frasco
con una gasa.
Dejarlo cubierto
varios días.
Experimento
Observación: Las moscas pululan alrededor de la carne que se deja descubierta;
los gusanos aparecen en la carne.
Pregunta de
investigación:
¿De dónde provienen los gusanos en la carne?
Hipótesis: Las moscas engendran los gusanos.
Predicción: Si la hipótesis es correcta, ENTONCES mantener a las moscas alejadas
de la carne evitará que aparezcan los gusanos.
Conclusión: El experimento apoya la hipótesis de que las moscas son la causa
de los gusanos y que los gusanos no surgen por generación espontánea.
FIGURA E1-1 Los experimentos
de Francesco Redi
PREGUNTA: El experimento
de Redi descartó la generación
espontánea; pero, ¿demuestra
de manera concluyente que las
moscas producen los gusanos?
¿Qué clase de experimento de
seguimiento sería necesario para
determinar mejor el origen de los
gusanos?
lar el efecto de atrapar a las aves y manipular sus plumas); en
el otro, los animales fueron simplemente atrapados y liberados. El
investigador hizo lo posible para asegurarse de que la longitud
de las colas fuera la única variable modificada. Después de
unos cuantos días, Andersson contó el número de nidos que las
hembras habían construido en cada uno de los territorios de
los machos. Encontró que los machos con colas alargadas te-
nían más nidos en sus territorios, los machos con colas recorta-
das tenían menos y los machos de control (con las colas de
tamaño normal) tenían un número intermedio de nidos (FIGU-
RA E1-3). Andersson concluyó que su hipótesis era correcta y
que las viudas del paraíso hembras preferían aparearse con ma-
chos de cola larga.
Variable
experimental:
longitud
de la cola
Variables
controladas:
lugar, estación,
tiempo, clima
Resultados
Grupos de control Grupos experimentales
Conclusión: Se apoya la hipótesis de que las viudas del paraíso prefieren aparearse con machos de cola larga
(y evitan el apareamiento con machos de cola corta).
Observación: Las viudas del paraíso machos tienen colas extremadamente largas.
Pregunta de
investigación:
¿Por qué los machos, y no las hembras, tienen colas tan largas?
Hipótesis:
Manipular las colas
de los machos.
Dividir a los machos
en cuatro grupos.
Aproximadamente
un nido en
promedio
por macho.
No
modificar
la cola.
Soltar a los
machos, esperar
una semana
y contar los nidos.
Aproximadamente
un nido en
promedio
por macho.
Cortar y volver
a insertar
la cola.
Soltar a los
machos, esperar
una semana
y contar los nidos.
Los machos tienen colas largas porque las hembras prefieren aparearse con machos de cola larga.
Predicción: Si las hembras prefieren a los machos de cola larga, los machos con la cola artificialmente
alargada atraerán más hembras.
Experimento
Aproximadamente
medio nido en
promedio
por macho.
Cortar la cola
a la mitad de
su longitud
original.
Soltar a los
machos, esperar
una semana
y contar los nidos.
Aproximadamente
dos nidos en
promedio
por macho.
Añadir plumas
para aumentar
al doble la
longitud de la cola.
Soltar a los
machos, esperar
una semana
y contar los nidos.
FIGURA E1-2 Viuda del paraíso macho
FIGURA E1-3 Los experimentos de Malte Andersson
Capítulo 1 I NTRODUCCI ÓN A LA VI DA EN LA TI ERRA
Alexander Fleming convirtió un cultivo contaminado en uno
de los más grandes avances médicos de la historia.
Uno de los cultivos bacterianos de Fleming se contaminó
con una mancha de un moho llamado Penicillium. Antes de
tirar el recipiente del cultivo, Fleming observó que cerca del
moho no crecían bacterias (FIGURA 1-5). ¿Por qué no? Fle-
ming estableció la hipótesis de que el Penicillium libera una
sustancia que acaba con las bacterias que crecen cerca de él.
Para probar tal hipótesis, Fleming cultivó algo de Penicillium
puro en un caldo nutritivo líquido. Luego quitó el moho Peni-
cilliumfiltrando el caldo y aplicó el líquido donde se había re-
producido el moho a un cultivo bacteriano no contaminado.
En efecto, algo en el líquido mataba las bacterias. Investiga-
ciones posteriores de tales extractos de mohos llevaron a la
producción del primer antibiótico: la penicilina, que es una
sustancia que acaba con las bacterias y que, desde entonces, ha
salvado millones de vidas. Los experimentos de Fleming son
un ejemplo clásico del uso de la metodología científica. Par-
tieron de una observación que originó una hipótesis, seguida
de pruebas experimentales de la hipótesis que, a final de
cuentas, llevaron a una conclusión. No obstante, el método
científico por sí solo habría sido inútil sin la afortunada com-
binación de un accidente y una mente científica brillante. Si
Fleming hubiera sido un microbiólogo “perfecto”, no habría
tenido cultivos contaminados. Si hubiera sido menos observa-
dor, la contaminación sólo habría sido otro recipiente de cul-
tivo echado a perder. En cambio, fue el principio de la terapia
con antibióticos para combatir enfermedades bacterianas. Co-
mo señaló el microbiólogo francés Louis Pasteur: “La casua-
lidad favorece a las mentes preparadas”.
Las teorías científicas se han probado una y otra vez
Los científicos dan a la palabra teoría
científica es mucho más general y confiable
que una hipótesis. Lejos de ser una conjetu-
ra informada, una teoría científica es una
explicación general de fenómenos natura-
les importantes, desarrollada a través de
observaciones extensas y reproducibles. Es
más parecida a un principio o una ley natu-
ral. Por ejemplo, teorías científicas como la
teoría atómica (de que toda la materia se
compone de átomos) y la teoría de la gravi-
tación (de que los objetos se atraen mutuamente) son funda-
mentales para la ciencia de la física. Asimismo, la teoría
celular (de que todos los seres vivos se componen de células)
y la teoría de la evolución son fundamentales para el estudio
de la biología. Los científicos describen los principios funda-
mentales como “teorías” en vez de como “hechos”, porque
una premisa básica de la investigación científica es que se de-
be realizar con la mente abierta. Si surgen evidencias convin-
centes, la teoría se modificará.
Un ejemplo moderno de la necesidad de tener la mente abier-
ta ante el hallazgo de nuevas pruebas científicas es el descubri-
miento de los priones, que son proteínas infecciosas (véase el
estudio de caso del capítulo 3). Antes de la década de 1980, todos
los agentes de las enfermedades infecciosas conocidas poseían
material genético —ya fuera DNA o la molécula relacionada,
RNA. Cuando el neurólogo Stanley Prusiner, de la Universi-
dad de California en San Francisco, publicó evidencia en 1982
de que el scrapie o tembladera (una enfermedad infecciosa
que provoca la degeneración del cerebro en los bovinos) en
realidad es originada y transmitida por una proteína sin ma-
terial genético, sus hallazgos fueron recibidos con mucha in-
credulidad. Se descubrió que los priones son los causantes de
“la enfermedad de las vacas locas”, que mató no sólo a gana-
do, sino a más de 150 personas que consumieron carne de re-
ses infectadas. Antes del descubrimiento de los priones, el
concepto de una proteína infecciosa era desconocido para la
ciencia. Sin embargo, al tener la voluntad de modificar las
creencias arraigadas para aplicar nueva información, los cien-
tíficos conservan la integridad del proceso científico, mientras
aumentan su conocimiento de las enfermedades. Gracias a su
investigación pionera, Stanley Prusiner fue galardonado con
el Premio Nobel de Medicina en 1997.
La ciencia se basa en el razonamiento
Las teorías científicas nacen del razonamiento inductivo
Una caja de Petri
contiene un
medio sólido
de crecimiento.
Las bacterias
crecen en un
patrón
zigzagueante.
Una sustancia del
moho inhibe el
crecimiento de
la bacteria.
Una colonia del
moho Penicillium.
FIGURA 1-5 La penicilina mata bacterias
Una colonia blanca difusa del moho Penicillium
inhibe el crecimiento de la colonia de la bacte-
ria causante de la enfermedad Staphlococcus
aureus, que se untó en forma de zigzag en este
recipiente con un medio de crecimiento gelati-
noso. Tanto el molde como las bacterias son
visibles sólo cuando crecen a altas densidades,
como en las colonias que se observan aquí.
PREGUNTA: ¿Por qué algunos mohos producen
sustancias que son tóxicas para las bacterias?
EVOLUCI ÓN: LA TEORÍ A UNI FI CADORA DE LA BI OLOGÍ A 9
teoría de que la Tierra ejerce fuerzas gravitacionales sobre los
objetos nace de observaciones repetidas de los cuerpos que
caen hacia la Tierra y de la total carencia de observaciones de
objetos que “caigan hacia arriba”. Asimismo, la teoría celular
surge de la observación de que todos los organismos que tie-
nen los atributos de la vida se componen de una o más célu-
las, y de que nada que no esté formado por células posee
todos esos atributos.
Una vez que se formula una teoría científica, puede servir
para apoyar el razonamiento deductivo. En las ciencias, el ra-
zonamiento deductivo es el proceso de generar hipótesis acer-
ca del resultado de un experimento o una observación
específicos, con base en una generalización bien sustentada,
como una teoría científica. Según la teoría celular, por ejem-
plo, si se halla un organismo nuevo que presente todos los
atributos de la vida, los científicos pueden conjeturar o dedu-
cir con certeza que estará compuesto por células. Desde luego,
hay que someter al nuevo organismo a un examen microscó-
pico cuidadoso para detectar su estructura celular: si aparecen
pruebas convincentes, una teoría puede modificarse.
Las teorías científicas se establecen de manera
que potencialmente puedan refutarse
Una diferencia fundamental entre una teoría científica y una
creencia basada en la fe es que la primera puede refutarse,
mientras que la segunda no puede hacerlo. El potencial que
debe refutarse es por qué los científicos continúan refiriéndo-
se a los preceptos básicos de la ciencia como “teorías”. Por
ejemplo, veamos la existencia de los elfos. El enfoque científi-
co en cuanto a los elfos es que no hay pruebas sólidas que de-
muestren su existencia y que, por lo tanto, no existen. La
gente que tiene fe en la existencia de los elfos podría descri-
birlos como seres tan discretos que es imposible atraparlos,
observarlos o incluso detectarlos. En cambio, tales personas
dirían que los elfos se manifiestan sólo ante quienes creen en
ellos. La teoría científica de que los elfos no existen fácilmen-
te podría refutarse si alguien atrapara a uno u ofreciera algu-
na otra evidencia comprobable y objetiva de su existencia. En
contraste, las afirmaciones basadas en la fe de que los elfos
existen, así como otras suposiciones fundamentadas en la
creación divina, se establecen de manera que nunca puedan
refutarse. Por tal razón, los artículos de fe están más allá del
alcance de la ciencia.
1.2 EVOLUCIÓN: LA TEORÍA UNIFICADORA
DE LA BIOLOGÍA
tre las diferentes formas de vida. Desde que, a mediados del
siglo XIX, dos naturalistas ingleses, Charles Darwin y Alfred
Russel Wallace, formularon la teoría de la evolución, ésta ha
sido apoyada por el hallazgo de fósiles, los estudios geológi-
cos, el fechado radiactivo de rocas, la genética, la biología mo-
lecular, la bioquímica y los experimentos de crianza animal.
Quienes consideran la evolución como “una mera teoría”tienen
una idea totalmente equivocada de lo que significa teoría para
los científicos.
Tres procesos naturales sustentan la evolución
La teoría científica de la evolución afirma que los organismos
modernos descendieron, con ciertas modificaciones, de formas
de vida preexistentes. La fuerza más importante en la evolu-
ción es la selección natural, es decir, el proceso mediante el
cual organismos con características específicas que les ayudan
a enfrentar los rigores de su ambiente sobreviven y se repro-
ducen con mayor éxito que otros que no tienen esas caracte-
rísticas. Los cambios que ocurren durante la evolución son
resultado de la selección natural que actúa sobre las variacio-
nes heredadas que suceden entre los individuos de una pobla-
ción, lo cual origina cambios en la población de una generación
a otra. La variación sobre la cual actúa la selección natural es
un resultado de pequeñas diferencias en la composición gené-
tica de los individuos dentro de la población.
La evolución es consecuencia de tres procesos naturales: va-
riación genética entre miembros de una población debida a di-
ferencias en su DNA, herencia de esas modificaciones a la
descendencia de individuos que son portadores de la variación
y selección natural, es decir, la reproducción favorecida de orga-
nismos con variaciones que les ayudan a enfrentar su ambiente.
La variabilidad genética entre los organismos se hereda
Examina a tus compañeros de clase y observa qué tan dife-
rentes son, o ve a una clínica veterinaria y fíjate en las diferen-
cias entre los perros en cuanto a tamaño, forma y color del
pelo. Aunque parte de esta variación (en especial entre tus
compañeros de clase) se debe a diferencias en el ambiente y
el estilo de vida, la influencia principal son los genes. Casi to-
dos nosotros, por ejemplo, seríamos capaces de levantar pesas
durante el resto de nuestra vida y nunca desarrollaríamos una
musculatura como la de “Mister Universo”.
Pero, ¿qué son los genes? La información hereditaria de
todas las formas de vida conocidas está contenida dentro
de un tipo de molécula llamada ácido desoxirribonucleico o
DNA (FIGURA 1-6). El DNA de un organismo está contenido
en los cromosomas de cada célula y es el proyecto genético o el
manual de instrucciones molecular de la célula, es decir, es la
guía para la construcción y el funcionamiento de su cuerpo.
Los genes son segmentos de la molécula de DNA. Cada uno
de los genes dirige la formación de uno de los componentes
moleculares fundamentales del cuerpo del organismo. Cuan-
do se reproduce un organismo, pasa una copia de sus cromo-
somas con DNA a su progenie.
La exactitud del proceso de copiado del DNA es asombro-
samente alta: en los seres humanos ocurren sólo 25 errores,
llamados mutaciones, por cada mil millones de bits de la infor-
mación que se copia.
Las mutaciones también ocurren por daños al DNA causa-
dos, por ejemplo, por exposición a la luz ultravioleta, a partícu-
10 Capítulo 1 I NTRODUCCI ÓN A LA VI DA EN LA TI ERRA
FIGURA 1-6 DNA
Un modelo generado por computadora del DNA, la molécula de
la herencia. Como señaló su descubridor James Watson, “una es-
tructura así de maravillosa simplemente tiene que existir”.
las radiactivas o a sustancias químicas tóxicas como las del hu-
mo del cigarrillo. Tales errores ocasionales alteran la informa-
ción genética o los grupos de genes dentro de los cromosomas.
La mayoría de las mutaciones no tienen efecto alguno o son
inocuas. Por ejemplo, las mutaciones en las células de la piel
causadas por demasiada exposición a la luz ultravioleta pue-
den ocasionar cáncer en la piel. Las mutaciones causadas en
las células de los pulmones por las sustancias tóxicas del humo
del cigarrillo pueden provocar cáncer pulmonar. No obstante,
en muy raras ocasiones, sucederá una mutación cuando se for-
man un espermatozoide o un óvulo, lo cual permite que se
transmita a la progenie del organismo. Como resultado, cada
célula del cuerpo del nuevo individuo llevará esta mutación
hereditaria, que podría afectar de forma negativa el desarro-
llo del nuevo organismo; en tanto que otros cambios en el ma-
terial genético provocarían enfermedades como el síndrome
Down. Incluso otras mutaciones, muchas de las cuales se pre-
sentaron hace millones de años y se han transmitido de pa-
dres a hijos a través de incontables generaciones, provocan
diferencias en altura, proporción corporal, rasgos faciales, y
color de piel, cabello y ojos.
La selección natural tiende a preservar los genes que
ayudan a un organismo a sobrevivir y a reproducirse
En promedio, los organismos que mejor enfrentan los desa-
fíos de su ambiente son los que dejan más progenie. Los des-
cendientes heredan los genes que permitieron tener éxito a
sus progenitores. Así, la selección natural preserva los genes
que ayudan a los organismos a desarrollarse en su ambiente.
Por ejemplo, un gen mutado que transmite información para
que los castores tengan dientes más grandes permitió que
aquellos que presentaban esa mutación cortaran mejor los ár-
boles, construyeran diques y refugios más grandes y comieran
más corteza que los castores “ordinarios”. Puesto que esos
castores con dientes más grandes obtendrían más alimentos y
mejor abrigo que sus parientes de dientes más pequeños, pro-
bablemente criarían más hijos, los cuales heredarían de los
padres los genes para dientes grandes. Con el paso del tiem-
po, los castores de dientes más pequeños, menos exitosos, se-
rían cada vez más escasos. Y después de muchas generaciones,
todos los castores tendrían dientes grandes.
Las estructuras, los procesos fisiológicos o las conductas
que ayudan a la supervivencia y a la reproducción en un am-
biente específico se denominan adaptaciones. Casi todas las
características que tanto admiramos en otros seres vivos, como
las patas largas de los ciervos, las alas majestuosas de las águilas
y las columnas poderosas de los troncos de las secuoyas, son
adaptaciones moldeadas durante millones de años de muta-
ciones aleatorias y selección natural.
A lo largo de milenios, la interacción del ambiente, la va-
riación genética y la selección natural han dado como resulta-
do inevitable la evolución: la modificación en las frecuencias
genéticas de las poblaciones. Se trata de cambios que han si-
do documentados muchas veces tanto en laboratorios como
en ambientes naturales. Por ejemplo, los antibióticos han ac-
tuado como agentes de la selección natural sobre poblaciones
de bacterias, provocando la evolución hacia formas de bacte-
rias resistentes a los antibióticos. Las podadoras de césped
originaron cambios en la composición genética de poblacio-
nes de dientes de león, al favorecer a aquellos que producen
flores con tallos más cortos. Los científicos han explicado el
surgimiento espontáneo de especies de plantas totalmente
nuevas a causa de mutaciones que alteran el número de cro-
mosomas de aquéllas.
Lo que alguna vez ayudó a sobrevivir a un organismo, más
adelante podría convertirse en un impedimento para éste. Si el
ambiente cambia, por ejemplo, como sucede con el calenta-
miento global, la composición genética que mejor adapte a los
organismos a su ambiente también cambiará con el paso del
tiempo. Cuando nuevas mutaciones aleatorias incrementan la
adaptabilidad de un organismo a un ambiente alterado, tales
mutaciones se difundirán por toda la población. Las poblacio-
nes de una misma especie que viven en ambientes diferentes
estarán sujetas a distintos tipos de selección natural. Si las di-
ferencias son suficientemente considerables y continúan du-
rante el tiempo necesario, a final de cuentas ocasionarían que
las poblaciones se volvieran bastante diferentes como para re-
producirse entre sí: una nueva especie habrá evolucionado.
Sin embargo, si no ocurren mutaciones favorables, un am-
biente que cambie condenaría a algunas especies a la extin-
ción. Los dinosaurios (FIGURA 1-7) se extinguieron no porque
tuvieran malformaciones (después de todo, dominaron du-
rante 100 millones de años), sino porque no pudieron adap-
tarse con la suficiente rapidez a las condiciones cambiantes.
Dentro de hábitat específicos, diversos organismos han de-
sarrollado complejas interrelaciones entre sí y con el medio.
El término biodiversidad abarca la diversidad de las especies
y la forma en que éstas interactúan. En décadas recientes, la
rapidez del cambio ambiental se ha incrementado significati-
vamente debido a las actividades del ser humano. Muchas es-
pecies silvestres son incapaces de adaptarse a cambios tan
rápidos. En los hábitat más afectados por el hombre, muchas
especies se están acercando hacia la extinción. Este concepto
se tratará más a fondo en la sección “Guardián de la Tierra:
¿Por qué debemos conservar la biodiversidad?”
1.3 ¿CUÁLES SON LAS CARACTERÍSTICAS
DE LOS SERES VIVOS?
¿Qué es la vida? Si consultamos la palabra vida en un diccio-
nario, encontraríamos definiciones como “la cualidad que dis-
tingue a un ser vital y funcional, de un cuerpo inerte”; pero no
sabríamos en qué consiste tal “cualidad”. La cualidad de la vi-
da surge como resultado de las increíblemente complejas in-
teracciones ordenadas entre moléculas no vivas. ¿Cómo se
¿CUÁLES SON LAS CARACTERÍ STI CAS DE LOS SERES VI VOS? 11
originó la vida? Aunque los científicos tienen varias hipótesis
acerca de como surgió por primera vez vida en la Tierra (véa-
se el capítulo 17), no hay teorías científicas que describan el
origen de la vida. La vida es una cualidad intangible que de-
safía una simple definición. No obstante, podemos describir
algunas de las características de los seres vivos que, en conjun-
to, no se encuentran en los objetos inanimados. Si caminas por
un lugar al aire libre, verás muchas de tales características
(véase “Enlaces con la vida: La vida que nos rodea”):
• Los seres vivos están compuestos de células que tienen una
estructura compleja y organizada.
• Los seres vivos responden a los estímulos de su ambiente.
• Los seres vivos mantienen activamente su compleja estruc-
tura y su ambiente interno; este proceso se denomina ho-
meostasis.
• Los seres vivos obtienen y usan materiales y energía de su
ambiente, y los convierten en diferentes formas.
• Los seres vivos crecen.
• Los seres vivos se reproducen utilizando un patrón mole-
cular de DNA.
• Los seres vivos, en general, tienen la capacidad de evolu-
cionar.
Exploremos esas características con mayor profundidad.
Los seres vivos son complejos, están organizados
y se componen de células
En el capítulo 4 veremos cómo, a principios del siglo XIX,
mientras examinaban seres vivos con microscopios antiguos,
los científicos crearon la teoría celular, la cual señala que la célu-
la es la unidad básica de la vida. Incluso una sola célula posee
una elaborada estructura interna (véase la figura 1-2). Todas
las células contienen genes, que son unidades de herencia que
brindan la información necesaria para controlar la vida de
la célula, y algunas, como las eucariotas, tienen organelos, es
decir, pequeñas estructuras que se especializan en realizar
funciones específicas como el movimiento de la célula, la ob-
tención de energía y la síntesis de moléculas grandes. Las cé-
lulas están rodeadas de una delgada capa de membrana
plasmática, que cubre el citoplasma (que incluye los organelos
y el medio acuoso que los rodea) y separa la célula del mun-
do exterior. Algunas formas de vida, casi todas microscópicas,
consisten en una sola célula. Tu cuerpo y los cuerpos de los or-
ganismos que nos son más familiares están compuestos de
muchas células muy bien organizadas para realizar funciones
especializadas. La pulga de agua ilustra bellamente la comple-
jidad de una forma de vida multicelular más pequeña que la
letra “o” de este libro (FIGURA 1-8).
Los seres vivos mantienen condiciones internas
relativamente constantes mediante la homeostasis
No es fácil mantener estructuras complejas y bien organiza-
das. Ya se trate de las moléculas de nuestro cuerpo o de los li-
bros y papeles sobre nuestro escritorio, la organización tiende
hacia el caos, si no se utiliza energía para sustentarla. (Estu-
diaremos dicha tendencia más a fondo en el capítulo 6). Para
conservarse vivos y funcionar con eficacia, los organismos de-
ben mantener relativamente constantes las condiciones inter-
nas de su cuerpo, que es un proceso denominado homeostasis
(que se deriva de vocablos griegos que significan “mantener-
se igual”). Por ejemplo, los organismos deben regular con pre-
cisión la cantidad de agua y sal dentro de sus células. Sus
cuerpos también deben mantenerse a temperaturas adecua-
das para que ocurran las funciones biológicas. Entre los ani-
males de sangre caliente, los órganos vitales como el cerebro y
el corazón se mantienen a una temperatura caliente constante,
FIGURA 1-7 Esqueleto de Triceratops
Este Triceratops vivió en lo que ahora es el estado de Montana ha-
ce aproximadamente 70 millones de años. Nadie sabe con certeza
qué provocó la extinción de los dinosaurios; pero sí sabemos que
fueron incapaces de desarrollar nuevas adaptaciones para seguir
el ritmo de los cambios en su hábitat.
Huevecillos: Los
seres vivos se
reproducen.
Intestino: Los
seres vivos
obtienen
nutrimentos.
Ojos: Los seres
vivos responden
ante estímulos.
FIGURA 1-8 La vida es compleja y está organizada
La pulga de agua, Daphnia longispina, mide sólo 1 mm de largo (0.001 me-
tros); pero tiene patas, boca, tracto digestivo, órganos de reproducción,
ojos sensibles a la luz e incluso un cerebro muy impresionante en relación
con su tamaño.
“La pérdida de especies es la insensatez que es menos
probable que nuestros descendientes vayan a perdonarnos”.
—E. O. Wilson, profesor de la Universidad de Harvard
¿Qué es la biodiversidad y por qué debemos preocuparnos por
conservarla? Biodiversidad se refiere a la totalidad de especies
en una región específica y es el resultado de la complejidad de
las interacciones entre ellas. Durante los 3500 millones de años
de existencia de la vida en la Tierra, se calcula que la evolución
ha producido entre 8 y 10 millones de especies únicas e insusti-
tuibles. De ellas, los científicos han dado nombre a tan sólo cer-
ca de 1.4 millones, de las cuales apenas se ha estudiado una
porción mínima. Sin embargo, la evolución no se ha dedicado
únicamente a producir millones de especies independientes. A
lo largo de milenios, los organismos de una zona determinada
han sido moldeados por las fuerzas de la selección natural ejer-
cidas por otras especies vivas y por el ambiente inanimado don-
de viven. El resultado ha sido una comunidad, es decir, la muy
compleja trama de formas de vida interdependientes, cuyas in-
teracciones las preservan mutuamente. Al participar en el ciclo
natural del agua, el oxígeno y los nutrimentos, así como al pro-
ducir suelos fértiles y purificar los desechos, esas comunidades
contribuyen también al mantenimiento de la vida humana.
El concepto de biodiversidad ha surgido como resultado de
nuestra creciente preocupación por la pérdida de incontables
formas de vida y del hábitat que les da sustento.
Los trópicos albergan a la gran mayoría de todas las espe-
cies del planeta: tal vez de 7 a 8 millones de ellas, las cuales vi-
ven en comunidades complejas. La rápida destrucción del
hábitat en los trópicos —desde las selvas tropicales hasta los
arrecifes de coral—, como resultado de las actividades huma-
nas, está causando elevadas tasas de extinción en muchas es-
pecies (FIGURA E1-4). La mayoría de tales especies aún no
tiene nombre, en tanto que otras ni siquiera han sido descubier-
tas. Aparte del aspecto ético de erradicar formas de vida irrem-
plazables, al empujar a organismos desconocidos hacia la
extinción, perdemos fuentes potenciales de medicinas, alimen-
tos y materias primas para la industria.
Por ejemplo, se descubrió que un pariente silvestre del maíz,
el cual no sólo es muy resistente a las enfermedades, sino que
además es perenne (es decir, dura más de una temporada
de crecimiento), crecía en México únicamente en una parcela de
unas 10 hectáreas (25 acres), la cual estaba programada para su
corte y quema una semana después del descubrimiento. Algún
día los genes de esta planta podrían mejorar la resistencia a las
enfermedades del maíz o crear una planta de maíz perenne. El
arrayán rosa, una fanerógama que crece en la selva tropical de
la isla de Madagascar (frente a la costa oriental de África), pro-
duce dos sustancias que se han comercializado ampliamente pa-
ra el tratamiento de la leucemia y la enfermedad de Hodgkin, un
cáncer de los órganos linfáticos. No obstante, tan sólo se ha exa-
minado cerca de 3% de las fanerógamas del planeta en busca
de sustancias que ayudarían en la lucha contra el cáncer u otras
enfermedades. En nuestro propio continente, los taladores del
noroeste de Estados Unidos a menudo cortaban y quemaban
el tejo del Pacífico, por considerarlo una “especie nociva”, hasta
que en su corteza se descubrió la sustancia activa que se utiliza
en la producción de Taxol
®
, un fármaco contra el cáncer.
Además, muchos conservacionistas están preocupados de
que conforme se eliminan especies, ya sea localmente o en to-
do el mundo, cambien las comunidades de las cuales formaban
parte, y se vuelvan menos estables y más vulnerables al daño
por las enfermedades o por las condiciones ambientales adver-
sas. Algunos resultados de pruebas experimentales sustentan
este punto de vista; pero las interacciones dentro de las comu-
nidades son tan complejas que es muy difícil probar tales hipó-
tesis. Es evidente que algunas especies juegan papeles mucho
más importantes que otras en la conservación de la estabilidad
de algún ecosistema. ¿Qué especies son más esenciales en ca-
da ecosistema? Nadie lo sabe. Las actividades humanas han in-
crementado la rapidez natural de extinción en un factor de por
lo menos 100 y posiblemente hasta 1000 veces la rapidez pre-
humana. Al reducir la biodiversidad para mantener a números
cada vez mayores de seres humanos y al fomentar estilos de vi-
da derrochadores, sin pensarlo hemos iniciado un experimento
global no controlado, utilizando la Tierra como laboratorio. En
su libro Extinction (1981), los ecologistas de Stanford, Paul y
Anne Ehrlich, comparan la pérdida de biodiversidad con la eli-
minación de los remaches de las alas de un avión. Quienes
eliminan los remaches siguen suponiendo que hay mucho más
remaches de los necesarios, hasta que un día, al despegar, se
dan cuenta de su trágico error. Mientras las actividades humanas
empujan a las especies hacia la extinción, sin que conozcamos
mucho acerca del papel que cada una desempeña en la com-
pleja trama de la vida, corremos el riesgo de “eliminar demasia-
dos remaches”.
¿Por qué debemos preservar la biodiversidad? GUARDIÁN DE LA TIERRA
FIGURA E1-4 Biodiversidad en peligro
La destrucción de las selvas tropicales por la tala indiscriminada
amenaza la mayor reserva de diversidad biológica del planeta.
Las interrelaciones, como las que se han desarrollado entre es-
ta flor Heliconia y el colibrí que la poliniza, o entre una rana y la
bromelia donde vive, sustentan estas comunidades tan diver-
sas; no obstante, las actividades humanas hacen que peligren.
aunque la temperatura ambiente fluctúe de manera significa-
tiva. La homeostasis se mantiene con una variedad de meca-
nismos. En el caso de la regulación de la temperatura, tales
mecanismos incluyen sudar cuando hace calor o hay actividad
física considerable, refrescarse con agua (FIGURA 1-9), meta-
bolizar más alimentos cuando hace frío, tomar el sol o ajustar
el termostato de una habitación.
Desde luego, no todas las cosas permanecen inmutables du-
rante toda la vida de un organismo. Se presentan cambios im-
portantes, como el crecimiento y la reproducción; sin embargo,
¿CUÁLES SON LAS CARACTERÍ STI CAS DE LOS SERES VI VOS? 13
ello no significa que falle la homeostasis. Más bien, son partes
específicas, genéticamente programadas, del ciclo vital de ese
organismo.
Los seres vivos responden ante estímulos
Para mantenerse con vida, reproducirse y conservar la ho-
meostasis, los organismos deben percibir estímulos de sus am-
bientes interno y externo, y responder ante ellos. Los
animales han desarrollado complejos órganos sensoriales y
sistemas musculares que les permiten detectar y responder a
la luz, los sonidos, los objetos, las sustancias químicas y mu-
chos otros estímulos que hay a su alrededor. Los estímulos in-
ternos se perciben mediante receptores de estiramiento,
temperatura, dolor y diversos compuestos químicos. Cuando
sientes hambre, por ejemplo, percibes las contracciones del
estómago vacío, y el bajo nivel de azúcares y grasas en la san-
gre. Luego respondes a los estímulos externos eligiendo algo
adecuado para comer, como un emparedado en vez de algún
platillo. Sin embargo, los animales, con sus complejos sistemas
nerviosos y cuerpos móviles, no son los únicos organismos
que perciben estímulos y responden a ellos. Las plantas junto
a una ventana crecen hacia la luz e incluso las bacterias de
nuestro intestino producen un conjunto diferente de enzimas
digestivas dependiendo de si bebemos leche, comemos un
dulce o ingerimos ambos.
Los seres vivos obtienen y usan materiales y energía
Los organismos necesitan materiales y energía para mantener
su elevado nivel de complejidad y organización, tanto como la
homeostasis, y para crecer y reproducirse (véase la figura 1-8).
Los organismos adquieren los materiales que necesitan, lla-
mados nutrimentos, del aire, el agua o el suelo, o incluso de
otros seres vivos. Los nutrimentos incluyen minerales, oxíge-
no, agua y demás sustancias químicas que construyen los blo-
ques de las moléculas biológicas. Estos materiales se extraen
del ambiente, donde se reciclan continuamente entre los seres
vivos y sus entornos inanimados (FIGURA 1-10).
Para mantener su vida, los organismos deben obtener ener-
gía, que es la capacidad para realizar trabajo, lo cual incluye
efectuar reacciones químicas, producir hojas en primavera o
contraer un músculo. A final de cuentas, la energía que sus-
tenta casi la totalidad de la vida proviene de la luz solar. Las
plantas y algunos organismos unicelulares captan directamen-
te la energía de la luz solar y la almacenan en moléculas muy
energéticas, como los azúcares, mediante un proceso llamado
fotosíntesis. Tales organismos se denominan autótrofos, es de-
cir, que se “autoalimentan”. En cambio, los organismos que
no pueden realizar la fotosíntesis, como los animales y los
hongos, deben obtener energía ya almacenada en las molécu-
las de los cuerpos de otros organismos; por ello, se les llama
heterótrofos, lo que quiere decir que “se alimentan de otros”.
De esta manera, la energía proveniente del Sol fluye en un
sentido hacia casi todas las formas de vida y al final se libera
en forma de calor, el cual ya no se utiliza para impulsar la vida
(véase la figura 1-10).
FIGURA 1-9 Los seres vivos mantienen la homeostasis
El enfriamiento por evaporación del agua, tanto del sudor como
de la botella, ayuda al ciclista Lance Armstrong (siete veces gana-
dor del Tour de Francia) a mantener la homeostasis de la tempera-
tura corporal. PREGUNTA: Además de reducir la temperatura
corporal, ¿de qué otra forma la sudoración afecta la homeostasis?
La energía fluye a través de los organismos.
Se reciclan los nutrimentos.
FIGURA 1-10 El flujo de energía y el
reciclaje de los nutrimentos
Los nutrimentos se reciclan entre los or-
ganismos y su ambiente inanimado. En
cambio, la energía se adquiere de la luz
solar y se transfiere a los heterótrofos
(flechas amarillas) y se pierde como
calor (flechas rojas) en un flujo unidirec-
cional. Los organismos fotosintéticos
(autótrofos) captan energía solar, y ob-
tienen nutrimentos del suelo y del
agua. Otras formas de vida (heterótro-
fas) obtienen su energía y la mayoría de
sus nutrimentos de los autótrofos, ya
sea directamente (en el caso de los her-
bívoros) o indirectamente al consumir a
otros heterótrofos (en el caso de los
carnívoros).
14 Capítulo 1 I NTRODUCCI ÓN A LA VI DA EN LA TI ERRA
Los seres vivos crecen
En algún punto de su ciclo vital, todo organismo se vuelve
más grande, es decir, crece. Aunque esta característica es evi-
dente en la mayoría de las plantas y los animales, incluso las
bacterias unicelulares crecen hasta casi el doble de su tamaño
original antes de dividirse. En todos los casos, el crecimiento
implica la conversión de materiales obtenidos del ambiente
para formar las moléculas específicas del organismo.
Los seres vivos se reproducen
Los organismos se reproducen, dando origen a descendientes
del mismo tipo y permitiendo la continuidad de la vida. Los
procesos para que ello ocurra varían, pero el resultado es el
mismo: la perpetuación de los genes de los progenitores.
En conjunto, los seres vivos poseen
la capacidad de evolucionar
Las poblaciones de organismos evolucionan en respuesta a un
ambiente cambiante. Aunque la composición genética de un so-
lo organismo esencialmente no cambia durante su periodo de
vida, la composición genética de una población sí cambia con-
forme pasan las generaciones como resultado de la selección
natural.
1.4 ¿CÓMO CLASIFICAN LOS CIENTÍFICOS
EN CATEGORÍAS LA DIVERSIDAD
DE LOS SERES VIVOS?
Aunque todos los seres vivos tienen las características genera-
les que hemos visto, la evolución ha producido una sorpren-
dente variedad de formas de vida. Los organismos pueden
agruparse en tres categorías principales, llamadas dominios:
Bacteria, Archaea y Eukarya. Esta clasificación refleja dife-
rencias fundamentales entre los tipos de células que compo-
nen a dichos organismos. Los miembros de los dominios
Bacteria y Archaea normalmente consisten en células indivi-
duales simples. Los miembros del dominio Eukarya están for-
mados por una o más células altamente complejas, y se
subdividen en tres reinos:
lares llamados colectivamente “protistas” (FIGURA 11-1). Hay
excepciones a cualquier conjunto básico de criterios emplea-
dos para caracterizar los dominios y los reinos; no obstante,
tres características son especialmente útiles: tipo de célula,
número de células en cada organismo y forma de obtención
de energía (tabla 1-1).
A la vez, los diferentes reinos tienen las categorías filum,
clase, orden, familia, género y especie. Esta agrupación forma
una jerarquía donde cada categoría incluye a las otras. En la
categoría final, la especie, todos sus miembros son tan seme-
jantes que pueden reproducirse entre sí. Los biólogos utilizan
el concepto sistema binomial para referirse a una especie. Co-
mo indica la palabra binomial, a cada tipo de organismo se
asigna un nombre científico que consiste en dos partes: géne-
ro y especie. El nombre del género va siempre en mayúscula
inicial, y el de la especie, no. Ambos deben ir en cursivas. Así,
Daphnia longispina, la pulga de agua de la FIGURA 1-8, está en
el género Daphnia (que incluye a muchas otras “pulgas de
agua”) y la especie longispina (que se refiere a púa larga que
sobresale de su parte trasera). Los seres humanos se clasifican
como Homo sapiens, y somos los únicos miembros de este gé-
nero y de esta especie. El sistema binomial para dar nombre
a los organismos permite a los científicos de todo el mundo
comunicarse con mucha precisión en cuanto a cualquier orga-
nismo. En los siguientes párrafos veremos una breve introduc-
ción a los dominios y los reinos de la vida. En la Unidad Tres
aprenderás mucho más sobre la increíble diversidad de la vi-
da y de cómo ha evolucionado.
Los dominios Bacteria y Archaea están constituidos
por células; el dominio Eukarya se compone
de células eucarióticas
Hay dos tipos fundamentalmente distintos de células: proca-
rióticas y eucarióticas. Cariótico se refiere al núcleo de la célu-
la, una estructura rodeada por una membrana que contiene el
material genético de la célula (véase la figura 1-2). Eu signifi-
ca “verdadero” en griego; las células eucarióticas poseen un
núcleo “verdadero” rodeado por una membrana. Estas célu-
las suelen ser mayores que las procarióticas y además contie-
nen diversos organelos, muchos de los cuales están rodeados
por membranas. Pro significa “antes” en griego; es casi segu-
ro que las células procarióticas evolucionaron antes que las
La próxima vez que camines por las instalaciones de tu escue-
la, fíjate en la asombrosa variedad de seres vivos que hay en un
entorno tan familiar como un recinto académico. En las estacio-
nes propias, sin lugar a dudas pasarás junto a múltiples flores, y
podrás ver a las abejas o a las mariposas que revolotean entre
sí y recogen el dulce néctar que les da energía para volar.
Cuando observes la vida, piensa en el “porqué” detrás de lo
que ves. El color verde de las plantas se debe a una sola molé-
cula: la clorofila, que absorbe longitudes de onda específicas de
la energía solar y las utiliza para impulsar la vida de la planta y
sintetizar los azúcares del néctar recogido por las abejas y las
mariposas. Las flores vistosas evolucionaron para atraer a los in-
sectos a su néctar rico en energía. ¿Por qué? Si observas cuida-
dosamente a una abeja, verás el polen amarillo adherido a sus
patas o al vello que cubre su cuerpo. Las plantas “utilizan” a los
insectos para fertilizarse entre sí y ambos se benefician. El azú-
car del néctar se acumula mediante reacciones químicas que
combinan dióxido de carbono y agua, liberando oxígeno como
producto residual. De manera que cuando exhalas aire rico en
dióxido de carbono, con el “gas residual” estás “alimentando”
las plantas. Por el contrario, con cada respiración inhalas el “gas
residual” que sustenta la vida proveniente de las plantas que te
rodean: el oxígeno. A donde quiera que mires, si observas de la
forma correcta verás pruebas de la interdependencia de los se-
res vivos, y nunca dudarás de cómo funciona la vida en la Tierra.
La vida que nos rodea ENLACES CON LA VIDA
¿CÓMO I LUMI NA LA VI DA DI ARI A EL CONOCI MI ENTO DE LA BI OLOGÍ A? 15
eucarióticas (y estas últimas con toda probabilidad evolucio-
naron a partir de células procarióticas, como veremos en el
capítulo 17). Las células procarióticas no tienen núcleo; su
material genético se encuentra en el citoplasma. Por lo regu-
lar son pequeñas, de sólo 1 o 2 micrómetros de diámetro, y ca-
recen de organelos delimitados por membranas. Los dominios
Bacteria y Archaea constan de células procarióticas; como su
nombre indica, las células del reino Eukarya son eucarióticas.
Los dominios Bacteria y Archaea, así como los
miembros del reino Protista, son principalmente
unicelulares; los miembros de los reinos Fungi,
Plantae y Animalia son básicamente multicelulares
Casi todos los miembros de los dominios Bacteria y Archaea,
y los protistas del dominio Eukarya, son unicelulares; no obs-
tante, algunos viven en cadenas o tramas de células con esca-
sas comunicación, cooperación u organización entre sí. La
mayoría de los miembros de los reinos Fungi, Plantae y Ani-
malia son multicelulares, y su vida depende de la comunicación
y cooperación estrechas entre muchas células especializadas.
Los miembros de los distintos reinos tienen
formas diferentes de obtener energía
Los organismos fotosintéticos —incluyendo plantas, algunos
protistas y algunas bacterias— son autótrofos, es decir, se “au-
toalimentan”. Los organismos que no pueden realizar fotosín-
tesis se denominan heterótrofos, es decir, “se alimentan de
otros”. Muchas arqueas, bacterias y protistas, así como todos
los hongos y animales, son heterótrofos. Éstos difieren en
cuanto al tamaño del alimento que consumen. Algunos, como
las bacterias y los hongos, absorben moléculas de alimento in-
dividuales; otros, como la mayoría de los animales, comen tro-
zos de alimento (ingestión) y los descomponen en moléculas
dentro de su tracto digestivo.
1.5 ¿CÓMO ILUMINA LA VIDA DIARIA
EL CONOCIMIENTO DE LA BIOLOGÍA?
Algunas personas ven a la ciencia como una actividad “deshu-
manizante” y piensan que una comprensión demasiado pro-
funda del mundo nos quita visión y asombro. Nada podría
BACTERIA ARCHAEA EUKARYA
animales hongos
vegetales
protistas
FIGURA 1-11 Los dominios y reinos de la vida
Tabla 1-1 Algunas características empleadas en la clasificación de organismos
Dominio Reino Tipo de células Número de células Forma de obtención de energía
Bacteria (Aún no definido) Procariótica Unicelular Autótrofa o heterótrofa (absorción de nutrimentos)
Archaea (Aún no definido) Procariótica Unicelular Heterótrofa (absorción)
Eukarya Fungi Eucariótica Multicelular Heterótrofa (absorción)
Plantae Eucariótica Multicelular Autótrofa
Animalia Eucariótica Multicelular Heterótrofa (ingestión)
“protistas”* Eucariótica Unicelular y Autótrofa y heterótrofa (ingestión o absorción)
multicelular
* Los “protistas” son un conjunto diverso de organismos que incluyen varios reinos que aún no están bien definidos.
16 Capítulo 1 I NTRODUCCI ÓN A LA VI DA EN LA TI ERRA
estar más alejado de la realidad, como volvemos a descubrir
una y otra vez en nuestra propia vida.
Hace algunos años, vimos a una abeja buscar el alimento
en una espiga de flores de lupino. Las flores de esta planta,
miembro de la familia de los guisantes, tienen una estructura
compleja, con dos pétalos en la mitad inferior de la flor, que
cubren tanto las estructuras reproductoras masculinas (estam-
bres) cargadas de polen, como las estructuras reproductoras
femeninas (estigma), que reciben el polen dentro de una par-
te tubular. Hace poco averiguamos que en las flores de lupi-
no jóvenes (FIGURA 1-12A), el peso de una abeja que se posa
sobre esos pétalos comprime los estambres, y extrae y coloca
el polen sobre el abdomen de la abeja (FIGURA 1-12B
del estado de Washington, donde las praderas alpinas se lle-
nan de colores en agosto (FIGURA 1-13
Tubo que contiene
el polen
polen
estambre
a)
b)
El polen sale hacia
el abdomen de la abeja.
FIGURA 1-12 Las adaptaciones complejas ayudan a garantizar
la polinización
En las flores de lupino jóvenes, los pétalos inferiores forman un
tubo que cubre las estructuras reproductoras como los estambres,
que sueltan el polen dentro del tubo. b) Cuando el peso de una
abeja que busca alimento presiona el tubo, los estambres son em-
pujados hacia adelante, lo cual hace que el polen salga del tubo del
extremo hacia su abdomen. Algo de polen se adhiere al abdomen
y podría caer en el viscoso estigma receptor de polen de la siguien-
te flor que visite la abeja, logrando así polinizar la flor.
FIGURA 1-13 Lupinos silvestres y abetos subalpinos
Cada verano miles de personas visitan Hurricane Ridge en el Par-
que Nacional Olímpico del estado de Washington, para contem-
plar con asombro el monte Olympus, pero pocos se toman la
molestia de investigar las maravillas que ofrece.
RESUMEN DE CONCEPTOS CLAVE 17
OTRO VI STAZO AL ESTUDI O DE CASO
LA VI DA EN LA TI ERRA ¿Y EN ALGÚN OTRO LUGAR?
¿Hay vida en la Luna? La NASA
no considera ninguna posibili-
dad. Cuando los astronautas del
Apolo 11, quienes pasaron 2.5
horas sobre la superficie lunar, ca-
yeron al océano el 24 de julio de 1969,
los recibió un especialista en descontamina-
ción, quien les entregó trajes de aislamiento
biológico cuando aún estaban dentro del
módulo del Apolo 11. Después de que los
tripulantes salieron de la nave, el especialis-
ta esterilizó con desinfectante la parte exterior
de los trajes de aislamiento y la ventanilla de
la nave. Luego, los astronautas permanecie-
ron cuatro días dentro de una unidad de
descontaminación portátil a bordo del bu-
que de limpieza, hasta que llegaron al Cen-
tro Espacial Johnson en Houston, Texas,
donde continuaron en cuarentena por tres
semanas más.
No se encontró ningún microorganismo
ni en las rocas lunares que ellos trajeron con-
sigo. Los únicos microbios encontrados en la
Luna fueron descubiertos por los astronau-
tas del Apolo 12 en noviembre de 1969. És-
tos visitaron la nave espacial no tripulada
Surveyor 3, que había llegado a la Luna en
1967, y recolectaron material del interior del
Surveyor 3 en un contenedor esterilizado. A
partir de esa muestra, en la Tierra los cientí-
ficos obtuvieron bacterias cultivadas del gé-
nero Streptococcus; irónicamente este
residente de la boca, nariz y garganta huma-
nas pudo haber sido depositado por un téc-
nico de la NASA que estornudó mientras
armaba la nave espacial antes de que fuera
lanzada. Por lo general, residentes de partes
tibias y húmedas del cuerpo humano, estos
sorprendentes microbios sobrevivieron du-
rante dos años en el vacío del espacio exte-
rior y en temperaturas tan bajas como los
–110°C (–170°F).
Los astrónomos calculan que en el Univer-
so podría haber miles de millones de plane-
tas semejantes a la Tierra. Así, es muy alta la
posibilidad de que la vida haya evolucionado
en algún otro lugar, aunque la probabilidad
de vida inteligente es mucho menor y se de-
bate acaloradamente. No obstante, como
una especie inteligente, los seres humanos
apenas comenzamos a entender la diversi-
dad, la complejidad y la increíble versatilidad
de la vida en nuestro propio planeta.
Piensa en esto A finales de la década de
1970 y principios de la siguiente, el doctor
James Lovelock, un químico británico, publi-
có la controvertida e inspiradora “hipótesis de
Gaia” (éste último era el nombre de una dei-
dad griega que se considera la creadora de
la vida a partir del caos). Lovelock sugirió
que los componentes vivos y no vivos de la
Tierra en conjunto constituyen un superor-
ganismo: un inmenso ser vivo. Él notó que
las interconexiones entre todas las formas
vivientes y su ambiente, así como la forma
en que los seres vivos modifican su entorno
no vivo, ayudan a mantener condiciones
propicias para la vida. Consulta la hipótesis
de Gaia de Lovelock en la biblioteca o en In-
ternet, y analiza cómo la definición de vida
que vimos en este capítulo necesitaría cam-
biarse para ajustarse a sus ideas. ¿Crees que
la hipótesis de Gaia sea útil? ¿Sería refuta-
ble? ¿Debería llevarse a la categoría de teo-
ría científica? Explica tus respuestas.
R E P A S O D E L C A P Í T U L O
RESUMEN DE CONCEPTOS CLAVE
1.1 ¿Cómo estudian la vida los científicos?
Los científicos identifican una jerarquía de niveles de organiza-
ción, como vimos en la figura 1-1. La biología se basa en los princi-
pios científicos de causalidad natural, uniformidad en el espacio y
el tiempo, y percepción común. Los conocimientos en biología se
adquieren mediante la aplicación del método científico, el cual se
inicia con una observación que conduce a una pregunta de investi-
gación, que a la vez lleva a formular una hipótesis. Ésta sirve para
predecir el resultado de experimentos controlados. Los resultados
experimentales, que deben ser susceptibles de repetirse, pueden
apoyar o refutar la hipótesis, llevando a una conclusión acerca de
la validez de la hipótesis. Una teoría científica es una explicación
general de los fenómenos naturales, desarrollada a partir de expe-
rimentos y observaciones amplios que son reproducibles.
Web tutorial 1.1 Formulación y prueba de hipótesis
Web tutorial 1.2 Generación espontánea
1.2 Evolución: La teoría unificadora de la biología
La evolución es la teoría científica de que los organismos modernos
descendieron, con ciertas modificaciones, de formas de vida preexis-
tentes. La evolución es consecuencia de la variación genética entre
los miembros de una población, causada por mutaciones, herencia
de esas modificaciones a la progenie y selección natural de las varia-
ciones que mejor adaptan a un organismo con su ambiente.
1.3 ¿Cuáles son las características de los seres vivos?
Los organismos tienen las siguientes características: su estructura
es compleja y está organizada, conservan la homeostasis, obtienen
energía y materiales del ambiente, responden ante estímulos, cre-
cen, se reproducen y pueden evolucionar. La mayoría de los orga-
nismos autótrofos captan y almacenan la energía solar en moléculas
ricas en energía mediante la fotosíntesis, y obtienen nutrimentos
de su ambiente inanimado. Los organismos heterótrofos obtienen
toda su energía y la mayoría de sus nutrimentos del cuerpo de
otros organismos.
Web tutorial 1.3 Definición de vida
1.4 ¿Cómo clasifican los científicos en categorías
la diversidad de seres vivos?
Los organismos se pueden agrupar en tres categorías principales,
llamadas dominios: Archaea, Bacteria y Eukarya. Dentro de los Eu-
karya hay tres reinos: Fungi, Plantae y Animalia, y organismos uni-
celulares eucarióticos llamados colectivamente “protistas”. Entre
las características que se emplean para clasificar a los organismos
están el tipo de célula (eucariótica o procariótica), el número de cé-
lulas (unicelular o multicelular) y la forma de obtención de la ener-
gía (autótrofa o heterótrofa). El material genético de las células
eucarióticas está encerrado dentro de la membrana de un núcleo.
Las células procarióticas no tienen núcleo. Los organismos heteró-
trofos ingieren trozos de alimento o absorben una molécula a la vez
del ambiente. Las características de los dominios y reinos se resu-
men en la tabla 1-1.
1.5 ¿Cómo ilumina la vida diaria el conocimiento
de la biología?
Cuanto más sabemos acerca de los seres vivos, ¡más fascinantes se
vuelven!
18 Capítulo 1 I NTRODUCCI ÓN A LA VI DA EN LA TI ERRA
TÉRMINOS CLAVE
ácido desoxirribonucleico
(DNA) pág. 9
adaptación pág. 10
átomo pág. 2
autótrofo pág. 13
biodiversidad pág. 10
causalidad natural pág. 3
célula pág. 3
citoplasma pág. 11
comunidad pág. 3
conclusión pág. 4
control pág. 4
cromosomas pág. 9
dominio pág. 14
elemento pág. 2
energía pág. 13
especie pág. 3
eucariótico pág. 14
evolución pág. 9
experimento pág. 4
fotosíntesis pág. 13
gen pág. 11
heterótrofo pág. 13
hipótesis pág. 4
homeostasis pág. 11
membrana plasmática pág. 11
método científico pág. 4
molécula pág. 2
molécula orgánica pág. 3
multicelular pág. 15
mutación pág. 9
núcleo pág. 14
nutrimento pág. 13
observación pág. 4
organelo pág. 11
organismo pág. 3
órgano pág. 3
población pág. 3
predicción pág. 4
pregunta pág. 4
procariótico pág. 14
razonamiento deductivo pág. 9
razonamiento inductivo pág. 8
reino pág. 14
selección natural pág. 9
sistema binomial pág. 14
sistema de órganos pág. 3
tejido pág. 3
teoría celular pág. 11
teoría científica pág. 8
unicelular pág. 15
variable pág. 4
RAZONAMIENTO DE CONCEPTOS
Indica la jerarquía de organización de la vida desde un átomo has-
ta un organismo multicelular; luego, explica brevemente cada nivel.
¿Qué diferencia hay entre una teoría científica y una hipótesis?
Explica cómo los científicos usan cada una. ¿Por qué los científi-
cos se refieren a los principios básicos como “teorías” y no como
“hechos”?
Señala las diferencias entre los razonamientos inductivo y deduc-
tivo, y da un ejemplo, real o ficticio, de cada uno.
Describe el método científico. ¿De qué formas usas el método
científico en la vida cotidiana?
5. ¿Qué diferencias hay entre un cristal de sal y un árbol? ¿Cuál es-
tá vivo? ¿Cómo lo sabes?
6. Define y explica los términos selección natural, evolución, muta-
ción, creacionismo y población.
7. ¿Qué es la evolución? Describe brevemente cómo ocurre la evo-
lución.
8. Define la homeostasis. ¿Por qué los organismos deben obtener
continuamente energía y materiales del ambiente externo para
mantener la homeostasis?
APLICACIÓN DE CONCEPTOS
Repasa las propiedades de la vida y luego analiza si los seres hu-
manos son únicos.
Diseña un experimento para probar los efectos de un nuevo
alimento para perros, “Súper Can”, sobre el espesor y las pro-
piedades impermeables del pelaje del perro perdiguero dora-
do. Incluye todas las partes de un experimento científico.
Diseña métodos objetivos para evaluar el espesor del pelaje y
su capacidad para rechazar el agua.
La ciencia se basa en principios que incluyen la uniformidad
en el espacio y en el tiempo, así como la percepción común.
Supón que un día nos encontramos con seres inteligentes pro-
venientes de un planeta de otra galaxia, quienes evoluciona-
ron en condiciones muy distintas. Comenta los dos principios
mencionados, y explica cómo afectarían la naturaleza de las
observaciones científicas en los distintos planetas y la comuni-
cación de tales observaciones.
4. Identifica dos tipos distintos de organismos que hayas visto
que interactúen; por ejemplo, una oruga en una planta ascle-
pia, o un escarabajo en una flor. Luego, formula una sola hipó-
tesis sencilla sobre dicha interacción. Utiliza el método
científico y tu imaginación para diseñar un experimento que
pruebe tu hipótesis. Asegúrate de identificar las variables y
controlarlas.
5. Menciona un ejemplo en el cual la comprensión de un fenó-
meno refuerce tu interés por él.
PARA MAYOR INFORMACIÓN
Dawkins, R. The Blind Watchmaker. Nueva York: Norton, 1986. Descrip-
ción muy amena del proceso de la evolución, que Dawkins compara con
un relojero ciego.
Leopold, A. A Sand County Almanac. Nueva York: Oxford University
Press, 1949 (reimpreso en 1989). Un clásico escrito por un filósofo de la
naturaleza; ofrece una base elocuente para la ética de la conservación.
Thomas, L. The Medusa and the Snail. Nueva York: Bantam Books, 1980.
y The Lives of a Cell, 1973. El desaparecido médico, investigador y filó-
sofo Lewis Thomas comparte su asombro ante el mundo vivo en una se-
rie de deliciosos ensayos.
Wilson, E. O. The Diversity of Life. Nueva York: Norton, 1992. Una cele-
bración de la diversidad de la vida, cómo evolucionó y cómo los seres
humanos la están afectando. Los escritos de Wilson lo han hecho acree-
dor de dos premios Pulitzer.
Zimmer, C. At the Water’s Edge. Nueva York: The Free Press, 1998. Una
maravillosa guía escrita del viaje de 4000 millones de años en el tiempo
desde los microbios hasta los seres humanos.
Las células individuales pueden ser organismos
complejos e independientes, como este
protista ciliado del género Vorticella, el cual
consiste en un “cuerpo” celular redondo y
grande, con la “boca” en la parte superior.
Al sacudirse, el cilia capiliforme sobresale de la
“boca” y crea corrientes de agua que recogen
alimento (protistas y bacterias más pequeños).
Un tallo elástico une al Vorticella con los
objetos en su medio de agua dulce. Cuando
la célula siente una perturbación, el tallo se
contrae rápidamente y aleja al “cuerpo”
celular del peligro.
U N I D A D
La vida
de una célula
1
C
A
P
Í
T
U
L
O
2
El lagarto basilisco y los patinadores sobre hielo aprovechan las propiedades únicas del agua.
Átomos, moléculas
y vida
21
DE UN VI STAZO
ESTUDI O DE CASO CAMI NANDO SOBRE EL AGUA
ESTUDI O DE CASO: Caminando sobre el agua
2.1 ¿Qué son los átomos?
Los átomos, las unidades estructurales fundamentales de la
materia, se componen de partículas aún más pequeñas
Investigación científica: La radiactividad en la investigación
2.2 ¿Cómo interactúan los átomos para formar
moléculas?
Los átomos interactúan con otros átomos cuando hay vacíos
en sus capas de electrones más externas
Los átomos con carga, llamados iones, interactúan para formar
enlaces iónicos
Los átomos sin carga pueden estabilizarse compartiendo
electrones para formar enlaces covalentes
Los puentes de hidrógeno son atracciones eléctricas entre
moléculas que tienen enlaces covalentes polares o dentro
de éstas
2.3 ¿Por qué el agua es tan importante para la vida?
El agua interactúa con muchas otras moléculas
Enlaces con la vida: ¿Alimentación saludable?
Las moléculas de agua tienden a mantenerse unidas
Las soluciones en agua pueden ser ácidas, básicas o neutras
El agua modera los efectos de los cambios de temperatura
El agua forma un sólido singular: el hielo
OTRO VISTAZO AL ESTUDIO DE CASO Caminando
sobre el agua
EN MÉXICO UNA NIÑA asusta a un lagarto
basilisco que se acerca a un pequeño estan-
que en busca de insectos. El animal se aleja
corriendo verticalmente sobre sus fuertes
patas traseras. Sin embargo, en vez de evitar
el agua, ¡el lagarto empieza a dar zancadas
sobre la superficie del agua en reposo! La
niña queda boquiabierta: “¿Será un mila-
gro?”, se pregunta. Difícilmente. La selec-
ción natural dotó al lagarto basilisco con
extremidades especialmente rápidas que le
permiten aprovechar una singular propie-
dad del agua: su alta tensión superficial. Di-
cho en palabras más sencillas, las moléculas
de agua tienden a mantenerse unidas. Si lo
haces con cuidado, tú puedes hacer flotar
un clip sujetapapeles en un recipiente con
agua; sin embargo, éste se hundiría de in-
mediato en alcohol, el cual tiene una ten-
sión superficial mucho menor que el agua.
Mucho más al norte, un patinador gira
sobre el hielo a una rapidez vertiginosa. El
agua congelada tiene propiedades únicas
que hacen que el patinaje sobre hielo sea
tan divertido como factible. Primero, el hie-
lo es resbaladizo, lo cual permite tal proeza
del atleta. Segundo, el hielo flota en la su-
perficie del agua en vez de hundirse en el
fondo. ¿Alguna vez te has preguntado por
qué ocurre así? Cuando se congelan la ma-
yoría de los demás líquidos se convierten en
sólidos más densos. Por ejemplo, si el estan-
que para patinar estuviera lleno con aceite,
al congelarse, éste se iría al fondo. Los pati-
nadores y los lagartos basiliscos aprovechan
propiedades singulares y diferentes del
agua en sus estados líquido y sólido.
Las diferentes moléculas que componen
los organismos vivos funcionan en ambien-
tes acuosos. Pero, ¿cómo se forman las mo-
léculas de agua? ¿Cómo interactúan entre sí
las moléculas de agua y cómo lo hacen con
otras formas de materia? ¿Qué propiedades
dan al agua líquida tensión superficial, y ha-
cen que se expanda y que se vuelva resba-
ladiza al congelarse?
22 Capítulo 2 ÁTOMOS, MOLÉCULAS Y VI DA
Tabla 2-1 Elementos comunes en los organismos
vivos
Número Porcentaje en el
Elemento atómico
a
cuerpo humano
b
Hidrógeno (H) 1 9.5
Helio (He) 2 Traza
Carbono (C) 6 18.5
Nitrógeno (N) 7 3.3
Oxígeno (O) 8 65
Sodio (Na) 11 0.2
Magnesio (Mg) 12 0.1
Fósforo (P) 15 1
Azufre (S) 16 0.3
Cloro (Cl) 17 0.2
Potasio (K) 19 0.4
Calcio (Ca) 20 1.5
Hierro (Fe) 26 Traza
a
Número atómico = número de protones en el núcleo atómico.
b
Porcentaje aproximado de átomos de este elemento, por peso, en el
cuerpo humano.
2.1 ¿QUÉ SON LOS ÁTOMOS?
Los átomos, las unidades estructurales fundamentales
de la materia, se componen de partículas aún más
pequeñas
Si cortaras un diamante (una forma de carbono) en fragmen-
tos, cada trozo seguiría siendo carbono. Si pudieras seguir cor-
tando los trozos en partes cada vez más pequeñas, a final de
cuentas llegarías a tener un montón de átomos de carbono.
Los átomos son las unidades estructurales fundamentales de
la materia. Sin embargo, los átomos en sí se componen de un
núcleo atómico central (a menudo llamado simplemente nú-
cleo; ¡no lo debes confundir con el núcleo de una célula!), el
cual contiene dos tipos de partículas subatómicas con igual
peso: los protones, que tienen carga positiva, y los neutrones,
que no tienen carga. Otras partículas subatómicas llamadas
electrones giran alrededor del núcleo atómico (FIGURA 2-1).
Los electrones son partículas más ligeras con carga negativa.
Un átomo tiene el mismo número de electrones y protones;
por lo tanto, es eléctricamente neutro.
En la naturaleza hay 92 tipos de átomos, cada uno de los
cuales forma la unidad estructural de un elemento diferente.
Un elemento es una sustancia que no puede descomponerse
ni convertirse en otras sustancias mediante procesos químicos
ordinarios. El número de protones que hay en el núcleo, lla-
mado número atómico, es característico de cada elemento. Por
ejemplo, cualquier átomo de hidrógeno tiene un protón en su
núcleo; cualquier átomo de carbono, seis protones, y cualquier
átomo de oxígeno, ocho. Cada elemento posee propiedades
químicas exclusivas basadas en el número y la configuración
de sus partículas subatómicas. Algunos, como el oxígeno y el
hidrógeno, son gases a temperatura ambiente, mientras que
otros, como el plomo, son sólidos extremadamente densos. La
mayoría de los elementos son muy escasos y relativamente
pocos de ellos resultan indispensables para la vida en la Tie-
rra. La tabla 2-1 presenta una lista con los elementos más co-
munes en el cuerpo humano.
Los átomos de un mismo elemento pueden tener distintos
números de neutrones. Cuando esto sucede, los átomos se de-
nominan isótopos de ese elemento. Algunos isótopos, aunque no
todos, son radiactivos, es decir, se desintegran espontánea-
mente para formar diferentes tipos de átomos y liberan ener-
gía en el proceso. Los isótopos radiactivos son herramientas
muy útiles en el estudio de procesos biológicos (véase “Inves-
tigación científica: La radiactividad en la investigación”).
Los electrones viajan en regiones específicas llamadas
capas de electrones que corresponden a diferentes
niveles de energía
Como quizá sepas si has realizado experimentos con imanes,
los polos iguales se repelen y los polos opuestos se atraen.
Asimismo, los electrones se repelen mutuamente debido a su
carga eléctrica negativa, y son atraídos hacia los protones del
núcleo, que tienen carga positiva. Sin embargo, a causa de su
repulsión mutua, sólo cantidades limitadas de electrones pue-
den ocupar el espacio más cercano al núcleo. Un átomo gran-
de puede dar cabida a muchos electrones, porque éstos se
encuentran en órbitas cada vez más alejadas del núcleo. Los
electrones se mueven dentro de espacios tridimensionales li-
mitados llamados capas de electrones, cada una de las cuales
corresponde a mayores niveles de energía conforme se aleja
del núcleo. Por sencillez, dibujamos esas capas como anillos
alrededor del núcleo (véase las FIGURAS 2-1 y 2-2).
La capa de electrones más cercana al núcleo atómico es la
más pequeña y sólo puede contener dos electrones. Los elec-
trones en dicha capa están en el menor nivel de energía. Esta
primera capa es la única en los átomos de hidrógeno y de he-
lio (véase la figura 2-1). La segunda capa, que corresponde a
un nivel de energía superior, puede contener hasta ocho elec-
trones. Los electrones de un átomo llenan primero la capa
más cercana al núcleo y luego empiezan a ocupar las capas de
mayor nivel. Así, un átomo de carbono con seis electrones po-
see dos en la primera capa (la más cercana al núcleo) y cua-
tro en la segunda capa (véase la figura 2-2). Aunque los
átomos grandes pueden tener capas de energía complejas, to-
dos los átomos que son importantes para la vida (con excep-
ción del hidrógeno) necesitan (o se comportan como si
necesitaran) ocho electrones para completar sus capas más
externas; esto se conoce como regla del octeto.
a)
Hidrógeno (H)
capa de
electrones
núcleo
e
؊
p
؉
b)
Helio (He)
n
n
e
؊
p
؉
p
؉
e
؊
FIGURA 2-1 Modelos atómicos
Representaciones estructurales de los dos átomos más pequeños:
hidrógeno y b) helio. En estos modelos simplificados, los electro-
nes (en azul tenue) se muestran como planetas en miniatura, que
giran en órbitas específicas alrededor de un núcleo que contiene
protones (en café) y neutrones (en azul intenso).
Los núcleos y las capas de electrones desempeñan papeles
complementarios en los átomos. Los núcleos (siempre que no
sean radiactivos) ofrecen estabilidad, en tanto que las capas
de electrones permiten interacciones, o enlaces, con otros áto-
mos. Los núcleos se resisten a perturbaciones debidas a fuer-
zas externas. Las fuentes ordinarias de energía, como el calor,
la electricidad y la luz, apenas si los afectan. Como su núcleo
es estable, un átomo de carbono sigue siendo carbono, ya sea
que forme parte de un diamante, del dióxido de carbono o del
azúcar. Las capas de electrones, en cambio, son dinámicas. Co-
mo veremos a continuación, los átomos se unen entre sí ga-
nando, perdiendo o compartiendo electrones.
La vida depende de la capacidad de los electrones
para captar y liberar energía
Puesto que las capas de electrones corresponden a niveles de
energía, cuando un átomo se excita usando energía como ca-
lor o luz, tal energía provoca que los electrones salten de una
capa de electrones de menor a otra de mayor energía. Poco
después, el electrón regresa espontáneamente a su capa de
electrones original, liberando la energía (FIGURA 2-3).
Nosotros hacemos esto de manera cotidiana. Cuando en-
cendemos una bombilla eléctrica, la electricidad que fluye a
través del filamento en la bombilla hace que ésta se caliente,
y la energía térmica golpea a los electrones del filamento de
metal en las capas de electrones de mayor energía. Cuando
los electrones vuelven a sus capas originales, emiten como luz
la energía captada. La vida también depende de la capacidad
de los electrones para captar y liberar energía, como veremos
en los capítulos 7 y 8 al estudiar la fotosíntesis y la respiración
celular.
2.2 ¿CÓMO INTERACTÚAN LOS ÁTOMOS
PARA FORMAR MOLÉCULAS?
Los átomos interactúan con otros átomos cuando hay
vacíos en sus capas de electrones más externas
Una molécula consta de dos o más átomos del mismo elemen-
to, o de elementos distintos, los cuales se mantienen unidos
gracias a las interacciones en sus capas de electrones más ex-
ternas. Una sustancia cuyas moléculas están formadas por di-
ferentes tipos de átomos se llama compuesto. Los átomos
interactúan entre sí de acuerdo con dos principios básicos:
• Un átomo no reaccionará con otros átomos si su capa de
electrones más externa está totalmente llena. Decimos que
tal átomo es inerte.
Carbono (C) Oxígeno (O) Fósforo (P) Calcio (Ca)
Ca O C P
4e
؊
6e
؊
5e
؊
2e
؊
8e
؊
8e
؊
8e
؊
2e
؊
2e
؊
2e
؊
2e
؊
6p
؉
8p
؉
15p
؉
20p
؉
6n 8n 16n 20n
FIGURA 2-2 Capas de electrones en los átomos
La mayoría de los átomos importantes en biología tienen al menos dos capas de electrones. La primera y más cer-
cana al núcleo puede contener dos electrones; la siguiente, un máximo de ocho. Capas más distantes pueden con-
tener mayor número de electrones. PREGUNTA: ¿Por qué los átomos que tienden a reaccionar con otros átomos
poseen capas externas que no están completamente llenas?
1 Un electrón absorbe energía.
2 La energía impulsa al electrón
hacia un nivel de energía superior.
3 El electrón regresa a la capa
de menor nivel de energía
y libera la energía en forma de luz.
energía
luz
؉
؊
؉
؊
؉
؊
1. 2. 3.
• Un átomo reaccionará con otros átomos si su capa de elec-
trones más externa está sólo parcialmente llena. Decimos
entonces que tal átomo es reactivo.
Como demostración de estos principios, considera tres tipos de
átomos: hidrógeno, helio y oxígeno (véase las figuras 2-1 y 2-2).
El hidrógeno (el átomo más pequeño) tiene un protón en su
núcleo y un electrón en su única capa de electrones (que, por lo
tanto, es la más externa), la cual puede contener hasta dos elec-
trones. El átomo de oxígeno tiene seis electrones en su capa ex-
terna, que puede contener ocho. En cambio, el helio tiene dos
protones en su núcleo y dos electrones llenan su única capa de
electrones. De manera que es factible predecir que los átomos
de hidrógeno y de oxígeno, con sus respectivas capas externas
parcialmente llenas, son reactivos, mientras que los de helio,
con su capa llena, son estables. También lograríamos predecir
que los átomos de hidrógeno y de oxígeno pueden ganar esta-
bilidad reaccionando entre sí. Los únicos electrones de dos áto-
mos de hidrógeno llenarían la capa externa del átomo de
oxígeno, para formar agua (H
2
O; véase la figura 2-6b). Como
predijimos, el hidrógeno reacciona fácilmente con el oxígeno.
Para despegar, el transbordador espacial y otros cohetes utili-
zan hidrógeno líquido como combustible. El hidrógeno reac-
ciona de forma explosiva con el oxígeno, liberando agua como
subproducto y una inmensa cantidad de calor. En cambio, el
helio, cuya capa externa está llena, es casi totalmente inerte y
no reacciona con otras moléculas.
Un átomo con su capa de electrones externa parcialmente
llena puede adquirir estabilidad al perder electrones (hasta
que la capa quede totalmente vacía), al ganar (hasta llenar la
¿Cómo saben los biólogos que el DNA es el material genético
de las células (capítulo 9)? ¿Cómo miden los paleontólogos la
edad de los fósiles (capítulo 17)? ¿Cómo saben los botánicos
que los azúcares producidos en las hojas de las plantas durante
la fotosíntesis se transportan a otras partes de la planta (capítu-
lo 42)? Estos descubrimientos, y muchos más, fueron posibles
gracias al uso de los isótopos radiactivos. Durante la desinte-
gración radiactiva, es decir, el proceso mediante el cual un isó-
topo radiactivo se rompe espontáneamente, un isótopo emite
partículas que pueden detectarse con instrumentos como los
contadores Geiger.
Un uso especialmente fascinante de los isótopos radiactivos,
que es importante en medicina, es la tomografía por emisión de
positrones, también conocida como estudio PET (por las siglas
de positron emission tomography) (FIGURA E2-1). En una apli-
cación común de los estudios PET, el paciente recibe azúcar
glucosa que se marca al agregarle un isótopo radiactivo inocuo
del flúor. Cuando el isótopo se desintegra, emite dos destellos
de energía que viajan en direcciones opuestas. Los detectores de
energía en un anillo alrededor de la cabeza del paciente captan
las emisiones, registrando los tiempos de llegada casi simultá-
nea de los dos destellos de energía provenientes de cada par-
tícula que se desintegra. Luego, una computadora potente
calcula el lugar dentro del cerebro donde se efectuó la desinte-
gración y genera un mapa a color de la frecuencia de desintegra-
ciones en cierta “rebanada” del cerebro. Cuanto más activa sea
una región del cerebro, usará más glucosa como fuente de
energía y se concentrará más radiactividad en ella. Por ejemplo,
las células de tumores se dividen rápidamente y tienen un con-
sumo alto de glucosa; en los estudios PET aparecen como
“manchas calientes” (véase la figura E2-1c). Las regiones nor-
males del cerebro activadas por una tarea mental específica (co-
mo un problema matemático) también tendrán una mayor
demanda de glucosa, lo cual se detecta con estudios PET. De
esta forma, los médicos emplean estos últimos para diagnosticar
padecimientos neurológicos; en tanto que los investigadores
los utilizan para averiguar qué regiones del cerebro se activan
según los distintos procesos mentales.
El desarrollo de los estudios PET requirió la cooperación es-
trecha entre biólogos y médicos (quienes reconocieron la nece-
sidad del escaneo cerebral y son capaces de interpretar los
datos de éste), químicos (quienes desarrollaron y sintetizaron
las sondas radiactivas), físicos (quienes interpretaron la natura-
leza de los isótopos y sus emisiones de energía) e ingenieros
(quienes diseñaron y construyeron las computadoras, así como
otros dispositivos electrónicos). El constante trabajo en equipo
de científicos de distintas áreas promete más avances en la
comprensión fundamental de los procesos biológicos y en sus
aplicaciones más comunes como los estudios PET.
La radiactividad en la investigación
INVESTIGACIÓN CIENTÍFICA
anillo detector
a) c) b)
La cabeza del paciente
se coloca dentro de un
anillo de detectores.
La desintegración radiactiva
libera partículas energéticas
que activan los detectores.
El rojo indica la mayor
radiactividad; y el azul, la más
baja. Un tumor cerebral maligno
se distingue claramente en rojo.
La computadora compara los
tiempos de llegada y calcula la
ubicación de la desintegración.
FIGURA E2-1 Cómo funciona la tomografía por emisión de positrones
capa), o al compartirlos con otro átomo (en cuyo caso ambos
átomos se comportarán como si su capa externa estuviera lle-
na). Los resultados de perder, ganar y compartir electrones
son los enlaces químicos: fuerzas de atracción que mantienen
unidos a los átomos de las moléculas. Cada elemento tiene
propiedades de enlace químico que son resultado de la confi-
guración de electrones en su capa externa. Las reacciones quí-
micas la creación y ruptura de enlaces químicos para formar
nuevas sustancias son indispensables para el mantenimiento
de la vida y para el funcionamiento de la sociedad moderna.
Ya sea que se efectúen en células vegetales al captar energía
solar, en el cerebro al formar nuevos recuerdos o en el motor
de un automóvil al consumir gasolina, las reacciones químicas
implican la creación de nuevos enlaces y/o la ruptura de enla-
ces existentes. Hay tres tipos fundamentales de enlaces quími-
cos: enlaces iónicos, enlaces covalentes y puentes de hidrógeno
(tabla 2-2).
Los átomos con carga, llamados iones, interactúan
para formar enlaces iónicos
Tanto los átomos que tienen una capa externa de electro-
nes casi vacía como aquellos que la tienen casi llena pue-
den estabilizarse perdiendo (hasta vaciar la capa externa)
o ganando electrones (hasta llenar la capa externa). La for-
mación de la sal de mesa (cloruro de sodio) demuestra este
principio. El sodio (Na) sólo tiene un electrón en su capa ex-
terna de electrones; y el cloro (Cl) tiene siete electrones en su
capa externa, es decir, sólo le falta uno para llenarla (FIGURA
2-4A).
El sodio, por lo tanto, puede estabilizarse cediendo al clo-
ro el electrón de su capa externa, con lo cual esa capa queda
vacía; así, el cloro llena su capa externa con ese electrón que
gana. Los átomos que perdieron o ganaron electrones, alte-
rando el equilibrio entre protones y electrones, quedan carga-
Tabla 2-2 Tipos comunes de enlaces en las moléculas biológicas
Tipo Interacción Ejemplo
Enlace iónico Se transfiere un electrón, creando Ocurre entre los iones de sodio (Na
+
) y
iones positivos y negativos, que se cloruro (Cl
Ϫ
) de la sal de mesa (NaCl)
atraen mutuamente.
Enlace covalente Se comparten pares de electrones.
No polar Se comparten partes iguales. Ocurre entre los dos átomos de
oxígeno en el gas oxígeno (O
2
)
Polar Se comparten de forma desigual. Ocurre entre los átomos de hidrógeno y
oxígeno de una molécula de agua (H
2
O)
Puente de hidrógeno La carga ligeramente positiva de un átomo de Ocurre entre moléculas de agua; las
hidrógeno que interviene en un enlace covalente cargas ligeramente positivas en el
polar atrae a la carga ligeramente negativa en hidrógeno atraen a las cargas ligeramente
un átomo de oxígeno o de nitrógeno negativas en los átomos de oxígeno de
que interviene en un enlace covalente polar. las moléculas contiguas.
؊
؊ ؊
؊
؊
؊ ؊
؊
؊
؊
؊ ؊
؊
؊
؊
؊
؊ ؊
؊
؊
؊
؊
؊
؊
؊ ؊
؊
؊
؊
؊
؊
؊
؊
؊
؊
؊ ؊
؊
؊
؊
؊
؊ ؊
؊
؊
؊
؊
؊
؊
؊ ؊
؊
؊
؊ ؊
؊
؊
؊ ؊
؊
Átomo de sodio (neutro)
17p
؉
11p
؉
11n
11p
؉
11n
Átomo de cloro (neutro)
18n
17p
؉
18n
Na
؉
Cl
؊
Cl
؊
Na
؉
Cl
؊
Cl
؊
Na
؉
Na
؉
Cl
؊
Ion sodio (؉) Ion cloruro (؊)
a)
b)
c)
Electrón transferido
Atracción entre
cargas opuestas
Un compuesto iónico: NaCI
FIGURA 2-4 Formación de iones y enlaces iónicos
a) El sodio sólo tiene un electrón en su capa externa de electro-
nes; el cloro, siete. b) El sodio logra estabilizarse perdiendo un
electrón y el cloro puede estabilizarse ganando uno. Así, el átomo
de sodio se convierte en un ion con carga positiva, y el de cloro,
en un ion con carga negativa. c) Como las partículas con carga
opuesta se atraen mutuamente, los iones sodio (Na
+
) y cloruro
(CI

) resultantes se acomodan estrechamente en un cristal de sal,
NaCI. (Imagen en recuadro). La organización de iones en la sal pro-
voca la formación de cristales en forma de cubo.
dos. Estos átomos cargados se llaman iones. Para formar clo-
ruro de sodio, un átomo de sodio pierde un electrón y, por lo
tanto, se convierte en un ion sodio con carga positiva (Na
+
);
un átomo de cloro capta ese electrón y se convierte en un ion
cloruro con carga negativa (Cl

) (FIGURA 2-5).
26 Capítulo 2 ÁTOMOS, MOLÉCULAS Y VI DA
Na
؉
Cl
؊
FIGURA 2-5 Enlace iónico.
de electrones se llama enlace covalente no polar (FIGURA 2-7).
Considera el átomo de hidrógeno, el cual tiene un electrón en
una capa donde caben dos. Este átomo puede adquirir una es-
tabilidad razonable si comparte su único electrón con otro
átomo de hidrógeno, para formar una molécula de gas hidró-
geno (H
2
), donde cada átomo se comporta casi como si tuvie-
ra dos electrones en su capa externa.
a) enlace covalente no polar b) Enlace covalente polar
(sin carga)
Hidrógeno
(H
2
o H H)
(oxígeno: ligeramente negativo)
(؊)
(؉) (؉)
Agua
(H
2
O o H O H)
(hidrógeno: ligeramente positivo)
8p
؉
8n
؉
؉ ؉
؉
؊
؊
؊
؊
؊ ؊
؊
؊
؊
؊
؊
؊
menor
carga
positiva
los electrones
pasan más tiempo
cerca del núcleo
más grande.
los electrones
pasan el mismo
tiempo cerca de
cada núcleo.
mayor carga
positiva
la misma carga
en ambos
núcleos
(sin carga)
H H
FIGURA 2-7 Enlace covalente no polar.
Los dos iones se mantienen unidos mediante enlaces iónicos:
la atracción eléctrica entre iones con carga positiva y iones con
carga negativa (FIGURA 2-4B). Los enlaces iónicos entre los io-
nes sodio y cloruro forman los cristales que contienen disposi-
ciones ordenadas repetitivas de los dos iones; llamamos “sal de
mesa” a dicha sustancia (FIGURA 2-4C). Como veremos más
adelante, el agua rompe fácilmente enlaces iónicos.
Los átomos sin carga pueden estabilizarse
compartiendo electrones para formar
enlaces covalentes
Un átomo con su capa de electrones externa parcialmente lle-
na también puede estabilizarse compartiendo electrones con
otro átomo para formar un enlace covalente (FIGURA 2-6).
El electrón que se comparte determina si un enlace
covalente es polar o no polar
Al igual que dos niños que jalan entre sí un oso de felpa para
quedarse con él, en un enlace covalente los electrones son ja-
lados en direcciones opuestas por los núcleos de los átomos
que intervienen. Si los niños tienen igual fuerza, el oso se
mantendrá estirado entre ambos. Asimismo, núcleos atómicos
de igual carga compartirán electrones a partes iguales entre
sí. Un enlace covalente que implica compartir partes iguales
Dos átomos de oxígeno también comparten electrones de
igual forma y cada uno contribuye con dos electrones para
producir una molécula de gas oxígeno (O
2
), que tiene un en-
lace covalente doble. Como los dos núcleos en H
2
y en O
2
son
idénticos, sus núcleos atraen al electrón de la misma forma;
por consiguiente, los electrones compartidos pasan igual
tiempo cerca de cada núcleo. Así, la molécula no sólo es eléc-
tricamente neutra o sin carga, sino que cada extremo, o polo,
de la molécula también es eléctricamente neutro. Tales molé-
culas y las moléculas biológicas como las grasas —que se for-
man con enlaces covalentes no polares— se conocen como
moléculas no polares (véase la figura 2-6a).
En muchas moléculas que forman enlaces covalentes, un
núcleo tiene una carga positiva mayor que el otro y por ello
atrae a los electrones con más fuerza. Así como un niño más
fuerte será capaz de jalar el oso de felpa más cerca de sí mis-
mo, los electrones pasarán más tiempo cerca del núcleo más
grande y más positivo, y menos cerca del núcleo más peque-
ño. De esta manera, el átomo más grande adquiere una carga
FIGURA 2-6 Los enlaces covalentes implican compartir electrones
entre átomos
En el gas hidrógeno se comparte un electrón de cada átomo de
hidrógeno para formar un enlace covalente no polar sencillo. b) Al
oxígeno le faltan dos electrones para llenar su capa externa, así
que puede formar un enlace covalente polar con dos átomos de
hidrógeno para formar agua. El oxígeno ejerce una mayor atracción que el hidrógeno sobre los electrones, así que el extremo de la mo-
lécula donde está el oxígeno posee una pequeña carga negativa (᎐), mientras que el extremo donde está el hidrógeno cuenta con una
pequeña carga positiva (+). PREGUNTA: En los enlaces polares de agua, ¿por qué la atracción del oxígeno sobre los electrones es mayor
que la del hidrógeno?
¿CÓMO INTERACTÚAN LOS ÁTOMOS PARA FORMAR MOLÉCULAS? 27
(؉) (؉)
H H
O
(؊)
FIGURA 2-8 Enlaces covalentes polares en el agua
ligeramente negativa (᎐) de las cercanías del electrón, y el
átomo más pequeño adquiere una carga positiva pequeña (+).
Esta situación produce un enlace covalente polar (FIGURA 2-8).
Aunque la molécula en su totalidad es eléctricamente neutra,
tiene polos cargados. En el agua, por ejemplo, el oxígeno atrae
electrones con más fuerza que el hidrógeno, por lo que el ex-
tremo de la molécula donde está el oxígeno es ligeramente
negativo y cada hidrógeno es ligeramente positivo (véase la
figura 2-6b). El agua es un ejemplo de una molécula polar.
nes impares en sus capas externas. Este tipo de molécula, que
se conoce como radical libre, es muy inestable. La mayoría de
los radicales libres reaccionan fácilmente con moléculas cer-
canas, captando electrones para llenar sus capas externas. Pe-
ro cuando un radical libre roba un electrón de la molécula
que ataca, crea un nuevo radical libre y empieza una reacción
en cadena que puede conducir a la destrucción de moléculas
biológicas que son fundamentales para la vida. La muerte ce-
lular provocada por radicales libres contribuye a una amplia
gama de padecimientos humanos, entre los que destacan en-
fermedades del corazón y trastornos del sistema nervioso co-
mo el mal de Alzheimer. Mediante el daño que causan al
material genético, los radicales libres también pueden provo-
car ciertas formas de cáncer. Muchos científicos creen que el
Casi todas las moléculas biológicas emplean
enlaces covalentes
Los enlaces covalentes son esenciales para la vida. Como las
moléculas biológicas deben funcionar en un ambiente acuoso
donde los enlaces iónicos se rompen con facilidad, los átomos
de la mayoría de las moléculas biológicas, como las de proteí-
nas, azúcares y celulosa, se mantienen unidas por enlaces co-
valentes. El hidrógeno, el carbono, el oxígeno, el nitrógeno, el
fósforo y el azufre son los átomos que más comúnmente se
encuentran en las moléculas biológicas. El hidrógeno puede
formar un enlace covalente con un átomo más; el oxígeno y el
azufre pueden hacerlo con dos átomos más; el nitrógeno, con
tres, y el fósforo y el carbono, con cuatro (tabla 2-3). El fósfo-
ro es extraño, pues aunque tiene sólo tres espacios en su capa
externa, puede formar hasta cinco enlaces covalentes con cua-
tro átomos más. Tal diversidad de enlaces permite construir
moléculas biológicas con variedad y complejidad enormes.
Los radicales libres son altamente reactivos
y pueden dañar las células
Algunas reacciones, en especial aquellas que se llevan a cabo
en las células que procesan energía, producen moléculas que
tienen átomos (a menudo de oxígeno) con uno o más electro-
Tabla 2-3 Patrones de enlace de los átomos que se encuentran comúnmente en las moléculas biológicas
Capacidad de la capa Electrones en Número de enlaces covalentes Patrones
Átomo de electrones externa la capa externa que normalmente forma comunes de enlace
Hidrógeno 2 1 1
Carbono 8 4 4
Nitrógeno 8 5 3
Oxígeno 8 6 2
Fósforo 8 5 5
Azufre 8 6 2
P
O O
C C C C
H
N N N
S
FIGURA 2-9 Daño de los radicales libres
El envejecimiento es parcialmente resultado de la acumulación del
daño de radicales libres en las moléculas biológicas que compo-
nen nuestro cuerpo. Por ejemplo, la radiación solar puede ocasio-
nar la formación de radicales libres en la piel, dañando así las
moléculas que le dan elasticidad y contribuyendo con la formación
de arrugas conforme tenemos mayor edad. PREGUNTA: ¿Cómo
dañan los radicales libres a las moléculas biológicas?
28 Capítulo 2 ÁTOMOS, MOLÉCULAS Y VI DA
deterioro gradual del cuerpo que acompaña al envejecimien-
to es resultado, al menos parcialmente, de la acumulación del
daño de los radicales libres durante una vida de exposición a
la radiación solar (FIGURA 2-9). La radiación (como la solar
y la de los rayos X), los gases de combustión de los automóvi-
les y los metales industriales (como mercurio y plomo) tam-
bién pueden entrar a nuestro cuerpo y producir radicales
libres. Por fortuna, algunas moléculas llamadas antioxidantes
reaccionan con los radicales libres y combaten el daño que
ocasionan. Nuestro cuerpo sintetiza varios antioxidantes y
otros se obtienen mediante una dieta saludable. Las vitaminas
E y C son antioxidantes, al igual que una variedad de sustan-
cias que se encuentran en las frutas y las verduras. Para saber
más acerca de otra fuente de antioxidantes, consulta “Enlaces
con la vida: ¿Alimentación saludable?”.
Los puentes de hidrógeno son atracciones eléctricas
entre las moléculas que tienen enlaces covalentes
polares o dentro de éstas
Debido a la naturaleza polar de sus enlaces covalentes, las
moléculas polares cercanas, como las del agua, se atraen mu-
tuamente. Los átomos de oxígeno de algunas moléculas de agua,
al tener carga parcial negativa, atraen a los átomos de hidró-
geno con carga parcial positiva de otras moléculas de agua
cercanas. Tal atracción eléctrica se denomina puente de hidró-
geno (FIGURA 2-10). Al igual que los niños que se toman con
las manos sudorosas en un día caluroso, los puentes de hidró-
geno individuales de agua líquida se rompen con facilidad y
se vuelven a formar, permitiendo que el agua fluya con liber-
tad. Como veremos, los puentes de hidrógeno entre las molécu-
las confieren al agua varias propiedades poco comunes que
son indispensables para la vida en nuestro planeta.
Los puentes de hidrógeno son importantes en las moléculas
biológicas. Existen en moléculas biológicas comunes, donde el
hidrógeno se enlaza con el nitrógeno o con el oxígeno, como
ocurre con las proteínas y el DNA. En cada caso, los enlaces
covalentes polares producen una carga ligeramente positiva
en un átomo de hidrógeno y una carga ligeramente negativa en
el átomo de oxígeno o de nitrógeno, el cual atrae los electro-
nes con mayor fuerza que el hidrógeno. Las partes polares
resultantes de las moléculas pueden formar puentes de hidró-
geno con agua, con otras moléculas biológicas o con partes
polares de la misma molécula. Aunque los puentes de hidró-
geno individuales son muy débiles en relación con los enlaces
iónicos o covalentes, muchos de ellos, juntos, adquieren una
fuerza considerable. Como veremos en el capítulo 3, los puen-
tes de hidrógeno juegan un papel fundamental en la forma-
ción de las estructuras tridimensionales en las proteínas. En el
capítulo 9 descubriremos su importancia para el DNA.
2.3 ¿POR QUÉ EL AGUA ES TAN IMPORTANTE
PARA LA VIDA?
Como señaló en forma tan elocuente el naturalista Loren Ei-
seley: “Si hay magia en este planeta, está contenida en el
agua.” El agua es extraordinariamente abundante en la Tie-
rra, tiene propiedades poco comunes y es tan esencial para la
vida que merece un estudio especial. Es muy probable que
la vida haya surgido en las aguas de la Tierra primitiva. Los or-
ganismos vivos aún contienen entre un 60 y un 90% de agua,
y toda la vida depende de manera estrecha de las propiedades
del agua. ¿Por qué el agua es tan indispensable para la vida?
El agua interactúa con muchas otras moléculas
El agua interviene en muchas de las reacciones químicas que
ocurren en las células vivas. El oxígeno que las plantas verdes
liberan al aire se extrae del agua durante la fotosíntesis. Al
elaborar una proteína, una grasa, un ácido nucleico o un azú-
car, nuestro cuerpo produce agua; en cambio, cuando nuestro
cuerpo digiere las proteínas, las grasas y los azúcares de los
alimentos que comemos, se utiliza agua en las reacciones.
¿Por qué el agua es tan importante en las reacciones químicas
biológicas?
El agua es un excelente disolvente, es decir, puede disolver
una amplia gama de sustancias, como proteínas, sales y azúca-
res. El agua u otros disolventes que contienen sustancias di-
sueltas forman soluciones. Recuerda que un cristal de sal de
mesa se mantiene unido por la atracción eléctrica entre los io-
nes sodio positivos y los iones cloruro negativos (véase la fi-
gura 2-4c). Puesto que el agua es una molécula polar, tiene
polos tanto positivos como negativos. Si un cristal de sal se in-
troduce en agua, los extremos de hidrógeno con carga positi-
va de las moléculas de agua sienten atracción por los iones
cloruro con carga negativa y los rodean, en tanto que los po-
los de oxígeno de las moléculas de agua con carga negativa
sienten atracción por los iones sodio positivos y los rodean.
FIGURA 2-10 Puentes de hidrógeno
Al igual que los niños que se toman con las manos sudorosas, las
cargas parciales en diferentes partes de las moléculas de agua pro-
ducen fuerzas de atracción débiles llamadas puentes de hidrógeno
(líneas punteadas) entre los átomos de oxígeno y de hidrógeno en
moléculas de agua contiguas. Conforme el agua fluye, dichos puen-
tes se rompen y se vuelven a formar una y otra vez.
¿POR QUÉ EL AGUA ES TAN IMPORTANTE PARA LA VIDA? 29
Las frutas y las verduras, en especial las de colores amarillo,
anaranjado o rojo, no sólo contienen vitaminas C y E, sino tam-
bién otros antioxidantes; pero, ¿sabías que el chocolate (FIGU-
RA E2-2), a veces considerado una “delicia pecaminosa” y a
menudo una fuente de culpabilidad por quienes se dan el gus-
to de disfrutarlo, contiene antioxidantes y podría considerarse
un alimento saludable? Aun cuando es extremadamente difícil
realizar estudios controlados sobre los efectos de los antioxi-
dantes en la dieta del ser humano, hay evidencia de que las die-
tas altas en antioxidantes pueden ser benéficas. La baja incidencia
de enfermedades cardiacas entre los franceses (muchos de los
cuales ingieren una dieta relativamente alta en grasas), por
ejemplo, se ha atribuido parcialmente a los antioxidantes en el
vino que su población consume de modo regular. Los franceses
también ingieren más frutas y verduras que los estadounidenses
(excepto las papas a la francesa atiborradas de grasa que se
consumen más en Estados Unidos que en Francia). Los suple-
mentos antioxidantes abundan en los catálogos de nutrición y
en las tiendas de productos básicos y alimentos saludables.
Ahora, por asombroso que parezca, ¡los investigadores nos
han dado un pretexto para comer chocolate sin sentirnos culpa-
bles! El polvo de cocoa (el polvo amargo y oscuro que se ela-
bora con las semillas que hay en las vainas de cacao; véase la
figura E2-2) contiene altas concentraciones de flavonoides, que
son potentes antioxidantes y se relacionan químicamente con
los que tiene el vino. No se han realizado estudios para deter-
minar si un consumo elevado de chocolate reduce el riesgo de
padecer cáncer o enfermedades del corazón, pero sin duda no
faltarán voluntarios para tales investigaciones. Es importante to-
mar en cuenta que los chocolates más pecaminosamente deli-
ciosos contienen altas cantidades de grasa y azúcar, y el hecho
de engordar por darse el gusto de demasiados chocolates po-
dría contrarrestar cualesquiera efectos positivos del polvo de
cocoa puro. No obstante, ¡los “chocoadictos” esbeltos tienen
buenos motivos para relajarse y disfrutar!
¿Alimentación saludable?
ENLACES CON LA VIDA
Cuando las moléculas de agua envuelven los iones sodio y
cloruro, y les impiden interactuar, los iones se separan del
cristal y se pierden en el agua; entonces, la sal se disuelve (FI-
GURA 2-11).
El agua también disuelve moléculas que se mantienen uni-
das por enlaces covalentes polares. Sus polos positivo y nega-
tivo son atraídos hacia regiones con carga opuesta de las
moléculas de la sustancia que se está disolviendo. Los iones y
las moléculas polares se llaman hidrofílicos (del griego, “que
aman el agua”) por la atracción eléctrica que experimentan
hacia las moléculas de agua. Muchas moléculas biológicas, en-
tre ellas los azúcares y los aminoácidos, son hidrofílicas y se
disuelven fácilmente en agua. El agua también disuelve gases
no polares como el oxígeno y el dióxido de carbono. Estas
moléculas son lo suficientemente pequeñas como para ajus-
tarse en los espacios entre las moléculas de agua, sin alterar
sus puentes de hidrógeno. Los peces que nadan bajo el hielo
en un lago congelado dependen del oxígeno que se disolvió
antes de que se formara el hielo y liberan CO
2
Cl
؊
O
Cl
؊
Cl
؊
Cl
؊
Cl
؊
H
H
H
H
Na
؉
Na
؉
Na
؉
Na
؉
Na
؉
O
FIGURA 2-11 El agua como disolvente
Cuando un cristal de sal se introduce en agua, ésta rodea los iones
sodio y cloruro con los polos de carga opuesta de sus moléculas.
Los iones se dispersan conforme las moléculas de agua que los ro-
dean los aíslan de la atracción de otras moléculas, y el cristal se di-
suelve gradualmente.
FIGURA E2-2 Chocolate
El polvo de cocoa se obtiene de las semillas de cacao conteni-
das en las vainas del cacao (imagen en recuadro), que crecen en
árboles de las regiones tropicales del Continente Americano.
conocemos y la evolución de la vida terrestre sin duda habría
seguido un camino muy distinto. Ya sea la sensación de ardor
que produce un “panzazo”, la capacidad de un lagarto para
correr sobre el agua o la subida de ésta por un árbol, la causa
de todo ello son los puentes de hidrógeno entre las moléculas
de agua.
El agua tiene otra propiedad, la adhesión
30 Capítulo 2 ÁTOMOS, MOLÉCULAS Y VI DA
FIGURA 2-12 El agua y el
aceite no se mezclan
Se vertió aceite amarillo
en este vaso de precipita-
dos con agua y el aceite
sube hacia la superficie.
El aceite flota porque es
más ligero que el agua y
forma gotitas debido a
que es una molécula no
polar hidrofóbica, la cual
no es atraída hacia las
moléculas polares del
agua.
tante, el agua ejerce un efecto importante sobre tales molécu-
las. Los aceites, por ejemplo, forman glóbulos cuando se vier-
ten en agua (FIGURA 2-12) como en un caldo de pollo.
Las moléculas de aceite en el agua rompen la formación de
puentes de hidrógeno entre moléculas de agua contiguas.
Cuando una molécula de aceite encuentra a otras en agua, sus
superficies no polares se juntan, rodeadas por moléculas de
agua, que forman puentes de hidrógeno entre sí, pero no con
el aceite. Por ello, las moléculas de aceite se mantienen juntas
formando gotitas. Puesto que el aceite es más ligero que el
agua, esas gotitas flotan en la superficie del agua. La tenden-
cia de las moléculas de aceite a agruparse en el agua se des-
cribe como una interacción hidrofóbica. Como veremos en el
capítulo 5, las membranas de las células vivas deben gran par-
te de su estructura a interacciones hidrofóbicas.
Las moléculas de agua tienden a mantenerse unidas
Además de interactuar con otras moléculas, las moléculas de
agua interactúan entre sí. Como los puentes de hidrógeno in-
terconectan moléculas de agua, el agua líquida tiene gran co-
hesión; es decir, las moléculas de agua tienden a mantenerse
juntas. La cohesión entre las moléculas de agua en la superfi-
cie del líquido produce tensión superficial, que es la tendencia
de la superficie del agua a resistir sin romperse. Si alguna vez
has caído de “panzazo” en una alberca, descubriste en carne
propia la fuerza de la tensión superficial. Ésta puede sostener
hojas caídas, así como a algunas arañas, a ciertos insectos
acuáticos (FIGURA 2-13A) e incluso a un lagarto basilisco co-
rredor.
Un papel más importante de la cohesión del agua para la
vida se observa en las plantas terrestres. Puesto que las plan-
tas absorben agua por la raíz, ¿cómo llega a las partes que es-
tán arriba del suelo, en especial si se trata de una secuoya de
100 metros de altura (FIGURA 2-13B)? Como veremos en el
capítulo 42, las hojas tiran de las moléculas de agua, llenando
diminutos tubos que conectan las hojas, el tronco y las raíces.
Las moléculas de agua que se evaporan de las hojas tiran del
agua haciéndola subir por los tubos, como si fuera una cade-
na de la que se tira desde arriba. El sistema funciona porque
los puentes de hidrógeno que unen las moléculas del agua son
más fuertes que el peso del agua en los tubos (aunque llegue
a 100 metros de altura); así, no se rompe la “cadena” de agua.
Sin la cohesión del agua, no habría plantas terrestres como las
(b) b)
(a) a)
FIGURA 2-13 Cohesión entre moléculas de agua
a) Manteniéndose a flote gracias a la tensión superficial, la araña
pescadora corre sobre el agua para atrapar un insecto. b) En las
secuoyas gigantes, la cohesión mantiene juntas las moléculas de
agua en hilos continuos, que van de las raíces a las hojas más al-
tas, las cuales pueden alcanzar hasta 90 metros de altura.
¿POR QUÉ EL AGUA ES TAN IMPORTANTE PARA LA VIDA? 31
delgado o en un tubo de ensayo, veremos que la superfice es
curva; el agua busca subir por las paredes del vidrio por su ad-
hesión a la superficie del vidrio y por la cohesión entre las
moléculas de agua.
Las soluciones en agua pueden ser ácidas,
básicas y neutras
Aunque el agua en general se considera un compuesto esta-
ble, una pequeña fracción de moléculas de agua se ioniza; es
decir, se dividen en iones hidrógeno (H
+
) y en iones hidróxi-
do (OH

) (FIGURA 2-14).
Sin embargo, en muchas soluciones las concentraciones de
H
+
y de OH

no son iguales. Si la concentración de H
+
exce-
de la concentración de OH

, la solución es ácida. Un ácido es
una sustancia que libera iones hidrógeno cuando se disuelve
en agua. Por ejemplo, si añadimos ácido clorhídrico (HCl) al
agua pura, casi todas las moléculas de HCl se separarán para
formar iones H
+
y Cl

. Por lo tanto, la concentración de H
+
ex-
cederá significativamente la concentración de OH

y la solu-
ción resultante será ácida. Muchas sustancias ácidas, como el
jugo de limón y el vinagre, tienen un sabor amargo. Ello se de-
be a que los receptores de sabor amargo en la lengua se han
especializado para responder al exceso de H
+
.
Si la concentración de OH

es mayor, la solución será bási-
ca. Una base es una sustancia que se combina con iones hidró-
geno, con lo cual reduce su número. Por ejemplo, si agregamos
hidróxido de sodio (NaOH) al agua, las moléculas de NaOH
se dividirán en iones Na
+
y OH

. Los OH

se combinan con
H
+
y reducen su número; entonces la solución será básica.
El grado de acidez se expresa en la escala de pH (FIGURA
2-15), en la que el valor 7 se asigna a la neutralidad (cantida-
des iguales de H
+
y OH

). El agua pura, con concentraciones
iguales de H
+
y OH

, tiene un pH de 7. Los ácidos tienen un
pH menor que 7; y las bases, uno mayor que 7. Cada unidad
de la escala de pH representa un cambio de 10 veces en la
concentración de H
+
. Así, una bebida de cola con un pH de 3
tiene una concentración de H
+
10,000 veces mayor que la del
agua, cuyo valor de pH es 7.
O
H H
O
H
H
ion hidrógeno ion hidróxido agua
(H
2
O) (OH
؊
) (H
؉
)
؉
(؉) ( ؊ )
FIGURA 2-14 Algunas moléculas de agua se ionizan.
Un ion hidróxido tiene carga negativa porque ha ganado
un electrón del átomo de hidrógeno. Al perder un electrón, el
átomo de hidrógeno se convierte en un ion hidrógeno con
carga positiva. El agua pura contiene concentraciones iguales
de iones hidrógeno y de iones hidróxido.
á
c
i
d
o

c
l
o
r
h
í
d
r
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o

(
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C
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3
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0 1 2 3 4
5 6 7 8 9
10 11 12 13 14
valor de
pH
Concentración de H
؉
en moléculas/litro
10
0
10
؊1
10
؊2
10
؊3
10
؊4
10
؊5
10
؊6
10
؊7
10
؊8
10
؊9
10
؊10
10
؊11
10
؊12
10
؊13
10
؊14
neutral
( H
؉
؍ OH
؊
)
( H
؉
Ͼ OH
؊
) ( H
؉
Ͻ OH
؊
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(
1
4
.
0
)
n
a
r
a
n
j
a

(
3
.
5
)
cada vez más ácido cada vez más básico
FIGURA 2-15 La escala de pH
La escala de pH refleja la concentración de iones hidrógeno en una solución. El pH (escala superior) es el valor negativo de
la concentración de H
+
(escala inferior). Cada unidad de la escala representa un cambio de 10 veces. El jugo de limón, por
ejemplo, es cerca de 10 veces más ácido que el jugo de naranja, en tanto que las lluvias ácidas más graves e intensas en el
noreste de Estados Unidos son casi 1000 veces más ácidas que la lluvia normal. Con la excepción del interior de nuestro es-
tómago, casi todos los fluidos del cuerpo humano están ajustados con gran precisión a un pH de 7.4.
32 Capítulo 2 ÁTOMOS, MOLÉCULAS Y VI DA
Los amortiguadores ayudan a mantener
las soluciones en un pH relativamente constante
En casi todos los mamíferos, incluidos los seres humanos, tan-
to el interior de la célula (citoplasma) como los fluidos que la
bañan son casi neutros (pH de entre 7.3 y 7.4). Aumentos o
disminuciones pequeños en el pH podrían causar cambios
drásticos tanto en la estructura como en el funcionamiento de las
moléculas biológicas, provocando la muerte de algunas células
o de todo el organismo. No obstante, las células vivas bullen
con reacciones químicas que captan o generan H
+
. ¿Cómo,
entonces, el pH se mantiene generalmente constante? La res-
puesta radica en los muchos amortiguadores que se encuen

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Author: Kimberely Baumbach CPA

Last Updated: 09/22/2022

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Name: Kimberely Baumbach CPA

Birthday: 1996-01-14

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Job: Product Banking Analyst

Hobby: Cosplaying, Inline skating, Amateur radio, Baton twirling, Mountaineering, Flying, Archery

Introduction: My name is Kimberely Baumbach CPA, I am a gorgeous, bright, charming, encouraging, zealous, lively, good person who loves writing and wants to share my knowledge and understanding with you.