Biologia prepa abierta

libro biologia de prepa abierta sep del plan de 33 materias

1. Autores:

William L. Smallwood
Edna R. Green

Asesores:
LaMont C. Cole
V.G. Dethier
Victor A. Greulach
Teru Hayashi
Ernst Mayr
Everett Mendelsohn
Publicaciones Cultural S.A.
Cuarta
Reimpresión
en Español
México D.F. 1975

2. III





Autores



William L. Smallwood , Profesor de Biología en Mountain Home High School de M ountain Home, en el
Estado de Idaho. El profesor Smallwood fue miembro del c uerpo consultivo del BSCS y, en el año de
1967, recibió el premio OBTA (Profesor de Biología Distinguido) que le otorgó la Asociación Nacional de
Profesores de Biología de los Estados Unidos de América.




Edna R. Green, Profesora de Biología en Philadelphia High School for Girls de Philadelphia, en el
Estado de Pennsylvania. También es Jefe del Departam ento de Ciencias en esa escuela y fue profesora
de los cursos de biología difundidos por la estación de televisión WHYY de Philadelphia, en los Estados
Unidos de América.










© Terminantemente prohibida la reproducción total o parcial, tanto del texto como de fotografías e ilu straciones, sin
consentimiento por escrito del editor.
Guías y exámenes para
Evaluarse correo
[email protected]
WhatsApp [phone]

3. IV
Prólogo

Es frecuente leer o hablar sobre la revolución
que se está realizando en el campo de la biología,
pero como en toda revolución siempre hay la
promesa de algo nuevo, en este caso, la promesa
será la "nueva" biología. De acuerdo con lo
anterior, se puede pensar que los biólogos
modernos son unos revolucionarios violentos,
dispuestos a eliminar la biología anteriormente
aceptada. Realmente, esta idea está muy lejos de
la verdad.
En biología no hay revolución. Esta ciencia
está basada todavía sobre determinados principios
o conceptos básicos establecidos, en su mayoría,
en el siglo pasado y algunos incluso mucho antes.
Entre los temas principales, como los
complementarios de la estructura y función, la
teoría celular, la evolución y la homeostasis, han
estado vigentes el tiempo suficiente para poder
ser considerados como una parte de cualquier
estudio biológico. Nadie está contra esos
conceptos, pero los temas más importantes del
siglo 20 – la continuidad genética y la
interdependencia del medio ambiente – han tenido
vigencia suficiente para poder ser llamados
"tradicionales", e incluso "clásicos".
El término "revolución" es adecuado cuando lo
usamos específicamente respecto a la biología
actual. Sin embargo, para evitar confusiones al
lector será conveniente hacer unas aclaraciones.
Actualmente todavía hay miles de biólogos que
continúan trabajando sobre una estructura más o
menos clásica sin que por eso dejen de adquirir
nuevos e importantes conocimientos. Con otros
términos, lo que sucede es que el ritmo de la
investigación biológica, en los últimos años, ha
permitido conocer mucho mejor la estructura y
función, la teoría de la evolución, la homeostasis y
la continuidad genética. Esta gran afluencia de
conocimientos nuevos tiende a hundirnos y
engañarnos, haciéndonos pensar que nuestra
propia ciencia ha llegado a un estado
revolucionario. Pero, como dijimos anteriormente,
en biología, no hay revolución. Lo que sucede es
que son los conocimientos los que crean y
continúan creando una revolución en el hombre,
en su sociedad y en el medio; es decir, cuando los
biólogos conocen mejor la homeostasis celular,
nos da la esperanza de llegar a la conquista del
cáncer y de otras enfermedades celulares y
todavía, ¿cuál será el impacto, si llegamos a
entender y controlar el proceso de
envejecimiento, o los procesos por los cuales un
código genético hereditario, pueda ser alterado
aumentando o suprimiendo algunos de los
materiales genéticos? Este tipo de conocimientos
sí causará una revolución de tanta magnitud, que
no alcanzamos a comprender. Esperamos y este
es el punto que recalca la presentación de este
libro de biología, que nuestros estudiantes vivirán
el proceso de esta revolución.
Nuestros comentarios expresan la idea de
nuestro pensamiento que desarrollamos en el
contenido de este libro. Los temas y elementos
clásicos, se tratan de una manera ligera, pero los
temas relacionados con la biología moderna,
siempre se desarrollan en perspectiva relacionada
con los temas clásicos, ya que éstos constituyen el
armazón básico del cual surgieron. No hacemos
apologías o justificaciones que dejen al estudiante
"colgando" – lo que se trata es de crearle un
sentimiento de inquietud, suficiente para
estimularle en el estudio de los principales temas
que hemos mencionado. De vez en cuando, se le
alienta, con el objeto de que pueda prever las
deducciones lógicas que pueden provocar
investigaciones posteriores. Es decir, este texto se
dirige a los estudiantes que vivirán los tiempos de
una revolución científica en el campo de la
biología y que ayudarán a la vez a producirla. Esta
será la primera vez – y tal vez la última – en la
que muchos de los estudiantes tendrán la
oportunidad de estudiar las "semillas" de las
cuales está germinando esta revolución inusitada.
Es relativamente fácil explicar el espíritu y la
filosofía de un libro. Pero resulta difícil expresar el
reconocimiento a todas las personas por la ayuda
prestada, ya que esta ayuda es una parte esencial
en la realización del texto. Indudablemente,
también nuestros maestros y nuestros profesores
colegas, han contribuído mucho más de lo que
ellos pueden suponer en la realización de este
esfuerzo. Para las siguientes personas que leyeron
y criticaron todos los aspectos del programa de
biología nuestra profunda gratitud.

Sr. James Francis
Cathedral High School
Springfield, Massachusetts
Sr. Gordon E. Peterson
San Marino High School
San Marino, California
Sr. Jerry L. Tucker
Mountain Home High School
Mountain Home, Idaho

4. V
Sr. Thomas Woudenberg
Columbia High School
Maplewood, New Jersey
Además de los consultores, sobre todo para el
programa, las siguientes personas han leído y
criticado el manuscrito y también son
merecedoras de nuestra profunda gratitud: Sra.
Julia J. Beniamino, del Departamento de
Educación de Río Piedras, Puerto Rico; Dr. Jerry
Davis, Hofstra University, Hempstead, New York;
Dr. Phillip R. Fordyce, The Florida State University,
Tallahassee, Florida; Dr. Gladys Kleinman, Hunter
College, New York, New York; Sra. Wilma Shields,
North Quincy High School, Quincy, Massachusetts.
Damos gracias especialmente a los seis
consultores, quienes con gran paciencia y
fortaleza de ánimo, leyeron el material y lo
valorizaron con esmerados comentarios, en cada
una de sus diferentes especialidades. Estos
consultores y sus campos especializados son:
Dr. LaMont C. Cole
(Ecología)
Cornell University
Dr. V.G. Dethier
(Fisiología y Comportamiento Animal)
Princeton University
Dr. Victor A. Greulach
(Botánica)
University of Northern Carolina
Dr. Teru Hayashi
(Fisiología y Bioquímica Celular)
Columbia University
Dr. Ernst Mayr
(Evolución y Taxonomía)
Harvard University

Dr. Everett Mendelsohn
(Historia de la Ciencia)
Harvard University
Estamos especialmente agradecidos por su
ayuda. Si todavía existen errores y puntos de
vista equivocados en el texto, no se debe más que
a nuestras fallas al incorporar sus comentarios.
Finalmente, debemos nuestro reconocimiento
a los dos editores, que trabajaron tan
diligentemente en este proyecto. El Sr. Hugh
McCarthy editor del proyecto, que fue un modelo
de paciencia, perseverancia y buen sentido en
todo momento y el Sr. Aaron Klein que contribuyó
grandemente al desarrollo del programa de
laboratorio.
Esperamos que este texto sea de utilidad en
la educación de los estudiantes de biología de
Preparatoria. Los comentarios de maestros y
alumnos, así como también las sugerencias que
nos puedan hacer, representarán una
extraordinaria ayuda en la preparación de
ediciones futuras, sinceramente solicitamos su
ayuda.
William L. Smallwood
Edna R. Green

5. VI
Contenido
Prólogo IV

Parte I La vida: Tres modelos básicos 1

Unidad Uno Modelos de estructura 3

Capítulo 1 Primeras investigaciones sobre estructura 4
Capítulo 2 La estructura de la célula 20
Capítulo 3 Las moléculas de la vida 36
Capítulo 4 Los organismos y su medio ambiente 50

Unidad Dos Modelos de función 59

Capítulo 5 Energía y organismos 60
Capítulo 6 Moléculas maestras controlan la célula 73
Capítulo 7 La vida se reproduce 91

Unidad Tres Modelos de cambios 103

Capítulo 8 Evidencias de transformación 104
Capítulo 9 Darwin y la selección natural 115
Capítulo 10 Evolución: Una perspectiva moderna 127
Capítulo 11 El orden salió del caos 140

Ensayo gráfico: Un Sistema moderno de clasificación 150

Parte II Modelos de estructuras y función en los organismos 175

Unidad Cuatro La vida en sus formas más simples 177

Capítulo 12 El umbral de la vida 178
Capítulo 13 La vida en las células más simples 190
Capítulo 14 Los organismos simples se reproducen 204

Unidad Cinco Animales y plantas: Conservación del individuo 215

6. VII
Capítulo 15 Modelos de digestión 216
Capítulo 16 Transporte en los animales 231
Capítulo 17 Transporte en las plantas 240
Capítulo 18 Sistemas para el intercambio de gases 246

Unidad Seis Plantas y animales: Regulación interna del individuo 257

Capítulo 19 Estabilidad interna del organismo 258
Capítulo 20 Hormonas y control celular 267
Capítulo 21 Los nervios controlan las células 280

Unidad Siete Plantas y animales: Reproducción de individuos 293

Capítulo 22 Modelos de reproducción y desarrollo: Plantas 294
Capítulo 23 Modelos de reproducción y desarrollo: Animales 308
Capítulo 24 Herencia y nuevos individuos 323
Capítulo 25 Genes en la población 342

Parte III Modelos de interacción entre los organismos y el me dio 354

Unidad Ocho Plantas y animales: Modelos de interacción 356

Capítulo 26 Cómo reciben la información los animales 357
Capítulo 27 Comunicación animal 367
Capítulo 28 Modelos de comportamiento 378
Capítulo 29 La trama de la vida 387

Unidad Nueve El hombre: Pasado, presente y futuro 399

Capítulo 30 El hombre primitivo 400
Capítulo 31 El hombre moderno y su medio ambiente 413

Glosario 424

7. 1
Biología



Parte I
La Vida: Tres Modelos Básicos
La biología es la rama de la ciencia dedicada al estudio de la vida y, como todas las ciencias, se
desarrolla y amplía por el esfuerzo constante del hombre para comprender la naturaleza. La
investigación sobre los seres vivos empieza con bases formales, aproximadamente, desde hace unos
dos mil trescientos años. Su progreso ha sido lento, pero su desarrollo ha sido tan importante que,
actualmente, es difícil abarcarlo todo. Ahora, en este último tercio del siglo 20, debido a los esfuerzos
realizados por los biólogos, sus resultados llegan a un gran clímax. Algunos de los secretos de la vida,
más difíciles de aclarar, están en el umbral de ser revelados, hechos que serán la admiración tanto de
los científicos como de los legos en la materia.
Por lo expuesto anteriormente, es fácil y natural que el estudiante de biología desee y espere una
respuesta aclaratoria a estas tres preguntas: (1) Actualmente, ¿qué es lo que los biólogos conocen

8. 2
acerca de la vida? (2) ¿Cómo descubrieron esta información? (3) ¿Qué les falta todavía por descubrir,
acerca de la vida? De una manera general, esas tres preguntas han sido la base para que los autores
presentaran y desarrollaran el material de este libro. Esta presentación supone un cambio total en los
métodos que fueron adoptados, cuando sus padres estud iaron biología. Durante muchos años, los
estudiantes de biología han recibido la información que contestaba, solamente, la primera pregunta.
Actualmente, ¿qué es lo que los biólogos conocen acerca de la vida? Generalmente, era la de “Dar al
estudiante todos los hechos, diciéndole cómo fueron descubiertos pero sin crearles preocupación alguna
acerca de lo que nosotros desconocemos, puesto que el es tudiante ya tiene bastante para preocuparse
con sólo aprender lo que actualmente sabemos”.
Esta mentalidad pudo haber sido adecuada hace 20 ó 30 años, pero ahora ya se considera
completamente superada para el estudiante de hoy. Noso tros mismos, como maestros de biología,
notamos que los estudiantes quieren algo más que los he chos puros de la biología, puesto que desean
saber no los hechos en sí sino cómo fueron obtenidos. Tampoco les preocupa mucho saber que todavía
los biólogos tienen mucho por descubrir. Vamos a seña lar unas palabras típicas de un estudiante
cuando dice: “Ciertamente, sería una lástima pensar que puede ser muy poco lo que nos dejan por
descubrir en los próximos años”.
Los hechos de la biología, es decir, lo que los biólogos han aprendido acerca de la vida, forman la
mayor parte del material que vamos a estudiar en est e año. Veremos cómo la acumulación de esos
conocimientos puede servir de base para la organizaci ón de nuestros estudios y que uno de los
descubrimientos biológicos más importantes es, en toda s las formas de vida, la existencia de la
“unidad”. Por unidad, los biólogos quieren decir que todos los organismos vivos tienen semejanzas
básicas. Este descubrimiento es relativamente nuevo puesto que los años anteriores al siglo 20, los
biólogos estuvieron más inclinados a observar y estudi ar las divergencias que las semejanzas que
existen entre los organismos. Así, cuando comparaban do s organismos, por ejemplo, una mariposa con
una margarita, el estudiante estaba mejor dispuesto para nombrar las diferencias que las semejanzas
que existen entre ellas.
La unidad en el mundo viviente no es tan evidente c omo su diversidad; por eso, hemos
desarrollado este libro fundamentalmente para mostrar una clara visión de la unidad. En la Parte I se
estudiarán, esencialmente, los tres hechos fundamenta les de la unidad. Sabemos, ahora, que toda la
vida se desarrolla dentro de una misma organización est ructural básica y también sabemos que toda
vida efectúa las mismas funciones básicas, a la vez que está sujeta a fuerzas que han causado y
continúan causando, cambios en sus estructuras y fun ción. Así, un estudio de esos tres hechos
fundamentales – estructura, función, cambio – forman las bases para una introducción al estudio de la
vida.
Todavía otro comentario es apropiado en esta introducc ión: El de que la biología es una ciencia
muy dinámica. De la misma manera que leemos estas pa labras, miles de biólogos idean métodos y
buscan nuevas y mejores respuestas a muchos de los p roblemas que discutiremos en el curso del libro.
Sustituir ideas viejas y crear otras nuevas, es una forma excitante en la vida de la investigación
científica, esperando que todos compartiremos esta emoc ión cuando encontremos que hay nuevas y
mejores respuestas para los problemas que aquí estudiaremos y quién sabe si usted mismo investigará
algunos de ellos.

9. Primeras Investigaciones sobre Estructura 4

Un panal de abejas, un ejemplo de estructura biológ ica.
“El objeto, en la interpretación de la biología, que a mí,
particularmente, me gusta darle importancia, es: Que para
comprender a los organismos se debe interpretar su organización”.
1

George Gaylord Simpson
Capítulo 1
Primeras Investigaciones sobre Estructura
Dos mil años, es un tiempo muy largo para trabajar en un problema, con todo, el hombre
ha necesitado un tiempo todavía más largo para descu brir los elementos de construcción
que tiene en común con otros organismos. La mayor par te de ellos tiene la misma unidad
básica estructural – la célula, que es el único enfoque que daremos en este capítulo, para
este descubrimiento tan importante. El camino ha sido largo y han transcurrido siglos sin
que se hiciera progreso alguno. En realidad, fue un camino tortuoso en el que a veces se
regresaba al punto de partida. Tuvo muchas bifurcaci ones, como las ramas de los árboles, que
aportaron nuevos conocimientos y ampliaron su horizonte.
Primeros Estudios del Cuerpo
El estudio de la estructura de los organismos se llama Anatomía y no hay duda de que el hombre
siempre debe haber tenido interés en conocer su prop io organismo; primero, por la constante
dependencia de su propio organismo; sus alimentos, ves tidos y utensilios. Las pieles fueron usadas
como vestido; los tejidos musculares como alimento; los hu esos como instrumento y las grasas como
luz y calor. Así, un conocimiento básico de la estructura animal ayudó al hombre a hacer un mejor uso
de los animales que mataba.
1-1 El estudio de la anatomía humana es de lento de sarrollo. Parece razonable creer que el
hombre tuvo interés en la estructura de su propio cuerpo, sin embargo, existen evidencias de que no

10. Primeras Investigaciones sobre Estructura 5
fue hasta unos 500 años a. de C. cuando empezó a inve stigar y descubrir la estructura interna del
cuerpo humano. ¿A qué se debió todo ese tiempo de retras o para que el hombre empezara a estudiar
su propio cuerpo? La respuesta nos la dan las sociedades primitivas que existen todavía.
¿Cuáles son las actitudes que adoptan hoy
los pueblos primitivos respecto del cuerpo
humano muerto? ¿Sabían mucho de su
estructura? Aunque se pueden suponer las
respuestas, no sería, seguramente, una buena
idea ir a un pueblo primitivo para dialogar
respecto del cuerpo de alguno de sus
conciudadanos que acabara de morir. La mayor
parte de los pueblos primitivos, e incluso de otros
que no lo son, tienen su propio sentido respecto
de la muerte de una persona. Muchos creen que
es absolutamente necesario que el muerto
permanezca intacto, si se quiere que tenga
después una buena vida (véase Fig. 1.1). Esos
profundos sentimientos fueron y son todavía,
mantenidos y perpetuados por actitudes de
carácter ancestral o religioso de su propia
sociedad.
A causa de las supersticiones y presiones de
su ambiente social, en la mayoría de las
sociedades primitivas pocos de sus miembros
osaron pensar en la disección del cuerpo humano. Pero en algunos casos era posible la disección. Si el
muerto era un asesino, un ladrón o un enemigo procede nte de otra sociedad, el cuerpo podría ser
entregado para este propósito.
¿Podríamos comparar esas actitudes con las de las ant iguas sociedades? La historia sugiere que
puede ser factible, ya que por cientos de generaciones las gentes supersticiosas crearon entes malos y
demonios que se empleaban para amenazar a los que que rían alterar la estructura de los muertos. Los
sacerdotes paganos y los hombres de medicina estuvieron siempre presentes para mantener esas
supersticiones. Sólo los cuerpos de animales condenados en las antiguas sociedades humanas pudieron
ser utilizados por los anatomistas para sus estudios.
1-2 El hombre puede entender la naturaleza. ¿Cuáles fueron los motivos que impulsaron al hombre
a romper con la tradición y empezar el estudio de la anatomía humana? La respuesta será realmente
significativa cuando se conozca cómo los antiguos veían la naturaleza. Ellos creían que los fenómenos
naturales habían de ser interpretados y controlados solamente por seres sobrenaturales. Con esta
mentalidad, había muy pocas posibilidades para que las personas se dedicaran al estudio de los
procesos naturales. ¿Por qué estudiar el movimiento del Sol, si se mueve a capricho de algún dios que
viaja a su lado en una carroza blanca? ¿Para qué estudiar la respiración humana si con el soplo de un
dios colérico puede ser controlada o parada? Los antiguos estaban más interesados en agradar a sus
dioses que a desafiarlos, ya que creían que con sólo tratar de explicarse los fenómenos naturales podía
parecer un reto a la divinidad.
Alrededor de 500 años a. de C., en algunos centros de enseñanza de Grecia empezaba a
introducirse una mentalidad diferente. Los maestros influían sobre los estudiantes para que tuvieran
otra manera de ver la naturaleza. Esos maestros decían que los fenómenos naturales no eran para que
sólo dios los entendiera. Insistían en que las causas naturales eran las responsables de todos los
fenómenos de la naturaleza y pensaban que el hombre l os podía comprender si dedicaba su mente, de
manera lógica y sistemática, al estudio de cada fenómeno.
Los maestros de esa nueva filosofía llegaron a ser conocidos como los filósofos naturalistas. Su
mundo natural, no era dirigido por un capricho caótico de algún dios colérico o feliz. Creían que en la
naturaleza había un cierto orden y se preguntaban cu ál sería el gran sistema ordenado que explicara
todos los procesos naturales. Los mismos discípulos de esos filósofos naturalistas llegaron a ser unos

Figura 1.1 Diferentes tribus de indios de Norteamérica practicaron en los
entierros costumbres muy diferentes. Los cuerpos de estos indios Sioux,
primero eran cuidadosamente pintados y envueltos; d espués, eran
puestos en plataformas en los árboles y, finalmente, recubrían los huesos
y eran enterrados. En esta forma, ¿qué oportunidad podían tener los
anatomistas para obtener el permiso para la disección de esos cuerpos?

11. Primeras Investigaciones sobre Estructura 6
maestros entusiastas, pero lo más importante fue que tanto maestros como estudiantes comenzaron a
poner en práctica sus nuevas ideas.
¿Esta nueva filosofía trajo consigo una mejor comprensión de la naturaleza? ¿Fue éste, realmente,
el principio de la ciencia? Tal vez se pueda juzgar, después que se examinen algunos resultados. Entre
esos filósofos, el más famoso fue Aristóteles (384-322 a. de C.).

Aristóteles. Este gran filósofo naturalista nació en el norte de Grecia en 384 a. de C.
y se trasladó a Atenas e los 17 años. Atenas era el centro cultural e intelectual del
mundo. Aristóteles estudió durante 20 años y gran parte de ese tiempo lo hizo bajo la
dirección del gran maestro y filósofo Platón. Despu és de la muerte de Platón,
Aristóteles comenzó sus propias investigaciones sob re los fenómenos naturales.
Durante siete años trabajó como tutor de un príncip e en Pella. Posteriormente, ese
príncipe llegó a ser el conquistador del mundo, Alejandro Magno.
Aristóteles hizo numerosas anotaciones sobre sus in vestigaciones de los
organismos. Más tarde, amplió su campo de investiga ción para incluir los fenómenos
que ahora relacionamos con la física.
1-3 Métodos y resultados de Aristóteles. Las investigaciones de Aristóteles, sobre los organismos
vivos, fueron bastante amplias. Durante sus investigaciones reveló grandes dotes de observador, así
como una inteligencia extraordinaria. Tuvo gran interés en conocer la estructura de los organismos,
sobre todo la de los animales. En uno de sus mejores trabajos, Historia de los animales, dio a conocer,
con mucha claridad, en la introducción, los métodos d e investigación de los filósofos naturalistas.
Aristóteles indicó sus puntos de vista y explicó:
Nosotros debemos tener una idea clara de cómo debemos llevar a cabo nuestras
investigaciones… Debemos empezar con el trabajo de la naturaleza para seguir el plan
adoptado por los matemáticos en sus demostraciones ast ronómicas; después, considerar el
fenómeno presentado por animales y sus diversas partes y tratar en consecuencia las causas
y las razones del porqué o ¿es que debemos seguir algú n otro método?... Parece que el
mejor método que debemos seguir es el antes menciona do y principiar con los fenómenos
presentados por cada grupo de animales y cuando lo ha yamos hecho, continuar con el
ordenamiento de las causas de dichos fenómenos…
2

La estrategia de Aristóteles es evidente. Una vez que las partes de un animal sean bien conocidas,
así como sus relaciones con el resto del animal, el investigador estará en condiciones de comprender la
función que desempeñan.
¿Qué clase de resultados produjo este método de invest igación de Aristóteles? Mencionemos
algunos ejemplos con la descripción del cerebro, tomada de su libro Historia de los animales:
Tenemos, en primer lugar, el cerebro que descansa e n la parte anterior de la cabeza y su
contenido es de la misma manera en todos los animales que poseen tal cerebro.
Comparando el tamaño del cerebro humano con el de los animales, vemos que el del
hombre es mayor y más húmedo. El cerebro está cubiert o por dos membranas: La más dura
se encuentra más próxima al hueso del cráneo y la otr a, la interna, que rodea al propio
cerebro, es más fina. En todos los casos el cerebro es bilateral. En la parte posterior, a la
derecha, está localizado el cerebelo que difiere, por su forma, del cerebro, como podemos
ver y tocar.
3

Las observaciones de Aristóteles no fueron totalmente exactas, aunque es evidente que había
examinado y seccionado cerebros de varios animales. Consideremos ahora cómo aplicó el razonamiento
para aplicar sus observaciones:
De todos los animales, el hombre es el que tiene el c erebro mayor, en relación con su
tamaño y aun el cerebro del hombre es mayor que el de la mujer. Esto se debe a que la
zona de los pulmones y corazón es más caliente y rica en sangre en el hombre comparada
con la de cualquier otro animal e incluso, también, si lo comparamos con el de la mujer.
Esto explica porqué el hombre es el único animal erecto. El calor supera cualquier inclinación
opuesta haciendo que el crecimiento se efectúe sobres su propia dirección… Es como un
contrapeso por el calor excesivo que hay en el cerebro del hombre, esa abundante fluidez y
tibieza…
4

12. Primeras Investigaciones sobre Estructura 7
El método de investigación de Aristóteles.
Paso 1: Observar cuidadosamente.
Paso 2: Describir claramente.
Resultados: De los pasos anteriores se puede deducir una información valiosa, que depende de la
experiencia y entusiasmo del investigador.
Paso 3: Sujetar la observación al sistema riguroso del pensamiento lógico. Si el resultado es
lógico, entonces será verdadero.
Resultados: Este paso produce muchas explicaciones razonables y lógicas, que dependen de la
imaginación del investigador. Sin embargo, no existe alguna forma de saber si los resultados son
exactos. La información que se obtiene de este paso raras veces se puede emplear para proseguir
la investigación.
¿Qué piensa del método de investigación de Aristóteles? ¿Qué valor tienen sus resultados? Hizo
suposiciones que no trató de mejorar. Basó todo su razo namiento en suposiciones. Veremos otros
ejemplos de cómo Aristóteles aplicó su método de investigación en la estructura y función del corazón:
El corazón es hueco y sirve para recibir la sangre, pero sus paredes son gruesas, lo cual le
sirve para proteger la fuente de calor.
Además, los signos de aflicción y de placer y todas las demás sensaciones, tienen su fuente
en el corazón, encontrando aquí sus últimas terminaciones.
Está en la parte anterior del cuerpo y atrás del pech o, con el objeto de evitar que sea
enfriado… En todos los animales, incluso en el hombre, el corazón se encuentra colocado en
la parte central de la región pectoral; sólo que en el hombre se encuentra ligeramente al
lado izquierdo para que pueda contrabalancear el enfriamiento de ese lado. En el hombre, el
lado izquierdo es más frío que el lado derecho, a diferencia de cualquier otro animal.
5

Desde nuestro punto de vista, podemos considerar, por
lo menos, dos contribuciones significativas de Aristóteles y de
otros filósofos naturalistas, dentro de la biología. Estos
hombres demostraron que los fenómenos naturales son
dignos de investigarse con interés. Varias causas naturales
fueron descubiertas por procesos naturales y, por
consiguiente, creció el espíritu de investigación.
Así, los procesos de investigación sobre los fenómenos
naturales surgieron para iniciar el desarrollo de una ciencia
que actualmente tiene un gran esplendor.
Una segunda contribución de esos filósofos fue su
método de investigación que produjo excelentes resul tados.
Algunos de ellos han demostrado ser tan exactos que, aún en
la actualidad, conservan su gran valor. Muchos fueron
inexactos como, por ejemplo, la teoría de Aristóteles de que
el cerebro era el órgano encargado de enfriar la sangre.
1-4 Los filósofos romanos no fueron naturalistas.
Después de la muerte de Aristóteles, los estudios anatómicos
más relevantes se realizaron en Alejandría, la ciudad egipcia
fundada por Alejandro Magno, su famoso discípulo. De l os
300 a los 150 a. de C., los estudios de anatomía adquirieron
bases muy sólidas, debido, sin duda alguna, a las disecciones del cuerpo humano. Este fue el primer
lugar en la historia, donde se permitió la investigaci ón de esa forma. Durante ese período, los
anatomistas hicieron varias contribuciones importantes. Lamentablemente, esta atmósfera de
entusiasmo por la investigación no duró, debido a que cuando llegaron los romanos a esa ciudad, en el
año 30 a. de C. todas las disecciones del cuerpo humano tuvieron que hacerse, probablemente, en
forma clandestina.

Figura 1.2 La biblioteca de Alejandría atrajo a estudiantes
de todas partes del viejo mundo. Un rollo o volumen ,
contenía menos material que un libro moderno. Se cr ee
que la biblioteca de Alejandría llegó a tener unos 700 000
volúmenes.

13. Primeras Investigaciones sobre Estructura 8
Los romanos fueron los que tuvieron una influencia d irecta e importante sobre el espíritu de
investigación, durante los 200 años siguientes. Su imperio fue grande y poderoso. Sus gobernantes
fueron activos, agresivos y ambiciosos. Además de cre ar un imperio, construyeron carreteras,
acueductos y grandes coliseos. Los romanos eran gente práctica, de ahí que todas sus obras fueron
cosas prácticas. No pensaban de la misma manera que l os griegos. Por eso, durante el imperio romano,
no floreció ningún gran centro de enseñanza como los d e Atenas y Alejandría. Lo mismo que en otros
tipos de investigación, el estudio de la anatomía fue prácticamente descartado. Si sobrevivió y pudo
hacer algunos progresos durante ese período, se pued e explicar por el hecho de que la anatomía fue
considerada como un estudio práctico. Los practicantes de medicina la usaron para conocer algo sobre
la estructura del cuerpo humano. Estos mismos hombres también la encontraron útil para adquirir
conocimientos sobre la estructura de las plantas – p or lo menos de las plantas utilizadas en la
preparación de medicinas.
Repaso
1. ¿Cómo veían los antiguos los acontecimientos naturales?
2. ¿Qué querían hacer los filósofos naturalistas?
3. Cite alguna de las suposiciones de Aristóteles, dando un ejemplo.
4. ¿Qué sucedió con el estudio de la anatomía, después de la conquista de Alejandría?
5. ¿Por qué se interesaron en la estructura de las plantas, muchos de los médicos de la
antigüedad?
El Nacimiento de la Anatomía Moderna
Uno de los primeros anatomistas humanos que adquirió g ran fama y reconocimiento fue el médico
griego Galeno (130-200 d. de C.) que se estableció, después, en Roma. Sus investigaciones y escritos
le proporcionaron una fama extraordinaria, considerán dole como una autoridad en estudios de
anatomía humana, por más de 1,300 años. Es un hecho d igno de mencionarse, cuando se conoce, la
manera de cómo realizaba sus investigaciones. Nunca empleó la disección del cuero humano, puesto
que esa práctica estaba prohibida, pero las hizo con otros animales. Fue un pequeño mono el que
proporcionó a Galeno muchos de sus conocimientos sobre el cuerpo humano (véase Fig. 1.3a y 1.3b).
Tal vez se sorprenderá saber porqué las investigaciones de
Galeno perduraron tantos años. Los estudiantes de Hist oria
también se han sorprendido. Existen varios hechos, no
descubiertos, que ayudan a explicar la gran influen cia de
Galeno: Primero, porque los conocimientos de Galeno, sobr e la
anatomía del cuerpo humano, no estuvieron basados
completamente en sus propias investigaciones. Los esc ritos de
Aristóteles y de otros filósofos griegos fueron utilizados por él.
Mucho más importante para Galeno fueron las enseñanz as
recibidas en Alejandría donde se habían practicado y descrito las
disecciones; segundo, porque la anatomía del mono bárba ro, la
especie que empleó Galeno para sus investigaciones, e s muy
semejante a la del hombre principalmente en los múscu los. Para
los que nunca han hecho una disección cuidadosa del cu erpo
humano, la mayoría de las descripciones de Galeno pod rían
parecer como correctas.
1-5 Roma invadida por los bárbaros. Para comprender la
reputación posterior de Galeno, es necesario seguir de cerca el
curso general de los acontecimientos europeos después de su
muerte. Gradualmente fue declinando el poder y la influencia del Imperio Romano hasta que, al fin, fue
invadido por los bárbaros del norte y del este europeo . Muchos libros y manuscritos se perdieron o
fueron destruídos por los invasores; algunos pudieron ser conservados y copiados por los monjes y
otros los salvaron los musulmanes y los tradujeron al árabe. Para la mayor parte de Europa, los años
comprendidos entre los 400 y los 1000 d. de C. han sido descritos como una época caótica.

Figura 1.3a Mono bárbaro
que aún se encuentra en
Gibraltar. Los textos de
anatomía de Galeno, que
estuvieron basados en la
disección de este tipo de
mono, tuvieron muchos
errores que perduraron por
más de mil años.
Figura 1.3b Este
dibujo de un
esqueleto humano
del siglo 12 se basó
en la disección del
mono bárbaro. Aún
éste está lejos de ser
correcto.

14. Primeras Investigaciones sobre Estructura 9
Por los años de 1100, comenzó otra vez el brillo de una nueva luz en las
ciencias. Los musulmanes la llevaron a España y Sici lia y los eruditos
cristianos empezaron a recibir las traducciones árab es de los escritos
clásicos griegos y romanos. Para ellos significó descubrir un tesoro enterrado
y fueron realmente sorprendidos por el acopio de conoc imientos que se
podían revelar, una vez se hubieran traducido estos escritos. Aunque fue un
gran estímulo, los hombres de ciencia no lograron grandes progresos con las
traducciones árabes. Entre otras razones, porque exis tían muchos
problemas, uno de ellos era el escaso número de estudi antes capaces de
traducir del árabe al latín (véase Fig. 1.4). Estas traducciones contenían
muchos errores y como aún no se podían imprimir, cada copia debía ser
manuscrita.
1-6 Renacimiento del espíritu de investigación. Además de la
influencia ejercida por los eruditos cristianos, hubo otros motivos que
inspiraron al hombre a buscar un mejor conocimiento d e la naturaleza. A
principios de 1286, se empezaron a realizar disecciones post-mortem. Esos
trabajos fueron hechos por médicos con el propósito de saber el porqué de la
muerte entre sus pacientes. Aunque en aquel tiempo l os médicos no
conocían bien la estructura normal del cuerpo humano, pensaban que por medio de estos exámenes se
podían descubrir algunas anormalidades.
A principios del siglo 14 aumentó el interés por el estudio práctico del cuerpo
humano. Algunas escuelas italianas de medicina exigían a sus alumnos que estudiaran
anatomía humana. No se sabe bien lo que llegaron a ap render, aunque se supone que
el profesor leía en voz alta una traducción de Galeno o de algún otro anatomista
“resucitado”, mientras los discípulos escuchaban (véase Fig. 1.5). Es posible que se
efectuara alguna disección, con objeto de ilustrar la lectura del profesor pero,
normalmente, ni profesores ni estudiantes las llevaban a cabo. Se consideraba más
digno que los maestros leyeran su texto y que fueran los barberos los que hicieran la
disección o bien, otra persona que no ejerciera como mé dico. En aquella época los
barberos desempeñaban el doble papel de dentista y cirujano.
Pocos profesores escribieron textos nuevos e hicieron obs ervaciones a los de
Galeno. Por eso, la mayor parte de los errores se conse rvaron. Muchos anatomistas
hacían las disecciones sin el menor cuidado y con med o de arriesgar su prestigio
profesional al tratar de cambiar las ideas de Galeno. Además, las disecciones tenían
que hacerse rápidamente, debido a que no había medios para preservar los cadáveres.
1-7 Los esbozos del cuerpo, de Da Vinci. Hubo otras causas que animaron el
estudio de la anatomía. Durante el siglo 15, un buen n úmero de artistas italianos
mostraron cada día más y más realismo al pintar aspec tos de la naturaleza; esto
supuso que tenían que conocer algo respecto de la estructura de los organismos. Los
músculos superficiales del hombre fuero objetos de estudio. Uno de los artistas más famosos de esa
época, Leonardo Da Vinci, hizo profundos estudios de anatomía. Realizo disecciones muy detalladas e
hizo muchos dibujos exactos sobre la estructura del cue rpo. Da Vinci, también hizo estudios del
funcionamiento de varios órganos. Los resultados obtenidos en esos estudios fueron tan precisos, que
pudieron haber tenido una gran influencia en los estud ios de biología. Sin embargo, tuvieron poca
trascendencia debido a que Da Vinci los guardó en su diario, el cual se publicó mucho después de su
muerte (véase Fig. 1.6).

Figura 1.4 Galeno escribió en griego.
Avicenna, escritor árabe tradujo el
libro de Galeno al árabe. Aquí se
muestran dos hojas del libro de
Avicenna. El Canon de la Medicina. En
el siglo 12, el libro fue traducido al
latín. ¿Le gustaría ser tratado por un
médico que se hubiera capacitado con
este texto?

Figura 1.5 En el siglo 15,
un profesor hablaba desde
cierta altura. Un barbero
hacía una disección. Este
grabado, en madera,
aparecía en una página de
un libro de anatomía
publicado en 1847.

15. Primeras Investigaciones sobre Estructura 10
Al principio del siglo 16, hubo dos corrientes opuestas que influyeron
en el estudio de la anatomía. Los escritos originales de Galeno, que aún
se utilizaban con la reciente invención de la impren ta hizo posible la
distribución más amplia de sus trabajos. En las escuelas de medicina de
Francia e Italia se seguía enseñando anatomía con eso s “textos
modernos”. A Galeno se le consideraba todavía una au toridad en la
materia. Su “anatomía” era explicada por los profesores , mientras que
los barberos ocasionalmente realizaban algunas disec ciones para los
estudiantes.
1-8 Estudio del cuerpo por Vesalius. La otra corriente fue traída por
el joven anatomista Vesalius, nacido en Bélgica. Vesalius se trasladó a
Francia a la edad de 18 años para empezar sus estudi os de medicina.
Diez años después publicó sus textos de anatomía, que v ieron a crear
una revolución en el estudio y la enseñanza de esta materia. Esto le creó
dificultades, debido a su carácter y a su personalid ad, que eran
indudablemente diferentes de los de otros elementos de la escuela de
medicina, de su época. ¿Cuál era la diferencia?
Sus propios escritos revelaban mejor la naturaleza h umana.
Consideremos lo que se describe de una de sus experie ncias de
investigación, en un ejemplar que pudo estudiar. He mos de tener en
cuenta, además, que sólo tenía 21 años y aún era estudiante de medicina
en Francia.
…Mientras caminaba… y miraba los huesos de un crimina l ejecutado
que, generalmente, los ponían a lo largo de las carreteras del país,
cogí el cadáver, de mera semejante al que describe Galeno haber
visto… Tan grandes eran mis deseos por poseer esos hues os que a
media noche, solo y en medio de todos esos cadáveres, me a cerqué al peligro… y no vacilé
en arrebatar, lo que yo deseaba. Cuando tuve los huesos, los llevé hacia un lugar distante;
los escondí hasta el día siguiente para luego traerlos ala casa, por otra entrada de la
ciudad.
6


Andreas Vesalius nació en Bruselas en 1514. Su padre fue
farmacéutico del Sacro Imperio Romano. Poco después de terminar
su texto de anatomía, pasó a formar parte del cuerpo médico de la
corte sus últimos 21 años de vida. Durante ese tiempo, fueron muy
limitadas sus oportunidades para conducir investigación anatómica.
Pero aun así se las ingeniaba para volver a revisar su Fabrica y por
sus cartas sabemos que siempre tuvo un gran interés en la
anatomía.
A los 51 años se embarcó para una peregrinación a T ierra
Santa, pero al regresar, la embarcación se encontró con una
tormenta. Sin provisiones a bordo, muchos pasajeros murieron.
Vesalius murió poco tiempo después de haber llegado la
embarcación a la isla de Zante, en el Mediterráneo.
Es evidente que Vesalius tenía gran interés en aprender anatomía humana, según se puede ver, si
juzgamos por sus procedimientos (también es claro que estaba familiarizado con las investigaciones de
Galeno). Como estudiante, Vesalius estaba a disgusto y se oponía abiertamente al tipo de enseñanza de
anatomía que recibía. Su mayor deseo era aprender la verdad. Despreciaba a cualquiera que aceptara,
a ciegas, las lecturas del profesor. Pero aun sentía más desprecio por aquellos maestros que no se
tomaban la molestia de hacer personalmente las disec ciones, para que, de esta manera, pudieran ver

Figura 1.6 El bosquejo de Leonardo Da
Vinci de un embrión humano, indica el
carácter científico del dibujo, sin
menoscabo de su calida artística. La
leyenda ilegible fue hecha de manera que
se leyera frente a un espejo. Este escrito
era la imagen en el espejo de una
escritura ordinaria hecha con la mano
derecha.

16. Primeras Investigaciones sobre Estructura 11
los errores, de los cuales Vesalius hablaba día a día en sus clases. Con sus propias palabras explicaba
sus ideas, respecto al método de enseñanza popular:
…este método detestable mediante el cual, generalme nte, algunos efectuaban la disección
del cuerpo humano, mientras otros juzgaban sus partes y, finalmente, como cuervos, desde
su silla alta… graznaban con arrogancia las cosas que nunca habían investigado, pero que
ellos habían aprendido de memoria de los libros de otros profesores o habían leído lo que
otros habían descrito. Los primeros (barberos) eran personas tan carentes de lenguaje, que
eran incapaces de explicar sus disecciones a los espectadores y estaban tan atontados, que
no podían explicar nada…
7

Cuando Vesalius terminó sus estudios en Francia, fue
solicitado por una de las escuelas de medicina más
progresistas de Italia, la Universidad de Padua. Ves alius
cambió drásticamente el método de enseñanza de la
anatomía. Realizaba sus disecciones mientras los discípulos
se reunían ansiosamente a su alrededor. Los barberos, que
normalmente efectuaban las disecciones, llegaron a se r
solamente sus ayudantes para afilar las navajas o l os
bisturíes. Aún se leía la anatomía de Galeno, pero Vesalius le
hacía las correcciones necesarias, gracias a sus pr opias
investigaciones.
La publicación, en 1543, del texto de anatomía de
Vesalius – Fabrica – señaló la línea divisoria en la historia de
la biología (véase Fig. 1.7). Los métodos de investigación de
Vesalius marcaron un nuevo camino para sus discípulos. La
anatomía se transformó en una ciencia basada en la
observación y no, como antes, en la imaginación. La ana tomía humana empezó a aprenderse en el
hombre mismo y no en los animales. Los resultados de e stas investigaciones podían ser discutidos y
comprobados, pero no aceptados como verdades irrefutables. Tanto el texto como sus trabajos de
investigación, contenían todavía algunos errores prop ios de la época, pero sus discípulos fueron
corrigiendo esas fallas con el mismo espíritu que él mismo les infundió. De esta manera, la ciencia
anatómica se desarrolló rápidamente.
1-9 Fabricius y sus “pequeñas puertas”. Después de Vesalius, el estudio de la anatomía encontró
varios investigadores que trabajaron en campos muy diversos. Uno de esos campos principió en la casa
de Vesalius, en la Universidad de Padua. Vesalius era Jefe del Departamento de Anatomía cuando se
publicó su libro de texto en 1543. Dejó este cargo poco antes de ser nombrado médico de la corte del
Emperador Carlos V. El lugar que dejaba Vesalius, en Padua, fue ocupado por Fabricius.
Se requerirían muchas páginas para describir las importantes investigaciones que realizó Fabricius
(1537-1619). Sin embargo, una de las que tuvo más im portancia en el desarrollo de la anatomía fue la
investigación sobre la disección y estudio estructural de las venas. Fabricius encontró que no eran
completamente huecas, ya que observó pequeñas estructu ras en su interior (véase Fig. 1.8); esto lo
describió así:
Doy el nombre de pequeñas puertas de las venas
a ciertas membranas muy delgadas que están en su
interior, distribuidas en intervalos sobre los bordes,
colocadas, a veces, de una en una y a veces dos
juntas.
8

¿Por qué se le da tanto valor al descubrimiento de
las “pequeñas puertas” en las venas? Hay dos hechos
que se deben apreciar en este descubrimiento:
Primero, los anatomistas de ese tiempo, aún no habían descubierto las verdaderas funciones del
corazón, ni de las venas y arterias, en las que se ramificaba. No se sabía que el corazón actúa como
una bomba o que la sangre circula continuamente por todo el cuerpo. Desde los tiempos de Galeno – y
antes – se pensaba que la sangre se movía en las ven as de atrás para adelante. Se pensaba que la

Figura 1.7 El libro de Corporis
Humani Fabrica de Vesalius tuvo
un éxito extraordinario. Había dos
razones para que así fuera: Una,
porque era el libro de anatomía
más perfecto que se había
publicado y otra, se publicó en
una época en que se sentían
deseos de encontrar la verdad. La
belleza y perfección de los dibujos
le dieron un valor inusitado.
Ningún otro libro de anatomía
había sido tan bien ilustrado
como el suyo. Esta ilustración de
los músculos, es uno de los
muchos que presenta el libro de
Vesalius.

Figura 1.8 Fabricius demostró la existencia de válvulas en las
venas, cuando puso las venas el revés. El dibujo mu estra las
válvulas como salientes de las venas invertidas.

17. Primeras Investigaciones sobre Estructura 12
sangre fluía por las arterias y luego entraba a los tejidos donde realizaba su función de “irrigación”. La
sangre nueva, que reemplaza a la utilizada en la irrigación de los tejidos, se producía en el hígado a
base de los alimentos ingeridos.
El segundo hecho, que es necesario saber apreciar, res pecto de las “pequeñas puertas” de
Fabricius, es el de que William Harvey (1578-1657) había sido su estudiante en la Universidad de
Padua. ¿Quién fue William Harvey? Fue un médico y c ientífico inglés que descubrió la verdadera
circulación de la sangre.
Repaso
1. ¿De qué modo se salvaron algunos de los primero manuscr itos, después de la caída de
Roma?
2. Describa una escuela de medicina del siglo 14.
3. ¿En qué difieren el método de Vesalius para la enseña nza de la anatomía y el de sus
profesores?
4. ¿Cuáles son las “pequeñas puertas” de Fabricius?
5. ¿Cómo fue el adelanto de los estudios de la anatomía en el siglo 15?
El Montaje de las Piezas
Las investigaciones del famoso William Harvey, sobre la circulación sanguínea, son muy amplias
para describirse ahora y pocos fueron los que pudieron apreciar sus consecuencias en el desarrollo de la
anatomía. Harvey observó el latir del corazón de muchos animales vivos. Vio que el corazón se contraía
o se exprimía, durante este proceso y al expandirse, lo mismo sucedía con las arterias.
1-10 Harvey observó que el corazón es semejante a u na bomba. Con sus conocimientos acerca
de las cámaras, válvulas y músculos del corazón, Har vey creyó que la función del corazón era
semejante al de una bomba. Comprobó su idea de divers as formas: Una de ellas resultó muy
significativa, midiendo la capacidad del líquido en el corazón calculó la cantidad de sangre que podría
bombear en una hora y encontró que eran unas 540 libra s (unos 245 kg). Se sorprendió de cómo se
podían desparramar 540 libras de sangre por hora, en los tejidos. Igualmente se maravilló de cómo se
podía producir tanta sangre nueva con la cantidad de alimento ingerido; sobre esto escribió:
Con frecuencia recapacito seriamente y revuelvo todo en
mi mente, pensando qué sucede con la sangre
transmitida en tan corto tiempo y cómo se puede
efectuar su paso y no encuentro cómo es posible su
reemplazo a parir de los jugos, de los alimentos
ingeridos, sin que las venas de una mano lleguen a
secarse y que las arterias no se rompan debido ala carga
excesiva de sangre, a menos que la sangre encuentre la
manera de ir de las arterias a las venas y regresar al lado
derecho del corazón; empiezo a penar que no pudiera se r
un movimiento de evacuación, sino como si fuera a
manera de un círculo. Por eso, después investigué si es
cierto…
9

Harvey sabía que su idea del flujo sanguíneo “en círculo”
podía ser refutada y combatida por los miembros de su
profesión. También sabía que podía encontrar una oposi ción
muy fuerte de los que creían que la sangre se movía de atrás
para adelante. Harvey prefirió probar de nuevo. Había
demostrado que la sangre fluía en una dirección – hac ia el
corazón.
Las “pequeñas puertas”, que había aprendido de su profesor Fabricius, le ayudaron a demostrar su
idea. Usando las venas visibles del brazo humano, Har vey demostró cómo funcionan esas válvulas
(véase Fig. 1.9). Encontró que “las pequeñas puerta s” funcionaron como válvulas de paso y que
conservaban la sangre que venía de atrás, es decir, que quedaba fuera del corazón.

Figura 1.9 Aplicando un torniquete, Harvey fue capaz
de demostrar las válvulas (B, C, D, E, F, G y O) en
varias partes del brazo. Cuando aplicaba presión en H y
al mismo tiempo frotaba suavemente la vena de H hac ia
O, notó que la vena permanecía vacía. ¿Podría esa
observación llevarle a la conclusión acerca de la
dirección del flujo sanguíneo de la vena?

18. Primeras Investigaciones sobre Estructura 13
¿Cuál fue la importancia de las investigaciones de H arvey y cómo afectó al desarrollo de la
anatomía? Primero, diremos que Harvey no fue anatomis ta. Su objetivo no era aumentar los
conocimientos de la estructura, pero sí estuvo interesado en saber cómo trabajaban algunas partes del
cuerpo. La Fisiología es la ciencia que trata de comprender el funcionam iento y los procesos en el
organismo. Harvey deseaba comprender cómo funcionaba el proceso del flujo sanguíneo.
¿Cómo trascendieron las disecciones de Harvey en el desarrollo de la anatomía? Ayudó a establecer
conceptos básicos en la investigación de la estruct ura. Harvey usó sus conocimientos sobre las
cámaras, válvulas y músculos del corazón, para supon er que este órgano funciona como una bomba.
También utilizó sus conocimientos sobre las “pequeñas puertas”, para comprender la circulación de la
sangre. Conociendo la estructura de este órgano, pudo predecir su funcionamiento. Los trabajos de
Harvey demostraron que las funciones se pueden inferir de su estructura. Desde entonces, los fisiólogos
tienen una razón poderosa para estudiar primero la estructura.
1-11 La exploración aumentó el interés por los anim ales y las plantas. A principios del siglo 16,
muchas naciones europeas estuvieron explorando y coloniz ando nuevos continentes. Los exploradores y
colonizadores resultaron ser excelentes coleccionistas de plantas y animales. Durante unos 350 años
enviaron gran variedad de especies, aumentando las c olecciones universitarias y os museos. Algunos
ejemplos estadísticos ayudarán a apreciar este aumento. En 1542, la colección más grande de plantas
tenía unas 500 especies diferentes. En 1560, una colección reportó 5,200 plantas; en 1688, el número
de plantas de otra colección había aumentado a 10,000 y para 1824, otra colección tenía ya 50,000
plantas.
Tratemos de imaginar el difícil trabajo de catalogar y clasificar un número tan grande de plantas y
animales; debido a esto, los investigadores se vieron o bligados a especializarse en campos de
investigación más limitados. Los primeros campos especializados fueron los de la botánica y la zoología.
Los botánicos estudiaron las plantas y los zoólogos los animales. A los pocos años, la botánica y la
zoología tenían ya un determinado número de campos espe cializados. Cada uno de esos nuevos
campos ayudó al hombre a ampliar los estudios de la estructura.
Uno de los primero campos especializados en el desar rollo de la botánica y la zoología, fue el
campo de la taxonomía. Los taxonomistas trataban de forma r grupos y dar nombre a las especies.
Inventaban sistemas de clasificación para agrupar los organismos de acuerdo con sus similitudes en
la estructura o comportamiento. Esos sistemas ayudaron a aumentar el interés por estudiar la
estructura de las plantas y animales. La mayoría de estos sistemas se basaba en la apariencia exterior
de los organismos. Una especie estaba relacionada a ot ra, según el grado de similitud de sus
estructuras. Como resultado de la comparación de los ejemplares, tanto los botánicos como los
zoólogos se convirtieron en investigadores anatómicos. T uvieron que describir la anatomía de los
especimenes nuevos, para poderlos clasificar. Como consecuencia, el conocimiento del hombre sobre la
anatomía de las plantas y animales, creció considerablemente. En el Capítulo 11, se aprenderá más
acerca de la clasificación.

Figura 1.10 Clave: 1, roble de alfilerillas; 2, roble Shingle; 3, roble blanco; 4, roble escarlata; 5, roble de
bellotas; 6, roble de codillo; 7, roble rojo; 8, roble de los pantanos.
Para ilustrar por qué los botánicos deben ser expertos anatomistas de plantas, se describen abajo,
en el lenguaje botánico, ocho hojas de roble. Las ocho hojas están en los dibujos de la Fig. 1.10.

19. Primeras Investigaciones sobre Estructura 14
¿Puede aparear cada descripción con la hoja de roble correcta? Roble Shingle: La hoja no tiene lóbulos
cortados; roble de bellotas: Las hojas están toscamente dentadas en el borde; roble de los pantanos: El
borde de las hojas es dentaondulado; roble de alfileri llas: El lóbulo está cubierto de púas; roble
escarlata: Los lóbulos son dentados y cubiertos de púas; roble rojo: El borde está cubierto de púas y
disminuye gradualmente desde la base; roble de codi llo: La hoja está cortada casi a la mitad de la
nervadura; roble blanco: La hoja es angosta y el borde tiene estrechas sinuosidades.
Con el desarrollo de la botánica, la zoología y sus campos especializados,
el hombre fue objeto de investigación y ocupó su propio campo; aunque el
hombre debería ser objeto de estudio de los zoólogos, se ha convertido en el
principal objetivo de las ciencias médicas. Ese desarrollo de la ciencia no fue
favorable para el estudio general de la vida. Los investigadores de los tres
grandes campos se fueron alejando cada día más, unos d e otros.
Generalmente, los resultados que se obtenían en sus estudios fueron
mostrando las grandes diferencias entre el hombre, los vegetales y los
animales. Rara vez un investigador de algún campo – p or ejemplo, de
medicina – trataba de relacionar sus resultados con la zoología o la botánica.
A principios del siglo 19, surgió un nuevo tipo de investigación y un grupo de
investigadores estuvo en el umbral de descubrir lo que unía los diversos
campos de la biología.
1-12 Los hombres con los microscopios. La habilidad en la fabricación de
lentes alcanzó un gran desarrollo en los Países Bajos y, en 1610, Galileo se convirtió en un experto en
su manipulación. En el siglo 17 se conocían cinco investigadores que estaban empleando el microscopio.
Cada uno estaba contribuyendo al desarrollo de la bi ología, ya que determinados trabajos eran
imposibles de realizar sin este instrumento. Haremos una breve reseña de sus actividades.
Marcello Malpighi (1628-1694) fue profesor de
medicina en la Universidad de Bologna, Italia. Su
interés iba un poco más allá de la medicina. Se
convirtió en un experto en el desarrollo de los
embriones de pollo; en la anatomía de los gusanos
de seda y en los vasos capilares de las planteas
leñosas. De todos sus estudios, lo más importante,
dentro de la biología, fueron los capilares. Estos
capilares son los vasos sanguíneos que unen las
arterias con las venas. Anteriormente, William
Harvey ya había predicho su existencia; sin
embargo, él no los pudo encontrar. ¿Por qué?
Porque son tan pequeños que es indispensable el
microscopio. Para observarlos, Malpighi, trabajó
con los pulmones de rana bajo el microscopio y
pudo ver el movimiento de la sangre al pasar de
una arteria a una vena (Fig. 1.11).
Nehemiah Grew (1641-1712) fue un médico
inglés que estudió la estructura de las plantas.
Muy entusiasta y con gran deseo de encontrar un métod o por el cual se pudieran encontrar las
semejanzas entre vegetales y animales. Estaba conve ncido que debería existir alguna similitud
estructural. La Fig. 1.12 muestra dos de sus dibujos, en los cuales se nota claramente que las plantas
están hechas de pequeños bloques, aunque no pudo rec onocer este hecho, como lo muestra esta
descripción del corte transversal del tallo:
La semejanza más pura y adecuada que podemos… hacer de todo el cuerpo de la planta es
con una pieza de encaje, elaborado por una mujer…
10

Jan Swammerdam (1637-1680) fue un danés que estudió medicina y nunca llegó a practicar.
Desde su juventud, siempre le habían fascinado las m últiples normas de vida y su interés aumentó
todavía más, después de haber hecho observaciones mi croscópicas de una abeja y una mosca. La Fig.

Figura 1.11 Los glóbulos rojos de la
sangre se pueden ver moviéndose a lo
largo de los delgados capilares, de la
misma manera que Malpighi pudo
verlos.

Figura 1.12 Los dibujos de Grew, de una sección transversal del tallo
del ajenjo común (a la derecha) y de una rama de pino (a la izquierda)
ilustran el modelo de encaje microscópico observado por él.

20. Primeras Investigaciones sobre Estructura 15
1.13 es un ejemplo de sus disecciones detalladas acerca de la anatomía interna de estos insectos. Los
dibujos detallados establecieron nuevas normas de fidelidad.
Ningún investigador podría igualar los trabajos del holandés Anton van
Leeuwenhoek (1632-1723). A pesar de haber tenido la más pobre educación
y que tenía que hacerse sus propias lentes (véase Fig. 1.14). Los resultados
obtenidos por Leeuwenhoek se irán encontrando a lo largo del estudio de la
biología. Leeuwenhoek contribuyó en distintos campos ci entíficos, pero su
contribución más sobresaliente fue, sin duda, el des cubrimiento de los
microbios del agua. Antes de él nadie soñó que una gota de agua de estanque
pudiera contener tan enorme variedad de microorganismos.
Modernamente se tienen muchas dudas de que los micr oscopios,
actualmente en el Museo de Ciencias de Florencia, s ean realmente de Galileo.
Es un criterio general que los primeros inventores lo hayan sido Ilaus y
Zaceharios Jancs de Holanda (nota de los Revisores) .
El quinto investigador, Robert Hooke (1635-1703) fue pr obablemente el
más brillante de todos. Fue lamentable que no dedica ra su inteligencia a la
biología, ya que sus principales trabajos fueron dedicados a la física. Sin
embargo, dejó un trabajo bastante importante acerca d e sus investigaciones
biológicas. En su libro titulado Micrographia, que publicó en 1665, quedaron
descritas e ilustradas sus investigaciones microscópic as. Una de esas
investigaciones, al lado de su ilustración y que ha llegado a ser famosa, es la que se refiere a la
investigación de la estructura del corcho. Cortó con su navaja finas capas de corcho y las colocó de
modo que pudieron ser vistas en el microscopio. Le el siguiente extracto de su Micrographia y vea la
Fig. 1.15.

Figura 1.14 El microscopio de Leeuwenhoek, considerado
después como uno de los más delicados del mundo, ab rió
un nuevo campo a la investigación científica – el campo de
la microbiología. Las lentes se ponían entre dos pl acas
metálicas. Los especimenes secos, se pegaban para q ue
quedaran fijos; había otros húmedos que requerían
montaduras especiales. El objeto en estudio se enfo caba
haciendo girar el tornillo horizontal y después, el ajuste fino
era mediante el botón que está en la parte superior del
tornillo. Leeuwenhoek utilizó la luz solar para la iluminación.
Yo podía percibir sencillamente todas las perforaciones y los poros, muchos como un panal
de abejas…
Primero, había muy poca sustancia sólida en comparación con las cavidades ahí contenidas…
por la pared… o paredes de esos poros, que eran tan delg ados en proporción a los poros
como las capas finas de cera, en los panales de abejas.
Después, esos poros o células no eran muy profundos pero c onsistían de un gran número de
pequeñas cajas…
11

Robert Hooke, usó la palabra célula o celda para describir los poros o espacios entre las paredes del
corcho. Esta palabra fue adecuada, de ahí que se adopt ara después. La palabra célula siempre se ha
usado para indicar “un pequeño cuarto”. En el microsco pio, estas cavidades del corcho se ven como
pequeñas celdas vacías. El corcho es un tejido muer to; sólo son visibles las paredes muertas de las
células originales. Hooke, usó la palabra Célula para describir una pequeña cavidad; posteriormente ,
otros investigadores la han empleado en ciertas estruc turas vivas que encontraron en todos los
organismos.
1-13 Los primeros tejidos. Después de unos 150 años de que Hooke publicó su lib ro Micrographia,
los investigadores que estuvieron trabajando con los microscopios no habían aportado más que unas
cuantas ideas nuevas. No fue hasta después de 1800 q ue empezaron las investigaciones microscópicas,
con resultados de importancia. Sin embargo, estos tr abajos fueron posteriores al notable

Figura 1.13 Estos dibujos de
Swammerdam, muestran las partes
de la boca de la abeja (derecha) y la
disección de la larva de la mosca
(izquierda). Estos dibujos, aún en la
actualidad, son extraordinariamente
precisos y detallados.

21. Primeras Investigaciones sobre Estructura 16
descubrimiento que hizo, sin el microscopio, en 1800, en París, el Médico Marie Francois Bichat (1771-
1802) dijo:
Cuando estudiamos una función, debemos considerar el órgano complicado que la realiza;
pero si queremos estar bien preparados en las propiedades y en la vida de dicho órgano, es
necesario conocer absolutamente todas y cada una de sus partes constitutivas.
12

Esto es lo que dijo Bichat tratando de conocer cómo trabajan todos los
órganos del cuerpo humano. Bichat los seccionó y separó en sus unidades y
apreció que cada órgano diferente está constituído de l mismo material
básico. Hizo una lista de 21 tipos diferentes de materiales que descubrió en
el cuerpo humano. A estos materiales básicos les dio el nombre de tejidos.
Algunos biólogos ya se habían dado cuenta de que había una estructura
y una organización funcional, dentro de cada organismo; ya sabían que los
sistemas de órganos realizaban las funciones básicas de respiración,
circulación y digestión. Pero Bichat extendió esas ideas de organización a
niveles más bajos, mostrando que los órganos estaban form ados por grupos
de tejidos. Partiendo de este punto de vista, se dedi có a observar los
diferentes tejidos y no tardó mucho tiempo en ver que aún había un nivel
más bajo de organización, dentro de cada tejido.
1-14 Y, después, la célula. El clímax o la culminación, para el hombre,
después de tan larga investigación acerca de la est ructura de los
organismos, fue el descubrimiento de la célula, que e s la unidad
fundamental de los organismos. No fue ésta una idea nu eva, que hubiera
surgido repentinamente en la mente del hombre, sino q ue fue el resultado
del trabajo de varios hombres para llegar a este concepto general.
Después del descubrimiento de Bichat, se menciona a la célula como la unidad básica del tejido. En
1802, el investigador francés Mirbel sugirió que las plantas estaban:
Totalmente formadas de un tejido membranoso celular c ontinuo. Las plantas están
constituídas por células, ya que todas sus partes están en continuidad formando un mismo
tejido membranoso.
13

Fue el investigador francés Dutrochet, quien declaró en forma clara y precisa que la célula es la
unidad básica de la estructura (véase Fig. 1.16). En 1824 dijo:
Todos los tejidos orgánicos son células globulares
extraordinariamente pequeñas, que parecen estar
unidas por fuerzas adhesivas; así, se puede decir
que los tejidos y órganos animales (o vegetales)
en realidad son tejidos celulares modificados de
diferente manera. Esta uniformidad de estructura
más fina demuestra que los órganos sólo difieren
entre sí en la naturaleza de las sustancias que
contienen… las células de las cuales están
compuestos.
14

Concluiremos este capítulo de la investigación de la
estructura, aunque este tipo de investigación no ha
terminado con Dutrochet. Verdaderamente, muchos
trabajos sobre esto se están realizando actualmente con
ayuda de instrumentos muy complejos, que
mencionaremos más adelante en el siguiente capítulo.
Repaso
1. ¿Qué aprendió Harvey de las venas de Fabricius?
2. ¿Cuál fue la suposición de Harvey, con relación a la función del corazón?

Figura 1.15 Los dibujos de Hooke, de
las células del corcho, están
acompañados por la descripción de su
libro Micrographia. ¿De qué modo los
dos dibujos reforzaron la descripción
de Hooke acerca de las células?

Figura 1.16 Las plantas y los animales están compuestos de
células. La célula de la izquierda es una célula tí picamente
vegetal, presenta sus paredes gruesas y una forma más o menos
regular. En la foto de la derecha células nerviosas ilustran las
células altamente especializadas, como es común en los
animales.

22. Primeras Investigaciones sobre Estructura 17
3. ¿Cómo logró Harvey estimular fuertemente el estudio de la estructura de los
organismos?
4. ¿Cómo influyeron indirectamente los exploradores europeo s en el desarrollo de la
anatomía?
5. ¿Quién descubrió los microorganismos en el agua?
6. ¿Por qué es recordado Hooke en Biología?
Resumen
Hace más de 2,000 años que Aristóteles y otros naturalistas tuvieron la idea de estudiar y comprender
los fenómenos naturales. Entre los objetivos de su investigación estaba la estructura de los organismos,
pero debido a que partían de argumentos falsos, sus resultados fueron muy limitados.
Después de Aristóteles, durante la dominación del Imp erio Romano, apenas existió incentivo alguno
para la investigación anatómica. Galeno fue un anato mista destacado, pero debido a su experiencia
limitada en disecciones, sus trabajos contenían muchos errores. Al declinar el Imperio Romano, muchos
escritos de Galeno fueron conservados en el mundo musu lmán, por unos 1,000 años. Más tarde, en
Italia y en Francia, esos escritos fueron traducidos al latín y al griego y se utilizaron como textos. La
mayor parte de la gente creía que esos escritos debían ser correctos, porque eran de la época clásica
greco-romana. Durante el siglo 16, Vesalius estableció las bases de la anatomía moderna.
Usando sus conocimientos de anatomía, William Harvey determinó la verdadera función del corazón y la
de los vasos sanguíneos. Otros fisiólogos, buscando la m anera de comprender una función,
consideraron indispensable estudiar conjuntamente la estructura y la función. Al regresar los
colonizadores a Europa, llevaron miles de nuevas espec ies para ser clasificadas e identificadas. Los
taxonomistas tuvieron que idear sistemas de clasificación basados en la estructura. De ahí que los
investigadores de plantas y animales, se vieron en la necesidad de saber anatomía.
Cuando el hombre empezó a utilizar el microscopio res ultó inevitable el descubrimiento de la célula
como unidad básica de de estructura de los organismos. Este descubrimiento no se puede acreditar a
un solo hombre; Malpighi, Grew, Swammerdam, Leeuwenhoe k y Hooke fueron microscopistas. El
primer establecimiento claro y preciso de la célula fue hecho por Dutrochet en 1824.
Preguntas de Repaso
1. ¿Qué método siguieron Aristóteles y los filósofos natu ralistas para comprender la estructura
animal?
2. De los métodos de Aristóteles, ¿cuál fue la fase más id ónea para producir resultados exactos?
Explique.
3. ¿Cuál fue la mayor aportación de los filósofos naturalistas y de Aristóteles?
4. ¿Qué influencia tuvieron los romanos en la anatomía?
5. Después que declinó el Imperio Romano, ¿qué efecto tuvo el mundo musulmán en el estudio de la
anatomía?
6. ¿Qué hizo Vesalius para llegar a ser diferente del r esto de los profesores de anatomía
contemporáneos?
7. ¿Cómo influyeron en el desarrollo de la anatomía, las investigaciones de William Harvey?
8. ¿Por qué los taxonomistas deben saber anatomía?
9. ¿Cuáles fueron las principales aportaciones científicas de los cinco microscopistas, cuyas actividades
en el siglo 17 se describen brevemente, en este capítulo?
10. ¿Cuál fue la contribución de Bichat a la Biología?
Análisis y Aplicación
11. En la conversación diaria se escuchan expresiones como : Corazón roto, dolor de corazón, corazón
frío, etc. Utilizando la información que leyó de Aristóteles, es este capítulo, explique el origen de
esas expresiones.
12. Vesalius estableció un nuevo método de investigación p ara sus discípulos. ¿Cuál fue la diferencia
principal entre los métodos de Aristóteles y Vesalius?
13. Además de la idea de que las venas actuaban como válv ulas de paso, ¿qué otra observación dejó
Harvey, con relación a que la sangre se movía “en un círculo”?

23. Primeras Investigaciones sobre Estructura 18
14. ¿Cuál característica del descubrimiento de Bichat pudo ayudar a conocer el papel que desempeña la
célula?
15. Después de haber leído este capítulo, ¿qué ejemplo p uede citar para mostrar por qué es difícil
acreditar a una sola persona un descubrimiento importante?
Obras de Consulta
Asimov, Isaac. Asimov’s Biographical Encyclopedia of Science and Technology. Doubleday, 1964. Una
historia de la ciencia, a través de la vida de más de 1,000 científicos.
Dampier, W.C. A History of Science. 4ª ed.; Cambridge University Press, 1949. Una pre sentación
excelente; se describe la historia de estudios y experimentos científicos.
De Santillana, Giorgio. The Origins of Scientific Thought. New American Library, 1961. La historia del
desarrollo científico, desde sus principios en el siglo 6 a. de C.
Dobby, Tibor. Discoverers of Blood Circulation. Abelard-Schuman, 1962. Una historia excelente de
Aristóteles, Galeno, Da Vinci, Vesalius, Harvey y Malpighi.
Gregor, Arthur S. A Short History of Science. McMillan, 1963.
Hutchins, R.M. y M. Adler, eds. Great Books of the Western World. Vol. II; Enciclopedia Británica, 1952.
Los escritos de Aristóteles de los temas biológicos.
Lyons, M.C. y B. Towers, eds. On Anatomical Procedures: Later Books . Trad. por W.L.H. Duckworth,
Cambridge University Press, 1962. Un resumen sobre la vida de Galeno.
Moore, Ruth. The Coil of Life. Alfred A. Knopf, 1960. En el Capítulo 3 se describen los trabajos de
Bichat.
O’Malley, C.D. Andreas Vesalius of Brussels, 1514-1564 . University of California Press, 1964. Una
biografía de quien cambió la actitud de aceptar los conocimientos anteriores por los de observación,
descubrimiento y conclusión.
Singer, Charles. A History of Biology. Abelard-Schuman, 1959. Una revisión histórica de l as ciencias
biológicas.
Vergara, William C. Science, the Never-Ending Quest. Harper & Row, 1965.
Referencias Bibliográficas
1
George G. Simpson, This View of Life. Harcourt, Brace & World, Inc., ©1964, p. 113.
2
J.A. Smith y W.D. Ross, eds. The Works of Aristotle. Vol. V, DePartibus Animalium, trad. por William
Ogle con permiso de The Clarendon Press, Oxford, ©1958 , pp. 639-640.
3
Smith y Ross. Aristotle. Vol. IV, Historia Animalium, trad. por Darcy Wentw orth Thompson con
permiso de The Clarendon Press, Oxford, ©1956, p. 494.
4
Ibid. Vol. V, p. 653.
5
Ibid. Vol. IV, p. 666.
6
C.D. O’Malley. Andreas Vesalius of Brussels, 1514-1564. University of California Press, ©1964, p. 64.
7
Ibid. P. 50.
8
Harlow Shapley y otros eds. Treasury of Science. Harper & Row Publishers, Inc., ©1958, p. 531.
9
G.I. Schwartz y P.W. Bishop, eds. Moments of Discovery. Vol. II, The Development of Modern Science,
Basic Books, ©1958, p. 586. Reimpreso de E.P. Dutton & Co., Inc. y J.M. Dent & Sons Ltd, William
Harvey, Anatomical Disquisition on the Motion of the Heart and Blood, 1906.
10
Charles Singer. A History of Biology. Reimpreso con permiso de Abelard-Schuman, Ltd., Dere chos
reservados, Copyright ©1959 por Abelard-Schuman, Ltd., p. 159.
11
Schwartz y Bishop. Op. Cit., pp. 535-536.
12
Ruth Moore. The Coil of Life. Alfred A. Knopf, Inc., ©1960, p. 49.

24. Primeras Investigaciones sobre Estructura 19
13
Mordecai L. Gabriel y Seymour Fogel, eds. Great Experiments in Biology. ©1955. Reimpreso con
permiso de Prentice-Hall, Inc., Englewood Cliffs, N.Y., p. 2.
14
Ibid.

25. La Estructura de la Célula 20

De la misma manera que los tejidos, el hueso está c ompuesto de células y productos de las células.
No es una exageración decir… que la aparición de la t eoría celular
representa el adelanto más importante y provechoso.
1

W.S. Beck
Capítulo 2
La Estructura de la Célula
La investigación del hombre acerca de la estructura de los organismos, no terminó con el
descubrimiento de la célula, sino que, por el contra rio, aumentó la búsqueda de la
estructura de la célula, en un intento de saber más y más acerca de ella. Actualmente, los
estudios que se están realizando son más amplios que l os anteriores y una de las metas
perseguidas es la de obtener una mayor claridad en la visión y estructura de la célula. El
resultado podría ser la obtención de una serie de fotografías detalladas que permitieran
localizar e identificar cada uno de sus componentes.
La búsqueda, para aclarar el aspecto del contenido celular, no ha cesado desde hace más de un
siglo. Durante ese tiempo, los biólogos, usando mejores técnicas y mejores instrumentos, han podido
penetrar, aún más, en la estructura celular. El estado actual del conocimiento de la célula no ha sido
trabajo exclusivo de los biólogos, otros hombres de ciencia también han contribuído. En este capítulo

26. La Estructura de la Célula 21
examinaremos algunos de los numerosos trabajos de esos c ientíficos, así como también algunos de los
instrumentos que han perfeccionado el procedimiento para llevar a cabo esos trabajos.
Primeros Descubrimientos
Difícilmente podrá reconocer todas las células de la f oto de la página 32, pero quizá pueda
reconocer algunas, basándose en sus conocimientos de cursos anteriores. ¿Puede reconocer alguna de
las estructuras que está en cada una de esas células?


Cada una de las células – una amoeba, un glóbulo blanco de la sangre, un corte de raíz de cebolla y una
célula ósea – poseen diversas formas de núcleo.
2-1 Robert Brown hace una generalización. Fue en Inglaterra, en 1831, cuando Robert Brown
obtuvo el honor de ser el primero en reconocer que cas i todos los tipos de células tienen un núcleo.
Para se más precisos, otros investigadores habían visto el núcleo de las células, pero ninguno de ellos
había hecho la generalización de que la mayoría de ellas contienen un núcleo. ¿Cómo calificar a Robert
Brown? Recuerde que la calidad de un científico estriba en el hecho de encontrar un orden, en un grupo
de semejanzas, de datos no relacionados.

Robert Brown, lo mismo que otros muchos investigadores famosos
de su tiempo, estudió medicina. Después la abandonó para dedicar parte
de su vida al estudio de las plantas. En la investigación que realizó sobre
las hojas de unas plantas, de la familia de las orqu ídeas, hizo las
siguientes observaciones:
Terminaré mis observaciones sobre las orquídeas con una nota
sobre su estructura general que está relacionada con los tejidos
celulares.
En cada célula de la epidermis de una gran parte de esta familia,
sobre todo las que presentan sus hojas membranosas, se ve una
areola circular, algo más opaca que la membrana. Esta areola que
se ve claramente granular, es ligeramente convexa y, aunque da la
impresión de encontrarse en la superficie, en realidad está cubierta
por una lámina superficial de la célula. Ho hay regularidad respecto del lugar que ocupa en
la célula; a veces está en el centro o cerca de él…
Esta areola o núcleo de las células, como tal vez se deba llamar, no está confinada a la
epidermis, sino que también se encuentra… en muchos casos en el parénquima o en las
células internas del tejido…
2

2-2 El núcleo es estudiado más cuidadosamente. Otro gran investigador, en el campo de la
investigación celular, fue Matthias J. Schleiden. Aunque Schleiden principió su vida profesional como
abogado en Alemania, después estudió medicina y botáni ca, llegando a ser, con el tiempo, profesor de
botánica en la Universidad de Jena y tuvo especial i nterés por la anatomía de las plantas. En
colaboración con el zoólogo alemán Theodore Schwann ex tendió y amplió la idea de que todos los
organismos están compuestos por células. En una de sus investigaciones, Schleiden amplió las
observaciones de Robert Brown respecto al núcleo celular, escribiendo:
Robert Brown, con su genio comprensivo, fue el primero en darse cuenta de la importancia
de un fenómeno, el cual ya había sido observado pre viamente, pero sin habérsele dado

Figura 2.1 Esta micrografía muestra la
epidermis de una hoja semejante a la
observada por Robert Brown.

27. La Estructura de la Célula 22
importancia. En muchas células de las capas exterior es de las hojas de las orquídeas,
encontró un punto opaco, al cual le dio el nombre de núcleo de la célula. Observó este
fenómeno en las primeras etapas del desarrollo de cél ulas-polen en el óvulo joven célula-
huevo de las plantas y en los tejidos del estigma un a estructura dentro de la flor. La
presencia constante de estos núcleos en la célula de los embriones muy jóvenes, también
me sorprendieron y, considerando las diferentes maneras de cómo ocurría, pensé que debía
de existir una relación estrecha con el desarrollo de la propia célula.
3

Schleiden continuó investigando el núcleo celular c on la idea de descubrir el papel que
desempeñaba en el desarrollo de la nueva célula. Más tarde, formuló una idea que resultó errónea; la
nueva célula procedía de un brote del núcleo celular.

Matthias Schleiden, en colaboración con Theodore Schwann establecieron
la teoría celular (algunos científicos destacados les dan todo el crédito). Esto
es un hecho realmente meritorio para un hombre que empezó su vida
profesional como abogado. Debemos de estar agradeci dos de que no se
sintiera satisfecho con su profesión y que se dedicara a la botánica, que
había sido su “hobby”, Schleiden vivió de 1804 a 1881 y pasó la mayor parte
de su vida profesional como botánico, en la Univers idad de Jena en
Alemania.
2-3 Las células pueden ser organismos individuales. En su libro de texto de anatomía, que
escribió en 1845, el biólogo alemán Karl von Siebold, mencionó sus dos grandes contribuciones a la
biología. La contribución más importante fue el establecimiento formal de que existía un gran número
de microorganismos que se podían considerar como organism os independientes, cuyos cuerpos estaban
constituídos por una sola célula. Otra contribución fue un estudio de las células delimitadas por una
estructura muy fina, como el cabello, llamada cilio. Algunas células ciliadas son organismos
independientes y otras forman parte de un organismo m ulticelular. Siebold observó en ambos tipos de
células ciliadas, una estructura básica. Estos organi smos unicelulares presentan cilios que
generalmente, son móviles, es decir, capaces de moverse (véase Fig. 2.2). El movimiento pulsativo de
los cilios les permite moverse en el agua. Estos cilios también barren las partículas alimentarias en los
surcos nutritivos que están a un lado del organismo.
Otras células sólo forman parte de un organismo multicelular, por
ejemplo, las células ciliadas de la nariz y garganta que permiten el
paso del aire (véase Fig. 2.3). Los cilios de esas células funcionan en
forma semejante a una escoba, su movimiento es de at rás hacia
delante y las partículas son barridas a lo largo de la superficie de las
células.
Repaso
1. ¿Cómo se diferenció Robert Brown de otros científicos qu e
ya habían visto el núcleo antes que él?
2. ¿Qué son los cilios?
3. ¿Dónde se pueden encontrar los cilios?
4. ¿Cómo describió los núcleos Brown?
5. ¿Cómo amplió Schleiden las observaciones de Brown?

Figura 2.2 Los delicados cilios que cubren la
superficie del paramecium le permiten moverse
dentro del agua de manera parecida a un balón
de fútbol americano en el aire.

28. La Estructura de la Célula 23
Adelantos de la Tecnología Antes de 1900
Los investigadores buscaban un mejor conocimiento de la
estructura celular para resolver varios problemas. El primero fue el de
tener que enfrentarse con el tamaño tan pequeño de la mayoría de las
células. En realidad son demasiado pequeñas para po derlas estudiar a
simple vista. Por eso eran necesarios aparatos de aumento para verlas.
Otro problema al que se enfrentaron los investigador es fue el de la
preparación del material para observarlo fácilmente. La mayoría de los
especimenes se matan, se fijan (o preservan) y se cortan en películas
muy finas y todavía otro problema, determinar si la e specie que se
observa es idéntica al espécimen cuando está vivo. Es decir, ¿la especie
que estamos viendo es el resultado de los cambios que ha sufrido
durante la fijación, tañido corte?
A principios de 1800, los investigadores, trabajando con equipo
rudimentario y con técnicas de preparación primitivas, observaron las
células y aprendieron varios hechos básicos. Desde ent onces, el hombre ha ido ampliando sus
conocimientos sobre la estructura celular. Cada uno de los nuevos descubrimientos ha surgido de uno o
más perfeccionamientos logrados en la tecnología de la investigación a nivel celular.
2-4 Los microscopios se han perfeccionado. Si se mira a través de una lupa o
de una lente de aumento barata, se notarán defectos en el objeto observado. Por
decir algo, es muy frecuente ver el objeto en colores más vivos de los que
realmente tiene. Este defecto, que fue común en las primeras lentes, recibe e
nombre de aberración cromática. Los técnicos aprendieron a corregir este defecto
utilizando una combinación de cristal de varios tipo s en la fabricación de las
lentes.
Otro defecto muy común de las lentes baratas es la producción de imágenes
distorsionadas. Este defecto ocurre debido a que los rayos de luz, al pasar por el
centro de la lente, no coinciden con el mismo foco de l os rayos que pasan
próximos a los bordes. Esta aberración esférica se ha podido corregir en los
instrumentos finos con el uso de lentes que se pulen y curvan de manera especial.
Otro perfeccionamiento técnico importante es el micros copio fotónico, se
efectuó en 1873. En ese año Ernst Abbe* descubrió un sistema de lentes, muy
práctico, en el cual se podía enfocar toda la luz hacia el objeto que estaba en la
platina. Esta invención, recibió el nombre de condensador de Abbe. Este control
de la luz vino a mejorar gradualmente la visión.
* Abbe es el científico que más aportaciones hizo al microscopio; sus contribuciones abarcan
todos los aspectos técnicos, desde la explicación d e la formación de la imagen hasta el
perfeccionamiento de lentes y accesorios. En sus te orías se fundan invenciones como el
microscopio electrónico, contraste de fases, etc. (nota de los revisores).
2-5 Perfeccionamiento en las técnicas de preparació n. A
mediados de 1800, la industria química alemana descu brió varios
colorantes. A partir de 1870, los biólogos comenzaron a
experimentar con esos colorantes para ver si eran ac eptados por
las partes constituyentes de la célula. Entre esos colorantes se vio
que unos eran aceptados por el núcleo de las células y otros
servían para otras estructuras.
Al principio, cuando hubo necesidad de cortar los tejidos en
capas muy finas, se usaron navajas de afeitar o bisturíes. Robert
Hooke todavía recordaba que usó su navaja para hacer los cortes
del corcho. Como era de esperar, hubo necesidad de per feccionar
los instrumentos de corte. Si ha visto un rebanador de carne en una salchichonería, comprenderá cómo
los biólogos resolvieron su problema. Inventaron un micrótomo, instrumento de corte muy fino, para la
preparación de los especímenes. Al girar un tornillo sube o baja una cuchilla y se obtienen los cortes.

Figura 2.3 Las células ciliadas de la tráquea
de un perro filtran primero el aire para evitar
el paso de cualquier partícula al os pulmones.
Según podemos ver en la foto, los cilios se
encuentran inmediatamente debajo de una
capa transparente de moco.

La aberración esférica
distorsiona la imagen dándole un
apariencia de de estiramiento.
La aberración cromática forma
un efecto de arco iris.


Los cuatro colorantes más usados son el azul te
metileno, eosina, el colorante para sangre de
Wright y la solución de yodo.

29. La Estructura de la Célula 24
Con los micrótomos se logran secciones más uniformes y un gran ahorro de tiempo. La Fig. 2.4 muestra
un micrótomo moderno en acción.

Figura 2.4 En lugar de
obtener un gran número de
cortes separados, el
micrótomo puede cortar el
tejido en una cinta continua.
La hoja de corte, es la parte
brillante y oblicua en la que
descansa la cinta. Los
microscopistas pondrán una
parte de esta cinta sobre un
porta-objetos para teñirla y
fijarla.
2-6 La investigación a nivel celular se amplía. En la segunda mitad del siglo pasado, dos
descubrimientos notables estimularon la ampliación de la investigación a nivel celular. Uno de los
hombres más destacados de ese movimiento fue Louis P asteur, químico francés, cuyos trabajos lo
llevaron al estudio de los microorganismos. Durante sus investigaciones sobre el proceso de la
fermentación alcohólica, observó sus “fermentos” al microscopio. Encontró que había un gran número
de microorganismos, ¿podrían estos microbios ser los re sponsables de la fermentación? Empezó a
experimentar y llegó a la conclusión de que así era. Después, encontró otros tipos de microorganismos
en la sangre de los animales enfermos. ¿Podrían ser esos microbios los responsables de esas
enfermedades? Otra vez, los experimentos de Pasteur indicaron que sí eran los causantes de esos
males.

Louis Pasteur. En su juventud, Pasteur fue un estudiante metódico y lento, de
quien sus profesores no esperaban grandes cosas, de bido a que sus
inclinaciones eran más hacia las bellas artes que hacia la medicina. Cuando se
inició en el campo científico lo hizo en la química, interesándose por el estudio
de los cristales y de la luz polarizada. Tuvo un principio inusitado en su carrera,
colocándose en primer lugar entre los biólogos más sobresalientes de todos los
tiempos. La biografía de este notable sabio es altamente recomendable.
Los estudios de Pasteur, acerca de los microorganismos, tuvieron dos importantes repercusiones en
la investigación celular: Una de ellas fue la de probar que algunos microorganismos son los agentes
causantes de muchos procesos útiles y que otros, en cambio, eran los causantes de diversas
enfermedades. Desde entonces la microbiología o estudio de los microbios, ha sido un campo muy
amplio para las investigaciones relacionadas con los organismos.
El segundo efecto de las investigaciones de Pasteur, resultó ser su prueba, casi concluyente, de que
los organismos no proceden de la materia inerte. En 1 864, algunos científicos creían que los
organismos podían surgir espontáneamente de la materi a inerte, según la llamada teoría de la
generación espontánea (algunos detalles interesantes de esa controversia se verán en el Capítulo 10)
con los trabajos de Pasteur se probaba que los organ ismos sólo proceden de otros organismos y la
célula se convirtió en el foco de atención. Si la célula es la unidad básica de la vida ¿de dónde procede?

30. La Estructura de la Célula 25
Los trabajos del alemán Rudolf Virchow fueron parecidos a los de Pasteur. Las
investigaciones de Pasteur estaban dirigidas a los m icrobios, que son células
independientes, como agentes causantes de enfermedad es y los de Virchow sobre
los tejidos enfermos y las células de esos tejidos. En su trabajo vio que la
estructura de las células de un tejido enfermo eran diferentes, a menudo, de las de
un tejido sano (véase Fig. 2.5). Al publicar sus hallazgos, pronto se desarrolló una
nueva área de investigación, la patología celular, es decir, el estudio de la
estructura celular anormal. Ese tipo de investigación ayudó a incrementar el
estudio de la estructura celular normal. Es evidente que para reconocer una
estructura anormal, es necesario, primero, conocer la estructura de una célula
normal.
Otro resultado de las investigaciones de Virchow fue el importante principio de
que la célula es la unidad constante de vida. Pasteur había demostrado que la vida
no se originaba de materia no viviente, sino que provenía de algo vivo. Virchow
estableció su principio de manera diferente: Si la vida proviene de la vida y si la
célula es la unidad básica de vida, cada célula debe provenir de otra célula. Con
palabras de Virchow:
Donde aparece una célula, ahí debe haber habido otra, como un animal
solamente puede provenir de otro animal y una planta , sólo de otra planta.
Así, en la serie completa de seres vivos, esas regl as son una ley eterna del desarrollo
continuo. Ho hay discontinuidad, porque no puede haber desarrollo de tejido si no tiene
como antecedente alguna célula.
4

Repaso
1. ¿Cuáles son los dos tipos de defectos de una imagen, que se presentan al usar cualquier
lente?
2. ¿Cuáles son las ventajas de usar un micrótomo en la preparación de tejidos para estudio
microscópico
3. ¿Qué es la microbiología?
4. ¿Qué significa “generación espontánea”?
5. ¿Qué contribuciones hizo Virchow a la biología?
Cómo Aparecen las Nuevas Células
El principio de Virchow: “Toda célula proviene de otra célula”, estimuló a los investigadores a
buscar cómo una célula “origina otra”. Los investigadores no tardaron en saber que las células nuevas
resultan de la división de otras más viejas. Pero el proceso de la división celular fue más complejo que
el de una simple división en dos nuevas células.
2-7 Cuando una célula se divide, se multiplica. Varios científicos
han observado los cambios estructurales efectuados en el núcleo de
las células, durante el proceso de su división. Han sido numerosos los
términos adoptados para describir las estructuras q ue aparecen
durante la división celular. Debido a que cierta sustancia nuclear, que
interviene en la división, tiñe brillantemente las células que no están
en este proceso, se le ha llamado cromatina, que significa “materia
coloreada”. En las primeras etapas, la cromatina aparece como unos
hilos largos; después, gradualmente se acortan, engros an y dividen
en estructuras separadas. Estas estructuras se llaman cromosomas,
que quiere decir “cuerpos coloreados”. El proceso comple to de la
división celular se llama mitosis.
Uno de los primeros investigadores de la división celular de los animales, fue el biólogo alemán
Walther Fleming. Este investigador introdujo los términos “mitosis” y “cromatina”. El siguiente extracto
es de uno de sus trabajos publicados sobre la mitosis de la larva de la salamandra (véase Fig. 2.6).
En una larva bien alimentada no se necesita buscar mucho para encontrar diversos estados
de división en las capas celulares superficiales, así como en las inferiores o entremezclados

Figura 2.5 Las células
enfermas producen cambios
tanto en la estructura como en
la función de un órgano. El
tejido en el pulmón de abajo
es canceroso. El pulmón de
arriba está sano.

Figura 2.6 Una larva de salamandra,
semejante a la que examinó Fleming.

31. La Estructura de la Célula 26
en los núcleos de la cola. Las primeras etapas que pu eden ser reconocidas en los tejidos
vivos, muestran lo siguiente:
2-8 Los cromosomas aparecen como finas heridas.
En lugar del pálido, pero bien definido núcleo en rep oso, la parte media de la célula epitelial está
ocupada por un cuerpo pálido, de contorno indefinido, el cual, a menudo, es ligero o mercadamente
más grande que cuando está el núcleo en reposo y que, e n condiciones normales de vida, da la
impresión de ser denso y finamente granulado. Estos g ránulos son, sin embargo, sólo aparentes,
porque en preparaciones teñidas en esta fase, se ve claramente como un esqueleto regular y denso de
unos hilos en forma de espiral, los cuales son muy pálidos para ser fácilmente visibles…
2-9 Los cromosomas llegan a ser ligeramente espiral es.
Si se observa un… núcleo por algún tiempo, los gránul os visibles llegan a ser, gradualmente más
gruesos y más aislados y pronto se reconocen claramente hilos en espiral, los cuales, debido a su
palidez, no se puede ver cómo están unidos. La tinción de esos objetos muestra claramente que sus
uniones están realmente presentes. Los núcleos tienen forma de una canasta tejida con hilos muy
enredados, de un espesor uniforme y de diferente color ación… los filamentos se desenredan más y
más…
2-10 Los cromosomas se dividen longitudinalmente.
En las divisiones en vivo, durante la transición a esta fase, la red de filamentos parece soltarse y
desplegarse hacia la periferia, hacia el espacio más claro…
Hasta ahora, he pasado por otro fenómeno notable: Los fi lamentos se dividen por sí mismos
longitudinalmente a la mitad. Este proceso pude ocurrir al final del estado espiralado o en el curso de la
tercera fase que ahora se describe: De acuerdo con lo q ue uno encuentra, los filamentos sencillos o
dobles en todas estas condiciones…
Más tarde, los filamentos se separan unos de otros a todo lo largo de su longitud y, de esta manera, se
forma una estrella de filamentos finos entrelazados, cuyos rayos son el doble en número y la mitad de
grueso, de los originales.
Hasta ahora, ningún investigador del núcleo ha report ado algo semejante a la escisión de los
filamentos; por tanto, inmediatamente me pregunté s i tal vez eso fuera a causa de los reactivos… No
podía admitir esas ideas, por que había tenido la fortuna de ver varios casos en que los filamentos se
duplicaron en condiciones normales de vida, así como…
2-11 Los cromosomas se alínean en el centro de la c élula.
Esta etapa es muy corta y pasa rápidamente, de ahí que el fijarla con ayuda de reactivos no es
relativamente frecuente…
En lugar de las estrellas planas que se extienden hacia los polos, en forma de dos conos, que es la
característica de la etapa anterior, aquí se presenta un agrupamiento de cromosomas de forma tal que,
aunque al principio tienen forma de espiral, empiezan a extenderse hasta quedar paralelos a los ejes de
la división y llenan el espacio de una placa gruesa que comprende la quinta o cuarta y a veces la
tercera parte de la longitud de la célula. La placa formada por los cromosomas siempre está en el
ecuador y en ángulo recto respecto a los ejes…
2-12 Los cromosomas se separan.
Esta expresión solamente pretende hacer notar el movi miento de separación de las dos mitades, es
decir, que la separación de las dos mitades ya ha tenido lugar…
2-13 Formación de los núcleos hijos.
En este momento los cromosomas de ambas mitades tienen s us extremos libres, pero en dirección
opuesta unos de otros, más tarde, estos se mueven hasta que, finalmente, se apartan de manera que,
situados algunos en la periferia, logran a menudo una orientación hacia los polos de la célula. Así, la
figura adquiere, a veces, la forma de estrella plana muy regular…
En este momento, el encogimiento hace frecuentes estrías que aparecen en algún lado de la célula.

32. La Estructura de la Célula 27
2-14 Se forman dos células.
En esta fase se divide la célula. El primer indicio ya se presentó en la fase anterior; los surcos afectan
gradualmente el otro lado, el ecuador empieza a hacerse, progresivamente, más angosto, hasta que el
cuerpo de la célula se estrangula en dos…
2-15 Retorno al punto de partida.
Los pares de núcleos jóvenes, resultantes de las siete etapas, por permanecer en esta forma bastante
tiempo, se pueden encontrar con suma facilidad. Despu és que se ha efectuado la división celular, los
cromosomas, primeros, adoptan la forma helicoidal y, des pués, se van a acomodando de manera que
muchos permanecen extendeos transversalmente respecto de los ejes longitudinales del núcleo…
Simultáneamente, los núcleos adquieren una delimitac ión bien definida, dentro de la célula… pero aún
no se ha podido demostrar la existencia de sustancia membranosa…
5


Repaso
1. ¿Por qué se le dio el nombre de “cromatina” al material nuclear?
2. ¿Qué es la mitosis?
3. ¿Cuál organismo utilizó Fleming para estudiar la mitosis?
4. ¿Cuál es el período o fase de la mitosis que dura mayor tiempo?
5. ¿Cuál es la importancia de las observaciones de Fleming?
Adelantos Técnicos desde 1900
Las investigaciones realizadas con el microscopio
ordinario antes de 1900 fueron lentas. El microscopio
había alcanzado su límite máximo tanto en aumento com o
en resolución. Los mejores microscopios fotónicos penas
tenían un aumento de 2,000 veces, a pesar de eso, fu e
posible que los investigaciones dieran a los biólogos un
mejor conocimiento de la estructura ya conocida.
2-16 Adelantos en el microscopio fotónico. Entre los
adelantos conseguidos durante este siglo en el microscopio
fotónico, se pueden incluir el microscopio binocular y los
micromanipuladores (véase Fig. 2.7). Estos adelantos
permitieron el refinamiento de las técnicas usadas pa ra
hacer la observación de las células. Un descubrimien to
importante se realizó en 1935, con la invención del microscopio de contraste de fases.
Con estos microscopios se puede controlar la luz de manera que se puedan ver con más claridad las
estructuras que generalmente son invisibles. Otra ventaja, aún mayor, del microscopio de contraste de
fases, es que permite ver las células vivas. Debido a este adelanto, los biólogos han podido hacer otros
descubrimientos acerca de los componentes celulares (véase Fig. 2.8).

Figura 2.7 Los micromanipuladores permitieron a los
investigadores realizar microcirugía en células individuales.
En la foto se puede ver la transferencia del núcleo de una
célula a otra.

33. La Estructura de la Célula 28
Si se observa la célula aplanada en un microscopio d e contraste de fases, se ve que su
borde delgado está ondulándose continuamente: El borde c elular es irregular y cambia en
todo momento. La superficie de la mayoría de las célu las o al menos las de tejidos
cultivados, los que crecen fuera de los organismos, nunca deberían representarse por una
línea lisa y regular, sino por un a irregular, algo así como el contorno del mapa de Grecia.
Ese mapa representaría la superficie celular en un momento dado, ya que cambia
continuamente.
6

2-17 Impacto del microscopio electrónico. En la
década de 1950 a 1960 se marcó una nueva etapa en l a
investigación a nivel celular, al producirse cambios radicales
en los métodos empleados en la investigación. La
realización técnica más importante, fue el empleo del
microscopio electrónico en los estudios celulares. Con este
microscopio se emplean haces de electrones en lugar d e
rayos luminosos. El microscopio electrónico concentra haces
de electrones por medio de lentes magnéticos, es dec ir,
campos magnéticos y como los objetos adquieren aumentos
de miles de veces, se obtuvo un nuevo impuso en la
investigación.
Los primeros modelos experimentales de microscopios
electrónicos se hicieron en 1932, aunque no fue sino hasta
principios de 1950 cuando empezó a utilizarse con gran éxito. Este hecho trajo como consecuencia la
necesidad de crear técnicas totalmente nuevas, tanto para la tinción como para el corte de los tejidos o
especímenes. En el microscopio ordinario, la tinción de los tejidos era a base de colorantes; en cambio,
en el electrónico se usan sales de metales pesados y en lugar de micrótomos de acero, se emplean
cuchillas muy finas de vidrio o diamante. Esas y otras técnicas se han mejorado para que este nuevo
microscopio resulte un valioso instrumento de investigación.
Para demostrar el progreso que representa el uso de es te microscopio
nos concretamos al estudio de una sola estructura d entro de la célula.
Primero la estudiaremos tal como se ven en el microscopio fotónico y luego
la compararemos con la que se ve en el microscopio electrónico. Se notará
que existe, todavía, un extraordinario refinamiento en los detalles. Este es
otro ejemplo de cómo aumenta considerablemente nuestro conocimiento de
la estructura celular, así como de su funcionamiento.
La estructura que examinaremos con cuidado es la mitocondria. Con
del microscopio fotónico, la mitocondria se ve simplemente como un cuerpo
redondo o alargado, teñido de oscuro. Normalmente, las c élulas vivas
tienen cientos de estos diminutos cuerpos. En la década de 1940 a 1950,
por medio del microscopio de contraste de fases, los biólogos pudieron ver
las mitocondrias en las células vivas y mientras un as de ellas parecían
inmóviles, otras parecían tener movimiento (véase las Figs. 2.10a-2.10c).





Figura 2.8 A la izquierda se ve un paramecium fotografiado
con microscopio fotónico. A la derecha un paramecium, pero
a través de un microscopio de contraste de fases. Observe
los numerosos detalles que aparecen con el microsco pio de
contraste de gases.

Figura 2.9 Un microscopio electrónico.

34. La Estructura de la Célula 29





Figura 2.10a En la foto
tomada con un microscopio
fotónico las mitocondrias
aparecen como gránulos
oscuros en el citoplasma. Se
comprenderá por qué los
biólogos conocían tan poco de
la estructura de estos cuerpos,
antes del empleo del
microscopio electrónico.
Figura 2.10b Aquí tenemos
una mitocondria tal como se
vieron a mediados de 1950,
un poco después de que
empezó a utilizarse el
microscopio electrónico.
Figura 2.10c A partir de una
micrografía electrónica, por
ejemplo de la Figura 2.10b, los
biólogos han construído un
modelo idealizado de mitocondria.
Este modelo incluye las paredes
alternadas o crestas, que están
hechas de dobles membranas.
Trate de localizar las crestas de la
mitocondria de la Figura 2.10b.
2-18 Los bioquímicos también estudian la mitocondri a. Los científicos que estudian las
propiedades químicas de los organismos, se llaman bioquímicos. En realidad, el conjunto de
instrumentos físicos y químicos que emplean los quími cos, son los mismos que emplean los
bioquímicos. Como ejemplo, podemos citar las máquinas c entrífugas. Estas máquinas giran a
velocidades muy altas con el objeto de separar las partes de una mezcla. En algunas lavadoras,
después que las telas se han lavado, el agua es “obl igada” a salir de los vestidos por una fuerza
centrífuga. También se puede decir que el agua es separada de la mezcla ropa y agua, por una fuerza
centrífuga.
Las máquinas centrífugas son más complejas que
una lavadora, a pesar de que el principio es el mismo .
Las mezclas por separar, en la centrífuga, se ponen en
los tubos de ensayo; se hacen girar a altas velocidades,
para que las partículas más pesadas de la mezcla se
precipiten al fondo de los tubos, las más ligeras se
quedan en la parte superior y las intermedias entre las
dos. Los bioquímicos, al centrifugar un buen número de
células, encontraron que las mitocondrias siempre se
precipitaban al fondo, por eso fue fácil aislarlas, pero el
problema está en resolver la función que tenían en la
célula. Para esto se tuvieron que efectuar diferentes tipos de experimentos, hasta llegar al conocimiento
de que las mitocondrias estaban relacionadas con la química y con la transformación de la energía en la
célula. Así, los bioquímicos pudieron conocer la función que tenían las mitocondrias y luego las
transmitieron a los biólogos, hecho que les sirvió de guía para conocer mejor su estructura.
Gracias al conocimiento combinado de bioquímicos y bió logos
celulares, se obtuvo un mejor conocimiento de la natura leza
exacta de las mitocondrias. Algunos de estos resultad os se
presentan en las fotografías de esta página. Ahora sabemos cuál
es la estructura de las mitocondrias y dónde se efec túan las
reacciones químicas. Esto se puede considerar como “la central
eléctrica de la célula” (véase Figs. 2.11 y 2.12).
2-19 Otras estructuras internas de la célula. El núcleo y las
mitocondrias representan dos de las muchas estructur as
intracelulares. Todas las estructuras que se encuentran fuera del núcleo están contenidas dentro del
citoplasma. Las mitocondrias se encuentran en el citoplasma. Otras estructuras dispersas en el
citoplasma se llaman orgánulos celulares. Más adelante veremos, brevemente, cada uno de los
orgánulos celulares.

David Green. Bioquímico, Jefe del
Instituto de Investigación de Enzimas
de la Universidad de Wisconsin, fue uno
de los principales investigadores de la
estructura y función de la mitocondria.
Muchos científicos tienen aficiones
interesantes y el Dr. Green no es una
excepción. En los días de invierno, si no
estaba en el laboratorio, se dedicaba a
patinar en alguno de los lagos de
Wisconsin donde se le consideró figura
destacada del are del patinaje.

Humberto Fernández
Morán fue un biólogo
venezolano que,
trabajando en la
Universidad de Chicago,
contribuyó muchísimo en
el conocimiento de la
organización celular
submicroscópica.

35. La Estructura de la Célula 30



Figura 2.11 A mediados de 1960 se
tomaron estas fotos que revelan una nueva
estructura en las crestas de las
mitocondrias. Estas protuberancias se
llaman partículas de transferencia de
electrones.
Figura 2.12 Sobre la base de las micrografías, como
las de la Figura 2.11, el modelo inicial de los biólogos,
acerca de la mitocondria, fue revisado para incluir las
partículas de transferencia de electrones.
Las micrografías electrónicas, es decir, fotos tomadas con el microscopio electrónico, revelan un
intrincado laberinto o retículo endoplásmico que parece conectar al núcleo con el exterior de la célula.
Generalmente se piensa en la posibilidad de que el núcleo esté aislado en el interior de la célula, pero
en realidad, existe amplia evidencia experimental de que está en estrecho contacto con el exterior de la
célula y con otras estructuras intracelulares.
El retículo endoplásmico se puede presentar en dos formas, ya sea como superficie lisa o rugosa.
Esta última se debe a un sinnúmero de pequeños ribosomas que están adheridos a la superficie del
retículo (véase Fig. 2.14) y que intervienen en el proceso sintético de las proteínas dentro de la célula.
En el Capítulo 6, veremos cómo se sintetizan las proteín as y cómo el ácido ribonucleico (RNA)
interviene en este proceso. ¿Se puede imaginar, cómo obtuvieron su nombre estos ribosomas?



Figura 2.13 El retículo endoplásmico es un
laberinto de canales que corren a través del
citoplasma.
Figura 2.14 Los ribosomas son cuerpos diminutos
oscuros que descansan en el retículo
endoplásmico.
Muy semejante al retículo endoplásmico, es el aparato de Golgi. Esos grupos de vasos, que están
colocados generalmente por capas una encima de otra, l es da un aspecto de “un montón de sacos” y
tienen una actividad secretora. En la actualidad, todavía se continúa trabajando para conocer su
verdadera naturaleza (véase Fig. 2.15).



Figura 2.15 El aparato de Golgi aparece como
capas de vesículas vacías.
Figura 2.16 Secciones transversales de los cilios.

36. La Estructura de la Célula 31
Los centríolos son otros cuerpos redondos que están en el citoplasma. Son visibles durante la
mitosis y parece que influyen mucho en la formación de las fibras fusiformes. Se recordará, del trabajo
de Fleming, que esas fibras se adherían a los cromosomas. La micrografía electrónica revela una gran
similitud entre la estructura de los centríolos y los cilios. En la Fig. 2.16 se muestran varios cilios.



Figura 2.17 Este lisosoma ha sido aumentado
unas 65 000 veces.

Figura 2.18 La membrana celular, cuando se ve
aumentada unas 700 000 veces, muestra una doble cap a
de estructura distinta.
Las vacuolas son, simplemente, unos vasos alargados dispuestos aleatoriamente en el citoplasma.
Generalmente, contienen agua, alimentos o bien, mate rial de desecho que ha sido temporalmente
almacenado. Normalmente, las vacuolas de las plantas s on muy grandes y contienen savia. En los
animales, generalmente son más pequeñas y su función es muy variada.
Los lisosomas son partículas de tamaño intermedio entre las
mitocondrias y los ribosomas y fueron descubiertos por lo s
bioquímicos antes de ser observados en las células. Los lisosomas
son cuerpos con gran poder digestivo dentro de la célu la. Las
sustancias químicas de estos cuerpos permanecen en e l interior de
su membrana. Si esta membrana reventara, probableme nte toda la
célula sería digerida.
La membrana celular limita a la célula. Mientras está en
contacto con el medio, sirve como puerta de salida y también como
defensa de la célula. Permite la entrada de determi nadas
sustancias, al mismo tiempo que impide la entrada de otras. Su
estructura es bastante compleja, como se puede ver c on la ayuda del microscopio electrónico (véase
Fig. 2.18).
Cuando algunas partes de la membrana se rasgan, se pueden formar vacuolas dentro de la célula.
Las vacuolas, formadas de esta manera, se llaman vesículas pinocíticas. Este es uno de los medios por
el cual la célula puede absorber agua y partículas diminutas de alimentos.
Células diferentes tienen diversos tipos y números de orgánulos. Otras estructuras celulares, que
sólo mencionaremos de paso, son los cloroplastos, gotas de grasa y gránulos que almacenan el
glucógeno. La presencia de todas esas estructuras celulares, en una célula vegetal, se muestra en la
Fig. 2.20. Una composición semejante, de una célula animal, se puede ver en la Fig. 2.21.

Figura 2.19 En el
cuerpo de esta célula
se han formado
grandes vacuolas.
Otras se desarrollan
entre las extensiones
columnares de la
superficie celular. Esa
micrografía electrónica
muestra una célula
absorbente (aumentada
18 000 veces) del
intestino de un ratón.

37. La Estructura de la Célula 32

Figura 2.20 Modelo de una célula vegetal típica.


Figura 2.21 Modelo de una célula animal típica.

38. La Estructura de la Célula 33
Repaso
1. ¿Cuáles son las dos características del microscopio de contraste de fases?
2. ¿Cuántas veces es más potente el microscopio electrónico que el fotónico?
3. ¿Cuál es la estructura de la célula denominada “La central eléctrica”?
4. ¿Cuál es la red de canales que corre a través del citoplasma?
5. ¿Cuál es la función de los ribosomas?
Resumen
Los resultados obtenidos en la investigación celular confirman el concepto de que la célula es la unidad
básica de los organismos. Un hecho importante fue la generalización acerca del núcleo, que hizo Robert
Brown. Investigaciones posteriores, vinieron a confirmar que la célula tiene núcleo o material nuclear,
por lo menos en una parte de su vida. Otra contribución importante, hecha por Virchow, fue que cada
célula proviene de otra ya existente. Más tarde, Fle ming aclaró este concepto, demostrando que
durante la división celular, los cromosomas se dividen y distribuyen por partes iguales en dos células
hijas. Esta manera de reproducirse, llamada mitosis, se encontró aplicable, en principio, a todas las
células.
Varios factores ayudaron, en el siglo 19, a incrementar el interés por la investigación celular, entre ellos
los trabajos de von Siebold, que vinieron a reforzar e l concepto de que la célula era la unidad
fundamental y también llamar la atención acerca de l os organismos unicelulares independientes.
Pasteur contribuyó mucho, en las fermentaciones y enf ermedades, dando lugar a la microbiología,
ciencia que se desarrolló rápidamente. Otro investigador notable fue Virchow que, con sus trabajos
sobre las células anormales, ayudó a establecer la patología celular como ciencia y a la vez contribuyó a
aumentar el interés por los estudios estructurales.
La historia de la investigación celular está ligada al desarrollo técnico, lo que ha permitido a los
científicos realizar mejores observaciones y analizar la naturaleza de la estructura celular. El
perfeccionamiento del microscopio fotónico, que permitía cada vez mejores observaciones, llegó a su
clímax con la introducción del microscopio de contraste de fases. Sin embargo, el mayor desarrollo
científico, en esta área de la ciencia, tuvo lugar durante los últimos 20 años gracias el empleo del
microscopio electrónico. La investigación que se ha re alizado, con este tipo de microscopio, ha
permitido ver la estructura celular aumentada miles de veces. Aunque este instrumento tiene todavía
ciertas limitaciones, los resultados obtenidos han permitido a los biólogos desarrollar y mejorar los
modelos de la estructura celular.
Preguntas de Repaso
1. Indique algunos de los perfeccionamientos que ayudaron antes de 1900 a la investigación celular.
2. ¿Cómo influyeron las investigaciones de von Siebold en la investigación celular? ¿Cómo
contribuyeron al concepto de unidad?
3. ¿Cuáles fueron las dos formas en que los trabajos de Pasteur afectaron la investigación celular?
4. ¿Por qué el desarrollo de la patología celular contribuyó al conocimiento de la estructura celular
normal?
5. ¿Cuál es la principal ventaja del microscopio de contraste de fases sobre el microscopio fotónico?
Cite un ejemplo para su explicación.
6. ¿Cuáles son las ventajas que se obtienen con el mic roscopio electrónico? ¿Cuál es su mayor
limitación? Explique.
7. ¿Cuándo empezaron los científicos a hacer rápidos progresos con el microscopio electrónico?
8. ¿Cómo puede una vesícula pinocítica convertirse en una vacuola?
Análisis y Aplicación
9. Diga la diferencia que hay entre los siguientes dos principios: “Los organismos vivos están
compuestos por células”; “La célula es la unidad estructural fundamental de todos los organismos”.
¿Cuál es más importante? ¿Cuál es más exacto?
10. Si con un microscopio de contraste de fases pudiera ob servar sus propias células durante la
mitosis, usando el principio de Virchow vería que cad a célula proviene de otra; pero con las
observaciones de Fleming, llegaría a la conclusión de que los cromosomas son unidades perennes.
¿Por qué?

39. La Estructura de la Célula 34
11. ¿Cuál es la característica estructural importante de las células, que nunca podrá ver un estudiante
en las fotografías? (Sugerencia: Vea una de las citas de este capítulo).
12. En estos dos capítulos se vio cómo los científicos han penetrado más en la estructura de los seres
vivientes. Este capítulo concluye con las descripciones detalladas de la célula, obtenidas con el
microscopio electrónico. ¿Cuáles componentes de la m ateria viva cree que sea lógico estudiar
ahora?
Obras de Consulta
De Robertis, E.D.P., W.W. Nowinski y F.A. Saez. Cell Biology. 4ª ed. W.B. Sunders, 1965. Un texto
escolar para estudios celulares.
Hurry, Stephen W. The microstructure of cells. Houghton Mifflin, 1965. Es una excelente recopilación de
cómo la biología celular se ha desarrollado en la biología molecular. Muy bien ilustrada con micrografías
electrónicas.
Lehninger, Albert L. The Mitochondrion. W.A. Benjamin, 1964. Es un excelente libro, aunque muy
avanzado y caro.
Loew y Ariel G. y Phillip Siekevitz. Cell Structure Function (libro de bolsillo). Holt Rinehart & Winston,
1963.
Mercer, E.H. Cells: Their Structure and Function (libro de bolsillo). Doubleday, 1962.
Pfeiffer, John y los editores de Life. The Cell. Life Science Library, Time Inc., 1964. Una presentación
con los recientes avances en citología logrados gracias a los progresos de la tecnología. El texto tiene
muchas ilustraciones.
Schwartz, G.I. y P.W. Bishop, eds. Moments of Discovery (2 vol.). Basic Books, 1958. En estos
volúmenes se encuentran traducciones de manuscritos de los primeros científicos que trabajaron en
citología, Hooke, Brown y Schwann.
Swanson, Carl P. The Cell. 2ª ed. (libro de bolsillo). Prentice-Hall, 1964. Un resumen de la estructura
celular, teoría celular e instrumental para el estudio de la célula.
Revistas
American Journal of Botany
Whaley, W. Gordon y otros. “The Ultra Structure of the Meristematic Cell”. Junio 1960. Excelente
estudio de la célula; tiene descripciones detalladas de sus componentes.
Scientific American
Septiembre 1961. Este volumen se dedica al estudio d e la célula. Incluye temas sobre división celular,
especialización celular, movimiento de las células, comunicación entre las células, transferencia de
energía y cómo la célula absorbe cosas.
de Duve, Cristian. “The Lysosome”. Mayo 1963. El desc ubridor del lisosoma discute su papel en la
digestión intracelular.
Gay, Helen. “Nuclear Control of the Cell”. Enero 1960. Explica un posible mecanismo de la función del
núcleo.
Green, David E. “The Mitochondrion”. Enero 1964. La e structura molecular de la “central eléctrica
celular” tal como lo revela el microscopio electrónico.
Robertson, J. David. “The Membrane of the Living Cell” . Abril 1962. Con la ayuda del microscopio
electrónico se dilucida la unidad estructural de la doble membrana.
Satir, Meter. “Cilia”. Febrero 1961. Los cilios que s e encuentran en varias células son
extraordinariamente semejantes, independientemente del tipo de organismos donde se localizan.
Referencias Bibliográficas
1
W.S. Beck. Modern Science and the Nature of Life. Harcourt, Brace & World, Inc., 1957, p. 100.

40. La Estructura de la Célula 35
2
Mordecai L. Gabriel y Seymour Fogel, eds. Great Experiments in Biology (libro de bolsillo) ©1955.
Reimpreso con permiso de Prentice-Hall, Inc., Englewood Cliffts, N.J., p. 10.
3
Charles Singer. A History of Biology. Reimpreso con permiso de Abelard-Schuman, Ltd. Tod os los
derechos reservados, ©1959 por Abelard-Schuman, Ltd., p. 335.
4
Ibid. P. 344.
5
Gabriel y Fogel. Op. Cit. Pp. 240-245.
6 G.H. Hagas y otros. Introduction to Molecular Biology. John Wiley & Sons, Inc., 1964, p. 7.

41. Las Moléculas de la Vida 36

Los científicos emplean modelos moleculares para en tender las características de una molécula.
…No existe una línea divisoria entre las estructuras ya sea en el
sentido molecular o en el anatómico.
1

Sir Peter Medawar
Capítulo 3
Las Moléculas de la Vida
El microscopio electrónico ha permitido a los biólogos adquirir nuevos conocimientos
acerca de la estructura celular; conocimientos que son de extraordinario valor para los
investigadores que están tratando de comprender el t rabajo de la célula.
Desgraciadamente estos datos, así como los instrumento s e incluso el mismo microscopio
electrónico, no han sido suficientes para aclarar todos los problemas de los biólogos, ya
que ni con las mejores micrografías de las mitocondrias se ha podido responder todavía a
las 3 siguientes preguntas: (1) ¿Cuál es su natural eza molecular? (2) ¿Cuál es la disposición y
distribución específica de sus moléculas? (3) ¿Cuáles son los cambios que sufren estas moléculas?
En la investigación a nivel molecular, los biólogos unen sus estudios con los de las ciencias físicas.
Químicos y físicos han estado estudiando moléculas y átomos por muchos años y algún día podrán
contestar esas preguntas, gracias a sus conocimientos y a los nuevos instrumentos. En este capítulo
veremos algunos conceptos básicos que surgen como cons ecuencia de la investigación a nivel
molecular.
Unidades de Materia
Desde Aristóteles, los hombres se han preocupado por con ocer la estructura de la materia. El
filósofo griego Leucipo formuló la hipótesis de que la materia estaba compuesta de átomos. Esta idea
no tuvo gran aceptación; sin embargo, el término “á tomo” perdura como sinónimo de una “partícula
pequeñísima”.
Los átomos son los bloques más pequeños de que está con stituída la materia. Nadie ha podido ver
un átomo. Son tan extremadamente pequeños que ni co n el mejor microscopio electrónico es posible
verlos. Sin embargo, con la ayuda de varios instrumen tos se ha podido observar su comportamiento.

42. Las Moléculas de la Vida 37
Basándose en este comportamiento, los científicos han ideado teorías y modelos de las estructuras de
algunos de ellos.
3-1 Existen muchas clases de modelos atómicos. Los científicos, a medida
que han conocido más y más acerca de los átomos, han ido creando sus modelos.
Un modelo típico se muestra en la Fig. 3.1. Es un dibujo del átomo de hidrógeno.
El hidrógeno es el elemento más simple. Los elementos son las sustancias que,
químicamente, no se pueden dividir en otras más simpl es. Cada elemento tiene
sus propiedades químicas diferentes a las de los demás elementos. En el centro del
átomo está el núcleo. El hidrógeno tiene una partícula cargada positivame nte
llamada protón. Variedades menos comunes de átomos de hidrógeno tienen , en el
núcleo, una o dos partículas distintas al protón. Estas partículas se llaman
neutrones, porque no tienen carga eléctrica.
Girando alrededor del núcleo se encuentra el electrón, que es una partícula
cargada negativamente. Su movimiento es tan rápido que da la impresión de que
siempre está en todos los puntos de su órbita. Esta es la razón por la cual, en los
dibujos, el electrón se ve como una nube electrónica alrededor del núcleo. Los electrones de todos los
átomos se presentan de manera semejante, en relación al núcleo. En los modelos más antiguos de los
átomos los electrones se indicaban como puntos en órbita alrededor del núcleo.
3-2 Más protones, neutrones y electrones. Puesto que el átomo de
hidrógeno es el más simple, su modelo es el más senc illo. Modificando este
modelo, de acuerdo con la evidencia, podemos represent ar los demás tipos de
átomos. Los átomos tienen una estructura parecida, con la diferencia de que el
número de neutrones, protones y electrones es diferent e. En la Fig. 3.2, se
representa el modelo del átomo de oxígeno y se puede ver que el núcleo,
constituído por ocho protones y ocho neutrones, está rod eado de 8 electrones.
Sus 8 protones con carga positiva, se equilibran con los 8 electrones que tienen
carga negativa.
Un átomo eléctricamente balanceado, es decir, neutro, tiene tantos
electrones fuera del núcleo como protones en su interior. Sin embargo, lo que
puede variar es el número de neutrones, debido a que no alteran la naturaleza
eléctrica del átomo. Por ejemplo, las variedades menos comunes del hidrógeno
tienen uno o dos neutrones en el núcleo, aunque siemp re tienen un protón y un
electrón, hecho que da al hidrógeno sus propias características.



Ion positivo Ion negativo
Figura 3.3 Los iones son átomos cargados. ¿Cuál es la carga de cada uno
de los átomos que se ven en la figura?
No siempre los átomos son eléctricamente neutros. Hay oc asiones en que un átomo tiene diferente
número de protones y electrones. Este tipo de átomos s e llama ion. Si tiene más electrones que
protones, se llama ion negativo; en caso contrario se llama ion positivo (véase Fig. 3.3).
3-3 Los átomos se combinan unos con otros. El hidrógeno gaseoso existe en condiciones normales
como dos átomos enlazados o unidos. Esto se debe a que es más estable cuando tiene un segundo
electrón en su órbita. La estabilidad se obtiene cuando dos átomos de hidrógeno chocan y los dos

Figura 3.1 Un modelo del
átomo de hidrógeno.

Figura 3.2 Un modelo del
átomo de oxígeno.

43. Las Moléculas de la Vida 38
electrones empiezan a girar alrededor de ambos núcleos. La liga de los electrones entre los dos átomos
se llama enlace químico. Los enlaces químicos varían en la cantidad de energ ía que contienen. Los
grupos de átomos diferentes que se combinan formando un enlace químico se llaman moléculas. Un
modelo de molécula de hidrógeno se ve en la Fig. 3.4.
El símbolo del hidrógeno es H y el símbolo de la molécula es H2. Si hacemos
un análisis del oxígeno encontraremos que tiene una m olécula diatómica y que
por lo tanto, mientras el símbolo del átomo es O el de la molécula es O2.
3-4 ¿Cuántos tipos de átomos hay en la materia viva ? Existen 92 tipos de
átomos o elementos, en condiciones normales. Si analizam os una muestra de
materia viviente, ¿encontraremos los 92 elementos? En la Tabla 3-1 se puede
encontrar la respuesta. Se puede ver que con 4 elementos se forma el 97.4% de
los elementos presentes en el cuerpo humano: Hidrógen o 63.00%; oxígeno
23.5%; carbono 9.5% y nitrógeno 1.4%.
La mayoría de los átomos que constituyen la materia vi va se encuentran
enlazados entre sí y forman algunos tipos de moléculas básicas. Un hecho
extraordinario es, que, a pesar de que se trate de org anismos diversos, la
mayoría de sus moléculas son iguales o muy semejantes. Otra característica de
la materia viva es que sus moléculas no están dispe rsas o en desorden, sino
altamente organizadas.
Repaso
1. ¿Qué quiere decir “modelo” de un átomo?
2. Nombre dos componentes del núcleo atómico.
3. ¿Cuál es otro término para “electrón”?
4. Explique por qué el modelo de la Fig. 3.2 está eléctricamente
balanceado.
5. ¿Cuándo un átomo se convierte en ion?
Agua: La Molécula más Abundante
Si en un recipiente cerrado calentamos una mezcla de oxígeno e
hidrógeno, se romperían muchos de los enlaces que une s esas
molécula. Este rompimiento se debe al aumento de energ ía, que hace
que las moléculas vibren con más vigor y los choque s entre ellas
aumenten considerablemente. Este rompimiento de enlac es es tan
rápido, que la energía liberada produce una explosión. Entonces, en
fracciones de segundo, habrá átomos de hidrógeno y oxígeno en lugar
de moléculas de estos elementos. Es ese instante, n uevamente se
efectúa la unión, sólo que no será en forma de moléculas, como antes
existían, sino que un átomo de oxígeno atrae los elect rones de dos
átomos de hidrógeno y la reacción producida forma un nu evo
compuesto molecular, el agua, H2O.
3-5 El agua se encuentra donde hay vida. Por término medio, el
agua constituye el 75% de la materia viva. El agua presenta
características no usuales, que dan lugar a que su c omportamiento
sea totalmente diferente a los demás líquidos. A este comportamiento
se debe que el agua sea muy importante para los organismos vivos. Al
estudiar este compuesto, los científicos han descubierto que la causa
de su comportamiento especial radica en su estructura molecular y por
tanto, es conveniente ver cómo es su estructura.
3-6 Las moléculas del agua tienen una irregularidad en las cargas eléctricas. Los experimentos
han demostrado que la molécula de agua es parecida a la que se muestra en la Fig. 3.5. Podemos ver
que su forma es semejante a un triángulo. El núcleo del oxígeno, por tener 8 protones, posee una carga
positiva más fuerte que la de los dos núcleos de hidrógeno con sus dos protones. Debido a esto, los
electrones que giran alrededor del núcleo de hidrógeno son atraídos fuertemente por el núcleo del

Figura 3.4 Una molécula de
hidrógeno se puede representar
de cuatro maneras diferentes:
Como una fórmula desarrollada,
como fórmula molecular, como
una mancuerna o como un
modelo espacial.
Tabla 3-1
Elementos en el cuerpo humano
Elemento Símbolo % del total de
átomos en el
cuerpo
Hidrógeno H 63
Oxígeno O 23.5
Carbono C 9.5
Nitrógeno N 1.4
Calcio Ca 0.31
Fósforo P 0.22
Potasio K 0.057
Azufre S 0.049
Sodio Na 0.041
Cloro Cl 0.026
Magnesio Mg 0.013
Hierro Fe 0.0039
Trazas
Cinc Zn 0.00015
Manganeso Mn 0.00002
Cobre Cu 0.00001
Flúor F 0.00001
Yodo I 0.00001
Molibdeno Mo 0.00001
Cobalto Co 0.00001

44. Las Moléculas de la Vida 39
oxígeno. No debemos olvidar que cargas opuestas se atr aen y que su grado de atracción es
directamente proporcional al tamaño de la carga.
¿Cómo afecta esta distribución a la molécula? Primero, la mayor concentración
de cargas negativas está cerca del oxígeno “final” d e la molécula; segundo, los
núcleos del hidrógeno, que están cargados positivamente , no están totalmente
balanceados con las cargas negativas de los electrones. Por eso el hidrógeno “final”
de la molécula presenta una mayor concentración de ca rgas positivas. De ahí
resulta una molécula con dos polos, como si se tratara de un magneto. El oxígeno
final es el polo negativo y el hidrógeno final, es el polo positivo.
3-7 Las moléculas del agua se atraen unas a otras. La propiedad característica
del agua es el resultado de la naturaleza polar de la molécula, que es la responsable
del aumento de las fuerzas de cohesión que existen en el agua. Cohesión es el
término que indica el hecho de mantenerse unida una sustancia. Note que en la Fig.
3.6, Las fuerzas de cohesión impiden que el agua cubra la aguja y se hunda en el líquido. Ya sabemos
que las cargas opuestas se atraen. Por lo tanto, el polo negativo de una molécula de agua atrae al polo
positivo de otra y esta atracción es la que las mantiene juntas.
Cuando dos moléculas de agua están muy juntas, la fu erza de atracción entre
ellas es tan fuerte que se puede considerar como un tipo de enlace químico. Este
enlace se llama puente de hidrógeno y se ha encontrado que esta energía es igual
a un veinteavo de la energía de enlace de una molécula de este elemento. Cuando
se proporciona energía al agua por calentamiento es lógico que sus moléculas
vibren más y más. Esta vibración puede romper alguno s enlaces débiles de
hidrógeno y las moléculas de agua se pueden separar . Si la energía aumenta, las
moléculas individuales empiezan a desprenderse de la superficie del agua y pasan
al aire. Así es como se produce la evaporación.
La naturaleza polar de la molécula de agua es la cau sa principal del papel
importante que desempeña el agua en los organismos. No sólo estas moléculas se
atraen entre sí sino que también atraen a otros átomos o moléculas que están
cargados eléctricamente. Hay un gran número de oportu nidades para que esto suceda en los
organismos. La mayoría de las otras moléculas tienen partes cargadas eléctricamente que permiten que
el agua las pueda atraer fácilmente. El efecto sobresaliente del agua, sobre esas moléculas, es que las
dispersa a través de la célula y de su medio exterior. La dispersión de otras moléculas en el agua, es
otra manera de decir que muchos compuestos son soluble s en ella. Se podría imaginar a las moléculas
del agua como una flota de remolcadores que empujan y jalan a otros barcos por medio de cables o
sogas que se rompen fácilmente.
Repaso
1. ¿Qué porcentaje representa el agua en la materia viviente?
2. ¿Por qué el núcleo del oxígeno tiene una carga mayor que los dos átomos de hidrógeno?
3. ¿En qué se asemeja una molécula de agua a un magnet o?
4. Explique lo que entiende por “cohesión”.
5. ¿Cómo se llama el enlace químico que une a dos molécu las de agua?
6. Describa lo que le sucede a las moléculas de agua cuando se produce la evaporación.
Moléculas Orgánicas: Carbohidratos
Con excepción del agua y de ciertos minerales, la mayor parte de las moléculas de los organismos
vivos son orgánicas. Desde 1807 se emplea el término “orgánico”. En ese año, el químico sueco, Jöns
Berzelius, sugirió que toda la materia se podría clasificar como orgánica o inorgánica. La materia
orgánica se origina de un organismo vivo y la inorgánica no se origina de los organismos vivos. ¿En qué
forma se establece la diferencia? Los químicos de aquella época lo decidieron a base de una prueba
muy simple: Si se calentaba y enfriaba la materia o sustancia y no sufría ningún cambio significativo, se
clasificaba como inorgánica y si la sustancia sufría algún cambio durante el calentamiento y
enfriamiento, era orgánica; la madera, la harina, el cabello, son sustancias orgánicas.

Figura 3.5 Hay tres formas
de representar una molécula
de agua.

Figura 3.6 Las fuerzas de
cohesión entre las moléculas
del agua explican en parte la
tensión superficial. Eso es lo
que hace posible que el mosco
camine en el agua.

45. Las Moléculas de la Vida 40
3-8 Una definición moderna de materia orgánica. En la actualidad, los químicos continúan usando
los términos “orgánico” e “inorgánico”, pero no con el significado original. Ahora, no se considera la
materia orgánica como producto exclusivo de los organismos , sino que se define en forma más precisa,
como “cualquier sustancia que contiene varios átomos de carbono unidos entre sí o unidos al
hidrógeno”. Son miles las moléculas orgánicas sintetizadas por el hombre. La materia inorgánica es
simplemente cualquier materia que no sea orgánica.
3-9 Una descripción muy simplificada de un compuest o
químico. El término carbohidrato se aplicó como nombre
descriptivo, puesto que carbohidrato significa "carbón
hidratado". A principios del siglo 19 los químicos, al estudiar
sustancias, como madera, almidón, etc., encontraron que todas
estaban compuestas, principalmente, de carbono, hidró geno y
oxígeno. Al hacer el análisis de esas sustancias encontraron que
su fórmula era C 6H12O6. Posteriormente, encontraron otros
compuestos orgánicos con fórmulas similares por ejemplo,
C5H10O5 y C12H22O11. Observe que esas moléculas tienen una
relación de proporción de hidrógeno a oxígeno como el agua, es
decir 2:1. Este descubrimiento estimuló a los químicos a creer
estos compuestos eran cadenas de carbono unidas con moléculas de agua.
3-10 ¿Los carbohidratos son realmente, carbono y ag ua? Investigaciones posteriores revelaron
algunos hechos que hicieron menos descriptivo el nombre de los carbohidratos. Por ejemplo,
encontraron que las moléculas de agua no forman parte de la molécula del carbohidrato. Como se ve en
la Fig. 3.7, el hidrógeno y el oxígeno están unidos al carbono separadamente. También se descubrió
que la relación hidrógeno-oxígeno de 2:1, no se presenta siempre en los carbohidratos. En el Capítulo 6
se verá algo acerca del carbohidrato es una excepción. Este compuesto se llama de desoxirribosa, con
fórmula C5H10O4.
Los carbohidratos son los compuestos orgánicos que más a bundan en naturaleza y que se
encuentran en las plantas, en mayor cantidad en los animales. Estos dos hechos, tan importantes, son
fáciles de explicar. La mayoría de los carbohidratos son sintetizados por las plantas verdes, durante el
proceso de la fotosíntesis. La inmensa variedad de plantas verdes, que hay en la Tierra, explica la
abundancia de los carbohidratos. A pesar de su canti dad, no hay en los organismos vivos una gran
variedad de carbohidratos. Muchos son exactamente igu ales, lo mismo si se trata de un roble, de una
jirafa o de uno mismo.
3-11 Los azúcares simples son las unidades básicas de los carbohidratos. Los carbohidratos
están formados por moléculas llamadas azúcares simples o monosacáridos. Los tres azúcares simples
más importantes son: Glucosa, galactosa y fructosa. Los tres tienen la misma fórmula condensada
C6H12O6, aunque son diferentes. Esto es fácil de comprobar con sus fórmulas estructurales que se ven
en la Fig. 3.8. La disposición estructural de los átomos de las moléculas es diferente y les da cada una
sus características propias.





Glucosa Galactosa Fructosa
Figura 3.8 Tres monosacáridos
¿En cuáles organismos vivos se pueden encontrar los azúcares simples? La mayor parte de ellos se
encuentran en las plantas y productos vegetales. La glucosa, se encuentran las uvas y la miel. En
efecto, este azúcar se llama, con frecuencia, "azúcar de uva". La fructosa, como se presupone, si se
conoce algo de etimologías, se encuentra en diversas frutas y también en la miel. En cambio, la

Figura 3.7 El nombre químico
de este carbohidrato es
gliceraldehído. Note que
aunque su fórmula es C 3 H6
O3, no hay agrupamientos
H2O, debido a que este
carbohidrato tiene una cadena
de tres carbonos llamada
triosa. Las tetrosas tienen
cuatro carbonos; las pentosas
cinco y las hexosas seis.
Principalmente nos interesan
las hexosas y pentosas, por
ser los azúcares más simples.

46. Las Moléculas de la Vida 41
galactosa, rara vez se encuentra sola como monosacárido, que casi siempre está combinado con otros
monosacáridos y forma parte de una molécula grande.



Maltosa Lactosa


Figura 3.9 ¿Cuáles son los monosacáridos en
cada uno de estos disacáridos?
Sacarosa
De los tres monosacáridos, la glucosa es la que desempeña un papel más importante en la mayoría
de los organismos vivos. La energía de los enlaces de la glucosa proporciona, indirectamente, la mayor
parte de la energía que necesitan los organismos para su propia actividad. ¿Significa eso que cada
organismo debe tener su propio almacén de uvas o de mi el, para obtener la glucosa necesaria? Esta
pregunta se podrá contestar mejor, después de haber a prendido algo acerca de las moléculas mayores
de carbohidratos.
3-12 La sacarosa es un carbohidrato compuesto por d os unidades. Cuando se
unen dos moléculas de monosacáridos se produce una molécula de un azúcar doble o
disacárido. Los azúcares dobles son un poco más complejos. La sacarosa es una
molécula de disacárido formada por una molécula de fru ctosa y otro de glucosa. En
la Fig. 3.9, se muestran las fórmulas estructurales de los tres disacáridos más
importantes. De los disacáridos, el más importante es la sacarosa. Si aún no lo ha
incluído le diremos que la sacarosa es el azúcar co mún que usamos en la casa.
Aunque la sacarosa se obtiene de muchas plantas, la de mejor calidad es de caña de
azúcar, de remolacha y de arce.
Todos los disacáridos que comemos, para que puedan ser absorbidos por la
sangre es necesario que se rompan en sus respectivos monosacáridos. Éste es uno
de los procesos digestivos que se estudiará en el Capítulo 15.
3-13 La celulosa es un carbohidrato formado por muc has unidades. La mayor
parte de los carbohidratos se encuentran en forma de grandes moléculas compuestas
de una o de muchas unidades de monosacáridos, ligeram ente cambiados en azúcares
simples (véase Fig. 3.10). Las moléculas grandes de carbohidratos se llaman
polisacáridos, que significa "muchos azúcares". La celulosa, que es el polisacárido
más abundante, está constituída por un gran número de moléculas de glucosa. Es de
suponer que algo de lo que usted lleva puesto o algo de donde está sentado sea de
celulosa (véase Fig. 3.11). Debe saber que lo que está viendo en este momento – el
papel – es de celulosa.
La celulosa difiere en un aspecto importante de otros p olisacáridos formados por glucosa. Las
unidades de glucosa están muy unidas de manera que p ocos organismos la pueden separar con sus
jugos gástricos. Herbívoros, como las ovejas, caballos, ganado cabrío y vacuno, comen celulosa, pero,
gracias a los microorganismos que se encuentran en su aparato digestivo, pueden desdoblar sus
moléculas y digerirla.

Figura 3.10 En el dibujo se
ve un segmento de la
cadena de un polisacárido,
mostrando las subunidades
de glucosa unidas.

47. Las Moléculas de la Vida 42
3-14 El almidón de las plantas y el glucógeno tambi én son
carbohidratos. Estos dos polisacáridos de glucosa representan un importante
almacén para la glucosa. Lo importante en este tipo de almacenamiento está
en que el enlace, que une las moléculas de glucosa, se rompe fácilmente. En
general, la glucosa se almacena en las plantas en f orma de almidón y los
animales lo almacenan como glucógeno.
Las plantas almacenan el almidón en las semillas, tallos y raíces, de donde
lo toman como fuente de energía para el desarrollo de n uevas plantas. A
diferencia de la celulosa, el almidón puede ser digerido por la mayoría de los
animales. Así, el hombre procesa el almidón en alimen tos como el pan e
incluso puede ser cocido y comido directamente, como las papas.
El glucógeno es una cadena ramificada de moléculas de glucosa que se
forma en el hígado y músculos de los animales mayores. Lo mismo que la almidón, los enlaces que
mantienen unidas las moléculas de glucógeno son ideales para el almacenamiento de glucosa; de ahí se
puede obtener rápidamente la energía.
Repaso
1. Diga el significado moderno de "materia orgánica".
2. Diga tres unidades básicas de carbohidratos.
3. ¿Cual es la propiedad que tiene la glucosa, que la hace muy
importante?
4. ¿Qué diferencia hay entre glucosa y sacarosa?
5. Nombre tres polisacáridos.
6. ¿Por qué no podemos digerir la celulosa?
7. ¿Por qué es fácil la digestión de almidón?
Proteínas
Proteínas hasta ahora, se han estudiado las moléculas que son las mismas o casi las mismas, en
todos los organismos vivos. Pero no es lo mismo, en el c aso de las proteínas, puesto que en cada
organismo se encuentran cientos y, tal vez, miles de proteínas diferentes. Aunque algunas de ellas
pueden ser las mismas para ciertos organismos, hay la posibilidad de que en cada organismo muchas
de sus proteínas sean únicas; este es un hecho impor tante. La gran diversidad de proteínas, al nivel
molecular, es lo que cuenta para la gran diversidad de células, tejidos, órganos y organismos
individuales.





Alanina Glicina Leucina
Figura 3.13 Tres aminoácidos diferentes.
3-15 Los aminoácidos, son las unidades básicas de l as proteínas. Las proteínas son como
cadenas de moléculas formadas por otras moléculas más pequeñas llamadas aminoácidos (véase Fig.
3.12). De la misma manera que los monosacáridos son l os azúcares simples de las grandes moléculas
de los polisacáridos, los aminoácidos son las unidades p ara la formación de las moléculas de las
proteínas. En la materia viva hay unos 20 aminoácidos comunes. Dentro de una proteína determinada
se puede encontrar muchas veces un mismo aminoácido. L as proteínas contienen, a menudo, varios
cientos de aminoácidos.

Figura 3.11 La recolección del
algodón, es realmente la cosecha de
fibras de celulosa, ya que su capullo
contiene 90% de celulosa.

Figura 3.12 Las proteínas son largas
cadenas de aminoácidos.

48. Las Moléculas de la Vida 43
En la Fig. 3.13, están las fórmulas estructurales d e algunos
aminoácidos; observe las similitudes y las diferencias que hay entre ellos.
Todos tienen un átomo de carbono llamado carbono alfa, al cual están
enlazados otros cuatro grupos diferentes de átomos. Tres de los últimos
son siempre los mismos. El carbono alfa siempre tiene un átomo de
hidrógeno, un grupo camino (NH 2) y un grupo ácido (COOH) (véase la
Fig. 3.14). El grupo que es diferente para cada aminoácido se denomina
radical y se representa por R. El grupo R, varía des de un átomo de
hidrógeno, en el aminoácido más simple, la glicina, hasta grupos de
átomos más complejos. Estos grupos pueden ser cadenas l ineales, como
la arginina o estructuras de anillo, como el triptófano.
3-16 Es importante la secuencia de los aminoácidos en la
molécula. La estructura primaria de una molécula de proteína es la
secuencia específica que siguen los aminoácidos al unirse unos a otros
para formar la cadena. El comportamiento de cada prot eína depende, en
gran parte, de esta secuencia. Los enlaces que unen una molécula de un
aminoácido con otra molécula, se forman entre el grupo amino de una molécula y el grupo ácido de la
otra. En la Fig. 3.15, se ve como se establece esa un ión. El enlace químico que resulta entre dos
aminoácidos se llama enlace peptídico. Observe que durante esta reacción química se forma una
molécula de agua. Nuestro organismo u otro que emplee como alimentos a los aminoácidos de las
proteínas, tendrá necesidad de romper ese enlace pept ídico. Este rompimiento se efectúa durante el
proceso digestivo.
Los químicos usan con frecuencia los términos péptido y
polipéptido para describir una cadena de proteínas de menos
de 50 aminoácidos. Aunque esta no es una regla prec isa, la
usaremos y limitaremos nuestro uso del término proteína para
las moléculas que contengan más de 50 aminoácidos.
¿Cuántas palabras diferentes se pueden formar
combinando las 28 letras del alfabeto? En realidad el número
de palabras que se puede formar es muy grande y toda vía lo
es mucho más el número de combinaciones de letras que se
pueden hacer. Una cosa semejante acontece en la natu raleza
cuando se forman las proteínas por la combinación de los 20
aminoácidos.
3-17 Las proteínas pueden estar enrolladas y doblad as.
Si conociera la estructura primaria de una proteína sólo
conocería una parte de su historia, ya que muchas de ellas no
son simplemente largas cadenas de aminoácidos, como se ve
en la Fig. 3.16. Es muy probable que estén dobladas y
enrolladas, como si estuvieran formando un gran nudo y esto
no es, precisamente un enredo casual. Si todos los factores son los mismos, dos moléculas proteicas
con la misma estructura primaria, probablemente tam bién presentarán la misma estructura
tridimensional; es decir, la secuencia de los aminoácidos y la cadena tiene una gran influencia sobre los
tipos de dobleces y rizos que presenta una molécula. Pero, ¿cómo se puede explicar esto?
Los dobleces y rizos de una molécula de proteínas dep enden, principalmente, de la atracción que
existe entre el los átomos o grupos de átomos, que se encuentran a lo largo de la cadena proteica. Si
todos los aminoácidos fueran iguales, no habría tanta variedad en las formas de las moléculas
proteicas; pero esto no sucede así, porque los grupos R de los aminoácidos hacen que cada aminoácido
tenga su propia naturaleza peculiar. La estructura de la proteína depende en gran parte de la
interacción de los grupos R.
Pongamos, por ejemplo, el caso de la cisteína, que ilustrará este hecho. Si tenemos dos moléculas
de aminoácido en cualquier parte de la cadena, es muy probable que sus grupos R se unan con fuertes

Figura 3.14 En la figura se ven las
diferentes partes de un aminoácido. El
carbono alfa, que está en el centro, se une
(mencionándolos en el sentido de las
manecillas del reloj) con un átomo de
hidrógeno, un grupo ácido, un grupo R y
un grupo amino.

Figura 3.15 En la formación de un enlace peptídico
intervienen muchas enzimas. Al formarse este enlace se
libera una molécula de agua.

49. Las Moléculas de la Vida 44
enlaces. El número y ubicación de las cisteínas, dentro de la cadena puede cambiar completamente la
estructura de esa proteína, como se muestra en la Fig. 3.17.
Muchos de los enlaces que mantienen doblada enroscada
la molécula proteica, son los puentes de hidrógeno má s
débiles. Esto es muy importante puesto que explica po r qué
muchas proteínas sean tan sensitivas el calor y aclara por qué,
al tener fiebre muy alta, el cuerpo puede resentir daños. Estos
daños es muy probable que se produzcan por una alter ación de
la estructura de ciertas moléculas proteicas estratégicas.
El efecto del calor produce aumento en el movimiento
dentro de la molécula proteica y tiene lugar el rompimiento de
los enlaces de hidrógeno. El calentamiento también q ue
reproducir el rompimiento de unos enlaces y la formaci ón de
otros; esto es lo que sucede cuando calentamos un nuev o y se
rompen los enlaces. La clara del huevo está constituida, principalmente por agua y proteína llamada
albúmina. El calentamiento cambia la estructura de la albúmina.

Figura 3.17 El grupo R de la cisteína contiene átomos de azufre que se unen entre sí. Dos moléculas de
cisteína unidas de esta manera forman el aminoácido cistina.
3-18 La hemoglobina es un ejemplo de una proteína. Además de los dobleces y rizos que se
presentan en las moléculas proteicas, hay otras carac terísticas que aumentan su complejidad. Por
ejemplo, la mayoría de las proteínas tienen en su estructura, probablemente, dos o más cadenas de
aminoácidos. Esas cadenas pueden enlazarse entre sí, de diversas maneras lo que da lugar a que
aumente el número de dobleces y rizos en el interior d e la molécula. Además, se sabe que muchas
proteínas tienen átomos diferentes clases. Estos átomos pueden estar en un número de diferentes
posiciones dentro de la molécula.
Quizás sorprenda que nadie conociera la estructura de las moléculas y mucho menos de una que es
tan grande y compleja como la proteína. Hasta este momen to no hemos deliberadamente explicado
cómo los científicos la llegaron a conocer. Sin embargo, es importante que se dé cuenta de la
naturaleza compleja de las proteínas y de que tenga una idea de cómo ha sido conducido este tipo de
investigación. Esa finalidad se ha podido conseguir mediante el estudio y la investigación, hasta llegar
al conocimiento de su estructura. La hemoglobina, para este propósito, es una molécula ideal.
Hay unos 280 millones de moléculas de hemoglobina en cada uno de los glóbulos rojos. Esas
moléculas se combinan con el oxígeno, en nuestros pul mones y lo transportan a todas las células. La
hemoglobina es una de las pocas proteínas de la cual se conoce totalmente su estructura. La molécula
de hemoglobina consta de dos pares de cadenas de aminoá cidos que contienen en total unas 574
moléculas de aminoácidos. Cada una de estas cadenas tiene un grupo de átomos llamado grupo hem.
Este hem, contiene el fierro, que es el elemento que le proporciona el color rojo a la sangre. El hem,
también es responsable de la facultad que tiene la h emoglobina para actuar como molécula
transportadora de oxígeno (véase Fig. 3.18).

Figura 3.16 Esta
micrografía electrónica
muestra las fibras de
colágeno aumentadas
unas 42,000 veces. El
colágeno es la proteína
que constituye la mayor
parte del tejido fibroso
del cuerpo.

50. Las Moléculas de la Vida 45


Figura 3.18 El grupo hem.
¿Cuanto se conoce acerca de la estructura primaria de la hemoglobina? Recientemente han estado
trabajando, en Estados Unidos y en Alemania, los equip os científicos, sobre la secuencia de los
aminoácidos en las cuatro cadenas. ¿Qué se sabe acerc a de la forma tridimensional de la hemoglobina
y de los grupos hem, que están unidos a la cadena? E sta pregunta fue contestada por el ganador del
Premio Nóbel de Química, 1962, con su trabajo para obtener ese conocimiento. El Dr. Max Perutz en un
reciente artículo, en el que describe la naturaleza de la estructura proteica de la hemoglobina, dice:
En 1937, un año después de haber entrado la Universi dad de Cambridge (Inglaterra) como
estudiante graduado, escogí el análisis de la hemoglobina con rayos X y la colocación del
oxígeno de la sangre, como tema de mi trabajo de invest igación. Afortunadamente, los
revisores de mi tesis doctoral no insistieron en la determinación de la estructura, de otra
manera, hubiera permanecido 23 años como estudiante graduado. En efecto, la resolución
completa del problema, acerca de la localización de cada átomo en esta molécula gigante,
aún está pendiente, pero la estructura ha sido conocida con suficiente detalle para revelar
los intrincados dobleces tridimensionales de cada una de sus cuatro cadenas componentes
de aminoácidos y la posición de los cuatro grupos pigm entos que llevan el oxígeno a los
sitios de combinación.
2

¿Cómo conocieron los investigadores la estructura de hemoglobina? El Dr. Perutz mencionó una de
las técnicas, el análisis con rayos X. Otras técnicas han desempeñado un papel importante en la
determinación de la estructura molecular. En la Fig. 3.19, se muestra un modelo basado en el trabajo
de Perutz.
3-19 ¿Es importante la estructura de una proteína? La respuesta es afirmativa, la estructura de
una proteína es muy importante. Según las investigaciones recientes se ha visto que pequeños cambios
en la estructura de una proteína pueden producir pro fundos cambios en la función total de un
organismo. Los cambios que sufre la hemoglobina ilustran este hecho importante.
Hace unos 50 años fue descubierta una nueva enfermeda d de la sangre llamada anemia falciforme
(forma de hoz) a consecuencia de que los pacientes afe ctados por esa enfermedad, presentaban a
menudo glóbulos rojos anormales, en forma de hoz, como s e ve en la Fig. 3.20. Investigaciones
posteriores revelaron diferentes hechos interesantes acerca de la enfermedad. Se descubrieron que
podía tener dos formas: Una menos peligrosa que la otra . La benigna se encuentra ampliamente
distribuida entre los nativos del África central y occidental y entre sus descendientes de América; los
efectos de esta enfermedad no son del todo malos para lo s pacientes. Los nativos que las sufren
parecen tener una mayor inmunidad a los parásitos prod uctores de la malaria. Estos parásitos invaden
los glóbulos rojos y el hecho más interesante es que esta enfermedad es hereditaria.

51. Las Moléculas de la Vida 46

Figura 3.19 Modelo de la molécula de hemoglobina de Perutz.
La verdadera naturaleza de esta enfermedad se conoci ó gracias a las investigaciones a nivel
molecular. En 1949, unos investigadores encontraron ciertas diferencias en la molécula estructural de
hemoglobina entre los pacientes de esta anemia y la de las personas sanas. Pero fue hasta 1957 que el
inglés Vernon Ingram demostró, en forma precisa, la di ferencia entre estas dos hemoglobinas.
Demostró que en dos de las cadenas idénticas de hemog lobina, la anormal presenta un aminoácido en
lugar de otro que está presente en la molécula normal. Exteriormente, Ingram mostró el lugar exacto,
en la secuencia de aminoácidos, donde tiene lugar es alteración. Encontró que en la hemoglobina
normal había, en el lugar del aminoácido, ácido glutámico; mientras que en la cadena anormal ese
lugar lo ocupa el aminoácido valina. Por lo expuesto anteriormente, vemos que esa insignif icante
alteración, dos aminoácidos entre 574, es suficiente para cambiar toda la estructura de la proteína.
Esas aparentemente pequeñas alteraciones son suficientes para producir cambios en el comportamiento
de la molécula y estos cambios pueden ocasionar serias enfermedades.
3-20 En los organismos hay otras moléculas orgánica s importantes.
El agua, los carbohidratos y las proteínas, son las m oléculas más
abundantes en los organismos vivos. Sin embargo, todaví a hay una gran
variedad de moléculas que desempeñan papeles vitale s, dentro de los
organismos. Entre ellas se pueden mencionar los lípidos, que incluyen las
grasas y los aceites. Aunque, generalmente, no se presentan en gran
cantidad, son los responsables de la forma estructural de los organismos
vivos. Las grasas y aceites, frecuentemente se encuentran combinados, ya
sea con polisacáridos o con proteínas.
Los ácidos nucleicos son otra variedad de las moléculas orgánicas
presentes en los organismos vivos. Recientemente se ha descubierto que
los ácidos nucleicos DNA y RNA son tan importantes que s e les ha
nombrado "las moléculas maestras". De momento, no est udiaremos
estructura; lo haremos en el Capítulo 6, donde podrá adquirir los conocimientos acerca de sus
estructuras.

Figura 3.20 En la anemia, los glóbulos
rojos toman forma de hoz.

52. Las Moléculas de la Vida 47
Repaso
1. ¿Cuál es la razón básica de la gran diversidad de células y organismos individuales?
2. ¿Cuáles son las unidades básicas de las proteínas?
3. Nombre las partes de los aminoácidos que son siempre las mismas.
4. ¿Por qué muchas proteínas se doblan y enroscan?
5. Nombre una proteína que contenga un átomo de fierro.
Resumen
La materia está formada por partículas llamadas átomos . Las formas de materia más simples son
grupos de átomos con las mismas propiedades químicas. Estas formas simples se llaman elementos.
Hay 92 elementos. Los átomos se unen unos con otros y forman moléculas. Para que se forme el enlace
es necesaria una determinada cantidad de energía, llamada energía de enlace químico.
El agua es el compuesto que más abunda en los organismo s. Debido a los arreglos de enlace dentro de
la molécula de agua, tiene características polares. Esta polaridad explica su capacidad para disolver
muchas sustancias.
Los carbohidratos son un grupo importante de moléculas orgánicas de la materia viva. Hay tres clases
de carbohidratos: Monosacáridos, disacáridos y polisacáridos. Los azúcares simples mejor conocidos son
las hexosas: Glucosa, fructosa y galactosa. Entre los disacáridos, el más conocido es la sacarosa o
azúcar de mesa. Polisacáridos son los carbohidratos más comunes. La celulosa, que se forman las
paredes celulares de las plantas es el polisacárido más abundante. Es un compuesto muy resistente a la
digestión y es el principal componente de la estructura de muchas sustancias conocidas.
Las proteínas constituyen el grupo de moléculas más gr andes de la materia viva; además, son
sumamente importantes en la estructura y funcionamien to de los organismos. La clave para
comprender su papel es entender la estructura de la molécula. La secuencia de los aminoácidos en la
molécula es de importancia fundamental. Los dobleces y rizos de la cadena de aminoácidos son
ocasionados por los diferentes grupos R, en cada aminoácido.
Preguntas de Repaso
1. Explique por qué los científicos usan modelos para describir los átomos.
2. Describa la diferencia entre el oxígeno y el hidrógeno, considerando los electrones, neutrones y
protones.
3. Explique la diferencia en el significado de los términos "elemento" y "molécula".
4. Explique la diferencia entre átomo e ion.
5. ¿Cómo difiere un átomo de hidrógeno de una molécula de hidrógeno?
6. Explique la naturaleza polar de la molécula del agua.
7. Describe el significado del término "puente de hidrógeno".
8. Explique el origen de la palabra "carbohidrato".
9. ¿Por qué hay más carbohidratos en las plantas que en los animales?
10. Diga dos razones por las cuales la glucosa tiene una gran importancia en los organismos vivientes.
11. ¿Cómo es un aminoácido comparado con un monosacárido?
12. ¿Qué es lo que hace común a los 20 aminoácidos?
13. Explique, ¿cómo se comparan las palabras con las proteínas?
Análisis y Aplicación
14. Con ayuda de un libro de química, explique el significado de "enlace covalente".
15. William Harvey ayudó a establecer la idea: La estructura determina la función. Diga un ejemplo de
este principio extendido al nivel molecular.
16. Si se coloca un huevo en el piso expuesto al Sol, durante uno de los días calurosos de verano y se
pueden observar cambios visibles en la clara. ¿Qué es lo que sucede y por qué?
17. Varias clases de animales vendados, caballos, chapulines, etc., utilizan normalmente la celulosa o
fuente de energía. Pero si vivieran en la naturaleza, como organismos individuales, probablemente
morirían. Explique.
18. Nombre 10 objetos diferentes que tenga a su vista, compuestos en gran parte por celulosa.

53. Las Moléculas de la Vida 48
19. Por sus estudios acerca de las estructuras moleculares de las proteínas, el biólogo de una fuerte
evidencia de la unidad de todos los organismos, pero también de la razón fundamental de la gran
diversidad en la materia viviente. Analice y explique esas ideas.
Obras de consulta
Asimov, Isaac. The Chemicals of Life (libro de bolsillo). New American Library, 1962.
The World of Carbon (libro de bolsillo). Biblioteca de servicio Collier Mac-Millan, 1962. Una introducción
a la química de los compuestos orgánicos.
Bronowski, J. y otros. Doubleday Pictorial Library of Science. Doubleday, 1960. Una historia de la física,
bien ilustrada y de fácil lectura.
Choppin, Gregory R. y Bernard Jaffe. Química: Ciencia de la materia, la energía y el cam bio.
Publicaciones Cultural, S.A., 1967. Un texto excelente de química.
Gerard, R.W. Unresting Cells. Capítulo 3 (libro de bolsillo). Harper & Row, 1961.
Grunwald, Ernest y Rusell H. Johnsen. Atoms, Molecules and Chemical Change . Prentice-Hall, 1960. Un
texto básico para química que no requiere grandes co nocimientos científicos y matemáticos, para
entenderlo.
Haggis, G.H. y otros. Introduction to Molecular Biology. Wiley, 1964. Una excelente obra sobre la
estructura e importancia de las moléculas; adecuada para una introducción a los enlaces de hidrógeno y
estructura proteica.
Loewy, Ariel G. y Phillip Siekevitz. Cell Structure and Function (libro de bolsillo). Modern Biology Series
and Rinehart & Winston, 1963.
Noller, Carl P. Textbook of Organic Chemistry, 2ª ed. W.B. Saunders, 1965. Un tratado sencillo de la
química de los compuestos orgánicos.
Pauling, Linus y Roger Hayward. The Structure of Molecules. W.H. Freeman, 1964. Un bello libro
ilustrado, de los átomos y las moléculas. Incluye descripciones y diagramas de electrones y núcleo
atómico, la molécula del agua, el puente de hidrógeno , las grandes cadenas de polipéptidos y la
molécula de la hemoglobina.
Romer, Alfred. The Restless Atom (libro de bolsillo). Doubleday, 1960. Esta es la historia de los
progresos logrados en el estudio del átomo en el sigl o 20. En algunos casos, se habla de los
experimentos de Roentgen, Becquerel, Rutherford, los Curie y Bohr.
Scout, Ewing C. y Frank A. Konda. The Nature of Atoms and Molecules. Harper & Row, 1962. Un libro
de química.
White, Emil H. Chemical Background for the Biological Sciences (libro de bolsillo). Foundations of
Modern Biology Series, Prentice-Hall, 1964.
Revistas
Scientific American
Kendrew, John C. “The Three-dimensional Structure of a Protein Molecule”. Diciembre 1961. Una
explicación de los dobleces y rizos de los aminoácidos de las proteínas.
Perutz, Max. “The Hemoglobin Molecule”. Noviembre 196 4.
Phillips, David C. “The Three-dimensional Structure of an Enzyme Molecule”. Noviembre 1966.
Stein, William H. y Standford Moore. “The Chemical Structure of Protein”. Febrero 1961. La estructura
de las tres proteínas que han sido estudiadas. Conociendo su estructura se puede deducir su función.
Zuckerkandl, Emilie. “The Evolution of Hemoglobin”. May o 1965. La evolución de la hemoglobina se
puede ver por una comparación de la secuencia de los aminoácidos de la hemoglobina humana con la
de otros animales.
Referencias Bibliográficas

54. Las Moléculas de la Vida 49
1
Sir Peter Medawar, F.R.S. Reimpreso con permiso de Nature, 207: 1327-1330 (1965). También
aparece en “A Biological Retrospect”, BioScience, febrero 1966, p. 95.
2
M.F. Perutz. “The Hemoglobin Molecule”. Scientific American, noviembre 1964, p. 64. Reimpreso con
permiso, Copyright ©1964 por Scientific American, Inc. Todos los derechos reservados.

55. Los Organismos y su Medio Ambiente 50

Una manada de búfalos americanos es una población d e organismos en interacción con el medio ambiente.
…la estructura y función a cualquier nivel, explica solamente en parte
la estructura y función a otro nivel, el cual, a su vez, debe ser
estudiado para completar el cuadro.
1

Eugene P. Odum
Capítulo 4
Los Organismos y su Medio Ambiente
Desde tiempos remotos, anteriores a Aristóteles, el hombre busca respuestas adecuadas a
los interrogantes que se refieren a los organismos vivos. En los tres capítulos anteriores se
vieron las investigaciones relacionadas con el cuerp o de los organismos. Aristóteles,
Vesalius y Harvey investigaron los órganos y sistemas de órganos y a principios del siglo
XIX, debido a los descubrimientos de Bichat de que lo s órganos están compuestos de
tejidos, la investigación se dirigió, de los órganos a los tejidos; posteriormente, la
investigación condujo al descubrimiento de que los tejidos están formados por células. Actualmente,
una gran parte de la investigación se está enfocando al estudio de las moléculas.
La investigación biológica, dirigida hacia el conocimiento del interior de los organismos individuales,
ha producido valiosas informaciones. Las investigaciones más recientes, a nivel celular y molecular, han
logrado resultados que han ayudado a comprender lo q ue se había considerado como "el secreto
íntimo" de la vida. Con estos resultados, es fácil creer que los biólogos están realmente en vías de
comprender lo que sucede en el interior de los organismos. Este optimismo lleva a pensar que pronto
se conocerán todos los "secretos" de la vida, aunque, desgraciadamente, estamos todavía muy lejos de
conocerlos.


Un Caso Histórico

56. Los Organismos y su Medio Ambiente 51
Con todo y lo valiosa que el investigación, difícilmente los biólogos podrán encontrar respuestas
totalmente satisfactorias estudiando sólo el interior de los organismos. En realidad, no todas las
respuestas secretas de la vida están "escondidas" en los organismos, como tesoros ocultos. Quizás un
ejemplo ayude a comprender por qué los biólogos deben est udiar, además, el medio ambiente y los
niveles de organización biológica, más altos que los organismos individuales.
4-1 Mareas envenenadas. Harán más o menos 20 años que los
residentes de las costas del poniente de la península de la Florida,
sufrieron una experiencia muy desagradable. Durante unos seis meses,
las bellas aguas de esas playas se transformaron en u na especie de
caldo amarillo, con olor desagradable. Este hecho repentino y temporal
causó una pequeña catástrofe (véase Fig. 4.1). Los in vestigadores de
ese acontecimiento reportaron:
Tortugas, crustáceos, ostras, camarones y cangrejos m urieron y
los peces malolientes se fueron apilando a lo largo de unos 90 km
de las playas. Las salpicaduras del oleaje producían irritaciones y
hubo necesidad de cerrar tanto los hoteles como las escuelas.
2

Cuando los investigadores examinaron muestras de esas aguas
amarillentas, con el microscopio, comprobaron que los hechos descritos
eran el resultado de una actividad biológica. Las aguas contenían gran
cantidad de microorganismos unicelulares dinoflagelados amarillos, que flotaban con frecuencia en la
superficie de las aguas marinas (véase Fig. 4.2). Esta clase de dinoflagelados produce una sustancia
química muy tóxica para los animales marinos y se h abían multiplicado tan rápido, que las aguas
cercanas a las playas podrían causar la muerte a pec es y otros animales marinos. Algunas de estas
"mareas venenosas" también se han producido en playa s de otras regiones del mundo. Cuando esto
sucede, la gente sufre trastornos gástricos e incluso la muerte, si come peces u otros animales
impregnados de estas toxinas.
La aparición repentina de esta marea es un problema biológico que todavía no se
ha podido resolver completamente. Esto nos lleva a una pregunta muy importante:
¿Cuáles son los factores causantes de este gran aumento de dinoflagelados tóxicos?
¿Cómo se podrían contestar estas preguntas? ¿Parece razonable que se
encontrará la respuesta, haciendo estudios de del fun cionamiento interno de los
dinoflagelados? ¿Se puede encontrar fuera del cuerpo de los organismos? Ninguna de
las dos alternativas puede ser totalmente satisfactoria. Ambas se deben considerar y
los investigadores que trabajan en este problema nos ilustran sobre estos casos.
4-2 Un grupo de investigadores estudie el problema. Al experimentar con
dinoflagelados, los investigadores conocieron que la vitamina B-12 era una sustancia
indispensable para su funcionamiento normal. También se dieron cuenta que no
podían sintetizar la vitamina y que la obtenían del m edio ambiente, es decir, del
agua que los rodea. Note que estos dos hechos nos apr endieron estudiando los
organismos. Se observó fuera de los dinoflagelados, es decir, el medio que lo rodea y se preguntaron:
¿Podría influir una relativa cantidad de vitamina B-12, en el rápido desarrollo de estos organismos
tóxicos?
Los investigadores estudiaron los vientos, las mareas y las corrientes marinas, donde habían
aparecido las mareas tóxicas. Después de hacerlo, lleg aron a la conclusión de que las sustancias
nutritivas, durante el tiempo de fuertes lluvias, eran llevadas de la tierra al mar. También comprobaron
que debido a los fuertes vientos, las sustancias nutritivas emergían del fondo a la superficie. Éstos
hechos indicaban que en épocas de fuertes lluvias o f uertes vientos, las aguas se enriquecen de
sustancias alimentarias.

Figura 4.1 Millones de peces muertos a lo
largo de la costa del Golfo de la Florida,
como resultado de la marea envenenada de
1953.

Figura 4.2 El tamaño
promedio de estos
dinoflagelados es de unos
0.03 mm de largo y no
obstante, cantidades
grandes de estos
organismos pueden ser la
causa de una marea roja.

57. Los Organismos y su Medio Ambiente 52
Los biólogos descubrieron también que la vitamina B-12 era fabricada por
algunas bacterias y algas azul-verdes. Estos organismos habitan en el suelo o en
las ciénegas cercanas al océano. Quizás concentraciones grandes de esta vitamina
son arrastradas hacia las costas durante las fuertes lluvias y dan lugar a una
reproducción rápida de los dinoflagelados.
Los biólogos, al estudiar con el microscopio la marea tóxica de la Florida, se
encontraron con una afluencia extraordinaria de bacter ias que, tal vez, se
multiplicaron rápidamente debido a la enorme cantid ad de peces muertos. La
actividad digestiva de las bacterias hizo que aumentara la descomposición de los
peces y que las aguas fueran más ricas y material n utritivo. Éste aumento trajo,
como consecuencia, la multiplicación de los dinoflagela dos que causaron gran
número de muertos entre peces y animales. Esto ayudó otra vez a la multiplicación
de bacterias y éstas dejaron en libertad más material nutritivo.
Los investigadores que estudiaron este problema pensar on que quizás esta
cadena de sucesos se produjo después de que un fuer te aguacero arrastró el
material nutritivo al océano. Quizás la combinación d e éste y otros factores,
todavía desconocidos, son los responsables de esas mareas venenosas.
Cualquiera que sea la solución de este problema, aún faltan otros
conocimientos procedentes de diversos campos de la inv estigación. El
conocimiento del funcionamiento interno de los dinoflag elados será esencial, así
como el conocimiento de su medio ambiente.
El medio ambiente se deberá estudiar en dos aspectos : El abiótico, es decir, el que comprende lo
no viviente; por ejemplo, podemos citar el hecho que los biólogos, buscando las causas que produjeron
la marea venenosa, tuvieron que estudiar las corrien tes oceánicas, los aguaceros, los vientos y los
suelos minerales. El otro es el que comprende lo viviente; es decir, el biótico, que incluye las formas de
vida que rodean un organismo. Así diremos, por ejempl o, que el factor biótico importante de los
dinoflagelados incluye los diferentes animales marinos, algas y bacterias. Además, otros organismos de
su misma clase, que tal vez resulta ser un factor im portante para la disminución de su número. La
acumulación de su propio veneno, su amontonamiento y e l consumo de sustancias nutritivas
disponibles, es probable que fuera la causa de la muerte de la mayor parte de ellos.
Repaso
1. ¿Dónde viven los dinoflagelados?
2. ¿Cuales son los factores probables de la marea venenosa?
3. ¿Cómo se forma el círculo vicioso de la marea venenosa?
4. ¿Cuales son los organismos que producen la vitamina B-12?
5. Explique las dos partes del medio ambiente de un organismo.
Poblaciones
Los biólogos que estudian el medioambiente de los organismos son los ecólogos; en los últimos 75
años han indicado que existen varios niveles de organ ización más grandes y complejos que los del
propio organismo individual. Estos niveles de organización superior son: La población, la comunidad, el
ecosistema (o sistemas ecológicos) la biosfera y ecos fera. Los niveles de organización inferior al
individuo son: El sistema de órganos, el órgano, los tejidos, la célula y la molécula. Algunos de estos
niveles han sido estudiados y en esta jerarquía completa de niveles de organización de vida, como se
ve en la Fig. 4.4, notamos que el organismo individual se considera como la unidad fundamental.

Figura 4.3 Estos oceanógrafos
están llevando a bordo un
muestreador de agua. Su
contenido será examinado en
los laboratorios de la
embarcación. Durante la marea
roja fueron contados hasta 50
millones de dinoflagelados en
un solo litro de agua.

58. Los Organismos y su Medio Ambiente 53
4-3 Una población es un grupo de individuos en el
espacio y el tiempo. El término "población" tiene una gran
variedad de aceptaciones, algunas de las cuales ya conoce,
probablemente desde mucho antes estudiar biología. Es casi
seguro que lo ha usado al referirse al número total de
habitantes de una ciudad o de un país. En este caso, el uso
del término está limitado a una clase específica de
organismos – el hombre (véase la Fig. 4.5) sin tomar en
cuenta los perros, pulgas, árboles, etc., que puedan existir
en la misma área de la ciudad o del país.
En otros casos, el término "población" puede que no
sea tan específico. Como ejemplo, podríamos preguntar,
¿cuál es la población de peces del lago Michigan? Se podría
esperar la contestación si se conociera el número total de
peces que viven en ese largo, pero en el total se po drían
incluir muchas variedades, como la lobina, el pesca do
blanco y la trucha. Planteado así este problema, se debe aclarar. ¿El término "población" significa el
número total de los organismos de una sola clase o el número total de organismos de clases diferentes?
Otro problema, que también se debe aclarar, es que
si se debe tratar de considerar la población por un
recuento o un censo. Supongamos que se trata de contar
los habitantes de una ciudad con los peces de un lago .
¿Este número sería exacto al día siguiente de haber
terminado el recuento? Lo más probable es que no lo
fuera, puesto que una población está cambiando
constantemente de número, ya que mientras unos nacen
otros mueren. En las poblaciones, además, hay individuos
que entran o salen, lo que hace que cambie la magnit ud
de la población. Ya que hay esas variaciones de
población, ¿cómo debe considerar estas variaciones el
que intente definir un una población?
Frente a estos dos problemas, los biólogos pusieron una limitación
al empleo de la palabra población. Cuando un biólogo se refiere a una
población, establece no sólo un espacio-tiempo definido, sino también
una especie definida. Estas limitaciones se pueden aclarar con un
ejemplo.
Consideremos el trabajo de un biólogo, empleado en el est ado de
Montana, Estados Unidos, donde los venados y alces son a bundantes.
Muchos de sus problemas son de naturaleza ecológica, y a que
intervienen niveles superiores de organización. Para él tiene
importancia específica el problema del control de la población, para
saber el número de animales que hay y los que debe h aber. Este
problema requiere un recuento de esta población para tener datos
básicos que se utilicen para establecer la duración de la temporada de
caza y otras medidas de control. Ahora volvemos a nues tro problema:
¿Cómo definirá, el biólogo, esas poblaciones?
Uno de los procesos básicos para definir cualquier p oblación es
establecer su definición de espacio. Normalmente, eso lo hace un biólogo de caza mayor que e stablece
las divisiones precisas de cada zona específica por medio de límites geográficos. Esas zonas se conocen,
luego, como áreas de administración.

Figura 4.4 La jerarquía de los niveles de organización.

Figura 4.5 La asistencia a un parido de fútbol americano es un
buen ejemplo de una población contada en el espacio y el
tiempo.

Figura 4.6 En primer plano y a lo lejos se ve
una tierra abandonada que se ha convertido
en un área con hierbas de diferentes
tamaños. Al centro, en cambio, está un área
cuidadosamente controlada del número de
animales, habiéndose mantenido con una
hierba corta y útil a la vez.

59. Los Organismos y su Medio Ambiente 54
Otra etapa para definir la población, es el recuento periódico que
permite el biólogo conocer el número exacto o aproxim ado de
animales que hay en un área, en un tiempo determinado . Por
ejemplo, un biólogo de caza mayor puede definir, parcialmente, una
población animal, si se refiere a la población de uno de los animales
del área que controla, digamos la número 43 de vida s ilvestre; pero
la descripción total de la población no puede ser compl eta si
previamente no ha definido las especies que la habita n. Veremos
ahora como los ecólogos resuelven este problema.
4-4 Definir una especie, no es fácil. Por más de 100 años, una
especie se definió como una "población que incluye solamente una
clase de individuos". Esta definición súper simplif icada de la
taxonomía, se llamó concepto tipológico de las especies y produjo en
los taxonomistas verdaderos quebraderos de cabeza. La razón de
estas confusiones fue que estos conceptos no eran fáci les de aplicar a las poblaciones reales de
organismos. Por ejemplo, los perros domésticos pertenecen a una especie, pero después de ver los
diferentes tamaños y formas, así como su manera de com portarse, no se puede considerar que todos
los perros pertenezcan a una "clase" (véase la Fig. 4.7).
El criterio moderno para determinar si varios animales pertenecen o no a la misma especie es su
capacidad para cruzarse, en su medio ambiente natura l. Los animales pueden cruzarse normalmente y
producir descendientes fértiles se consideran, ahora, como pertenecientes a una "clase" y por tanto, a
una misma especie. Usando esta definición, lógicamente deducimos que la gran variedad de perros
pertenecen a la misma especie. Si usamos términos más sofisticados, veremos que el concepto
moderno de especie se basa en la idea de un lote genético común. En el último capítulo se hablará más
acerca de los genes (las unidades de la herencia). Por ahora, sólo direm os que si un grupo de
organismos posee ciertos genes en común, de manera que puedan producir descendientes fértiles, se
dice, entonces, que constituyen una especie.
Después de esta explicación,
volveremos a nuestro ejemplo respecto a
la caza mayor, en las áreas que hemos
visto en Montana, donde hay dos especies
de ciervos, una, llamada ciervos machos,
que tienen orejas grandes, cuerpo
rechoncho y cola redondeada con la punta
negra (véase la Fig. 4.8). Y otra, llamada
ciervo de cola blanca, que difiere mucho
del anterior por la formación de sus astas y
por su cola larga y peluda. Esas diferencias
estructurales ayudan a distinguir las dos
especies. También se diferencian por su
comportamiento y su distribución geográfica.
De las diferencias estructurales más importantes está el hecho de que cada una de las especies
conserva sus crías separadas, lo que da a entender que las dos especies no se cruzan. De ahí que el
biólogo de caza mayor pueda definir completamente esas dos poblaciones, refiriéndose a la población
de ciervos de cola blanca, (definición de la especie) en el Área de Administración Vida Silvestre número
43 (definición de espacio) en enero de 1968 (definición de tiempo).

Figura 4.7 Los perros que se ven aquí
pertenecen a la misma especie – Canis familiaris
– aunque todos son de diferentes razas.

Figura 4.8 A la izquierda ciervo macho y a la derecha ciervo de cola blanca.

60. Los Organismos y su Medio Ambiente 55
Repaso
1. ¿Qué es un ecólogo?
2. Diga los niveles de organización de vida que son inferiores al
organismo individual.
3. ¿A qué se debe el cambio de población?
4. Día tres ejemplos de la limitación espacio-tiempo.
5. ¿Por qué los biólogos dicen que todos los perros domésti cos
pertenecen a una misma especie?
Comunidad y Sistemas Ecológicos
La comunidad es un nivel de organización más amplio y complejo
que el de población. Se puede definir como "todas las poblaciones de
especies que habitan naturalmente en una área deter minada". En la
mayoría de las áreas existen numerosas poblaciones d e plantas,
animales y microorganismos, formando una comunidad. En muchos casos hay límites naturales que
delimitan una comunidad; por ejemplo, las orillas de un lago. Sin embargo, en algunas comunidades
terrestres los límites no son precisos.
4-5 Las poblaciones son interdependientes. La mayoría de los ecólogos sostienen que en cualquier
grupo natural de población, las especies guardan entre sí relaciones de dependencia. Esas relaciones
afectan la estructura y la actividad de toda la comunidad. Por ejemplo, en una comunidad marina, la
población de microorganismos, llamados diatomeas, transforman la energía solar en energía química.
Muchos animales comen diatomeas y muchos animales que comen diatomeas son comidos por animales
más grandes (véase Fig. 4.11). Estas relaciones unen las poblaciones de un área determinada.
Debido a las poblaciones de tipos únicos, que
pueden formar una comunidad, su actividad total tiene
características propias. Muchos ejemplos específicos de
poblaciones dependientes unas de otras y de su
interacción, se considerarán en los capítulos siguientes.
4-6 Los medios: El viviente y el abiótico. Los
ecólogos rara vez estudian comunidades aisladas. La
comunidad representa la parte viviente del medio, pero
como en el caso de las aguas tóxicas de la costa de
Florida, también se debe estudiar el medio abiótico.
Considerando este hecho, los ecólogos piensan que es
indispensable estudiar el medio y la comunidad como
un sistema recíprocamente influenciado, al cual se le
denomina sistema ecológico o simplemente
ecosistema.
El concepto de ecosistema implica la idea de que
no se puede estudiar por separado ni el medio ni la
comunidad. Esto ya fue recalcado al describir las
investigaciones llevadas a cabo para explicar las causas
de la marea venenosa. Para comprender la comunidad
marina y sus problemas, los ecólogos consideraron el
efecto de varios factores de su medio físico. Cuando se empezó a usar el ecosistema, para resolver el
problema, se vio claramente que el medio viviente y el no viviente de un área, se deben estudiar juntos
independientemente uno del otro.

Figura 4.9 Una comunidad acuática.

Figura 4.10 Por lo menos hay tres comunidades dentro de esta
área alpina: El bosque, el lago y el río. Los límit es de las
comunidades del río y del lago están mejor definidos que los de la
comunidad del bosque.

61. Los Organismos y su Medio Ambiente 56
¿Qué tan grande puede ser un ecosistema? Es fácil de
comprender que un ecosistema puede tener diversos
tamaños. Por ejemplo, un acuario que tiene una pobla ción
estable de plantas, animales y microorganismos se considera
pequeño, es un ecosistema artificial. Ejemplos de este tipo de
ecosistema natural se encuentra en pequeñas áreas de
praderas, arroyos y estanques. Por otra parte, tenemos
ecosistemas acuáticos mayores; por ejemplo, los océanos,
lagos y ríos. Algunos de los grandes ecosistemas terrestres se
ven en la Fig. 4.12.
Los ecólogos han formado palabras para describir la vida
global de nuestro planeta. Han ideado términos como
biosfera, que literalmente significa "esfera de vida", concepto
muy útil cuando se piensa en el tejido muy complejo de las
relaciones interdependientes que existen entre los
organismos y sus comunidades. El término ecosfera es más moderno aún; refleja una amplia visión de
los ecólogos insisten en que los organismos y sus comunidades no se pueden estudiar adecuadamente,
si no se considera el medio físico con el cual están recíprocamente relacionados. La ecosfera puede ser
definida como "la suma total de los ecosistemas de la Tierra". Con esta definición, se puede ver que la
ecosfera incluye a la biosfera y a la totalidad de los medios físicos con los cuales se interrelaciona. Así,
el término ecosfera representa el nivel más alto de organización biológica.

Figura 4.12 Los mayores ecosistemas incluyen tundras, praderas, bosques y desiertos.
Repaso
1. ¿Cómo definen la “comunidad” los ecólogos?
2. ¿Qué es una diatomea?
3. ¿Por qué se consideran a las diatomeas como parte importante de una comunidad?
4. Diga 3 factores del medio no viviente.
5. Diga 3 factores del medio viviente.
Resumen
Antes del siglo 20, los biólogos buscaban las respuestas a sus problemas mirando, principalmente, en el
interior de los organismos, pero se ha visto que los problemas biológicos no se pueden resolver con sólo
investigar en las células, moléculas y organismos individualmente. El ejemplo de la marea venenosa de

Figura 4.11 Cadena alimentaria marina.

62. Los Organismos y su Medio Ambiente 57
las costas de la Florida, indicó cómo el estudio del medio exterior puede contribuir a la resolución del
problema biológico. Específicamente, hay dos aspectos principales en un medio exterior: El biótico, que
incluye a los organismos vivientes y el abiótico, que incluye al medio físico que los rodea.
Los biólogos especializados en el estudio del medio exterior de los organismos se llaman ecólogos. Los
ecólogos han determinado que, en la jerarquía de niveles de organización, existen también niveles de
organización superior al organismo individual. Entre estos niveles, el primero es la población. Este nivel
se define como el número total de una especie dada, dentro de un área, en un tiempo determinado.
Los ecólogos colocan a la comunidad como el nivel de org anización que está arriba del nivel de
población. Éste término lo definen como el número de poblaciones en un área determinada. Al estudiar
las poblaciones, dentro de las comunidades, se ve q ue unas dependen de otras. La mayoría de los
ecólogos prefiere hacer el estudio de las poblaciones de una comunidad y de su medio exterior, como
una unidad interaccionada. Esta unidad se llama eco sistema. La biosfera es un término nuevo que
incluye toda la vida de este planeta. La ecosfera es el nivel superior de organización que incluye al
mundo y toda la vida que hay en él.
Preguntas de Repaso
1. Nombre los niveles de organización que están dentro y fuera del organismo individual.
2. Con el problema de la marea envenenada, ¿qué fue lo q ue aprendieron los investigadores al
estudiar el interior de los dinoflagelados?
3. ¿Qué cosas importantes, acerca del problema de la mare a envenenada, aprendieron los ecólogos al
estudiar el medio biótico de los dinoflagelados?
4. ¿Qué cosas importantes, acerca del problema de la mare a envenenada, aprendieron los ecólogos al
estudiar el medio abiótico de los dinoflagelados?
5. ¿Por qué es necesario definir el tiempo, cuando se hace la descripción de una población?
6. Los perros difieren grandemente en apariencia comporta miento; sin embargo, todos pertenecen a
la misma especie. Diga, ¿cuál es la razón principal por la que se considera que forman una sola
especie?
7. Dé un ejemplo que muestre cómo una población, dentro de una comunidad, depende de otras
poblaciones de la misma comunidad.
8. ¿Qué tan grande puede ser un ecosistema? ¿Qué tan pe queño?
Análisis y Aplicación
9. Describa un ecosistema cercano a la zona donde usted vive. ¿Cuáles son algunas poblaciones de su
comunidad? ¿Cuales son algunos factores físicos del medio?
10. Los biólogos generalmente reconocen una jerarquía de cinco niveles de organización dentro del
organismo individual. ¿Son aplicables estos niveles a todos los organismos? Explique.
11. La suma total de los organismos vivos de la Tierra se llama biosfera. ¿Por qué piensa usted que los
ecólogos modernos, al considerar los problemas asociados con la vida del planeta, prefieren
considerarlos en términos de ecosfera, en vez de biosfera?
Obras de Consulta
Elton, C.S. The Ecology of Invasions by Animals and Plants. John Willey & Sons, 1958. Este libro explica
los principios anteriores a la dispersión y sucesión.
Engel, Leonard y los editores de Life. El Mar. Colección de la Naturaleza de Life en español, 1965.
Farb, Peter y los Editores de Life, Ecología. Colección de la Naturaleza de Life en español, 1965. Una
lectura gráfica de los principios ecológicos más importantes.
El Bosque, Colección de la Naturaleza de Life en español, 1964.
Leopold, A. Starker y los editores de Life. El Desierto. Colección de la Naturaleza de Life en español,
1962. El Desierto, el Bosque y el Mar , presenta fotografías detalladas de los tres difere ntes
ecosistemas.
Kendeigh, S.C. Animal Ecology. Prentice-Hall, 1961. Una descripción de las relaciones entre varios
ecosistemas.

63. Los Organismos y su Medio Ambiente 58
Odum, Eugene P. Ecology (libro de bolsillo). Holt, Rinehart & Winston, 1963. Un resumen autorizado de
los mejores conceptos ecológicos.
Oosting, Henry J. The Study of Plant Communities. 2ª ed. W.H. Freeman, 1966. Una descripción valiosa
de los factores ecológicos en un trabajo de varias comunidades.
Revistas
BioScience
Julio 1964. El volumen completo está dedicado a varios conceptos y problemas de la ecología moderna.
Brock, Thomas D. “The Ecosystem and the Steady State”. Marzo 1967.
Scientific American
Hutner, S.H. y John J. McLaughlin. “Poisonous Tides”. Agosto 1968. Una explicación del porqué las
mareas contaminan, frecuentemente, las costas.
Referencias Bibliográficas
1 Eugene P. Odum. “The New Ecology”. BioScience, julio 1964, p. 14. Reimpreso con permiso.
2 S.H. Hutner y J.J.A. McLaughlin. “Poisonous Tides” . Scientific American, agosto 1958, p. 92.
Reimpreso con permiso. Copyright ©1958 por Scientific American, Inc. Todos los derechos reservados.

64. 59
Unidad Dos
Modelos de Función
En biología, el término "función" se refiere al trab ajo que se efectúa dentro del cuerpo de los
organismos. Una de las características más sobresalie ntes de las funciones corporales es la forma
ordenada de cómo se llevan a cabo. Por ejemplo, rara vez nos damos cuenta del latir del corazón o del
trabajo de los órganos digestivos. En realidad, sólo nos damos cuenta cuando hay desórdenes en su
funcionamiento. Los términos que usamos para describir los diversos estados de desorden de las
funciones corporales son: "Dolor", "enfermedad" y "muerte".
El objetivo principal de la Unidad Dos es ayudarlo a comprender las funciones básicas dentro de los
organismos. Estas funciones son de transformación de energía, regulación y reproducción, que son las
responsables de que, en forma ordenada, se lleven a ca bo las demás. De la misma manera que la
célula es la unidad estructural básica dentro del organismo, también lo es como unidad básica de
funcionamiento.
Mucho de la información que encontraremos en esta unid ad es el resultado de las investigaciones
hechas con empleo de técnicas complicadas para un me jor estudio del trabajo interno de la célula. En el
campo de la biología molecular, más que en cualquier otro, operan grupos de biólogos y físicos, hecho
que permite obtener fecundos resultados.

65. Energía y Organismos 60

Fuego intenso de unos cacahuates en combustión. Un animal podría usar esta energía con mayor eficienci a.
…el orden molecular, siempre se está moviendo en dirección al caos y
en cualquier rincón del Universo, el orden se puede restablecer
solamente si se introduce energía al sistema.
1

W.S. Beck
Capítulo 5
Energía y Organismos
Cualquier adolescente que pide a su padre que le preste el automóvil, sabe de antemano
que el vehículo necesita un suministro constante de energía, puesto que, de lo contrario,
no podría funcionar. La energía de un automóvil proviene del enlace de las moléculas de la
gasolina. El calor que produce una chispa, hace que la gasolina reaccione químicamente
con el oxígeno de los cilindros del motor. Esta reacción produce en los enlaces de las
moléculas de la gasolina una repentina liberación de energía que provoca una explosión y
ésta impulsa a los pistones hacia arriba y hacia abajo.
En esta disgresión parece que la transformación de energía nada tiene que ver con los organismos.
Hay grandes diferencias entre los organismos y el motor de los automóviles o en general, con cualquier
otra máquina, pero en realidad existe entre ellas una cosa en común: Todos necesitan energía, de lo
contrario no “marcharían”. Los organismos se pueden c omparar los motores en la manera de obtener
energía; ambos usan para moverse la energía del enla ce químico. Más aún, la mayoría de los
organismos utilizan el oxígeno para liberar la energía del enlace químico. Las comparaciones, así como
las diferencias de este tipo, nos ayudarán a comprend er el papel que tiene la transformación de la
energía en las actividades de los organismos.

66. Energía y Organismos 61
El Uso de la Energía
¿Por qué los organismos deben tener una reserva constan te de energía? Lo lógico es pensar
enseguida en los animales y en la energía necesaria para sus actividades. De momento, lo importante
es dirigir nuestra atención a un nivel más bajo de la organización – dentro de los organismos – más que
pensar en el individuo como un todo, consideremos las cé lulas de los organismos, ya que toda la
transformación básica de la energía, en los organismos, se realiza en las células.
5-1 ¿Por qué las células necesitan energía? Una de las características más importantes del
Universo es que todos los sistemas organizados tienden a desordenarse. Cuando pensamos en la
estructura de una célula viva comprobamos que, en realidad, no tiene una estructura desordenada, sino
todo lo contrario, ya que tanto la célula como sus estr ucturas internas mantienen un orden
extraordinario. De la misma manera, cuando consideram os las diferentes actividades que en ella tienen
lugar, no sorprendemos desordenado funcionamiento. Única mente en las células anormales, como las
del cáncer, es donde encontramos desorden en su actividad interior.
Las células son capaces de crear y mantener el orden por el trabajo que pueden hacer. La palabra
"trabajo", como aquí se emplea, no es en el mismo senti do de un trabajo mecánico, que consiste en
empujar o jalar alguna cosa, sino en el sentido de un trabajo químico que se efectúa en la célula. El
trabajo químico incluye el ensamble estructural de las moléculas así como las reacciones que controlan
sus actividades.
El trabajo no se puede realizar sin energía, por esto le es indispensable un suministro adecuado.
Sin energía, la célula no puede llevar a cabo su trabajo y sin trabajo es imposible crear o mantener un
orden, sin el cual la célula llegaría a un trastorno tal que le produciría la muerte.
5-2 ¿Que utiliza la célula para su energía? Anteriormente hemos visto que los organismos utilizan
energía que obtienen los enlaces químicos de las molé culas. Pero, ¿qué clase de moléculas utilizan?
¿Cómo las obtienen? Las respuestas se hallan en dos modelos que se encuentran en la biosfera.
Ante todo hay que tener en cuenta que cada célula tiene su energía de
los enlaces químicos de la misma molécula, no importa qué clase de célula
sea, puede ser la del músculo de un animal o la de una hoja de un árbol
cualquiera. El nombre químico de esta molécula univer sal de energía es
trifosfato de adenosina, que se conoce más comúnmente p or su nombre
abreviado ATP (véase la Fig. 5.1). De momento, sólo se menciona y se
deja para el final de este capítulo el estudio de su naturaleza química.
El segundo modelo se encuentra en la
manera de cómo las células obtienen el
suministro de ATP. Sin embargo, esta
fabricación es una forma de trabajo químico que requiere energía para
hacerlo. Entonces, ¿de dónde obtienen las células la energía necesaria
para efectuar esta fabricación de moléculas de ATP? Al tratar de
contestar estas preguntas, encontraremos dos amplios y diferentes
modelos en la biosfera. Uno de ellos es la capacidad que tienen ciertas
células para transformar la energía luminosa en ener gía de enlace
químico de las moléculas del ATP y el otro la incapaci dad de otras
células para realizar esta función.
5-3 Las células autótrofas y heterótrofas usan dife rentes
fuentes de energía. Las células que son capaces de transformar la
energía luminosa en energía de enlace químico de moléc ulas de ATP se
llaman autótrofas. Es lógico suponer que la mayoría de las células
autótrofas se encuentran en las partes verdes de las plantas. Las
células que no son capaces de transformar la energía luminosa en energía de enlace químico se llaman
heterótrofas. Estas células obtienen la energía de los enlaces q uímicos de moléculas orgánicas
fabricadas por otras células. Nuestro organismo y el de todos los animales, está formado por células
heterótrofas (véase la Fig. 5.2).

Figura 5.1 Forma cristalina del ATP.

Figura 5.2 La diferencia entre las células
autótrofas y las heterótrofas es su capacidad
de transformar fuentes de energía inorgánica
en moléculas de ATP. Los venados son
heterótrofos y dependen de alimentos
proporcionados por organismos autótrofos.

67. Energía y Organismos 62
Los organismos que contienen células autótrofas tambié n se llaman autótrofos. Este término se
aplica incluso en organismos que tienen relativamente pocas células autótrofas, como en el caso de
grandes árboles. En cambio el hombre, los animales y las plantas, que no tienen células autótrofas se
llaman heterótrofos.
Repaso
1. ¿Cuáles son las necesidades comunes que tienen los organismos y las máquinas?
2. ¿Por qué es necesario suministro de energía a las células vivientes?
3. ¿Cuál es el nombre químico del ATP?
4. ¿Cómo es que pueden existir células heterótrofas en organismos autótrofos?
5. Clasifique cada uno de los siguientes organismos, como autótrofos o heterótrofos: Ratón,
arce, seta y el hombre.
El Modelo Autótrofo
Hemos mencionado que la mayor parte de las células a utótrofas se encuentran en las partes verdes
de las plantas. Ciertas bacterias también son autótr ofas. En la discusión siguiente, acerca de la
transformación de la energía de las células autótrofas , se usarán los modelos básicos de la
transformación de la energía en células vegetales autótrofas.
5-4 La maquinaria para transformar la energía lumin osa. Con el empleo del microscopio fotónico
se reconoce fácilmente como se transforma la energía luminosa en las células autótrofas. Espaciados a
través del citoplasma de estas células, se ven unas pequeñas estructuras de color verde llamadas
cloroplastos. Su color característico proviene del pigmento verde ll amado clorofila, uno de los
componentes importantes de los cloroplastos. Por su tamaño pequeño y las limitaciones del microscopio
fotónico no fue posible, hasta hace poco, aclarar la estructura exacta de los cloroplastos; pero este
problema ya ha quedado casi resuelto con el empleo del microscopio electrónico. En la Fig. 5.3, se
muestra una serie de diagramas modelos basados, princ ipalmente, en las micrografías electrónicas.
La actividad química que se efectúa en el cloroplasto se llama fotosíntesis. Este término significa
"unión o síntesis por medio de la luz". Ciertos hechos básicos de la fotosíntesis ya eran conocidos. Los
científicos sabían que la clorofila es una sustancia esencial en los cloroplastos; que el agua y el bióxido
de carbono eran materias primas que se asociaban con ellos y además que dos subproductos de la
fotosíntesis eran el monosacárido glucosa y el gas oxígen o. A menudo se utilizaba el siguiente
enunciado para resumir todo el proceso de la fotosíntesis:
luz
Agua + bióxido de carbono

azúcar + oxígeno
clorofila
Investigaciones recientes han demostrado que la actividad de los cloroplastos, en relación con esta
reacción no sólo es incompleta sino inexacta. Existen dos tipos de actividades totalmente diferentes en
los cloroplastos, cada una de ellas es una reacción química grande y compleja. Esas actividades son:
Las reacciones de la transformación de la energía luminosa y las reacciones de manufactura o síntesis.
La glucosa es sólo una de las muchas sustancias que se sintetizan en los cloroplastos.
5-5 Los investigadores aíslan los cloroplastos. Nuevos descubrimientos en instrumentos de
investigación y nuevas técnicas han ampliado nuestr o conocimiento acerca de la función de los
cloroplastos, por ejemplo, los investigadores los aíslan de las células vivas y los mantienen en
condiciones de realizar su trabajo. Mediante un control del medio líquido donde están, así como de las
sustancias que entran y salen de ellos, se ha podido determinar con más precisión lo que sucede en su
interior.
En los cloroplastos aislados de esta manera, se han e studiado dos conjuntos completos de
actividades químicas. El conjunto de actividades químicas más importante comprende la transformación
de energía luminosa en energía de enlace para forma r el ATP y otras moléculas almacenadoras de
energía. En el proceso de captura y transformación de la energía luminosa, la clorofila desempeña un
papel muy importante.
5-6 La función de la clorofila. La función de la clorofila se puede deducir con un experimento muy
simple. Se hierven unas hojas verdes con alcohol, para extraer su clorofila. Si esta operación se hace

68. Energía y Organismos 63
en un cuarto oscuro y luego se le aplica una luz brillante, se ve que la clorofila empieza a resplandecer
o fluorecer. Esto es, la clorofila absorbe energía luminosa y des pués devuelve parte de ella. Al
considerar esta propiedad de la clorofila, se tiene la idea de cuál es el papel que desempeña en los
cloroplastos.




Figura 5.3a Las hojas de Elodea
durante la fotosíntesis emiten
burbujas de oxígeno.
Figura 5.3b Cloroplastos de las
hojas de Elodea, es el sitio donde se
efectúa la fotosíntesis, el oxígeno se
libera como un subproducto.
Figura 5.3c Ampliación de un
cloroplasto en forma de ovoide.






Figura 5.3d La grana, en forma de
monedas, acomodada en columnas,
muestra finas capas de clorofila.
Figura 5.3e Aumento de la grana
revela que las unidades
fotosintéticas tienen forma de
abalorio. Cada una de estas unidades
contiene más de 200 moléculas de
clorofila.
Figura 5.3f Las moléculas de
clorofila (verdes) están
entremezcladas con otras moléculas
de pigmentos.
La opinión de los científicos es que cuando un átomo absorbe energía, uno o más de los electrones
del átomo "saltan" alejándose del núcleo. Este desplazamiento de los electrones aumenta la energía
potencial, de la misma manera que aumenta la energía potencial de una piedra cuando es impulsada
hacia arriba, por esto el núcleo ejerce una atracción hacia abajo sobre cualquiera de los electrones.
Cuando el electrón cede energía, al moverse hacia el núcleo, ésta puede ser liberada en forma de luz
visible, fluorescencia. Esto sugiere que, se absorbe energía luminosa cuando esta energía golpea ciertos
átomos de la clorofila y cuando esto sucede, uno o más electrones de la molécula "saltan" hacia niveles
energía más altos. La clorofila al fluorecer sugiere que la energía absorbida se libera cuando los
electrones "caen" hacia el núcleo.

69. Energía y Organismos 64
5-7 Transformación de energía debida a la "caída” d e los electrones.
Cuando la clorofila están los cloroplastos de células vegetales no fluoresce si la
luz brillante incide sobre ellos. Los investigadores saben que los electrones que
"saltan" ciertos átomos de la molécula de la clorofila, no "caen" directamente
hacia su núcleo, sino que se desvían, de manera que su energía no se
transforma en energía luminosa sino en energía para formar el enlace químico
del ATP y moléculas "almacenadoras de energía". Esta energía se utiliza en los
trabajos químicos que se efectúan en el cloroplasto.
Esta teoría no es una idea caprichosa. Pensemos en la serie de
transformaciones energéticas recurren al incidir la luz solar en el océano y en la
gran cantidad de agua que se evapora y se eleva a niveles de energía potencial
más altos. Esta energía regresa de inmediato si el agua cae de nuevo al océano,
en caso contrario puede desviarse de manera muy dist inta. Al caer en la
superficie de la Tierra, puede llegar, inclusive, por arroyos y ríos, hasta las
presas hidroeléctricas, donde una parte de la energía hidráulica se transforma
en energía eléctrica. Esta energía, procedente de la caída de agua, se ha
convertido en electricidad que se usa en una inmensa variedad de actividades,
no sólo en la presa de la misma planta hidroeléctrica, sino también a muchos
kilómetros de distancia.
5-8 El agua y el oxígeno en las reacciones de la tr ansformación
de la luz. Anteriormente hemos mencionado que el agua y el bióx ido
de carbono son dos materias esenciales para que se pu eda realizar el
proceso de fotosíntesis. Durante muchos años no se había comprendido
el papel que desempeñaba cada una de estas sustanci as, pero ahora se
sabe que es el agua la que interviene en el proceso de la
transformación de la luz y no el bióxido de carbono. Específicamente se
sabe que la molécula del agua se rompe durante las reacciones de la
transformación de la luz. Los átomos de hidrógeno de la m olécula del
agua están ligados a niveles de energía superiores de ciertas moléculas
almacenadoras de energía. Estos átomos de hidrógeno s on transferidos,
posteriormente, a moléculas que se están sintetizando en los
cloroplastos. Por otro lado, los átomos de oxígeno liberados al romperse
la molécula de agua se combinan para formar moléculas diatómicas de
oxígeno gaseoso. Estas moléculas gaseosas se liberan de los
cloroplastos como un subproducto.
5-9 Las reacciones de síntesis en los cloroplastos. El segundo
conjunto de reacciones químicas en los cloroplastos co mprende las
actividades de síntesis. Se pensaba que era necesar ia cierta cantidad
de luz sobre los cloroplastos para que se realizara el proceso de la
síntesis; ha resultado cierto para las plantas verdes que crecen bajo condiciones normales, pero
experimentos recientes han demostrado que lo que nece sitan los cloroplastos es un suministro
adecuado de ATP y una fuente de átomos de hidrógeno d e elevada energía. Si a una planta que éste en
la oscuridad se le proporciona lo anterior y el bióxido de carbono necesario, las reacciones de síntesis se
efectúan normalmente.

La solución de clorofila en alcohol
fluoresce cuando una luz brillante
incide en ella.

Figura 5.4 La idea de que la glucosa puede
servir de materia prima, para los demás
procesos de manufactura de la célula, es
cromáticamente ilustrada en el experimento
mostrado arriba. La planta del maíz albino
(en primer plano) que no contiene
cloroplastos, se mantuvo viva y creciendo,
mientras se alimentaba solamente de
glucosa.

70. Energía y Organismos 65
Ahora bien ¿qué es lo que sintetizan los
cloroplastos? Como se ha dicho, se sabía
tradicionalmente que la glucosa era uno de
los principales productos finales de la
fotosíntesis. Más aún, que a partir de ella se
fabricaban en los cloroplastos, por
reacomodo de esta molécula, otras como el
almidón y los aminoácidos. Esta idea no
prevaleció mucho tiempo. Actualmente se
admite el principal producto de la
fotosíntesis es la glucosa (véase la Fig. 5.4).
Ahora existe la evidencia de que varios
carbohidratos, aminoácidos y otras
moléculas, se sintetizan al mismo tiempo
que se sintetiza la glucosa.
5-10 Las trazas del carbono 14 ayudan
a los investigadores de la fotosíntesis.
Vamos a examinar algunos experimentos
que han permitido la obtención de nuevos conocimientos respecto del trabajo de los cloroplastos. Se
hicieron importantes descubrimientos cuando se crearon y aplicaron nuevas técnicas de investigación.
Esto es verdadero respecto de la actividad de los cloroplastos. Uno de los problemas principales fue
conocer lo que sucedía a la molécula del bióxido de ca rbono, al ser tomada por ellos. ¿Rompían la
molécula y luego la reunían otra vez? ¿Con qué rapidez se incorpora a otras células? Estas preguntas
eran las que se tenían que contestar. Pero ¿cómo perse guir a una molécula de bióxido de carbono
dentro del cloroplasto?
La solución a este problema fue posible por los descubrimientos
hechos en 1940. En ese año, dos científicos descubrieron un isótopo
radiactivo, el carbono 14 – tiene 6 protones y 8 neutro nes en su
núcleo, en lugar de 6 y 6. El carbono radiactivo, 14, como se le
llama, interviene en todas las reacciones químicas, del mismo modo
que el carbono ordinario. La diferencia está en que se puede seguir
el rastro del carbono 14, detectando su radiactividad sin tener en
cuenta el tipo de molécula de la cual forma parte (véase la Fig. 5.5).
Los investigadores "etiquetaron" el bióxido de carbono con carbono
14 y dieron éste a las plantas para que efectuaran la fotosíntesis.
De esta manera empezaron a determinar, con exactitud , el camino
que sequía el carbono de la molécula del bióxido de ca rbono y se
dieron cuenta de la rapidez con que era utilizado.
5-11 Cromatografía. El desarrollo de una nueva técnica, en 1940,
vino a acelerar las investigaciones, con carbono 14, de la
fotosíntesis de las plantas. Había sido muy laborioso, para los
químicos analizar los diferentes tipos de moléculas que sintetizan los
cloroplastos. Sin embargo, al inventar el papel cromatográfico se
solucionó ese problema y los químicos pudieron anali zar
rápidamente los productos fotosintéticos (véase la Fig. 5.6). Se
encontró que las moléculas de carbono radiactivo podían s er
detectadas fácilmente con un cromatograma expuesto a una película
de rayos X. Por lo tanto, los investigadores pudieron ex poner las
células fotosintetizadoras al bióxido de carbono radiactivo durante
diferentes períodos de tiempo, después de matar a las células se
analizan los puntos radiactivos del cromatograma expu esto a la
película de rayos X para poder compararlos con los pun tos del
material no radiactivo. De esta manera se han descu bierto muchos de los caminos seguidos por el
carbono.
Repaso

Figura 5.5 La forma más común del carbono es el carbono 12. U n átomo de
carbono 12 tiene su núcleo 6 protones y 6 neutrones. Un átomo de carbono 14
tiene 6 protones y 8 neutrones. Se dice que una mue stra de carbono 14 es
radiactiva porque el átomo emite partículas beta. Cuando un átomo de carbono
14 emite una partícula beta, se dice que el átomo se trasmuta o degenera, ya
que esta emisión de partículas hace que el carbono 14 no dure mucho debido a
que se convierte en nitrógeno 14.

Figura 5.6 (Arriba, izquierda) El bióxido de
carbono radiactivo es burbujeado a través de
una suspensión de algas verdes en el “caramelo”
transparente; es un experimento para seguir la
huella del carbono en la fotosíntesis. (Arriba,
derecha) Una muestra de algas se extrae del
cultivo y se pone en alcohol para matarla.
(Abajo, izquierda) Una gota del extracto de las
algas se coloca en el papel cromatográfico.
(Abajo, derecha) El cromatograma desarrollado
nos muestra varios aminoácidos.

71. Energía y Organismos 66
1. ¿Cómo se pueden distinguir las células a autótrofas de las heterótrofas?
2. ¿Cuales son los dos conjuntos diferentes de reacciones químicas en los cloroplastos?
3. ¿Qué materia prima se usa en las acciones de transformación de la luz?
4. ¿Cuales son las dos cosas que le pueden suceder a la energía que absorben los
electrones, en la molécula de clorofila?
5. ¿Qué le sucede a la molécula de agua usada en la fotosíntesis?
6. ¿Cómo son los isótopos que se usan para estudiar las reacciones en los cloroplastos?
El Modelo Heterótrofo
Las células heterótrofas no pueden transformar la energía luminosa en energía de enlace químico.
Estas células primero deben obtener y utilizar las moléculas alimentarias (principalmente carbohidratos,
grasas y aminoácidos) sintetizadas por otras células. Una vez que estas células heterótrofas se han
abastecido de ATP y de su propio conjunto de materias primas específicas, pueden sintetizar la mayoría
de las moléculas que pueden sintetizar las células autótrofas.
De lo anterior se puede llegar a la conclusión
de que no existe algo que sirva como "modelo
heterótrofo”, en lo que a transformación de
energía se refiere. Con respecto a su función
básica, las células autótrofas pueden hacer
cualquier cosa que las células heterótrofas puedan
hacer. Usamos el término "modelo heterótrofo”,
debido a que en esta sección se estudiará el único
modo que tienen las células heterótrofas para
obtener un suministro de energía útil (véase la Fig.
5.7).
5-12 “Central” de energía para las células
heterótrofas. La maquinaria para la
transformación de la energía de las células
heterótrofas, de hecho está contenida en esas
pequeñas estructuras citoplásmicas, las
mitocondrias. Éstas estructuras se llaman, con
frecuencia, "centrales de energía de la célula", debido a que en su interior, la mayor parte de las
moléculas alimentarias se descomponen y la energía de sus enlaces químicos se transmite al ATP. El
número de mitocondrias, en cada célula, varía mucho, depende de la actividad de cada célula. Por
ejemplo, los músculos activos de las salas de las moscas, abejas y langostas tienen un número muy
grande de mitocondrias.
En el capítulo 2, hablábamos de las mitocondrias para recalcar la importancia que ha tenido el
microscopio electrónico en las investigaciones de la estructura celular. En poco más de una década, la
información sobre esta estructura ha cambiado mucho: De una “manchita” vibratoria en el citoplasma,
a una compleja estructura, con una doble membrana cu bierta en su interior y su exterior con diminutas
protuberancias (Sección 2-18). El tener un conocimien to más amplio de la estructura de las
mitocondrias ayudó extraordinariamente a los investigadores a conocer mejor las reacciones químicas
que se efectúan en ella. Antes de estudiar estas acciones veremos algo de la maquinaria molecular, del
interior de la mitocondria.
5-13 Las enzimas representan la parte principal de la maquinaria química. Si se realiza un
análisis químico de las mitocondrias se ve que las cuatro quintas partes de su estructura son proteínas;
más de la cuarta parte de éstas tienen una estructu ra y una función específicas, se llaman enzimas.
Aunque desempeñan un papel importante en los cloropl astos de las células autótrofas, es más fácil de
comprender su función si consideramos lo que hacen dentro de las mitocondrias.
Para tener una idea del papel de la enzima, en las mitocondrias, la compararemos nuevamente con
los motores del automóvil, por la manera de obtener la energía para su funcionamiento. Esta es la
manera de obtener la energía de los enlaces moleculares de la gasolina: Los vapores de la gasolina se
deben mezclar con el oxígeno del aire y esta mezcla gaseosa tiene que efectuarse en los cilindros del
motor. Sin embargo, si el motor no está muy caliente, esas moléculas no chocan lo bastante rápido –

Figura 5.7 Los hongos y las pipas indias son ejemplos de organismos
heterótrofos.

72. Energía y Organismos 67
esto es, con suficiente energía – para causar la reacción. ¿Qué es lo que hace aumentar número y
fuerza de los choques? Esto se debe a la chispa producida por la bujía. El calor producido por la chispa
ayuda a lo que llamaremos energía de activación que es la energía necesaria para hacer reaccionar las
moléculas. También se debe tener presente cómo se libera esta energía durante la reacción. Ésta se
libera repentinamente como una explosión. El calentamiento repentino y la expansión de los gases son
esenciales para el funcionamiento adecuado del automóvil.
Las células heterótrofas no obtienen su energía de las moléculas de gasolina (aunque hay unas
bacterias que rompen el aceite crudo). Sin embargo, relación haremos el problema de la obtención de
energía de las células heterótrofas con la obtención de energía del motor del automóvil. El primer
problema se relaciona con la energía de activación necesaria para iniciar las reacciones químicas en las
mitocondrias. Para ellas sería desastroso que para aumentar el número de choques moleculares, se
aumentara la temperatura, puesto que las moléculas proteicas se alteran fácilmente con el calor.
El segundo problema es ver, hasta qué grado puede liberarse la energía del enlace en las moléculas
alimentarias. No esperamos una explosión, ya que no es un problema relacionado con las moléculas
alimentarias. Sin embargo, cuando las calentamos, l a energía se puede liberar en tal forma, que se
pueden quemar, cediendo luz y calor (aplique el calor necesaria la aceite de cacahuate y se convencerá
de que esto es verdad). En las mitocondrias, la energía del enlace de las moléculas alimentarias debe
liberarse gradualmente en cantidades muy pequeñas p ara no destruir la célula. Como si tuviéramos que
cocinar la cena usando madera envuelta en una bolsa de papel cerrada – sin sacar la madera y sin
dañar la bolsa de papel.
5-14 Cómo funcionan las enzimas. Las enzimas son los medios con que se resuelven los d os
problemas anteriores. Con todo, no conocemos todavía lo suficiente de esas grandes proteínas para
explicarnos exactamente cómo funcionan, sólo se puede describir su funcionamiento de una manera
general.
Se sabe que las enzimas producen reacciones química s dentro de los límites definidos de
temperatura que normalmente existen en las células. También se sabe que las enzimas no cambian por
estas reacciones químicas; por esto, un pequeño número de moléculas de enzimas puede provocar
muchas reacciones. Este hecho y otros muchos, han ll evado a los investigadores a adoptar modelos,
teniendo en cuenta estos hechos observados. Uno de esos modelos se muestra en la Fig. 5.8. Cada
enzima tiene determinadas zonas, llamadas sitio activo, que atrae y mantiene moléculas específicas en
tal posición que puedan reaccionar unas con otras. Las moléculas que son atraídas por la enzima se
llaman sustrato. Una vez que las moléculas del sustrato han reaccionado unas con otras, se liberan del
complejo y la enzima atrae un nuevo sustrato.
Así es como las enzimas pueden efectuar varias accio nes sin sufrir cambio alguno. Los químicos
dan un nombre especial a toda sustancia que desempeña el papel en una reacción química. Las llaman
catalizadores y las enzimas se pueden considerar como catalizadores orgánicos.
El modelo de encima de la Fig. 5.8 nos aclara
que no son necesarias grandes cantidades de
energía de activación cuando se tiene la enzima
adecuada. Pero no nos indica, cómo las enzimas
controlan estas reacciones y causan una liberación
ordenada de energía que puede utilizar la célula.
Los modelos que explican esta función de las
enzimas son más complejos.
Cuando ocurren estas reacciones de liberación
de energía en los cloroplastos y mitocondrias, se
anotan ciertas semejanzas entre ellas. Las enzimas
que intervienen en esa liberación tienen unas
estructuras estrechamente relacionadas entre sí y
funcionan como un "equipo de línea de ensamble".
Por ejemplo, si se quemaran la glucosa en el aire, rea ccionaría directamente con el oxígeno, sin
embargo, en las mitocondrias, se desensambla gradualme nte a lo largo de la “línea de ensamble” de las

Figura 5.8 Una enzima funciona como un catalizador que rompe la
molécula, que de otra manera permanecería intacta. Esto lo hace
formando un complejo sustrato-enzima con la molécul a que va a
romper. La reacción es reversible, la enzima puede unir dos moléculas
pequeñas, que por sí mismas no lo podrían hacer.

73. Energía y Organismos 68
enzimas. Durante este proceso se liberan pequeñas can tidades de energía, mucha de la cual se usa en
la fabricación del ATP.
5-15 Las enzimas son específicas. Existen otros hechos importantes relacionados con las enzimas
que se deben conocer. Uno de ellos es la acción específica que tiene cada una. En muchos casos, una
enzima, sólo puede catalizar una reacción. Si pensamos en lo que implica este hecho, veremos que
como hay cientos de reacciones químicas en las células, se requieren cientos de enzimas, una para cada
reacción. Las enzimas son moléculas proteicas formadas por largas cadenas de aminoácidos. Debemos
pensar en el problema de la célula que deben acomoda r sus diferentes proteínas para que los
aminoácidos de cada proteína estén en el orden debido , para que cada enzima pueda ser enrollada en
espiral y colocada en el sitio preciso y pueda combinarse con el sustrato adecuado.
En muchos casos, las enzimas no funcionan por sí
solas. A veces necesitan asociarse con moléculas más
pequeñas, se pueden llamar coenzimas o cofactores.
Algunas veces éstas coenzimas deben reaccionar
directamente con una enzima, antes de que pueda
reaccionar la enzima, también pueden hacerlo con las
moléculas del sustrato y ayudar a transferirlo a la
“línea de ensamble” de las enzimas. Las vitaminas B
son esenciales en nuestra dieta, porque funcionan
como coenzimas en las mitocondrias de nuestras
células. Para nosotros estas vitaminas son esenciales
por el hecho de que no pueden ser sintetizadas por
nuestras células.
5-16 Naturaleza del ATP. Hasta ahora nos hemos
referido al ATP como moléculas almacenadoras de
energía. Ahora, vamos a considerar su naturaleza
específica más detalladamente. Observe que en la Fig.
5.9 hay tres grupos, llamados grupos fosfato, por el
fósforo que contienen. Se encuentran enlazados entre
sí, formando una "cola" de tres unidades sobre la
molécula mayor de adenosina. Los enlaces más
importantes son los que unen al segundo y tercer
grupo fosfato. El rompimiento de estos enlaces libera
una cantidad considerable de energía que utiliza la célula en diferentes procesos. El enlace se puede
comparar con un resorte comprimido. Al romperse este en lace se libera energía y el tercer grupo
fosfato se desenlace de la molécula. El nuevo compuest o, que resulta de esta reacción, se llama
difosfato de adenosina, ADP. Cuando se le suministra suficiente energía, el ADP se puede unir con una
molécula fosfato, para rehacer la molécula ATP. Cuando esto ocurre, la energía se puede almacenar en
el nuevo enlace que se forma y esto se puede imaginar como un resorte que se está comprimiendo.
5-17 Las reacciones de liberación de energía. La suma total de las reacciones químicas que se
efectúan en la célula que toman moléculas alimentarias por separado y transfieren su energía al ATP,
recibe el nombre de respiración. A veces se usa el término "respiración celular", p ara que no se
confunda con la respiración ordinaria que es un proceso de intercambio de gases en los pulmones de los
organismos superiores, procesos que a veces trabajan juntos y se les llama simplemente respiración.
La descomposición de las moléculas alimentarias, como la glucosa se efectúa en dos pasos. Todas
las células pueden realizar el primer paso y la mayoría los dos.
5-18 Primer paso: Respiración anaerobia. En este primer paso, la descomposición de la glucosa se
efectúa fuera de las mitocondrias. Para romper la mol écula de glucosa, con 6 átomos de carbono,
intervienen unas 12 enzimas diferentes y una serie de reacciones. Primero la molécula de glucosa con 6
carbonos se divide, formando 2 moléculas, de 3 carbo nos, de ácido pirúvico. A consecuencia de esto,
algunos electrones, de elevada energía de la molécula de glucosa, se transfieren a niveles más bajos de
energía, en la molécula de ácido pirúvico. Durante la reacción se usan dos moléculas de ATP (y se
convierten en ADP) pero se forman cuatro moléculas de ATP durante la transferencia de electrones de
alta energía. De esta manera, cada molécula de glucos a se descompone en dos moléculas de ácido


Figura 5.9 Fórmula química del trifosfato de adenosina, ATP. En el
modelo se resaltan los enlaces fosfato con mayor energía por medio
de “resortes”.

74. Energía y Organismos 69
pirúvico con una ganancia neta de dos moléculas de ATP. En este primer paso del romp imiento de la
glucosa, la célula es capaz de transformar alrededor del 7% de la energía total contenida en los enlaces
químicos de esta molécula.
Como en la descomposición de la glucosa en ácido pirúvico no interviene oxígeno, se le ha dado el
nombre de respiración anaerobia (anaerobia significa "vida sin aire"). Este término se usa de manera
general desde hace muchos años, al observar ciertas bacterias crecen en un medio carente de oxígeno.
También se usan otros nombres para denominar este tipo de reacciones. La fermentación, que implica
una serie de reacciones, semejantes, efectuadas por las células de la levadura. En este caso, en lugar
de ácido pirúvico, el producto resultante es alcohol etílico y bióxido de carbono. La glicólisis es otro
ejemplo. Esta serie de reacciones se efectúa en el tejido muscular de los animales superiores. Existe
una cadena de almidón, llamada glucógeno, que se des compone en dos moléculas de glucosa y ésta, a
su vez, se transforma en dos moléculas de ácido láctico como producto final. La respiración anaerobia
de las bacterias, la fermentación de las levaduras y la glicólisis del músculo, son tres conjuntos de
reacciones semejantes. Recuerde que la característica común de estos procesos es que aún en ausencia
de oxígeno, la molécula de glucosa se rompe y forma dos moléculas más pequeñas y la ganancia neta
son dos moléculas de ATP (véase la Fig. 5.10).

Figura 5.10 En la respiración anaerobia, que se efectúa en aus encia de oxígeno, se
producen dos moléculas de ATP por cada molécula de glucosa.
5-19 Segundo pasos: Respiración aerobia. En este caso las dos moléculas de ácido pirúvico que
resultan del Paso 1, rompimiento de la glucosa, se dividen en bióxido de carbono y agua. Este proceso
requiere la intervención de varias series de reacciones, la mayoría de las cuales acontecen en el interior
de las mitocondrias, donde el ordenamiento en muchas en zimas y coenzimas hacen que el proceso se
efectúe eficientemente. Como el oxígeno es indispensab le para las reacciones del Paso 2, se llama
respiración aerobia, que significa "vida en presencia de aire".
Durante las series de reacciones que rompen las moléculas del ácido pirúvico, el suceso principal es
la liberación de la energía en los enlaces de esas m oléculas y la transferencia de su energía a las
moléculas ATP. La mayoría de la energía está en los enlaces de hidrógeno del ácido pirúvico. Al
romperse estos enlaces, las moléculas del ácido pirúvico se separan completamente para formar 38
moléculas ATP, de una sola molécula de glucosa. Se ha calculado que debido a la respiración aerobia, la
célula aprovecha cerca del 60% de la energía de la molécula de glucosa. Indudablemente este proceso
es mucho más eficiente que el anaerobio (véase la Fig. 5.11).

Figura 5.11 En la respiración aerobia, se producen 38 molécula s de ATP por cada
molécula de glucosa.
El bióxido de carbono, que es uno de los subproductos de la respiración aerobia, se desprende por
etapas durante el rompimiento de las moléculas de ácid o pirúvico. No obstante el otro subproducto,
agua, del proceso, se forma hasta el final de las reacciones. Esa formación es muy significativa, puesto
que nos indica la importancia vital del oxígeno en los organismos. Los átomos de oxígeno sirven de
aceptores de los átomos de hidrógeno que se van des ensamblando de las moléculas alimentarias de las
mitocondrias. Sin la actuación del oxígeno que a veces se le ha dado el nombre de "esponja" de

75. Energía y Organismos 70
hidrógeno, el proceso aerobio llegaría a detenerse. Si la respiración aerobia se detuviera el resultado
inmediato sería la muerte y muchas de las células.
5-20 Células autótrofas y heterótrofas – considerac ión final. Nuestras disgresiones sobre los
modelos autótrofos y heterótrofos de la transformación de la energía, han sido para recalcar sus
similitudes y sus diferencias y darnos cuenta de que, en cierta forma, esos modelos dependen uno del
otro. En la Fig. 5.12 se puede ver la naturaleza de esa interdependencia.
Mirando los aparatos ¿se puede decir que está
completamente aislado de su ambiente? No lo está, en c aso
contrario, los organismos interiores pronto morirían, ya que
cada uno de ellos debe tener un suministro continuo de
energía. El vidrio no aísla la energía luminosa del exterior. El
exterior los abastece de energía que pasa a través del vidrio
y ayuda al mono y a las algas a sobrevivir. Las algas tienen
cloroplastos y por lo tanto, son autótrofas. Por medio de su
clorofila y el agua, transforma la energía luminosa q ue
atrapan y elaboran, como subproducto, oxígeno. Con esta
energía que almacenan las moléculas en sus enlaces de
elevada energía, las algas son capaces de sintetiza r otras
moléculas, como por ejemplo, la glucosa. Estas misma s
células autótrofas pueden descomponer moléculas como la
glucosa y convertir gran parte de la energía de las moléculas
alimentarias en enlaces de moléculas de ATP.
¿Qué se puede decir respecto de las células heterótrofas
del mono? Ellas también dependen de la glucosa y otr as
moléculas de alta energía, que elaboran las células
autótrofas. Estas células dependen del oxígeno que
desprenden las células autótrofas. Todo parece indica r que
las células autótrofas son completamente independientes, ya
que las heterótrofas dependen de ellas. Pero ¿es esto cierto?
En este medio las células autótrofas no son independientes.
Como se sabe, para efectuar su síntesis tienen necesidad de
un suministro continuo de bióxido de carbono y este
compuesto es un subproducto de la respiración anaerob ia de
las células heterótrofas. En esta forma queda establecida la
dependencia de ambos tipos de células.
En pequeña escala, los organismos de un acuario aisla do nos ayudan a conocer los amplios
modelos de interdependencia que existen en todo ecosis tema. La luz del Sol es la fuente de energía
“exterior” que, en última instancia, es la responsable de la existencia de vida en todas sus formas.
Nuestra atmósfera contiene aproximadamente una quinta parte de oxígeno, muchos científicos creen
que ha sido liberado a la atmósfera por las células autótrofas. También que en que en la elaboración del
bióxido de carbono, que es un constituyente de la atm ósfera en menor grado, han contribuído las
células heterótrofas (los volcanes, la ignición del combustible y las bacterias contribuyen en gran parte
a la producción de bióxido de carbono). Así vemos que en cada comunidad de la biosfera, esta cadena
universal, interdependencia, existe entre las células autótrofas y heterótrofas.
Repaso
1. ¿Cuáles son las características básicas entre las células autótrofas y heterótrofas?
2. ¿Qué significa, sitio activo de una enzima?
3. ¿Qué otro nombre recibe la coenzima?
4. ¿Cual es el significado del término "respiración celular"?
5. ¿Por qué el oxígeno es tan importante para las células que tienen respiración aerobia?
Resumen
Cualquier sistema organizado en el universo tiene tendencias inherentes de llegar a un gran desorden.
Todos los organismos vivos del mundo, incluso en los niveles de organización más bajos, incluyendo las

Figura 5.12 La interdependencia vital entre las plantas y
animales se exhibe en el sistema autónomo que muest ra
la fotografía. El mono, sobre una barra, está en un a
cápsula herméticamente cerrada. Se ha quitado una
parte de la cápsula reemplazándola con un vidrio. E l
tanque transparente que se ve en el extremo derecho de
la fotografía contiene algas. El oxígeno producido durante
el proceso de fotosíntesis de las algas se envía a la
cápsula que contiene al mono. El bióxido de carbono
producido por la respiración del mono se envía a las algas
y esto les permite sobrevivir.

76. Energía y Organismos 71
células, tienen un sistema de vida organizado que está sujeto a esta ley. Además, los sistemas de vida
no sólo mantienen el orden, por lo menos temporalmente, sino que ellos mismos crean aún más orden,
a través de sus funciones y actividades. Este orden se mantiene y se extiende si se efectúa un trabajo
para mantenerlo, pero este trabajo no puede efectuar se si no existe un suministro de energía
adecuado.
Es en el nivel de organización celular donde la energía útil se puede obtener – la energía responsable de
mantener el orden, incluso en los niveles de organizaci ón superior. Sólo en las células es donde
podemos encontrar la maquinaria capaz y transformar en ergía, a fin de que lo puedan utilizar los
demás sistemas vivientes. En este nivel encontramos dos tipos de células: Las autótrofas y las
heterótrofas. Es necesario hacer un estudio de cómo es as células transforman la energía para
comprender que ninguno de los dos tipos de células puede ser totalmente independiente.
La mayoría de las células autótrofas contienen cloroplastos, donde se efectúa la transformación de la
energía luminosa en energía de enlace químico. A trav és de una variedad de reacciones químicas, la
energía de enlace se utiliza en la síntesis de nume rosas moléculas diferentes. Una de las más
importantes es el monosacárido glucosa. A su vez, esta misma molécula puede ser partida dentro de la
célula y su energía de enlace se puede utilizar en otras actividades dentro de la célula o del organismo.
Todo este proceso de transformar la energía luminosa en energía de enlace químico, más el proceso de
síntesis, recibe el nombre de fotosíntesis.
Las células heterótrofas carecen de cloroplastos, de ahí que no pueden efectuar la transformación de
energía de enlace químico. Por lo tanto, estas células siempre deben tener una adecuada provisión de
moléculas alimentarias, tales como: Los azúcares o carbohidratos, lípidos y aminoácidos. La energía se
tiene cuando las células desensamblan en las molécula s y utilizan la energía de los enlaces. Éste
proceso se llama respiración. Lo más importante, en este proceso de transformación de energía, es la
intervención de todo un equipo de enzimas, las cuales permiten ejecutar estas acciones a baja
temperatura y controlar a la vez estas reacciones.
Las células autótrofas y heterótrofas son mutuamente dependientes. Las autótrofas necesitan del CO 2,
en su actividad sintética y en la mayoría de los casos, dan oxígeno como subproducto. Las células
heterótrofas necesita la energía de las moléculas alimentarias que han sido elaboradas por las células
autótrofas. Las células heterótrofas tienen respiración anaerobia y dependen del suministro constante
de oxígeno. El CO 2 es un subproducto de las células heterótrofas. Por lo tanto, este producto se
reintegra a la atmósfera para el mantenimiento de las células autótrofas.
Preguntas de Repaso
1. Para entender cómo la energía útil se convierte en aprovechable, es necesario concentrarse en el
estudio de las células. ¿Por qué?
2. ¿Por qué el ATP, proporciona una fuerte evidencia del concepto de unidad, dentro de la biosfera?
3. Si se eliminara la clorofila en los cloroplastos, ¿qué le sucedería a la energía luminosa absorbida?
4. Explique las dos claves técnicas por medio de las cua les los investigadores han podido conocer
como él CO2 se utiliza en las actividades fotosintéticas de los cloroplastos.
5. ¿Cual es la diferencia principal entre las células autótrofas y heterótrofas?
6. ¿Cual es la naturaleza química de las enzimas?
7. ¿Cual es la diferencia entre la respiración aerobia y anaerobia? ¿Cuál de ellas es la que utiliza el
hombre?
8. ¿Por qué las células autótrofas y heterótrofas dependen una de otra?
Análisis y Aplicación
9. A menudo se piensa que las plantas verdes están const ituidas sólo por células autótrofas. En la
actualidad se ha comprobado que un gran número de sus c élulas son heterótrofas. Explique alguna
razón del por qué no es posible que todas las células de las plantas verdes se han autótrofas.
10. En cuáles de las células de nuestro cuerpo espera usted encontrar mitocondrias. ¿Por qué?
11. Algunas veces las enzimas son comparadas, justamente, con un juez de paz, el cual puede efectuar
un matrimonio con un divorcio. ¿Cuáles son las bases para esa comparación?
12. Un organismo que tiene un número considerable de célu las autótrofas se llama autótrofo, de otra
manera el organismo se considera heterótrofo. De los or ganismos dentro de una cadena
alimentaria ¿cuáles deben ser autótrofos y cuáles heterótrofos?

77. Energía y Organismos 72
13. La mayoría de las células en las hojas verdes son aut ótrofas, contienen un gran número de
cloroplastos y muy pocas mitocondrias, no obstante, esas células efectúan un trabajo bioquímico y
necesitan de la energía que tienen las moléculas de ATP. Entonces, ¿cómo lo efectúan con tan
pocas mitocondrias?
Obras de Consulta
Asimov, Isaac. Life and Energy. Doubleday, 1962. Una explicación bastante fácil de entender, acerca de
la energía, su papel y transformación en los organismos.
Fruton, J.S. y Sofia Simmonds. General Biochemistry, 2ª ed. John Wiley & Sons, 1958. Libro de texto.
Gaffron, Hans. Photosynthesis. BSCS, Folleto 24 D.C. Heat, 1964. Una breve e interesante explicación
de la fotosíntesis por una autoridad en la materia.
Gerard, R.W. Unresting Cells (libro de bolsillo). Harper & Row, 1961. Los capítulos 5, 6 y 7 proporcionan
un tratado clásico de las reacciones de la respiración.
Harrison, Kenneth. A Guidebook to Biochemistry. 2ª ed. (libro de bolsillo). Cambridge University Press,
1965.
Lehninger, Albert L. Bioenergetics (libro de bolsillo). W.A. Benjamin, 1965. Un excelente tratado de la
fotosíntesis y de la respiración. Es un poco avanzado.
Revistas
Scientific American
Arnon, Daniel I. “The Role of Light in Photosynthesis”. Noviembre 1960. Un resumen de la secuencia
por medio de la cual la energía luminosa se transforma en energía química de manera que la puedan
usar las células.
Bassham, J.A. “The Path of Carbon in Photosynthesis”. Junio 1962. Cómo se puede usar el carbono 14
para conocer el proceso de la fotosíntesis.
Lehninger, Albert L. “Energy Transformation in the Cell”. Mayo 1960. La actividad enzimática cambia la
energía de los alimentos en energía de enlace del ATP . Cada molécula alimentaria contiene energía
potencial en sus enlaces, que es liberada en la célula por oxidación.
Lehninger, Albert L. “How Cells Transform Energy”. Septiembre 1961. Las células necesitan energía
para mantener una existencia ordenada y estable. La respiración en las mitocondrias y la fotosíntesis en
los cloroplastos, son dos procesos principales para obtener esta energía.
Strumpf, P.K. “ATP”. Abril 1953.
Referencias Bibliográficas
1
W.S. Beck. Modern Science and the Nature of Life. Harcourt, Brace & World, Inc., 1957, p. 209.

78. Moléculas Maestras Controlan la Célula 73

El modelo representa la molécula de DNA que es la m olécula maestra de la célula.
Una propiedad característica de los organismos vivos , es la de que
casi todas sus actividades son sumamente ordenadas. E sto implica la
existencia de mecanismos reguladores eficientes.
1

H.E. Umbarger
Capítulo 6
Moléculas Maestras Controlan la Célula
Los biólogos, durante muchos años se han admirado de la gran eficiencia de la célula, por
la manera de cómo realiza sus funciones. En el Capítu lo 5 estudiamos una actividad
celular, la transformación de energía. La manera tan ordenada de efectuar esa
transformación se debe a grupos de enzimas. Las célul as, además, efectúan otras
actividades: Sintetizan moléculas y transportan material hacia dentro o hacia afuera de la
membrana protoplásmica. Algunas, incluso se mueven en su medio.
Las enzimas, individualmente o en grupo, son las princ ipales responsables de que se realicen
ordenadamente éstas actividades dentro de la célula. Sin embargo, esto nos muestra solamente una
parte de lo que sucede, ya que quedan dos preguntas fundamentales: (1) ¿Dónde y cómo se producen
las enzimas? (2) ¿Cuál es el mecanismo que controla su actividad y producción?
Los científicos no han podido dar una respuesta completa a alguna de estas cuestiones, no obstante
que se conocen muchos hechos clave. Gran parte de los conocimientos modernos acerca del mecanismo
de control celular, se han obtenido de investigacione s recientes. Actualmente, el conocimiento del
mecanismo de control celular es el área principal dentro de la investigación biológica.

79. Moléculas Maestras Controlan la Célula 74
Centro de Control Celular
¿Existe en la célula un lugar que se pueda considerar el centro principal del control de la actividad
celular? La mayoría de los biólogos de este siglo se han enfrentado a dos contestaciones aparentemente
opuestas. Por un lado, los genetistas que estudian los mecanismos de la herencia han proporcionado, al
parecer, una evidencia concreta de que el control c elular está bajo la influencia directa de los
cromosomas. Por otra parte, los bioquímicos han proporcionado otra evidencia de que las enzimas son
las que controlan la célula. Sin embargo, las enzimas, están distribuidas en estado de suspensión en el
citoplasma y no se encuentran en el núcleo en grado apreciable. Esto era un problema fundamental que
se tenía que resolver. Los genetistas creían que los cromosomas son los que tienen el control principal
de la célula; y los bioquímicos creían que son las enzimas. ¿Quién tiene razón?
6-1 El camino para descubrir. Con la intención de resolver este dilema se han planteado y efectuado
varios experimentos. En un experimento de tipo genera l, el núcleo fue separado de ciertos organismos
unicelulares con resultados poco definidos. Por ejemplo, a un paramecio se le quitó el núcleo y el efecto
más notable fue que, después de algunos días, los cil ios quedaron inmóviles. En otro experimento
similar dividieron una amiba en mitades, de manera que el núcleo quedara en una de ellas. Mientras a
las mitades se las mantuvo en ayuno, vivieron un tiempo aproximadamente igual, pero si disponían de
alimento se anotó, entre ellas, una reacción diferente. La mitad de la amiba que contenía el núcleo
tomaba los alimentos y continuaba su vida prácticamen te normal; mientras que la otra mitad, carente
de núcleo, no tomaba alimentos y moría.
6-2 Una serie de experimentos clásicos con Acetabularia. Los
siguientes experimentos ayudaron a esclarecer el papel que desempeñan el
núcleo y el citoplasma, en el control celular. La Acetabularia ya es un alga
unicelular verde, excepcionalmente grande, de 2.5 a 7.5 cm. Para los
experimentos se seleccionaron dos especies diferentes. Como se puede ver
en la Fig. 6.1, las dos especies parecen hongos. Cada una tiene un pedicelo
delgado con una especie de capitel o casquete en un ex tremo y en el otro
rizoides. En ambos casos el núcleo está en la base, e n el extremo
ramificado del pedicelo. Sin embargo, ambas especies d e Acetabularia
difieren claramente: Cada una tiene su propio tipo de casquete. En la
Acetabularia mediterránea, el casquete tiene la forma de una sombrilla que
hubiese sido voltear al revés, mientras la Acetabularia crenulata, tiene su
capitel o casquete como pétalos de margarita.
La Acetabularia presenta dos características ideales para esos
experimentos: (1) Las secciones de ambas especies s e pueden cortar e
injertar unas a otras, sin sufrir ningún daño importa nte. (2) Después del tratamiento, los nuevos
organismos son capaces de crecer, sean cuales fueren las estructuras necesarias para hacer de él un
organismo completo.
Un tipo de experimento muy significativo con Acetabularia, se resume en la Fig. 6.2. La base de
una célula med (mediterránea) conteniendo el núcleo, se injertó con el pedicelo de una célula cren
(crenulata) que se le había quitado su base y su cas quete. El propósito de este experimento fue
determinar si era el núcleo de la célula med o el citoplasma de la célula cren quien controlaba el tipo de
casquete que debería decrecer en el nuevo organismo. El resultado reveló que es el núcleo que tiene
influencia dominante. El nuevo casquete, en forma de sombrilla tiene, consecuentemente, las
características de la célula med. La experiencia contraria, en la cual el pedicelo de la célula med se
injertó a la base (y núcleo) de la célula cren, produjo un nuevo organismo con el casquete del tipo cren.
Estos resultados confirmaron la influencia decisiva del núcleo de la célula sobre el citoplasma.

Figura 6.1 Dos especies de
Acetabularia.

80. Moléculas Maestras Controlan la Célula 75
6-3 Experimentos posteriores con el
núcleo. ¿Cómo ejerce el núcleo influencia? Una
respuesta parcial se obtuvo con otros
experimentos con Acetabularia. En esos
experimentos, el pedicelo con su citoplasma fue
separado, tanto del casquete como del núcleo.
En cada caso, creció un nuevo casquete del
pedicelo con citoplasma y éste siempre resultó
ser idéntico al que hubiera crecido de un
pedicelo con núcleo normal. Estos
experimentos sugieren que el núcleo envía
algún tipo de información al citoplasma. Esta
información permanece en el citoplasma por un
tiempo, durante el cual ejerce un control sobre
las actividades del citoplasma.
¿Domina el núcleo completamente la
célula? El experimento anterior sugiere que
puede ser cierto; los experimentos con
Acetabularia, como se ve en la Fig. 6.3,
sugieren que el citoplasma ¡ejerce influencia
sobre el control del núcleo! Después que
Acetabularia ha alcanzado la madurez, el
núcleo de la base de cada célula empieza
dividirse y a multiplicarse. Los núcleos
resultantes se dirigen del pedicelo hace el
casquete. Sin embargo, si eliminamos el
casquete antes que la célula alcance su
madurez, se detiene la división nuclear. En otro
experimento, en el cual se inserta el casquete
maduro a un pedicelo y base de una célula, el
núcleo de esta célula inmadura empieza
dividirse, casi dos meses antes de lo que
normalmente ocurriría. Se ve que el citoplasma
de los casquetes más viejos produce algún tipo
de información que estimula y controla la
división del núcleo. Todo esto indica que esas
informaciones las trasmiten sustancias
químicas.
¿Qué es lo que dicen los experimentos anteriores en relación al centro de control celular? ¿Hay tal
cosa? Muchos experimentos, aquellos con Acetabularia sólo son una parte, indican que el núcleo sirve
como centro de control celular. Algunas sustancias producidas en el núcleo pasan a citoplasma, donde
ejercen su influencia. Sin embargo, esas sustancias no ejercen el control absoluto de la célula ya que
algunas sustancias se producen en el citoplasma mis mo y sólo ejercen control sobre el núcleo. Hay
otras sustancias, producidas fuera de la célula, que pueden ejercer su influencia en el citoplasma y en
el núcleo. Considerando que debe existir un equilibrio dentro de la célula, ¿se puede esperar que todas
esas sustancias, sólo se produzcan en un centro?
Repaso
1. ¿Qué indican los experimentos con “amibas” del papel que desempeña el núcleo?
2. ¿En qué difieren las Acetabularia?
3. ¿Cuales son las dos características de Acetabularia, que la hacen un organismo ideal para
los experimentos descritos?
4. ¿Cual es la apariencia del casquete de una Acetabul aria que tiene una base cren,
insertada con un pedicelo med?
5. ¿Cuándo ocurre, ordinariamente, la división nuclear en Acetabularia?
6. ¿A qué conclusiones conducen los experimentos con Aceta bularia?

Figura 6.2 En estos experimentos, el núcleo parece ser el factor que
gobierna la célula.

81. Moléculas Maestras Controlan la Célula 76
Enzimas y Núcleo Celular
Hemos establecido que el núcleo es el centro
principal de control en la célula, sin embargo, nos
enfrentamos aún a hechos que pueden parecer
contradictorios. Las enzimas son, como ya se
indicó, las principales responsables del control de
las diferentes actividades celulares; están
concentradas en el citoplasma, pero no lo están en
ningún sitio del núcleo. Considerando los
excrementos con Acetabularia, se puede pensar
que los núcleos producen las enzimas que emigran
al citoplasma y en esta forma controlan las
actividades celulares. Esta idea parecía atractiva,
pero todavía no se apoya en evidencias
experimentales. Entonces, ¿cuál es la respuesta?
6-4 Los genes se relacionan con las enzimas.
En 1941, dos científicos estadounidenses, George
Beadle y Edward Tatum, reportaron una serie de
experimentos que relacionaban el núcleo celular
con las enzimas. Trabajando con moho de pan,
Neurospora, mostrados en la Fig. 6.4, demostraron
que las unidades de la herencia, los genes, están
directamente relacionados con la producción de las
enzimas dentro de la célula. El método seguido por
los investigadores consistió en bombardear el
moho con rayos X o con radiaciones ultravioleta.
Esta técnica es la que, desde hace años, han
estado utilizando los científicos para producir
cambios genéticos en los cromosomas de varios
organismos. Después fueron examinadas las
generaciones irradiadas, que mostraron signos de
deficiencia enzimática.
El Dr. Beadle sugirió una analogía para ayudarnos a comprender mejor el
método empleado. Suponga que se desea saber cuál es e l trabajo que realiza un
obrero en una fábrica de automóviles, pero no es posible observarlo en acción. Una
forma para saber el tipo de trabajo que realiza, ser ía atar las manos antes de
entrar a la fábrica, de tal modo que le impide trabajar. Después, observando el
producto final – por ejemplo, un automóvil sin defensas – se deduce su trabajo.
Por supuesto que la irradiación en el experimento de Beadle y Tatum no se
puede enfocar sobre algún gen específico en el hongo del pan, pero los científicos
fueron capaces de mostrar que por cada gen dañado en los individuos irradiados,
sus descendientes mostraban una deficiencia en una enzima específica. A partir de
estos resultados, ha surgido la hipótesis un gen-una enzima que posteriormente
permitió a estos hombres, en colaboración con Joshua Lederberg ganar el Premio
Nóbel de Fisiología y Medicina en 1958.

Figura 6.3 Estos experimentos indican que el citoplasma ejerce una
influencia reguladora sobre el núcleo.

Figura 6.4 Neurospora
crassa, el hongo rosa del pan,
tal como aparece al crecer
sobre ágar un tubo de ensayo
inclinado.

82. Moléculas Maestras Controlan la Célula 77
Al mismo tiempo que se publicaron los trabajos de Beadle
y Tatum, se pensó en los genes como unidades distintas
colocadas de manera precisa, a lo largo de los cromosomas .
Entonces se supo que en la mayoría de las células lo s
cromosomas están en el núcleo celular. Esto hizo suponer que
los genes ejercen su influencia en el núcleo, para producir
enzimas – una por cada gen – y que estas enzimas
procederían luego a controlar las actividades celulares; pero
no hay evidencia suficiente para llegar a tal conclusión. Hubo
una contradicción evidente. El núcleo, difícilmente podría ser
un centro productor de enzimas, ya que no había
concentración enzimática en él. Entonces surgió otro
problema, ya que además de las enzimas, había, en l a célula, otras proteínas que también eran
controladas por los genes. Afortunadamente, otra serie de experimentos han dejado la puerta abierta,
para llegar a la solución de este problema.
6-5 Se descubrió la transformación de bacterias. En 1928, el
bacteriólogo inglés Fred Griffith, informó el mundo ci entífico un
descubrimiento de importancia, a consecuencia de sus experimentos
realizados en dos cepas de bacterias diferentes. Es tas bacterias
pertenecen al grupo llamado de neumococos. Algunos miembros de
este grupo de bacterias, como usted ya supo, son capaces de causar la
neumonía.
Las dos cepas de bacterias, que utilizó Griffith difi eren,
principalmente, en dos aspectos. Una cepa, cuando crece en un medio
apropiado, produce pequeñas colonias que parecen ásperas al verlas a
través de la luz reflejada. A estas cepas se le llama A; a la otra cepa se
le llama L, debido a que sus colonias tienen una apariencia brillante o quizás más bien lisa, al verse con
luz reflejada. La diferencia entre las dos, A y L, se ve claramente al compararlas en el microscopio; ésta
se muestra en la Fig. 6.5. Las células de la cepa L SE ven rodeadas por una cubierta o cápsula, gruesa
y limosa, mientras que la A carece de ella.
La segunda diferencia importante entre las cepas A y
L, se relaciona con la cápsula y limosa. Cuando los
organismos que sirven para experimentar, como los
ratones, se inocula la cepa A, no les produce neumonía.
Los glóbulos blancos del ratón son capaces de "fagocitar"
las células cepa A, impidiendo su multiplicación; en
consecuencia, evitan la enfermedad. Sin embargo, si al
ratón se el inocula células cepa L, la cápsula limosa que
tienen, evite que los glóbulos blancos "fagociten" la s
bacterias. Por consiguiente, las células cepa L se
multiplican y producen la neumonía.
En uno de sus experimentos, Griffith inyecta los
ratones, células vivas de la cepa A junto con células cepa
L, a las cuales mató usando calor. Para su sorpresa, l os
animales adquirieron neumonía. Posteriormente recibió
otra sorpresa, aún mayor. Cuando examinó la sangre de
los ratones enfermos, encontró una gran cantidad de neumococos de la cepa productora de la
neumonía, que le hizo pensar que no todas las células cepa L habían muerto y que era necesario repetir
el experimento. Al obtener el mismo resultado, concluy ó que las células muertas de la cepa L,
conservaban cierta capacidad para trasmitir su actitud de producir cápsulas limosas a las células de la
cepa A. posteriormente, esta capacidad de transformación se transmitió a los descendientes de las
células A. algún tipo de información o de sustancia química de las células L, muertas, transformaba
literalmente las células A en productoras de cápsulas. La Fig. 6.6, resume estos experimentos.

George W. Beadle, creció en
una granja cerca de Wahoo,
Nebraska. Un maestro de la
secundaria lo estimuló para
continuar en la ciencia.
Mientras hacía el curso de
posgraduado en la Universidad
de Nebraska, Beadle empezó a
interesarse en genética.
Posteriormente estudió en
Cornell y en el Instituto
Tecnológico de California.
Edward L. Tatum.
En la Universidad de
Stanford, se
interesó en la
misteriosa
naturaleza de la
acción de los genes,
sus trabajos con
éstos le valieron el
Premio Nóbel.



Figura 6.5 Las dos
cepas de
neumococos. La A
(en la en la parte
superior) sin
cápsulas, no causan
neumonía. La forma
capsular L (abajo) es
la causante de la
neumonía.

83. Moléculas Maestras Controlan la Célula 78

Figura 6.6
Como las conclusiones de Griffith eran sorprendentes , otros investigadores comprobaron y
confirmaron los resultados obtenidos. No pasó mucho tiempo para que los resultados de Griffith fueran
obtenidos in vitro, es decir, fuera del cuerpo del animal. Evidentemen te, son algunas sustancias
químicas de las células muertas las que actúan como potente regulador de las células vivas; pero,
¿cuáles son esas sustancias?
6-6 Se identifica a la sustancia transformadora. Tres
investigadores del Instituto Rockefeller de New York i dentificaron la
sustancia que transforma los neumococos. Éstos científicos – doctores
Avery, MacLeod y McCarty – separaron cuidadosamente los diferentes
componentes químicos de los extractos de la cepa L y luego probaron
cada uno de ellos para determinar su capacidad de tra nsformación. Al
probar con la cápsula limosa, las pruebas no afectaron las células de la
cepa A. al hacerlo con varios componentes proteicos en las células de la
cepa L los resultados fueron igualmente negativos. Después de una
serie de técnicas complicadas de purificación se ide ntificó un
componente como sustancia transformadora, “la preparac ión 44”, la cual se llamó ácido
Oswald T. Avery
era el mayor del
grupo de los tres
investigadores que
identificaron la
sustancia
transformadora de
las bacterias.
Murió en 1955.

84. Moléculas Maestras Controlan la Célula 79
desoxirribonucleico. Actualmente se le conoce por su nombre abreviado: DNA. En el reporte, de 1944,
se lee:
Hasta donde los autores conocen... un ácido nucleico, del tipo de la desoxirribosa, no había
sido recuperada, hasta ahora, de los neumococos ni hab ía sido inducida,
experimentalmente, una transformación específica in vitro, por una sustancia química
definida.
... Si, no obstante, la sustancia biológicamente activ a aislada... como... el ácido
desoxirribonucleico, prueba actualmente ser el principio transformador, como lo sugiere
fuertemente la evidencia obtenida, entonces los ácidos nucleicos de este tipo, deben ser
considerados no son estructuralmente importantes sino como funcionalmente activos para
determinar las actividades bioquímicas y las caract erísticas específicas de las células
neumocócicas.
2

6-7 ¿Cuál es el efecto de este descubrimiento? Con el descubrimiento
del DNA, se unificaron muchos conocimientos aislados y mucha
información esporádica hasta lograr un modelo razonable. Desde 1871, el
químico suizo Miescher, había estudiado la naturaleza química del núcleo
celular. Miescher aisló e identificó una sustancia que llamó nucleína, la
cual, más tarde, llamaron ácido desoxirribonucleico. Ot ros análisis
posteriores mostraron que los cromosomas estaban const ituídos por
proteínas y DNA. ¿Estarían los genes – las unidades misteriosas que están
en los cromosomas – compuestos del DNA o de proteínas o de ambos?
Antes de los trabajos de Avery, MacLeod y McCarty, pa recía ser más
probable que era el material proteico de los cromosomas el constituyente de los cromosomas. Esto
parecía lógico, aun cuando no fuese por otra razón que l as enzimas que controlan la célula eran
proteínas, con identificación de la "preparación 44" como la sustancia transformadora, inmediatamente
se enfocó la atención en el contenido de DNA en los crom osomas. Desde 1944, los científicos han
encontrado pocos obstáculos en sus investigaciones del mecanismo del control celular. Hasta ahora
todos los experimentos han conducido hasta el DNA.
Repaso
1. ¿Cuáles fueron los organismos de experimentación de
Beadle y Tatum?
2. ¿A qué hipótesis les llevaron los experimentos de Beadle y
Tatum?
3. ¿Cuál fue la evidencia que les indicó que los genes no
producen directamente las enzimas en los núcleos?
4. ¿Cómo podría describir la cepa de neumococos causantes
de la neumonía?
5. ¿Cuáles, los experimentos de Griffith, fueron los que le sorprendieron e hicieron pensar
que había cometido un error?
6. ¿Cual es el nombre más conocido de la nucleína o “preparación 44”?
DNA: Su Estructura y Función
La declaración de Avery, MacLeod y McCarty de que el DNA es el factor de transformación de los
neumococos, no convenció a la totalidad de los biólogos de que esta molécula fuera "la molécula
maestra" de la célula. El hecho de que así se reconozc a hoy, se debe al resultado de numerosos e
importantes experimentos realizados en la década de 1950. Pero aún después de que la importancia del
DNA era reconocida, quedaban tres preguntas por cont estar: (1) ¿Cuál es la naturaleza química de las
moléculas de DNA? (2) ¿cómo ejerce el DNA su influen cia al resto de la célula, si se encuentra casi
exclusivamente en los cromosomas? (3) ¿Qué clase de in formación del citoplasma es responsable del
control del DNA?

Colin MacLeod,
igual que Avery,
nació en Nueva
Escocia, Canadá.
Maclyn McCarty. Nació en el
sur de Bend, Indiana. Hizo
sus trabajos de estudio, en la
Universidad de Stanford antes
de trabajar en el equipo con
Avery y MacLeod en el
Instituto Rockefeller.

85. Moléculas Maestras Controlan la Célula 80
Revisaremos algunas de estas ideas y hechos, para
encontrar las respuestas a estas tres preguntas.
6-8 Los componentes químicos del DNA. Los químicos,
mucho antes de que se conociera el DNA como factor de
transformación en los neumococos, conocían mucho respeto
su composición. Sabían que el DNA era una molécula gig ante,
compuesta por una repetida adición de subunidades, de
manera semejante a las largas cadenas de moléculas
proteicas. También habían sido identificadas las tres unidades
que componen el DNA. Una de esas unidades en el grupo
fosfato, del mismo tipo del grupo químico que se encuentra en
la molécula de trifosfato de adenosina; se estudió en el Capítulo 5. Otra unidad fue el sacárido de 5
carbonos, llamado desoxirribosa. La tercera unidad, se sabía que era alguna de estas 4 moléculas que
contienen nitrógeno: Adenina, timina, guanina y citosina. Todos los análisis químicos de estas
moléculas y sus fórmulas estructurales, se pueden ver en la Fig. 6.7.
Los análisis químicos del DNA, realizados en sustan cias tales como
levaduras y médula ósea, han revelado que las unidades de fosfato y azúcar se
encuentran, aproximadamente, siempre en la misma pr oporción. Además,
aunque la cantidad de los cuatro compuestos nitrogen ados – llamados bases
DNA – sea diferente en cada organismo, ciertos pares de estas bases se
encuentran siempre en proporciones aproximadamente i guales (véase la Tabla
6.1).
A principios de la década de 1950, se sabía muy poc o acerca de cómo
estaban unidas y arregladas las diversas unidades de la molécula de DNA; por
eso, la estructura del DNA fue de gran interés para los biólogos. A partir de las
investigaciones de William Harvey en las que el conocimiento de la estructura
le ayudó a comprender la función del corazón y la sangre , cientos de
investigadores han usado el conocimiento de la estruct ura como una ayuda
para comprender una función. Ciertamente un conocimien to de la estructura
del DNA proporciona valiosas guías respecto a su función dentro de la célula.
Con esta idea en la mente muchos investigadores se ded icaron al trabajo de
descubrir la estructura del DNA.
6-9 Watson, Crick y Wilkins proponen un
modelo. El primer reporte importante acerca
de la estructura del DNA fue publicado en la
revista científica inglesa Nature el 25 abril
1953. En esa fecha el biólogo estadounidense
J.D. Watson y el biofísico inglés F.H.C. Crick,
quienes trabajaron con los datos recopilados
por Maurice Wilkins, enunciaron:
Deseamos sugerir una estructura para la
sal del ácido desoxirribonucleico (DNA).
Esta estructura, tiene unas características nuevas, que son de considerable interés
biológico.
3


Friederich Miescher, el
bioquímico suizo que descubrió
el DNA (que llamó "nucleína")
al analizar los núcleos de
varias células del pus.
Posteriormente, encontró este
mismo compuesto en células
de levaduras y esperma de
salmón. Otros investigadores
encontraron que este
compuesto presenta reacción
ácida; de ahí su nombre de
"ácido desoxirribonucleico".

Figura 6.7 Las 4 bases
nitrogenadas, que se encuentran en
el DNA.
Tabla 6-1 Porcentaje de bases nitrogenadas de DNA

Adenina Timina Guanina Citosina
Bacterium
(tuberculosis)
Médula ósea (rata)
Esperma (toro)
Testículos (arenque)
Timo (toro)
Germen de trigo
Levaduras
15.1
28.6
28.7
27.9
28.2
27.3
31.3
14.6
28.4
27.2
28.2
27.8
27.1
32.9
34.9
21.4
22.2
19.5
21.5
22.7
18.7
35.4
20.4
20.7
21.5
21.2
22.8
17.1

86. Moléculas Maestras Controlan la Célula 81
En este artículo explicaban Watson y Crick como usaron la fotografía de difracción
de rayos X (véase la Fig. 6.8) y otros datos como base, para representar, con metal y
alambre, un modelo de la molécula. El resultado, en sus propias palabras, fue "una
estructura radicalmente diferente". Su modelo, que llegó a ser conocido como modelo
Watson-Crick, se asemeja mucho a una escalera de cuerda, marina , "torcida" o una
escalera de caracol. Técnicamente, su forma se conoce como doble hélice. Para
entender cómo están dispuestas las diferentes unidades en el modelo de Watson-Crick,
nos servimos de la ilustración de la molécula, tal como aparecería si la escalera de
cuerda se hubiese torcido. Los lados paralelos de la e scalera contienen unidades
alternadas de azúcar y fosfato. Cada uno de los escal ones consiste de dos bases
nitrogenadas unidas entre sí en la parte media del escalón y unidas al azúcar por los
extremos (véase la Fig. 6.9).
¿Cuales son algunas de las “características nuevas” del modelo de Watson-Crick?
Una de ellas se relaciona con la manera de enlazarse con las bases, en la parte media
de cada escalón. Su enlace, no es el usual que mantie ne juntas las otras moléculas,
son puentes de hidrógeno que tienen una veinteava pa rte de fuerza de cualquier otro
enlace en la molécula; es decir, hay un "punto débil" en la mitad de cada escalón.
Otra característica nueva es la forma en que están apareadas las
bases. Debido a su tamaño y a su estructura molecular, sólo se pueden
hacer ciertos apareamientos. La base adenina se “acom odará” sólo
cuando forme pareja con la base citosina. Sin embargo, no hay
restricción en el orden de las bases. Como ejemplo, tomemos el orden
de escalones que se representen, simbólicamente, en la Fig. 6.10.
6-10 Los nucleótidos son las unidades estructurales de los
ácidos nucleicos. Una molécula de azúcar, una de fosfato y una base,
se unen para formar una unidad básica llamada nucleótido. El DNA está
compuesto por cuatro nucleótidos diferentes: Nucleóti do adenina,
nucleótido guanina, nucleótido timina y nucleótido citosina (véase la
Figs. 6.11).
¿Por qué se debe
considerar de “interés biológico”, el puente de
hidrógeno que une las bases o los apareamientos de
esas bases? Si el DNA es realmente la molécula que
constituye las unidades de la herencia, debe tener la
característica única siguiente: El DNA debe ser capaz
de hacer reproducciones exactas o copias de sí mismo.
El modelo de Watson-Crick expliqué, lo anterior. De
ese modelo, se puede deducir que por un rompimiento
del puente de hidrógeno, suponiendo que el DNA debe
estar rodeado de nucleótidos "libres", cómo la molécula
del DNA puede hacer dos copias exactas de ellas
mismas. Estudie el diagrama de la Fig. 6.12 y verá cómo se puede lograr.
6-11 El modelo de Watson-Crick, es probado. Un modelo científico está basado en evidencias. Pero
también es producto de la imaginación; de ahí que no se pueda esperar que sea preciso. Un modelo da
a otros científicos algo para probar – ese algo sirve de base para realizar los experimentos.
El verdadero valor de un modelo estriba en si se puede o no usar para obtener posteriores
conocimientos o ideas. ¿Qué cambios ha tenido el modelo de Watson-Crick desde 1953 a la fecha?
Ninguno. Para probar la validez del modelo se han re alizado varios excrementos y los ha resistido
todos. Hasta este momento, el modelo parece reflejar exactamente todas las evidencias actuales. Otras
investigaciones, utilizando suposiciones basadas en el modelo, han obtenido excelentes resultados a
base de nuevos hechos y nuevas ideas. El modelo de DN A de Watson-Crick ha resultado ser un modelo
ideal.

Figura 6.8 La fotografía
original de Wilkins de la
difracción de rayos X
producida por el DNA.

Figura 6.9 La naturaleza helicoidal de las
moléculas de DNA, frecuentemente se
compara a una escalera de caracol.

Clave: Estos símbolos se usarán en el resto del capítulo para
representar las diferentes partes del DNA y RNA. Como se puede
deducir de las figuras 6.11, esos símbolos no se pa recen a su
forma química. Sin embargo, resultan útiles al indi car que la
adenina solamente esa aparea con timina o uracilo y la citosina
con la guanina.

87. Moléculas Maestras Controlan la Célula 82
Repaso
1. ¿Cuáles son los tres componentes de un
nucleótido?
2. ¿Cuáles son las cuatro bases nitrogenadas que
se encuentran en el DNA?
3. ¿Cuál es el significado de “reproducción”?
4. ¿Cuáles características estructurales del DNA
ayudaron a aclarar su función en la
reproducción?
5. Mencione las parejas de nucleótidos que se
encuentran en el DNA.
DNA y Síntesis Proteica
Los experimentos demuestran que el DNA es capaz
de copiarse a sí mismo. Esto prueba que es capaz de ser
el material genético. Queda todavía una pregunta muy
importante: ¿Cómo puede el DNA, que se encuentra
solamente en los cromosomas, ejercer su influencia en
toda la célula? De acuerdo con los primeros
experimentos, de Beadle y Tatum, por ejemplo, se habí a
establecido una relación entre los genes y las enzima s.
Entonces, ¿es el DNA, en cierta manera, responsable de
la producción de las enzimas? Recuerde que las enzimas
están constituidas principalmente, si no es que
completamente, de proteínas y éstas a su vez, son cad enas de aminoácidos. Luego, parece lógico
pensar que el DNA es, realmente el responsable de la síntesis de las proteínas. Pero, ¿cómo se realiza
esta síntesis?

Figura 6.11 Los ácidos nucleicos están formados por largas cadenas de subunidades llamadas nucleótidos. Cada nucleótido de DNA consta
de una de las cuatro bases nitrogenadas unidas al a zúcar desoxirribosa. También está unido a la desoxi rribosa un grupo fosfato. Las
fórmulas estructurales de los nucleótidos adenina, guanina, citosina y timina se muestran arriba. Note que los nucleótidos citosina y timina
son más pequeños. ¿Cuál sería la forma de la molécu la de DNA desenlazada si los nucleótidos citosina y timina apareados estuvieran
alternados con los nucleótidos guanina y adenina apareados?

Figura 6.10 Una sección de
la hélice de DNA, obsérvese
la similitud que guarda con la
escalera de caracol o de
espiral. Las parejas que
forman las bases de los
escalones pueden
encontrarse en cualquier
orden a lo largo de la hélice.

88. Moléculas Maestras Controlan la Célula 83
Más y más evidencias que se van acumulando sugerían que los aminoácidos se ensamblaban para
formar las proteínas en el citoplasma y no en el núcleo. En los 10 años siguientes, desde el histórico
trabajo de Watson y Crick, numerosos científicos han propuesto nuevos modelos que revelan cómo el
DNA ejerce su control en toda la célula. Ahora nos referimos al nuevo modelo por el hombre de modelo
sintetizador de proteínas.

Figura 6.12 Cuando se “duplica” el DNA, se forman dos “copias” exactas, una de cada banda del DNA. La copia
sucede cuando las bandas del DNA, se “desenlazan”. Ese desenlace significa que los puentes de hidrógeno entre
las parejas de las bases (del centro) se rompen. Los nucleótidos del medio se unen con los nucleótidos libres de
las bandas simples del DNA. De esta manera se forman dos moléculas de DNA idénticas a la base (izquierda).
6-12 Una revisión química. Para comprender los "trabajo" del modelo sintetizador d e proteínas
debemos introducir ciertas ideas y otras deben ser revisadas. Hasta ahora, hemos evitado mencionar
otro ácido nucleico que, junto con el DNA, se encuentra en la célula; se trata del ácido ribonucleico
(RNA) que se encuentra en toda la célula y no como el DNA, que queda confinado principalmente en los
cromosomas. En el núcleo, el RNA se encuentra concentr ado en dos zonas, como lo muestra la Fig.
6.13. Ahí, se encuentra estrechamente asociado con l os cromosomas y también se encuentra en los
nucleolos. Los nucleolos son esos cuerpos de color oscuro, visibles en los núcleos de la mayoría de las
células animales, excepto durante la división celular. En el citoplasma, la mayor concentración de RNA
está en los ribosomas, esos cuerpos diminutos que motea n el retículo endoplásmico (véase las
micrografías del Capítulo 2).



Figura 6. 13b Los cromosomas teñidos con azul de
toludina permiten mostrar el DNA (azul) y el RNA (violeta).
El área hinchada del cromosoma se llama hinchamiento del
cromosoma y esta área, es la de mayor concentración de
RNA.
Figura 6.13a Esta sección de tejido pulmonar
humano está teñida para qué resalte el núcleo
verde-amarillo brillante. Con esta tinción el RNA
aparece anaranjado brillante, mientras que el DNA
se observa como amarillo y verde. ¿Puede localizar el
nucléolo en esta célula?

Se cree que el RNA tiene una estructura helicoidal, muy semejante a la del DNA, sin embargo su
composición química difiere del DNA en dos aspectos i mportantes: Primero, que el RNA no tiene
nucleótido timina y que en su lugar, está un nucleótido con la base nitrogenada uracilo apaleado con un
nucleótido adenina (véase la Fig. 6.14); la segunda diferencia reside en el azúcar de 5 carbonos, que se
encuentra en el nucleótido. Debe recordar que el azúca r en el nucleótido del DNA se llama

89. Moléculas Maestras Controlan la Célula 84
desoxirribosa, mientras que el nucleótido del RNA, s e llama ribosa. Al examinar en la Fig. 6.15 la
fórmula química de estos azúcares, ¿podría justificar sus nombres?
6-13 Un mecanismo para copiar. Watson y Crick concluyeron su
declaración de 1953 la siguiente manera:
No ha escapado a nuestra atención que las parejas específicas que
hemos postulado anteriormente sugieren un posible mec anismo de
copia del material genético.
4

De acuerdo con los conocimientos del papel que desemp eña el DNA,
las observaciones de que las parejas básicas del DNA proporcionan un
mecanismo de copia fueron muy significativas. Por lo menos, ésta es la
función que actualmente se les atribuye. En determi nados momentos,
algunas partes del DNA se separan o "desenlazan" en los enlaces de
hidrógeno. En presencia de ciertas enzimas y de ATP, los nucleótidos
RNA se aparean con las bases del DNA – la guanina a la citosina (o
viceversa) y el uracilo a la adenina – formando un R NA completo
(actualmente, no está todavía claro si el RNA puede o no formarse sobre una o sobre ambas mitades de
la molécula de DNA). Después, el RNA formado sobre el modelo del DNA "se desliga", dejando libres a
los nucleótidos DNA, en posición de volver a unirse. Es evidente que el RNA así formado será una copia
fiel de la molécula de DNA, sobre la cual fue ensamblado (véase la Fig. 6.16).



Figura 6.15 La ribosa en el RNA y la desoxirribosa en el DNA.



Figura 6.16 El RNA se separa de la
molécula de DNA de la cual se formó.
Después se mueve hacia fuera del
núcleo, a través del citoplasma, hacia
los ribosomas. Esta forma de RNA
recibe el nombre de RNA mensajero
(RNAm).
Por un método todavía desconocido, la banda con los nu cleótidos libres del RNA se mueve hacia el
citoplasma, debido a que de esta manera lleva información de la molécula del DNA, en su estructura
incompleta, se llama RNA mensajero (RNAm).
Recordará que las enzimas, lo mismo que otras proteínas, están constituidas de una o más cadenas
de polipéptidos. Estas cadenas de polipéptidos se form an por una serie de aminoácidos que se
mantienen unidos con un orden específico. También deb e recordar que el orden de los aminoácidos es
de importancia crítica y que en una cadena de polipéptido, si uno de ellos no está en el lugar que le
corresponde, puede resultar una nueva proteína. Ahora bien, el "milagro" de cómo la célula dirige, en
forma consistente el ensamble de los aminoácidos, cons ervando ese orden específico, ¡parece haber
sido resuelto!
6-14 El orden de los nucleótidos es muy importante. El orden de los nucleótidos en la molécula
del DNA sirve como un código. Así, una pequeña parte de una sola banda del DNA, puede tener las
bases en el siguiente orden: Citosina, adenina, citosina, timina, guanina, citosina, adenina, adenina,
guanina, se abrevia: CACTGCAAG y el mensaje del RNA m tendrá el siguiente orden complementario:
GUGACGUUC (véase la Fig. 6.17).

Figura 6.14 Compare la fórmula del uracilo
con la fórmula de la timina en la Fig. 6.7.

90. Moléculas Maestras Controlan la Célula 85
Repartidos en todo el citoplasma existen 20 diferentes clases de
aminoácidos, que se pueden reunir para formar polipép tidos y muchas
formas diferentes de un RNA especial, bandas dobles llamado RNA de
transferencia (RNAt) – algunas veces denominado RNA soluble (RNAs).
Con la ayuda de una enzima específica y ATP, cada un a de estas
moléculas de RNA de transferencia se enlaza químicam ente a un
aminoácido específico. Así, unido a un RNA "portador", un aminoácido
está a un paso más para ser incorporado a un polipéptido (véase la Fig.
6.18).

Figura 6.18 El RNA de transferencia se
representa aquí como una sucesión de tres
bases nitrogenadas unidas a una banda de
RNA. Unido a esta terna hay un aminoácido
específico, representado aquí por dos puntos
anaranjados.

Tabla 6-2 Ternas mensajeras del código genético
Aminoácido Ternas Aminoácido Ternas Aminoácido Ternas
Alanina
GUC
GCC
GCA

Glicina
GUG
GGC
GGA

Prolina
CCU
CCC
CCA
Arginina
CGU
CGC
CGA

Histidina
CAU
CAC

Serina
UCU
UCG
Asparagina
AAU
AAC

Isoleucina
AUU
AUC

Treonina
ACU
ACC
ACG
Ácido aspártico
GAU
ACG

Leucina
UUA
UUG
CUU

Triptófano UGG
Cisteína
UGU
UGC

Lisina
AAA
AAG

Tirosina UAU
Ácido glutámico
GAA
GAG

Metionina AUG

Valina GUU
Glutamina
CAA
CAG

Fenilalanina
UUU
UUC


* Con 1 letra se pueden codificar 4 aminoácidos, con 2, 16 y con 3, 64; lo cual es
más que suficiente para codificar 20 aminoácidos.
6-15 ¿Cómo son incorporados los aminoácidos en el o rden debido? Aparentemente, cada uno de
los RNA de transferencia tiene, en un orden característico, tres nucleótidos expuestos, sin aparear. Con
la intervención de los ribosomas, estos nucleótidos se aparean con los nucleótidos complementarios del
RNA mensajero. Observe lo bello, en la sencillez de este mecanismo. Supongamos que después que
una molécula de DNA, en un cromosoma, se ha desenlaz ado, muestra la secuencia de nucleótidos

Figura 6.17 En el citoplasma, el RNA
mensajero, se adhiere las ribosomas. En este
esquema, el ribosoma es la estructura
grande que aparece en la parte baja de la
ilustración. Usted recordará del Capítulo 2
que los ribosomas se consideran los lugares
de la síntesis proteica. Usando la clave de los
símbolos de la página 132, ¿cuál es el orden
de las bases nitrogenadas en el RNA
mensajero?

91. Moléculas Maestras Controlan la Célula 86
adenina, adenina, adenina (AAA). Esto podría ser copiado por el RNA mensajero, como el orden uracilo,
uracilo, uracilo (UUU). Después este mensaje UUU pas a al citoplasma por medio del RNA mensajero,
supondremos que se encuentra un RNAt, conteniendo una secuencia de nucleótidos libres (AAA) que se
unirá con el RNA mensajero, también supondremos que el RNA de transferencia (AAA) está unido a una
molécula del aminoácido fenilalanina. De esta manera el mensaje en clave AAA, de la molécula de DNA,
que especifica la clase y colocación del aminoácido (fenilalanina) ha sido enviado, fuera, al citoplasma
de la célula. Usando una variedad de mensajes en cla ve con 3 letras, hay 64 posibilidades, ese
mecanismo puede especificar fácilmente la clase y ord en de los 20 aminoácidos diferentes (véase la
Tabla 6-2).
6-16 Papel de los ribosomas en el modelo de la sínt esis
proteica. Parece que los ribosomas se mueven individualmente a lo
largo del RNA mensajero, de un extremo a otro. Al move rse,
"traducen" la clave del mensajero y ayudan a incorpora r las bandas
adecuadas de RNA de transferencia (véase la Fig. 6. 19). Cada
ribosoma al moverse a lo largo del RNA mensajero sinte tiza,
probablemente, una cadena completa de polipéptidos. Los
experimentos han demostrado que pueden moverse, al mis mo
tiempo, varios ribosomas a lo largo del RNA mensajero. Un grupo de
ribosomas adheridos a una banda de un RNA mensajero, recibe el
nombre de polirribosoma o simplemente, polisoma (véase la Fig.
6.20).
6-17 El gen y su papel son
definidos. El modelo de la síntesis
proteica actual proporciona al biólogo
su primera oportunidad para dar una
definición precisa de gen. Una de
estas definiciones dice que el gen es una secuencia nucleótida en una
molécula de DNA y es la responsable final de la síntesis de una cadena
de polipéptidos. Observe como esta definición modifica la hipótesis de
Beadle-Tatum y da al gen una función más limitada, porque las
enzimas están formadas, generalmente, por más de una cadena.
Otra ventaja del modelo es que permite tomar en cuen ta las
mutaciones, cambios repentinos en la herencia del individuo. D e
acuerdo con el modelo, la alteración de nucleótido en una molécula de
DNA podría deberse a la sustitución o supresión de un aminoácido en
una proteína celular. Por ejemplo, las cadenas que forman la molécula
de hemoglobina tienen 287 aminoácidos. Debe recordar que la sustitución de uno de esos 287
aminoácidos en cada una de las dos cadenas, puede cau sar la anemia falciforme (véase la Fig. 6.21 y
Sección 3-18).

Figura 6.19 El aminoácido glicina, unido a una
terna RNA de transferencia, está adherida a un
ribosomas donde el RNA atrae a una banda
complementaria de un RNAm. Así, el segmento
de RNAm que aún muestra tres nucleótidos
(GUG) tiene codificado un aminoácido específico.
De esta manera se forma una cadena
polipéptida sobre el ribosoma; esta cadena tiene
cuatro aminoácidos, ácido aspártico,
fenilalanina, glicina y serina, unidos a un
aminoácido, que podemos deducir de la Tabla 6-
2.

Figura 6.20 Estos polirribosomas fueron
tomados de unas células de un tumor
humano.

92. Moléculas Maestras Controlan la Célula 87
En todo modelo científico se desea que haya belleza y simplicidad,
aunque estos atributos no garantizan que sea un buen modelo. Para
determinar el valor de un modelo debemos plantear dos preguntas:
¿Ofrece el modelo ideas que se pueden comprobar? ¿El m odelo ayuda a
obtener nuevas ideas y nuevos hechos? En el caso de l modelo de la
síntesis proteica, ambas respuestas se pueden contes tar
afirmativamente. El modelo ha servido de base general para diferentes
tipos de experimentos y ha demostrado ser útil para proporcionarnos
nuevos hechos e ideas.
Como hemos dicho, hay diversas cualidades. Recordemos qu e el
modelo de la síntesis proteica está basado principal mente en otro
modelo, el modelo del DNA de Watson-Crick, por lo tanto, es mucho más
reciente y ha sido puesto a la consideración de los c ientíficos en un
período menor de 10 años.
Otra cualidad que se debe tener en cuenta, es la am plitud y
complejidad del modelo, ya que en la actualidad incluye los mecanismos
de la síntesis proteica en todas las células de los distintos organismos.
Conforme se ha ido exponiendo, las pruebas se han acumu lado
rápidamente reafirmando este criterio. Por ejemplo, en un experimento con RNAt (unido diferentes
aminoácidos) que se obtuvo de las células bacteriales “rotas”, se agregó a una solución que contenía
RNAm y ribosomas, tomados de las células de los conejos que estaban sintetizando la hemoglobina. ¡En
el tubo de ensayo, se sintetizó la hemoglobina! Experimentos como el que acabamos de describir nos
sugieren que este modelo es universal. Solamente el t iempo e investigaciones posteriores nos
permitirán conocer su verdadera validez.
6-18 ¿Qué es lo que controla el DNA? Ya sea
visto cómo, en forma probable, el DNA ejercen
su influencia dentro de la célula. Una secuencia
codificada de los nucleótidos, especifica el orden
preciso de los aminoácidos en la cadena de
polipéptidos, que son ensamblados en el
citoplasma. Todas las enzimas, que controlan la
actividad celular, son los "troqueles" dentro de la
molécula de DNA. Pero todavía quedan varias
preguntas sin respuesta, además, son numerosos
los experimentos que sugieren la existencia de
mucha más información codificada en cualquier
molécula de DNA que será traducida en
polipéptidos. En vista de esto, se puede
preguntar: "¿Qué es lo que ocasiona que las
secciones ‘adecuadas’ de DNA, se ‘desenlacen’ en
forma tal que el mensaje pueda ser llevado a un
RNA mensajero?” O bien, la pregunta puede
plantearse en esta forma: “¿Qué es lo que está
dentro de la célula que impide al DNA
‘desenlazarse’ en todas sus partes e impide la
traducción total del código genético?”
En la década de 1960.1 de los más grandes
hechos de la investigación fue el descubrimiento
e identificación de los mecanismos que controlan
la actividad del DNA. Se han sugerido numerosas
ideas; aquí sólo presentaremos los hechos
generales de uno de los modelos que está siendo probado en la investigación. Éste se llama modelo
operón y sugiere que el DNA, contiene datos codificados rep resentados por dos tipos de genes: Los
genes estructurales y los genes reguladores. Los genes estructurales contienen los datos codificados
que especifican el orden de los aminoácidos en los polipéptidos, que serán de una importancia

Figura 6.21 La simple sustitución de uno
de los 287 aminoácidos causa la anemia
falciforme.

Figura 6.22 Diagrama para resumir cómo el DNA del núcleo celul ar
controla la síntesis proteica en el citoplasma. Una banda del DNA forma
un RNAm y éste emigra hacia el ribosoma que se encu entra en el
citoplasma. Dos RNA de transferencia por medio de enzimas específicas
y ATP, llevan al ribosoma dos aminoácidos específicos. Entonces estos
aminoácidos son unidos e incorporados a una larga c adena de
polipéptidos que se han formado de manera semejante .

93. Moléculas Maestras Controlan la Célula 88
estructural en la célula con el organismo. Por ejemplo, un gen estructural puede tener un código para
un polipéptido de una enzima; puede tener un código p ara un polipéptido de la hemoglobina o puede
tener un código para que un polipéptido forme la proteína de su cabello.
6-10 Papel del gen regulador. El gen regulador contiene datos codificados que también dan origen a
un polipéptido, sin embargo, de acuerdo con el model o este polipéptido que se encuentra en el
citoplasma, ejercerá su influencia en uno o más genes estructurales. Este actuará para evitar la
formación del RNA mensajero del gen estructural o uni r el RNA mensajero con el DNA para que no le
sea posible llegar al citoplasma. Algunas versiones de este modelo sugieren que hay una sección del
DNA que controla la operación de uno más genes estruc turales. Esta sección recibe el nombre de
operador y es el más sensible a la influencia del producto del gen regulador. El término “operón” viene
a ser el nombre del modelo que se usa para describir al operador y a todos los genes estructurales que
controla. En la Fig. 6.23, se muestra como se cree que funcionan los genes estructurales y reguladores.
Aunque el modelo operón ha probado ser muy útil,
parece que debe ser revisado y ampliado para
investigaciones posteriores. El problema más grande
que todavía no ha sido resuelto en relación a este
modelo, es el de que algunos productos conocidos
obtenidos del medio ambiente, afectan la acción del
gen estructural. Estos productos, ¿interactúan con el
polipéptido producido por el gen regulador? Si lo
hacen, ¿cómo lo hacen? Si no, entonces, ¿cómo
afectan a los genes estructurales? ¡Quién sabe! Tal
vez, se pueda sugerir algún día un nuevo modelo que
conteste algunas de estas preguntas.
Repaso
1. ¿Dónde se encuentra el RNA en la
célula?
2. ¿Cuales son las dos diferencias químicas
que hay entre el RNA y el DNA?
3. ¿Porque consideramos que el código
genético está hecho de tres letras en lugar de una o dos?
4. ¿Cuál es el papel del RNA de transferencia durante la síntesis proteica?
5. De acuerdo con el modelo operón, ¿cuál es el operador?
Resumen
¿Qué controla a la célula – los cromosomas del núcleo o las enzimas de citoplasma? La respuesta no fue
aclarada sino hasta la década de 1950. Entonces, como resultado de una serie de investigaciones clave,
se señaló al núcleo o más bien al DNA en él, como el principal centro de control celular. Posteriormente,
en la década de 1960 se obtuvieron unos resultados qu e venían a confirmar, por lo general, estas
observaciones. Sin embargo, son varios los factores del citoplasma o del exterior celular que pueden
influir y regular la actividad del DNA, que se encuentra en el núcleo.
¿Cómo puede el DNA controlar la célula, si sabemos q ue las enzimas son las que regulan toda la
actividad celular? Los trabajos de Beadle y Tatum, conocidos en 1941, guiaron a los investigadores a la
resolución de este dilema. Estos investigadores demostraron una relación definida entre las enzimas y
los genes (estos últimos están en los cromosomas del núcleo). Específicamente encontraron que si un
gen del núcleo era dañado, una enzima desaparecería del citoplasma celular. Posteriormente, cuando se
descubrió que los genes estaban constituídos por DNA, puede interpretarse de la siguiente manera: "Al
dañar el DNA de un gen, se destruye en una enzima".
Usando el modelo de Watson-Crick del DNA, se ideó u n modelo para explicar cómo el DNA es,
finalmente, el responsable de las cadenas de los polipéptidos que, al unirse, formar las enzimas. Este
modelo se llama "modelo de síntesis proteica". El DNA se desensambla permitiendo así la formación del
nucleótido RNA. Más tarde el RNA que se "desliga", t ransporta el mensaje para complementar, en
orden, los nucleótidos del DNA; se llama RNA mensajero. El RNAm emigra del núcleo al citoplasma para
formar cadenas sobre los ribosomas. Otras formas más pe queñas de RNA, denominadas RNA de

Figura 6.23 En este diagrama simplificado del modelo operón se
muestra como el DNA se puede controlar a sí mismo.

94. Moléculas Maestras Controlan la Célula 89
transferencia, se unen a cualquiera de los 20 diferentes aminoácidos. Cada RNA tiene tres nucleótidos
libres que van a reunirse con una sección complemen taria de una molécula del RNAm. Esta unión se
efectúa con ayuda de los ribosomas. Durante el proceso, los diferentes aminoácidos están ordenados de
acuerdo con el orden de los nucleótidos de la molécula RNAm – aunque en realidad, esta especificación
está dada por el DNA del cual fueron copiados. Lueg o, al romperse el RNAt deja que la cadena de
aminoácidos se una. De esta manera, un orden de nucle ótidos y las moléculas de DNA especifique el
orden de los aminoácidos en un polipéptido. La secue ncia de los nucleótidos, contenida en un código
determinado para un polipéptido, se considera ahora que es un gen.
¿Qué controla el DNA? Una respuesta adecuada. El mod elo operón ha ayudado a saberlo. En la década
de 1960 se ha aprendido algo al respecto.

Preguntas de Repaso
1. ¿Que mostraron los experimentos con Acetabularia, en r elación a la importancia del núcleo y del
citoplasma, en el control celular?
2. ¿Cómo ha sido modificada la hipótesis: Un gen-una enzima, considerando los resultados obtenidos
con el modelo de la síntesis proteica?
3. Los trabajos de Griffith, relacionados con la transformación de los neumococos, llevaron a los
investigadores por el camino que los condujo a descubrir el DNA, como la molécula maestra de la
célula. ¿Cómo?
4. La pregunta: ¿De qué está compuesto el DNA? Puede se r contestada con tres palabras. ¿Puede
hacerlo?
5. Suponga que una sección "desenlazada" de DNA contiene en el siguiente orden los nucleótidos
libres: ACCTTTGCAACA ¿cuál debe ser el orden de los nucleótidos del RNA que completarán la
sección?
6. Suponga que el DNA codificado de la Pregunta 5 llegó al citoplasma con una orden en la molécula
RNAm. Suponga, también, que en el citoplasma hubier a ciertos RNAt unidos a diferentes
aminoácidos, de acuerdo con las siguientes especificac iones: RNAt con nucleótidos libres ACA,
unidos al aminoácido cisteína; RNAt con el código GCA, a la arginina; RNAt con el código ACC, al
triptófano; y el RNAt con el código AAA, a la fenilalanina. ¿Cuál será el orden de los aminoácidos
que se unirán a cada uno de esos polipéptidos mensajeros?
7. Utilizando el modelo de síntesis proteica, explique las consecuencias que puede traer la mutación
en la molécula del DNA, al cambiar de lugar un aminoácido.
8. ¿Con cuáles evidencias, se puede demostrar que el mod elo de la síntesis proteica se aplica de igual
forma, en organismos tan diversos como conejos y bacterias?
9. Utilizando el modelo “operón” ¿cómo puede un polipéptido , formado con una codificación del gen
regulador, inhibir la formación de un polipéptido, codificado sobre un gen estructural?
10. ¿Cuales son las dos razones por las cuales, el modelo d el operón ha sido más discutido que los
otros dos?
Análisis y Aplicación
11. El DNA, fue descubierto hace casi 100 años. A principios del siglo 20 se sabía que era uno de los
principales componentes de los cromosomas y que éstos contienen a los genes responsables del
control celular. ¿Por qué los biólogos esperaron hasta los descubrimientos de Avery, MacLeod y
McCarty, para dirigir su atención en el DNA, como molécula maestra de la célula?
12. Se supone que durante la división celular ordinaria, el DNA se reproduce y cada célula resultante
contiene los mismos códigos de las células originales. A ún en los organismos multicelulares,
formados por diferentes clases de células, cada uno pr oduce su proteína específica. ¿Cómo se
pueden relacionar esos dos hechos?
13. Los biólogos que estudian el desarrollo del embrión de los organismos multicelulares, a menudo se
refieren al proceso de desarrollo como "una acción selectiva de genes", ¿por qué es éste un nombre
apropiado?
Obras de Consulta
Chargaff, Erwin y J.N. Davidson, eds. The Nucleic Acids: Chemistry and Biology . Vol. III, Academic
Press, 1960.

95. Moléculas Maestras Controlan la Célula 90
Frankel, Edward. DNA, Ladder of Life. McGraw-Hill, 1964.
Hutchins, Carleen M. Life’s Key: DNA. Coward-McCann, 1961.
Moore, Ruth. The Coil of Life. Alfred A. Knopf, 1961.
Revistas
BioScience
Forest, Herman S. y Harold Greenstein. “Biologist as P hilosophers”. Noviembre 1966. Un tratado
bastante interesante sobre el uso de los modelos biológicos.
Life
Hills, Alicia y Albert Rosenfield. “DNA: Key of All Life”. Octubre 4, 1966. Este artículo describe un
modelo de DNA que ayuda a explicar su papel dentro de la síntesis proteica.
Nature
Carlsen, E.N.G.J. Trelle y O.A. Schjeide. “Transfer Ribonucleic Acids”. Junio 6, 1964.
Science
Nirenberg, M.W. y P. Leder. “RNA Codewords and Prot ein Synthesis”. Septiembre 25, 1964. Este
artículo propone un método para determinar la función genética de una terna de composición conocida.
Scientific American
Agranoff, Bernard W. “Memory and Protein Synthesis”. Junio 1967.
Benzer, Seymour. “The Fine Structrure of the Gene”. E nero 1962. La misma técnica empleada en los
mapeos de los cromosomas se utilizó ahora para mapear los genes.
Crick, F.H.C. “The Genetic Code”. Octubre 1962. Se considera el orden en que están unidas las bases a
la cadena de polinucleótidos para determinar el mensaje genético. Este artículo explica, como se llega a
esta conclusión.
Crick, F.H.C. “The Genetic Code: III”. Octubre 1966.
Crick, F.H.C. “The Structure of the Hereditary Material”. Octubre 1964.
Davidson, Eric H. “Hormones and Genes”. Junio 1965.
Gibor, Aharon. “Acetabularia: A Useful Giant Cell”. Noviembre 1966.
Hanawalt, Philip C. y R.H. Haynes. “The Repair of D NA”. Febrero 1967. Los experimentos con las
bacterias indican la existencia de un mecanismo para reparar los DNA dañados.
Hurwitz, Gerard y J.J. Furth. “Messenger RNA”. Febrero 1962.
Nirenberg, M.W. “The Genetic Code: II”. Marzo 1963. Un complemento del artículo de octubre de 1962
de F.H.C. Crick. La naturaleza del código genético ha sido ampliada, a través de experimentos
posteriores.
Sager, Ruth. “Genes Outside the Chromosomes”. Enero 19 65.
Sinsheimer, Robert L. “Single Strand DNA”. Julio 1962.
Referencias Bibliográficas
1
H.E. Umbarger. “Intracellular Regulatory Mechanism”. Science, Vol. 145, N° 3633 (agosto 1964), p.
64, col. 1, Copyright ©1964 por The American Association for the Advancement of Science.
2
O.T. Avery, C.M. MacLeod y Maclyn McCarty. “Studie s on the Chemical Nature of the Substance
Inducing Transformation of Pneumococcal Types”. De Grea t Experiments in Biology, Mordecai L. Gabriel
y Seymour Fogel, eds. Prentice-Hall, 1965, pp. 137 y 140. Reimpreso con el permiso de los autores y
de la Rockefeller University Press de The Journal of E xperimental Medicine, Vol. 79, pp. 137-158
(1944).

96. Moléculas Maestras Controlan la Célula 91
3
J.D. Watson y F.H.C. Crick. “Molecular Structure of Nucleic Acids”. Nature, Vol. 171, N° 4356 (abril 25,
1953), p. 737, McMillan Co. Ltd.
4
Ibid.

97. Moléculas Maestras Controlan la Célula 92

Las células de esperma llevan la mitad del DNA a ca da nuevo ser.
La materia viva, aunque blanda y suave al tacto, es en realidad,
mucho más durable que el resistente a cero y más est able que el
granito más duro. Los océanos, las montañas y la totali dad de los
continentes, han sufrido varios cambios durante los últimos dos mil
millones de años; sin embargo, la materia viva ha p ermanecido no
sólo indestructible durante ese tiempo, sino que ha llegado aun
progresivamente más abundante.
Paul B. Weisz
Capítulo 7
La Vida se Reproduce
En los Capítulos 5 y 6 hemos enfatizado algunas de las actividades responsables de
mantener la organización en todo sistema biológico. Pero ninguna de las actividades que
hemos discutido es capaz de eludir, indefinidamente, las fuerzas de la naturaleza que
destruyen su organización, de tal manera que los pueda llevar al desorden. El desorden en
los sistemas biológicos es inevitable. Sin embargo, ya hemos visto actividades que
permiten a los organismos vivos, perpetuarse a sí mism os y por tanto, mantenerse
"adelante" del inevitable desorden. De todas estas actividades, la fundamental es la reproducción.
La palabra "reproducción" significa "hacer más de lo mismo". Esta actividad se presente en todos
los niveles de la organización biológica. Algunas de las moléculas de la materia viva se reproducen; lo
mismo hacen las células y los organismos. Para usar en forma correcta el término "reproducción"
debemos tener el cuidado necesario de precisar siempre el nivel de organización de que se trate.
Primero se estudiará la reproducción celular, que incluye la reproducción en todos los niveles dentro de
la célula; después las formas básicas por medio de las cuales se reproducen los organismos.

98. Moléculas Maestras Controlan la Célula 93
Reproducción Intracelular
Decir que una célula se ha reproducido, implica que todos los sistemas organizados dentro de la
célula, también se han reproducido a sí mismos. Sin em bargo, hay un hecho que se debe tener
presente: La reproducción de los sistemas, dentro de la célula, pueden estar o no sincronizados con la
reproducción de la célula como unidad. Por ejemplo, e n ciertas células, los núcleos se reproducen
muchas veces antes de que se haya dividido la célula. Al discutir la reproducción de los sistemas de la
célula, deseamos resaltar este hecho.
7-1 La reproducción a nivel molecular. ¿Cómo se reproducen, en la célula, las diferentes moléculas?
Parte de la respuesta ya se dio en el Capítulo 6. Se vio cómo se reproducen los ácidos nucleicos a sí
mismos y en qué forma son los responsables de la rep roducción de las proteínas. Pero ¿qué es lo que
se sabe y otras moléculas de la célula, moléculas de carbohidratos y grasas? Y ¿qué se sabe de los
nucleótidos y aminoácidos – ácido nucleico y las subunidades de proteínas que ya hemos descrito como
parte del “medio ambiente celular”? Por supuesto, alg unas de estas moléculas orgánicas han sido
metidas directamente a la célula, en forma más o menos intacta, pero tuvieron que ser ensambladas en
alguna otra célula. ¿Cómo?
Para la producción de las moléculas orgánicas, el pun to clave son las
enzimas. Generalmente forman una "línea de ensamble", en d onde grupos
de enzimas ensamblan sistemáticamente: Carbohidrato s, nucleótidos y
aminoácidos. Estos compuestos se han formado de pequeñ as moléculas que
han penetrado intactas en la célula o que han sido e nsambladas por un
grupo de enzimas. Así, vemos que existe una relación teórica entre el DNA y
otras moléculas orgánicas de la célula. El DNA, forma el modelo para el RNA
y este RNA forma, a su vez, el modelo para los polipé ptidos, éstos son
ensamblados y forman proteínas. Algunas de esas prote ínas funcionan como
enzimas y son las responsables de la formación de otras moléculas dentro de
la célula. Hay muchas lagunas en esos modelos. Otras investigaciones serán
necesarias antes de que se pueda considerar tal mode lo como universal y
aplicable a la reproducción molecular en todas las células.
7-2 Reproducción de los organoides. Al comparar los conocimientos que
tienen los biólogos acerca de la reproducción molecular y nuclear, vemos que
se sabe muy poco de la reproducción de los organoides celulares (Sección 2-
19). ¿Se reproducen por escisión o desgarramiento? Una respuesta
afirmativa sugeriría que son realmente, unidades independientes dentro de la célula, que se podrían
perpetuar a sí mismos sin depender del DNA nuclear. O bien, ¿los organoides celulares se forman de
materias primas del medio celular? Esta alternativa haría a los organoides mucho más dependientes de
las enzimas, que son necesarias para el trabajo de ensamblar y a la vez, significaría que los organoides
son controlados indirectamente por el DNA del núcleo.
Se empieza a creer que algunos organoides celulares s on independientes, por lo tanto, que son
relativamente libres del control directo del DNA nuclear. Ésa evidencia se aplica particularmente a las
mitocondrias, cloroplastos y centriolos, ¿significa eso que estas estructuras se dividen y crecen de algún
modo y que, como resultado, pasan a través de genera ciones sucesivas de células? Éste parece ser el
caso, ya que varios investigadores han reportado ejemp los en los cuales los tres organoides
mencionados se han reproducido por sí mismos.
Pero hay otra alternativa que presenta posibilidades atractivas para futuras investigaciones. Muchos
reportes recientes indican que los organoides celulare s tienen como parte de su estructura, una
pequeña cantidad de DNA. Más aún, este organoide DNA tiene una proporción de nucleótido que es
claramente distinto del DNA nuclear. ¿Es posible que el organoide DNA pase a través de generaciones
sucesivas células y que sirva como "troquel" para co nstruir los organoides? Actualmente no hay
evidencia alguna para suponer que el organoide DNA l o realice. Lo que se sugiere principalmente con
esto, es la posibilidad de que esta sea una de las direcciones que deban seguirse en las investigaciones
biológicas. La idea, sin embargo, es interesante. Los biólogos siempre han considerado a los
cromosomas como los portadores de genes que, como sabemos, s on las unidades encargadas de
transmitir toda la información hereditaria de un organismo, por eso ahora se empieza a considerar un

Figura 7.1 Las fibras del músculo
esquelético contienen células
polinucleadas. Los núcleos son las
partes más oscuras, como círculos
aplanados que permanecen a los lados
de las fibras alargadas.

99. Moléculas Maestras Controlan la Célula 94
tipo diferente de gen que transmite la información her editaria, el gen no cromosómico . Se está
trabajando e investigando sobre Chlamydomonas, para aclarar el funcionamiento de los genes no
cromosómico. Este interesante microorganismo se muestra en la Fig. 7.2.
Repaso
1. ¿Qué significa "reproducción"?
2. ¿Qué tipo de molécula proteica regula la producción d e las demás moléculas en el
interior de la célula?
3. ¿Qué son los organoides?
4. ¿Qué significa "reproducción por escisión"?
5. ¿Cuales son las evidencias que hay, para indicar que los organoides pueden ser
independientes del núcleo celular?
6. ¿Qué es un gen no cromosómico?
Mitosis y División Celular
Las células se reproducen por sí mismas por un proceso general llamado
escisión, significa "división". Las células, en general, sufren una escisión binaria,
se dividen en dos células más pequeñas o células "h ijas". En ocasiones, en
ciertos microorganismos ocurre la escisión múltiple, es decir, en este proceso se
producen varias células hijas que proceden de una sola.
El hecho principal en la división celular es la duplicación de los núcleos
celulares, con todos sus cromosomas importantes y su DNA . Este proceso se
llama mitosis. La mitosis es el principal acontecimiento en que est án
involucradas las estructuras dentro del citoplasma as í como las del núcleo.
Debido a esto ya que las células se dividen normalmente después de la división
nuclear, el término "mitosis" se usa, algunas veces, para denominar ambos procesos – división nuclear
y división celular.
7-3 Cromosomas múltiples. Algunas veces, antes de presentarse algún cambio ap arente en el
núcleo, ocurre el acontecimiento más significativo de la mitosis: Los cromosomas del núcleo se
reproducen. Esta reproducción duplica la cantidad de DNA del núcleo. Como el mecanismo que indica la
reproducción no se conoce todavía, ésta es el área clave en las investigaciones. Algunos experimentos
nos muestran que la mitosis puede, efectivamente, ser bloqueada impidiendo la reproducción del DNA.
Esto se puede llevar acabo, añadiendo a la célula algunas sustancias químicas. Varias formas de cáncer
se caracterizan por la división no controlada de la célula. Además, el hecho de iniciar o inhibir la división
celular es de gran importancia en el campo de las investigaciones que se realizan acerca del cáncer.
Estos hechos están siendo ahora intensamente investiga dos los científicos en la búsqueda que hacen
para entenderlo y controlarlo.
Los cromosomas no se separan inmediatamente después de la duplicación, permanecen poco
tiempo unidos, se llaman cromátidas. Otro acontecimiento que sucede en las células animales, antes de
la mitosis, es la duplicación del centriolo.
7-4 Profase. Si observamos una célula a través del microscopio de contraste de fases, vemos
fácilmente cuando va a ocurrir la mitosis. El primer signo de que va a principiar es la aparición de los
cromosomas, que habían permanecido invisibles. Durante esta fase de la mitosis, llamada profase, los
cromosomas, que son delgados y largos, se condensan en filamentos gruesos y cortos. Los
investigadores que en esta condensación se debe a un enrollamiento repetido de los cromosomas
(véase la Fig. 7.3). Si tiene una liga de hule, dele vueltas como se da cuerda a un modelo de avión de
juguete y se podrá imaginar cómo, probablemente, ocur re este hecho. Junto con la condensación de los
cromosomas se observan otros cambios. Si los centriolos están presentes, empiezan a emigrar a
regiones opuestas de la célula, formando lo que los biólogos llaman a menudo los dos "polos". Al cabo
de poco tiempo aparece una masa dedicados filamentos, irradiando desde los polos. Esta estructura
llamada uso mitósico tiene algunos filamentos que van alargándose desde cada polo. Algunos de estos
filamentos, se unen a los puntos más oscuros de cada cromosoma. Esta área oscura, el centrómero o
cinetócoro, es la región en la cual aún están enlazadas las cromátidas. Al ampliarse el uso mitósico y
unirse al centrómero, la membrana nuclear y el núcleo desaparecen.

Figura 7.2 La Clamydomona es
un alga verde que esté
estudiando extensamente para la
reproducción de organoides.

100. Moléculas Maestras Controlan la Célula 95
7-5 Metafase. Después que los filamentos del uso mitósico se han un ido al
centrómero, aparentemente "empujan" o "jalan" las cr omátidas a la región media de
la célula. Eventualmente los cromosomas se alínean en un plano, llamado ecuador.
Cuando los cromosomas están en esta fase, llamada metafase, las cromátidas se
separan finalmente unas de otras.
7-6 Anafase. Una vez que las cromátidas se han separado, los filam entos del huso
parecen jalar a cada una de ellas hacia los polos opuestos. En esta etapa, llamada
anafase, los cromosomas toman a menudo una forma exagerada de J o de V. Cada
cromosoma da la apariencia de una pieza corta de resort e helicoidal que está siendo
jalada a través del agua por un hilo.
7-7 Telofase. La fase final de la mitosis, es la telofase, que se caracteriza por
aparecer un surco o canal en la membrana plasmática (en células anima les) o el
desarrollo de una placa divisoria (en células vegetales). Las placas y los surcos,
continúan creciendo hasta que la célula se divide en dos células hijas. Mientras se está
efectuando la división celular los cromosomas se desenrollan y recobran su forma de
hebras o fibras y reaparecen la membrana nuclear y los nucleolos.
Quizás tendrá la oportunidad de ver una película en movimientos de la mitosis, tal como aparece en
un microscopio de contraste de fases. Aun a los biólogos experimentados les causa asombro el
presenciar este tipo de espectáculo. Esta observación le impresionara sobre todo, por el hecho de que
la mitosis es una secuencia continua de fenómenos. Una descripción de la mitosis, etapa por etapa, no
siempre da esta idea. Los esquemas de la Fig. 7.4 muestran la mitosis en una célula animal ordinaria.

Figura 7.4 Mitosis en una célula típica de animal.
7-8 Algunos de los mecanismos de la mitosis están s in resolver. A muchos investigadores les
gustaría conocer el origen y función de los filamentos del huso acromático, pero nadie conoce todavía
cómo se desarrollan o cómo “empujan” o “jalan” los cromosoma s dentro de la célula. Otra cuestión
importante es el descubrimiento del RNA en los filamentos del huso. Otro problema que permanece sin
resolver es el que corresponde al desarrollo del surco divisorio o placa, que casualmente resulta en la
división celular. ¿Qué es lo que inicia y controla su desarrollo? Éstos son algunos de los ejemplos de las
preguntas de las áreas de este proceso, que todavía permanecen sin contestar.
Repaso
1. ¿Cuál es la diferencia entre escisión binaria y escisión múltiple?
2. ¿Qué es el centrómero?
3. ¿En qué fase de la división celular se separan finalmente los cromosomas?

Figura 7.3 El repetido
enrollamiento de los
cromosomas les da una
apariencia de ser más
cortos y de mayor espesor.
El efecto es semejante al
que se produce cuando se
retuerce, repetidamente,
una cuerda.

101. Moléculas Maestras Controlan la Célula 96
4. ¿En qué se nota el inicio de la telofase?
5. ¿Cómo se puede relacionar la mitosis a la investigación de las células cancerosas?
Reproducción de Organismos: Modelos Asexuales
Puesto que ya hemos examinado la célula y su método r eproducción, vamos a dedicar ahora
nuestra atención al estudio de dos organismos. ¿Cómo se reproducen a sí mismos? Esta pregunta no se
contesta fácilmente, ya que la mayoría de los organismos constan de millones de células, muchas de las
cuales están sumamente especializadas y no debemos pe rder de vista que la reproducción de un
organismo requiere en todos los subniveles de su orga nización y tejidos, órganos y sistemas que
presenta, deben también reproducirse.
A pesar del complejo problema que representa la repr oducción de los organismos, dos modelos
básicos lo caracterizan: El asexual (no sexual) y el sexual. Estos modelos los estudiaremos.
7-9 Reproducción vegetativa. ¿Le gustaría tener un grupo de sauces creciendo en el patio de su
casa? No sería difícil lograrlo si tuviera el sauce y el espacio, puesto que con sólo cortar algunas ramas
de estos árboles y colocarlas en el suelo húmedo, podrí a tener algunos árboles nuevos, ya que les
cause nos ofrece un ejemplo muy común de reproducción vegetativa. Lo esencial en la reproducción
vegetativa, está en que cuando una parte de su orga nismo se siembra, puede desarrollar otro
organismo. La frase, "un vástago del viejo tronco", sería una descripción apropiada de cómo se verifica
tal reproducción. Usualmente el término "reproducci ón vegetativa" se emplea para describir la
reproducción asexual de organismos muy celulares y a pesar del nombre, este método de reproducción
se encuentra lo mismo en animales que en plantas.
La reproducción vegetativa se observa más comúnmente en las
plantas y de ahí, probablemente su nombre. Los jardi neros y
hortelanos utilizan ampliamente la reproducción vegeta tiva. Usan
bulbos de cebollas y de tulipanes para producir nuev as plantas.
Cortan las papas y plantan los pedazos para producir más papas
(véase la Fig. 7.5). Cortan los “vástagos” o “tallos rastreros” de la
fresa y los plantan para producir más plantas.
La reproducción vegetativa en animales tiene lugar en algunos
invertebrados, muchos de los cuales son marinos. Entre los de agua
dulce, las hidras son un buen ejemplo. En ciertas épocas del año
estos animales muestran en su cuerpo "yemas" crecie ndo de sus
cuerpos. Las "yemas" son en realidad hidras en desarr ollo, que
finalmente se separarán del individuo original, para llegar a
convertirse en organismos independientes (véase la Fig. 7.6).
Un ejemplo riguroso de reproducción vegetativa se llevó a cabo hace pocos
años en el laboratorio del Dr. F.C. Steward, la Universidad de Cornell. Al Dr.
Steward, le interesaba conocer el mecanismo que prod ucía los cambios en las
estructuras y funciones normales de las células de tallos y raíces. ¿Cuál es la
causa de que al cortar una rama de sauce y ponerla en el agua, ciertas células
empiecen a dividirse y funcionar como células de raíz? El Dr. Steward, hizo
experimentos con zanahorias, colocando pequeños trozos d e tejidos de esta
planta en matraces con "leche" de coco. Bajo ciertas condiciones las células de
cada masa pequeña de tejidos, empezaron a crecer y eventualmente
produjeron una planta normal adulta de zanahoria. Más tarde, el Dr. Steward
logró, a partir de células individuales del tejido de la zanahoria, que algunas de
ellas se desarrollarán y se convirtieran en plantas adultas (véase la Fig. 7.7).
Fue una demostración clara de una creencia que los biólogos habían enunciado
desde hace tiempo, las células del organismo llevan a lmacenados los
elementos necesarios para desarrollar un nuevo organismo.

Figura 7.5 Una papa retoñando, es un buen
ejemplo de reproducción vegetativa.

Figura 7.6 La reproducción
vegetativa también se presenta
entre algunos animales, como por
ejemplo en las hidras.

102. Moléculas Maestras Controlan la Célula 97
7-10 La regeneración es una forma especial de repro ducción
vegetativa. En biología, regeneración significa "el crecimiento de las partes
faltantes". Cuando una estrella de mar es dividida en varias partes, cada una
de ellas puede regenerar lo que le falta para producir un nuevo individuo. Es
evidente que ésta es una forma de reproducción; una estrella de mar puede
convertirse en varias estrellas de mar. Lo mismo ocur re con la planaria,
gusano plano de agua dulce. Si se recogen estos gusanos en las rocas de un
arroyo, se pueden hacer numerosos e interesantes expe rimentos de
regeneración; cortando las planarias en diferentes formas (véase la Fig. 7.8)
se puede observar la regeneración de todo el organism o o de algunas de sus
partes.
Muchos organismos no tienen la posibilidad de regenera r nuevos
organismos completos. Sólo pueden regenerar unidades d e ciertos subniveles,
nuevos tejidos y nuevos órganos. Por ejemplo, una salama ndra puede
regenerar una nueva pata, pero una pata no puede reg enerar una nueva
salamandra. Una lagartija puede regenerar una cola, pero una cola, no puede
regenerar una nueva lagartija (véase la Fig. 7.9). El hombre tiene muy poca
capacidad regenerativa. Solamente algunos de nuestros tejidos pueden
regenerarse cuando son dañados. Sin embargo, al pen sar en tejidos humanos
hay que recordar el experimento que el Dr. Steward llevó a cabo en los tejidos
de zanahoria. Normalmente el tejido de zanahoria no se r egenera, pero el Dr. Steward lo indujo a
convertirse en un nuevo organismo creando un medio fav orable para las células colocándolas en "leche"
de coco. Para el biólogo no es irrazonable especular que estos mismos resultados podrían repetirse,
aunque en grado menor, con tejidos humanos. ¿Cuáles po drían ser algunas de las implicaciones de este
descubrimiento?
7-11 Reproducción por esporas. Algunos organismos producen células especializadas qu e son
capaces de convertirse en organismos completos. Estas c élulas especializadas se llaman esporas. Un
ejemplo excelente es el Rhizopus, hongo negro, común en el pan, el cual desarrolla un órgano
especializado, el esporangio, que produce y guarda muchos cientos de esporas. Al romperse el
esporangio, las esporas microscópicas se diseminan por el aire y son capaces de originar un nuevo
hongo si caen en un sitio favorable. Muchas y divers as esporas conservan, por bastante tiempo, la
capacidad para producir nuevos individuos (véase la Fig. 7.10).
La reproducción por esporas ofrece algunas ventajas a cualquier población de organismos que
posean esta propiedad, ya que las esporas son generalm ente ligeras y son fácilmente dispersables por
el viento. Además, la mayor parte de ellas tienen "cubiertas" especializadas para soportar condiciones
ambientales muy severas, todas las poblaciones de orga nismos productores de esporas pueden
sobrevivir en períodos adversos. He aquí una ventaja para la rápida reproducción de una población. Con
cada adulto produciendo miles de esporas, como es lo usual, es posible una rápida multiplicación de
cualquier población y ciertamente esto es lo que ocurre bajo ciertas condiciones.





Figura 7.8 Diferentes tipos de cortes pueden
originar que las plantas se regeneren en una
gran variedad de formas.

Figura 7.9 Esta lagartija podrá
regenerar su cola para reemplazar la
que le fue arrancada por el tejón.
Figura 7.10 Reproducción
asexual por esporas en Rhizopus.

Figura 7.7 El Dr. Steward obtuvo
estas plantas de una sola célula de
zanahoria colocada, en un medio
apropiado, en un recipiente.

103. Moléculas Maestras Controlan la Célula 98
7-12 El significado de "reproducción asexual". Hasta aquí hemos visto tres modelos básicos de
reproducción asexual, sin haber dado un concepto clar o de este término. Actualmente, "asexual"
significa "no sexual", pero ésta no es una explicación clara. Tal vez se pueda entender mejor el
significado del término haciendo una pregunta. Piense en todos los nuevos organismos que pueden ser
producidos, por reproducción vegetativa, por regenera ción y por esporas. Estos individuos, ¿son
realmente nuevos individuos? ¿No son el resultado del mismo y exacto DNA de su padre? Los
organismos reproducidos a sexualmente, no son en cierta forma nuevos organismos verdaderos. Son e l
resultado de la misma información hereditaria que produjo a sus padres. Conviene tener presente este
hecho hasta que hayamos estudiado la reproducción sex ual. Entonces podremos dar una definición más
precisa del término "reproducción asexual".
Repaso
1. ¿qué se entiende por "reproducción asexual"?
2. ¿Qué clase de reproducción asexual podríamos ilustrar por medio de los retoños de una
planta de fresa?
3. ¿De qué manera podríamos utilizar una estrella de ma r, para demostrar la reproducción
asexual?
4. ¿Cual es la diferencia entre regeneración y reproducción vegetativa?
5. ¿Cuales son las desventajas de la reproducción asexual por medio de esporas?
Reproducción Sexual de Nuevos Organismos
Casi todos los organismos, durante alguna etapa de su vida, producen células especializadas para
la reproducción, que difieren de las esporas, en el hecho de que no desarrollan directamente un nuevo
organismo, estas células se llaman gametos, ya que sólo después de que se han fusionado los núcleos
de ambos gametos, se produce el nuevo organismo. El pro ceso de fusión se llama fecundación y es la
clave de la reproducción sexual. En la asexual no es necesaria la fusión de células reproductoras o de
sus núcleos, ya que el nuevo organismo se reproduce dir ectamente de una célula o de un grupo de
células. En la reproducción sexual, sí es necesaria la fusión de dos células o de dos núcleos distintos
para que se pueda producir el nuevo organismo.
7-13 El espermatozoide y el óvulo son gametos. Dentro del esbozo anterior hay numerosas
variaciones, entre los diferentes organismos. Muchas s e relacionan con el modo de realizar la
fecundación. En algunos casos, los gametos son muy parec idos, en tamaño y forma. Por ejemplo: Uno
de los gametos es generalmente más pequeño inmóvil; el cuerpo de esta célula está constituído por el
núcleo y algunas mitocondrias que le proporcionan la e nergía necesaria para su movimiento. Estos
gametos se consideran masculinos, se llaman espermatozoides (véase la página 150). El otro tipo de
elemento es generalmente más grande y rara vez móvil ; el cuerpo celular está constituído por un
núcleo y una gran masa cita plasmática; son los game tos femeninos, se llaman óvulos (véase la Fig.
7.11). El proceso de la fecundación se efectuará en un medio líquido donde el espermatozoide se
impulsa asimismo mediante uno o más flagelos y penetra en el óvulo para ponerse en contacto con él.
Después que el óvulo ha sido fecundado técnicamente, ya no es un óvulo, sino una nueva célula única.
Esta nueva célula se llama cigoto o huevo. Este cigoto sufre la división celular y desarrolla un nuevo
individuo.
7-14 El significado de la reproducción sexual. Hay una importante
diferencia entre los organismos reproducidos por el méto do asexual y los que
resultan de la reproducción sexual. Un organismo de este último tipo es
verdaderamente un nuevo organismo. Hay algunas excepciones, que serán
estudiadas brevemente, la palabra nuevo indica que el organismo formado, tiene
un nuevo juego o conjunto de genes del todo diferentes al de sus padres.
Hemos visto algunas ventajas que ofrece la reproducción asexual a cualquier
población de organismos, veamos una de ellas. Las esp oras, liberadas en un
ambiente propicio, podrán producir inmediatamente otro organismo. Mientras
que los gametos, al ser puestos en libertad, tendrán que buscar otorgamiento
para fusionarse. Da la impresión, que las poblaciones que se reproducen por
esporas, tienen mayor oportunidad de subsistir que una población que emplea un
sistema más azaroso, donde los gametos pueden o no llega r a fusionarse. Parece

Figura 7.11 Un óvulo humano es
cerca de 90,000 veces más
grande que el espermatozoide
humano.

104. Moléculas Maestras Controlan la Célula 99
lógica esta deducción y en realidad, no es así. Las p oblaciones de organismos reproducidos por el
método sexual tienen mayor oportunidad de sobrevivir.
7-15 El medio ambiente de los organismos siempre es tá cambiando. Día tras día y año tras año,
varían los factores del medio tales como la lluvia o la temperatura. Hay variaciones mayores de lagos a
desiertos y de montañas a llanos a través de los año s. Por esta razón el sobrevivir en un medio
cambiante es la clave del éxito para cualquier población de organismos. La reproducción asexual, en la
cual, el material genético permanece sin cambio (ex cepto por alguna rara mutación) no ofrece a las
generaciones sucesivas de una población, la flexibilidad necesaria para sobrevivir. Dentro de cada
población existen algunos organismos mejor “equipados" para sobrevivir. Este mejor equipo consiste en
haber heredado más genes "favorables". Sin embargo, el tipo de reproducción asexual no permite una
amplia difusión de estos genes favorables.
La reproducción sexual, por el contrario, provoca una distribución muy amplia de los genes en
cualquier población. La fusión de gametos, de organ ismos diferentes dentro de una población,
prácticamente garantiza que la mayoría de la inform ación genética favorable será difundida entre la
descendencia. La variación de una población es extrao rdinariamente importante cuando hay cambios
drásticos en el medio. Cuando los cambios son drásticos eran parte de la población puede ser destruida.
Pero cuando hay variación en la población, aumentan con siderablemente las oportunidades de que
sobrevivan algunos de los individuos con características capaces de superar los cambios desfavorables
del ambiente. En el nuevo ambiente, por medio de una reproducción sexual, esos rasgos favorables
pueden ser ampliamente distribuídos a los miembros sobrevivientes de la población.
7-16 Algunos organismos pueden encontrarse a sí
mismos. La reproducción sexual no siempre produce
un nuevo individuo o dicho de otro modo, algunos
individuos presentan genes idénticos a los de sus
padres, con todo y ser el resultado de una reproducción
sexual. Estos organismos, llamados hermafroditas,
producen ambos tipos de gametos, masculinos y
femeninos, en un solo individuo. En algunos casos los
gametos producidos por un organismo hermafrodita,
son capaces de fecundarse el uno al otro. Excepto por
nuevas "recombinaciones" muy limitadas de los genes
en la producción de los gametos o durante la
fecundación; tal reproducción no dará necesariamente
hijos con importantes diferencias respecto a las de los
padres.
La mayoría de las plantas superiores son
hermafroditas y muchas de ellas pueden producir
gametos capaces de autofecundarse. * Muchos
animales hermafroditas, se asemejan a las plantas,
debido a que pueden permanecer la mayor parte de su
vida estacionarios, quietos o bien, tienen un movimiento muy lento. Se puede comprender las ventajas
que tienen esos organismos hermafroditas. Cuando libera n ambas clases de gametos, ya sea que
quieren dentro o fuera, pero muy cerca de su cuerpo, hay bastantes posibilidades de fecundación. Si
estos organismos liberan un solo tipo de gametos, es l ógico suponer que las probabilidades de
fecundación van a ser muy pocas (véase la Fig. 7.12).
*Es necesario notar que, aunque los individuos sean herm afroditas la fecundación entre ellos es muy
común. Esto se verá más ampliamente en el Capítulo 23.
7-17 Algunos gametos pueden funcionar como esporas. Hay ciertos gametos, que sin haber sido
fecundados, pueden iniciar una división y convertirse, posteriormente, en un organismo adulto. Cuando
esto se ha observado en organismos que producen indisti ntamente gametos diferentes, óvulos y
espermatozoides, siempre es el óvulo es que se segment a para producir el nuevo organismo. Los
biólogos, llaman a este proceso partenogénesis.

Figura 7.12 La Taenia saginata es la tenia común o solitaria del
ganado vacuno. Puede contener cientos de segmentos como los
representados en el dibujo. Tal como muestra el diagrama, cada
segmento tiene estructuras reproductoras, masculina s y
femeninas. ¿Cuáles de estas estructuras se pueden identificar en
la fotografía?

105. Moléculas Maestras Controlan la Célula 100
Los rotíferos, invertebrados de agua dulce, son un ejemplo de ani males que se reproducen
abundantemente por partenogénesis. Durante el verano l os rotíferos hembras producen óvulos que se
desarrollen sin ser fecundados, más rotíferos hembras con los mismos genes se desarrollan; el proceso
dura, generalmente, hasta fines del otoño. Entonces, ciertas clases de rotíferos producen óvulos más
pequeños que se convierten en machos, que producirán gametos que fecundarán los óvulos. El
resultado es un cigoto que presenta una resistencia mucho mayor, a los cambios severos del medio,
propicios del otoño e invierno. En este caso, dos juegos de DNA y lo que ellos codifican, son mejores
que uno solo.
Los organismos partenogenéticos también se han podido producir en el laboratorio por medio de
diferentes técnicas; una de éstas, muy fácil, sirve para mostrar el proceso de una manera general. Si se
aíslan en una cápsula, los huevos recién puestos por una rana, que se han extraído con mucho cuidado
de un estanque y se agitan los huevecillos con una aguja, se inicia la división. Los individuos que se
desarrollen, sólo van a tener los elementos genéticos de la madre. Los biólogos desconocen aún, por
qué el estímulo de una aguja es suficiente para qué, dentro del óvulo, se inicie la división.
7-18 Meiosis: La solución a un problema. Hay una complicación inherente en el proceso de la
reproducción sexual como se ha descrito hasta aquí. El problema lo plantean los cromosomas que
pasan a través de generaciones sucesivas de células. Muchos de los organismos que se reproducen
sexualmente, tienen casi idénticamente pareados los c romosomas de sus células, cada uno de los
integrantes de la pareja han sido aportados por uno y otro gameto de los padres. Para cada cromosoma
integrante de un juego generalmente hay otro exactam ente igual en el otro juego, aunque los genes
pueden diferir un poco en sus mensajes codificados. A estos cromosomas que son semejantes, se les ha
dado el nombre de homólogos. Una célula que contiene cromosomas pareados se dice que es una célula
diploide (véase la Tabla 7-1).
Supongamos dos gametos diploides, cada
uno con 8 cromosomas, que se fueran a
fusionar y formar un cigoto. ¿Cuantos
cromosomas tendrá el nuevo individuo? Claro
está que tendrá 8 pares, es decir, 16
cromosomas. Ahora, supongamos que este
nuevo organismo produce sus gametos, cada
uno conteniendo los 16 cromosomas. Si estos
gametos se funcionasen, el cigoto y el nuevo
individuo se habrían "enriquecido" con 32
cromosomas, ¿qué claro el problema? Si este
ritmo reproductor continúa, llegará pronto el
momento, en que los nuevos organismos serán solamente cromosomas. Pero aun sin tener ningún
conocimiento de biología, se podrá predecir que exist e algún mecanismo que opera durante la
reproducción sexual para mantener constante el núme ro de cromosomas. El proceso que mantiene
constante el número de cromosomas se llama meiosis.
En los animales la meiosis ocurre mientras los gametos se forman. Lo que
sucede es muy sencillo. Sigua en la Fig. 7.15 las diferentes etapas de la meiosis
descritas abajo.
A. Principio de la profase. Llegan a ser visibles los crom osomas al
condensarse.
B. Profase media. El par de cromosomas se duplica cada c romosoma se
transforma en dos cromátidas.
C. Final de la profase. Los dos pares de cromosomas emigr an hacia la placa
ecuatorial y en lugar de alinearse en una sola hilera, como sucede en la
mitosis, cada homólogo del par se alínea uno al lado de l otro. Esta
colocación de los 4 cromosomas, se llama tétrada. Aquí, los cromosomas
están tan unidos, físicamente, que las distintas se cciones de los
cromosomas homólogos pueden ser intercambiadas. Hemos mostrado este
proceso de sobrecruzamiento en el diagrama, con cromosomas en blanco y cromosomas en

Figura 7.13 La lombriz de tierra, es
hermafrodita, contiene en un solo
individuo ambos sistemas
reproductores: masculino y
femenino, como la tenia, sólo que
con la diferencia que las lombrices se
juntan una a otra, para una
fecundación cruzada, como se
muestra arriba. Cuando esto sucede
hay un intercambio doble de
espermatozoides.

Figura 7.14 Los rotíferos son
organismos microscópicos que
se encuentran comúnmente en
aguas estancadas.

106. Moléculas Maestras Controlan la Célula 101
negro, con secciones de cada uno de ellos crece sobrecruzan. El sobrecruzamiento es de suma
importancia, porque permite a los genes una recombina ción de cromosomas homólogos. En esta
etapa de la profase se llegan a enganchar los filame ntos del huso a los centrómeros o
cinetócoros, que atan a los nuevos cromosomas duplicados.
D. Metafase. El sobrecruzamiento de las porciones de los pares homólogos
de cromosomas, se completa.
E. Anafase. Dos pares homólogos se empiezan a separar y ca da par
emigra a un polo.
F. Telofase. A menudo, aunque no siempre, las células se divide en la
telofase, pero siempre se completa la separación de los cromosomas
homólogos formando dos núcleos, los cuales se reconstruy e en esta
etapa. Los núcleos o células resultantes de la primera división meiótica
pronto se vuelven a dividir, el tiempo depende de cada organismo. En
la segunda división los cromosomas no se duplica.
G. Profase. La membrana nuclear desaparece.
H. Metafase. Los cromosomas emigran hacia el
Ecuador. De nuevo las fibras del huso, se
adhieren a los centrómeros.
I. Anafase. Los filamentos del huso causan la
separación de los cromosomas y éstos se
mueven hacia los polos.
J. Telofase. En esta fase, la división de la célula y
los núcleos se completa.
El resultado total de la meiosis es la producción de
cuatro células a partir de una sola, pero cada una de
ellas contiene sólo un juego simple de cromosomas, que
vienen a ser igual a la mitad del original. Llamada a
haploide o monoploide. Algunas veces las 4 células
restantes de la meiosis se convierten en gametos. Pero
en el caso de la producción de células óvulos, una d e
estas cuatro células es más grande, aunque contiene la
misma cantidad de material genético ya que su
citoplasma es más abundante que en las otras. Esta
célula es la que se convierte en óvulo.
La meiosis, resuelve el problema planteado. Los
gametos con un solo juego de cromosomas pueden
unirse sin aumentar el número de cromosomas en los
descendientes de las próximas generaciones. Además
de resolver el problema, la meiosis permite comprender
otros beneficios que obtienen las poblaciones de
organismos que emplean este proceso. Ya hemos visto
que el sobrecruzamiento se efectúa en la primera
meiosis. En los gametos humanos, que tienen 46
cromosomas, y sobrecruzamiento produce un
intercambio de muchos genes. El resultado final es una
mayor variación en los descendientes y por lo tanto,
quizás un aumento en las oportunidades de sobrevivir
de la población. Esta variación resultante del sobrecruzamiento parece muy pequeña si consideramos el
número de los diferentes gametos que pueden resultar de una célula que contiene 46 cromosomas. Ya
que cada uno de los miembros del par está colocado a la Sarh como resultado de la meiosis, puede
haber 2
23
, es decir, 8 388 608, posibles combinaciones diferentes gametos. Así, la meiosis, no sólo ha
resuelto una de las complicaciones en la reproducción sexual, sino que también permite las
Tabla 7-1 Número de
cromosomas en varias
especies.
Organismos N° Diploides
Mosca doméstica
Sequoia gigante
Arroz
Hombre
Cobayo
Carpa
12
22
24
46
64
94

Figura 7.15 Meiosis. ¿Se comprende por qué la meiosis a veces
se llama también reproducción cromática o división de reducción?
Los cromosomas se han dibujado en negro y blanco pa ra que sea
fácil seguirlos en sus cambios. Así, el proceso de
sobrecruzamiento es también muy evidente.

107. Moléculas Maestras Controlan la Célula 102
recomendaciones posibles de la información genética de un organismo y de esta manera, favorece las
variaciones en las poblaciones.
Repaso
1. ¿qué es un cigoto?
2. ¿Qué proceso asegura el número constante de cromosomas de generación a generación?
3. ¿Qué es un organismo hermafrodita?
4. ¿Qué animal estudiado en esta sección, se reproducen normalmente por partenogénesis?
5. ¿Cual es la importancia del sobrecruzamiento?
Resumen
Las células y los organismos sucumben por la acción de las fuerzas que causan desorden en el
Universo. La materia viviente persiste por la capacidad de reproducirse.
Se estudió a nivel nuclear el mecanismo por el cual se reproducen por sí mismos los ácidos nucleicos;
mediante el modelo de la síntesis proteica hemos visto cómo los ácidos nucleicos rigen la reproducción
de las proteínas. La reproducción de otras moléculas, como los carbohidratos y grasas, está, en teoría,
ligada a los ácidos nucleicos; éstos rigen la síntesis de las proteínas, algunas enzimas, éstas ensamblan
todas las moléculas que se producen en la célula.
Se sabe muy poco de la reproducción de los organoides celulares. Se ha visto que las mitocondrias,
centriolos y cloroplastos se dividen. El estudio del organoide DNA, sugiere que los organoides, pueden
ser independientes del control del DNA nuclear.
Las células se reproducen a sí mismas por escisión. La división celular se llama mitosis, en este proceso
el material genético de los cromosomas se duplica.
Hay tres modelos básicos de reproducción asexual. El p rimero es la reproducción vegetativa, se
presenta tanto en vegetales como en animales. El segun do es la regeneración, una forma especial de
reproducción vegetativa por la cual un fragmento de organismo puede desarrollar un individuo
completo. Por último tenemos la reproducción por espora s; ésta se realiza cuando los organismos
producen células especializadas que originan directamente otros individuos.
La reproducción sexual se realiza cuando los núcleos de dos gametos se fusionan y desarrollan un
nuevo individuo. El individuo es "nuevo", en el sentido de que tiene su propio y único juego de DNA. El
proceso de la meiosis produce los gametos, prerrequisito necesario de la reproducción sexual. En este
proceso los gametos van provistos de la mitad del juego de cromosomas normales y evitan, de esta
manera, la multiplicación de los juegos de cromosomas al fusionarse los gametos. Cuando los
organismos se reproducen sexualmente, los genes se d ispersan ampliamente a través de la población.
Esto, resulta de gran valor para la población cuando hay cambios en el medio ambiente. Así, es más
probable que determinados individuos tengan genes que les ayuden a adaptarse al nuevo medio. Esto
ayuda a garantizar la supervivencia de la población.
Preguntas de Repaso
1. ¿cual es el factor que siempre se debe recordar, cuando se emplea el término "reproducción" en
biología?
2. Describa el modelo teórico, por el cual el ácido nucleico DNA es, en última instancia, responsable de
la síntesis de todas las moléculas de la célula.
3. ¿Qué descubrimiento sugiere la idea de que la reproducción de los organoides celulares puede ser
independiente del control del DNA nuclear?
4. ¿Cómo sabemos que el DNA puede duplicarse antes de em pezar la división celular?
5. Describa brevemente las etapas de la mitosis.
6. ¿En qué sentido la reproducción asexual difiere de la reproducción sexual?
7. Explique la reproducción vegetativa y dé un ejemplo.
8. Durante muchos años, los biólogos creyeron que todas l as células de los organismos llevaban
suficiente material genético, para completar el desarrollo del individuo. ¿Qué experimento reciente
apoya esta idea?
Análisis y Aplicación

108. Moléculas Maestras Controlan la Célula 103
9. los individuos reproducidos a sexualmente tienen el mismo material genético y no obstante, pueden
tener una apariencia muy diferente. ¿Cómo se explica esto?
10. ¿Por qué los médicos investigadores que prevén el uso eventual de bancos de órganos, corazones,
ojos o riñones podrían estar interesados en los exp erimentos que el Dr. Steward realizó con
zanahorias?
Obras de Consulta
Brachet, Jean y Alfred E. Mirsky, eds. The Cell: Biochemistry, Physiology, Morphology. Vol. III, Meiosis
and Mitosis, Academic Press, 1961.
Greulach, Victor A. y J.E. Adams. Plants: An Introduction to Modern Botany. John Wiley & Sons, 1962.
Los capítulos 15 y 16 resumen la reproducción vegetal.
Michelmore, Susan. Sexual Reproduction. The Natural History Press, 1965.
Swanson, Carl P. The Cell. 2ª ed. (libro de bolsillo). Prentice-Hall, 1964.
Weisz, Paul B. The Science of Biology. 2ª ed. McGraw-Hill, 1963. En los capítulos 23, 24, 25 y 26 se
describe la reproducción de varios phyla de plantas.
Revistas
Scientific American
Allen, R.D. “The Moment of Fertilization”. Julio 1959. Describe el proceso intrincado que lleva a cabo la
célula, inmediatamente después de la fecundación.
Berril, N.J. “The Indestructible Hydra”. Diciembre 1957. Describe algunos experimentos de
regeneración.
Nazia, Daniel. “How Cells Divide”. Septiembre 1961.
Sager, Ruth. “Genes Outside the Chromosomes”. Enero 19 65.
Singer, Marcus. “The Regeneration of Body Parts”. Oc tubre 1958. La salamandra y la rana, son
ejemplos de organismos que son capaces de regenerar pa rtes perdidas.
Referencias Bibliográficas
1 Paul B. Weisz. The Science of Biology. 2ª ed. Copyright ©1963, McGraw-Hill Book Company. Co n
autorización, p. 111.

109. 104
Unidad Tres
Modelos de Cambios
¿Cómo se podrían explicar las manchas y el cuello largo y las jirafas? Con este tipo de pregunta nos
introducimos al tercer tipo de pregunta que los biólogos hacen. Las otras dos preguntas – ¿qué es? y
¿cómo trabaja? – nos han conducido a comprender la es tructura y la función, respectivamente. Una vez
que se ha conocido una estructura y aclarado un mecanismo, sólo es lógico el tener que admirar, como
llegó a existir tal como es. La pregunta se puede hacer diferentes maneras: ¿Cómo podemos explicar
una estructura? o ¿bajo qué condiciones se originó? Y con términos semejantes, ¿cómo llegaron a
obtener las manchas y su cuello largo las jirafas? o ¿cómo los mamíferos llegaron a tener pelo y los
peces escamas? o ¿por qué los pinzones tienen picos tan diferentes?
Al preguntar: ¿Cómo aconteció? Los biólogos implican que explicación válida se puede dar a esas
preguntas; más aún, esas preguntas implican que deb erán ser de naturaleza histórica. Se en otras
palabras, para encontrar una explicación a esas preguntas se debe mirar hacia atrás a través de la
historia de la vida.
El hecho más impresionante acerca de la vida en nuestro planeta, es el de los vastos cambios que han
ocurrido. ¿Qué clase de evidencias han encontrado los biólogos para apoyar su teoría que la vida ha
estado bajo grandes cambios? ¿Qué fuerzas son la cau sa de que sus cambios ocurran? La más
importante, ¿cómo se originó la vida? Estas preguntas son la base de esta unidad.

110. Evidencias de Transformación 105

Archaeopteryx, pájaro primitivo con muchas caracter ísticas en común con los reptiles.
De continuo, aun en el estudio de la historia de la vida, se evidencia
que lo que puede acontecer acontece.
1

George Gaylord Simpson
Capítulo 8
Evidencias de Transformación
¿Por qué los biólogos han llegado a la conclusión de que la vida ha sufrido grandes
cambios? Actualmente tenemos una gran cantidad de ev idencias, tanto directas como
indirectas, que apoyan esta conclusión. Este capítulo, le dará la oportunidad de conocer
algunos ejemplos básicos de estas evidencias. Quizás algún día use esta introducción como
un estímulo para un estudio más profundo de estas evidencias.
Evidencia Directa: El Registro Fósil
Desde que el hombre ha llevado un registro de los restos de organismos encontrados en muchos y
diversos lugares de la Tierra, lo han intrigado. En muchos casos, los restos o huellas de estos
organismos diferían bastante de los seres vivientes de la época en que se hizo el hallazgo. Los primeros
filósofos griegos señalaron que estos restos se podían considerar como pruebas de que el cambio era
una parte integral de la existencia. Estos restos o marcas, se llaman fósiles.

111. Evidencias de Transformación 106
8-1 Los fósiles indican cambio. Es muy fácil demostrar que la vida ha sufrido muchos cambios desde
su aparición en la tierra e incluso ésta los ha sufrido, por ejemplo:
En algunas montañas (Estados Unidos) se pueden halla r fósiles de animales del tipo trilobites. Todo
indica que este tipo de animal vivió en un océano de agua salada. Actualmente estos animales están
extinguidos y sus fósiles se hayan, ¡en la cumbre de montañas de 4,000 m de altura!





Figura 8.1 A la izquierda, un trilobite; al centro, una hoja fosilizada de helecho y a la derecha un “lirio marino”.
Otro ejemplo, en los depósitos de carbón bajo las extensas praderas de Wyoming (Estados Unidos)
se hallan incrustadas en el carbón las huellas de plantas extinguidas. Estas plantas crecieron en un
ambiente semitropical exuberante. En realidad, estos restos son totalmente diferentes de la escasa
vegetación que crece hoy en la superficie de ese lugar.
Un tercer ejemplo lo tenemos en diversos yacimientos de roca sedimentaria, debajo de las tierras
del este de Kansas (Estados Unidos). En las partes descubiertas se observan masas fosilizadas de
cuerpos de animales enmarañados, más parecen plantas y animales. Son restos de lirios marinos.
Todos esos lirios actualmente viven en el mar; es de suponer que sus ancestros extintos vivieron en un
hábitat semejante.
Los tres ejemplos anteriores suministran evidencia directa – testimonio que usted puede ver y
sentir – que demuestra los grandes cambios experime ntados, tanto en la tierra como en la biosfera.
Estos ejemplos se ilustran en la Fig. 8.1.
8-2 ¿Por qué son tan raros los fósiles? Los fósiles se han
encontrado en muchas formas y en regiones diversas de la corteza
terrestre. En general, los organismos al morir son at acados
rápidamente por organismos que los descomponen. Por es o la
mayor parte de ellos no dejes rastro de su existencia ; de tal
manera que casi debemos considerar a los fósiles enco ntrados
como, "accidentes de la naturaleza".
Sin embargo, ciertos organismos de la antigua biosfe ra
tuvieron una mejor oportunidad que otros para preservar se. Por
eso, no podemos considerar sus fósiles como accidentes d e la
naturaleza. Por ejemplo, cuando los animales marinos m ueren, sus
cuerpos quedan enterrados en el fango y arena del fond o del mar.
Los huesos, dientes, conchas, escamas y otras estructu ras del
cuerpo, que resisten a la descomposición, quedan frecuentemente intactos. Cuando el fango y la arena,
se transforman en rocas sedimentarias, estos restos qu edan protegidos bajo una cubierta. Cuando
estas rocas emergen del mar los restos preservados dentro de ellas, están bien protegidos de la erosión
del agua y del viento.
Con excepción de ciertos minerales que han invadido las partes blandas de los tejidos, se puede
decir que esos restos son sustancialmente iguales a como lo eran cuando formaban parte de la
estructura del organismo. Los fósiles no son solamente partes de plantas como animales que se han
conservado, sino que cualquier prueba de la existencia de un organismo, ya sean restos o huellas, son
clasificados como fósiles (véase la Fig. 8.2).

Figura 8.2 Huellas fosilizadas de un dinosaurio.

112. Evidencias de Transformación 107
8-3 Los paleontólogos usan fósiles para estudiar
la historia de la vida. La paleontología es el estudio
de la vida del pasado mediante el examen de fósiles y
por esto, los paleontólogos han aprendido mucho
acerca de las actividades de animales extinguidos.
Por ejemplo, la longitud y forma de un solo hueso de
una pata de animal ya extinguido, puede dar una
base firme para describir el tamaño y apariencia
general del animal. Estudiando las impresiones que
dejaron en los huesos los músculos, los
paleontólogos, han podido inferir su estructura
muscular y deducir la manera de cómo realizaban sus
movimientos.
El diámetro y la naturaleza interna de los huesos
dan, posteriormente, nuevos conocimientos acerca
del tamaño y peso del animal. La postura y manera
de moverse se pueden determinar por el examen de
las regiones compactas del hueso que muestran los
puntos de esfuerzo. Uniendo estas informaciones a
las obtenidas de otras partes del cuerpo, tales como
dientes, vértebras y cráneo, se puede reconstruir una
imagen completa del animal. Con los fósiles de otros
animales y plantas, que se encuentran próximos, se
puede llegar a conocer la vida de su comunidad.
Además de suministrar la evidencia directa de
que la biosfera ha cambiado, los fósiles ayudan a
entender algunos modelos de los cambios que han
ocurrido en la biosfera. Su valor, en el último caso, se basa en dos hechos: Primero, los fósiles se
encuentran, a menudo, en estratos o capaz de rocas sedimentarias. Normalmente, los qu e se
encuentran en las capas más bajas representan los f ósiles más antiguos, es decir, las formas más
antiguas de vida, mientras que los de las capas más superficiales representan formas de vida cada vez
más recientes. Así, los fósiles nos ayudan a determinar la secuencia relativa de la vida; segundo, los
paleontólogos tienen nuevas técnicas para determinar la edad aproximada de un fósil. Con ambos tipos
de información – secuencia relativa y edad aproximada – los fósiles se pueden clasificar y estudiar en el
orden cronológico en el cual los organismos antiguos vivieron. Este orden secuencial de los fósiles en el
tiempo se llama registro fósil.
8-4 ¿Cómo se puede saber la edad de los fósiles? Hasta hace poco resultaba muy difícil. Para
saberlo, se medía el grosor de la capa rocosa que los contenía y se calculaba el tiempo necesario para
la formación de esta capa. Recientemente se han desc ubierto nuevos métodos más precisos. Estos
métodos se basan en algunos isótopos radiactivos que pueden encontrarse en los fósiles o en la roca
donde el fósil está incrustado. Éste método que se llama computación radiactiva, va haciendo cada vez
más exacto (véase la Tabla 8-1) y acoplado a los dato s obtenidos en la formación de la capa,
proporciona datos de gran exactitud para registrar los fósiles.
8-5 ¿Está completo el registro fósil? Sería ideal, si pudiera ser encontrado y fechado un espécimen
fósil de cada una de las poblaciones que han habitado la Tierra. Así, la secuencia de los cambios en
cada población se podría "leer" como una historia familiar. Sin embargo, el registro de los fósiles está
muy lejos de ser el archivo ideal, ni hay esperanzas de que el hombre pueda establecerlo. Un gran
número de las poblaciones que se supone han existido, no han podido sobrevivir a las fuerzas de
desintegración y destrucción a que estuvieron sometidos. Por esta razón son tan pocos los fósiles de
invertebrados con cuerpos blandos. Si imaginamos la h istoria de los fósiles como una sucesión de
páginas del libro, la mayoría de éstas tendrían espacios en blanco.
Pero no debemos ser pesimistas, ya que cientos de mile s de fósiles han sido clasificados e
incorporados en el registro y continuando las pesquisas indudablemente se obtendrán más fósiles. Un
Tabla 8-1 Cómputo radiactivo
Proceso de
cómputo
Materiales
estudiados
Potencial de
amplitud en
años
Vida media
en años
Carbono 14
Madera
Carbón
Concha
70,000 5,730
Protactinio 231
Sedimento
de mar
profundo
120,000 32,000
Torio 230
Sedimento
de mar
profundo
Coral
Concha
400,000 76,000
Uranio 234 Coral 1,000,000 250,000
Cloro 36
Rocas ígneas
y volcánicas
500,000 300,000
Berilio 10
Sedimento
de mar
profundo
8,000,000 2,500,000
Helio 4
Coral
Concha
---
4,500
millones
Potasio 40
Argón 40
Cenizas
volcánicas y
lava
---
1,300
millones

113. Evidencias de Transformación 108
comentario apropiado acerca del valor que tiene el reg istro fósil, es el del distinguido paleontólogo
estadounidense George G. Simpson:
Nos parecerá asombrosamente bueno el registro total, si consideramos la oportunidad
infinitesimal que ha tenido cualquier organismo o un ejemplar de cualquier especie, de estar
en la mesa de un paleontólogo.
2

8-6 Lo que muestra el registro de los fósiles. Antes de considerar algunos de los cambios más
importantes del desarrollo de la biosfera, veamos un somero resumen de este proceso, esquematizado
en la Tabla 8-2. No se pueden apreciar los cambios que han ocurrido si se carece de una idea acerca de
la edad de la biosfera. La mejor y más directa eviden cia acerca de la edad de la biosfera, se ha
obtenido de los fósiles que datan desde el principio del Cámbrico, hace más o menos 600 millones de
años. Estos fósiles muestran los organismos realmente complejos, que habitaron la biosfera en aquel
tiempo.
Aunque la colección de fósiles del Precámbrico es escasa, la complejidad
de esos organismos nos sugiere que la biosfera ya existía millones de años
antes de esa época. Actualmente hay pruebas de que los organismos
fotosintéticos existieron desde hace 2,700 millones de años (el estudio del
origen posible de la biosfera, lo dejamos para el Capítulo 10).
8-7 La expansión de la vida, después del período Cá mbrico. El
registro fósil muestra que hubo una gran expansión de la vida desde el
período Cámbrico. Aumentó probablemente el número tot al de organismos y
aumentaron también las diferentes clases de organismo s. Este último
desarrollo, es el aspecto más importante de la historia de la biosfera. Los
registros muestran que no solamente millones de nuevas especies
aparecieron en ese tiempo, sino que grupos mayores d e organismos
totalmente nuevos aparecieron. Por ejemplo, note en la Tabla 8-3 la
aparición de esos grupos mayores como pájaros, mamífero s y plantas con
flores. El hecho de esta expansión orgánica, ha sido un extraordinario
aumento de la diversificación de la vida, en la biosfera.
El aumento de especies fue acompañado por el desplaza miento de
algunas de ellas hacia nuevos medios. Por ejemplo, la casi totalidad de los
organismos del período Cámbrico eran acuáticos. Más t arde, cuando
aparecieron nuevas especies, algunas de ellas empez aron a sobrevivir en
medios terrestres. Así, la Tabla 8-3 muestra que la s plantas fueron los
primeros "invasores" de la tierra. Posteriormente, grupos de vertebrados –
anfibios y reptiles – dominaron la vida animal en medios terrestres.
Otro desplazamiento fuera de ciertos organismos que se a venturaron
hacia la atmósfera, en diversas épocas. Los primeros en desarrollar a las,
fueron ciertas especies de insectos. Más tarde, rept iles con aspecto de
pájaros y finalmente, los pájaros desarrollaron sus alas. Ciertos mamíferos
– los murciélagos - fueron los últimos que llegaron a ser aéreos.
A pesar de que el número y diversidad de las especies que habitaron la
biosfera aumentó, el registro fósil también muestra que un gran número de
ellas no pudo sobrevivir. Por lo tanto, la extinción o la muerte de las
especies ha sido un acontecimiento importante en la historia de la biosfera.
Aquí reproducimos otra nota de Simpson:
Solamente el registro fósil pudo establecer el hecho, en realidad
sorprendente, que la extinción es el destino común de las especies.
3

A pesar de esta tendencia hacia la extinción, es un hecho que algunas especies han evitado ese
destino durante largo tiempo. Un ejemplo excepcional es el de la tuatera (véase la Fig. 8.3).
Esta especie, ahora confinada a unas pocas y pequeña s islas cercanas a Nueva Zelanda, ha
sobrevivido sólo con muy pequeños cambios, durante cerc a de 200 millones de años.

Tabla 8-3 La espiral del tiempo. Si el
registro de los fósiles fuese superpuesto
en una cinta en espiral que representara
la edad de la tierra, la primera mitad de
esta cinta estaría en blanco. En este
diagrama, el espacio vertical entre las
dos líneas horizontales representa 5
millones de años.

114. Evidencias de Transformación 109
Tabla 8-3 Evolución geológica y orgánica
Hace Duración
Era Período
(millones de años)
Vida Vegetal Vida Animal
Cuaternario 2 2
Decadencia de las plantas leñosas;
aparición de las hierbas
Aparición del hombre
Cenozoica
Terciario 60 58
Adaptación de las plantas con flores;
desarrollo de los bosques modernos
Rápido desarrollo de los
mamíferos superiores y aves
Cretácico 130 70
Aparecen y dominan las plantas con
flores; decadencia de las confieras
Aparición de mamíferos primitivos
y pájaros modernos; los
dinosaurios se extinguen
Jurásico 175 45
Primeras angiospermas; dominan las
confieras
Primeras aves; reptiles voladores;
abundantes dinosaurios; primeros
mamíferos
Mesozoica
Triásico 225 50
Dominan las confieras; desaparecen los
helechos
Primeros dinosaurios
Pérmico 275 50
Decadencia de excopodios y colas de
caballo
Mamíferos con especto de
reptiles; insectos modernos
Carbonífero 350 75
Grandes extensiones carboníferas;
licopodios y colas de caballo
Primeros reptiles; insectos
comunes
Devónico 410 60
Las plantas terrestres se adaptan;
primeras confieras
Primeros anfibios; abundantes
tiburones; lirios acuáticos
Silúrico 430 20
Dominan las algas; primera evidencia
definitiva de las plantas terrestres
Primeros animales de respiración
aérea; primeros insectos
Paleozoica
Ordevícico 600 100
Algas marinas Abundan los invertebrados;
dominan los trilobites
Precámbrico 2700 2100
Primitivas plantas acuáticas; algas;
hongos
Invertebrados marinos;
protozoarios
Azoico ? ? Sin evidencias directas de vida Sin evi dencias directas de vida
Es común la idea de que los cambios en la biosfera han sido siempre "para mejorar". Claro está que
se puede discutir lo que significa "mejorar", pero se han descubierto excepciones más que suficientes
para demostrar que los cambios en las especies, las han conducido con mucha frecuencia aún "callejón
sin salida", del cual no ha habido sobrevivientes.
Repaso
1. ¿En qué tipo de roca se encuentran
usualmente los fósiles?
2. ¿Qué significa el término "registro fósil"?
3. ¿Cuáles son los principales métodos usados
para determinar la edad de un fósil?
4. ¿Qué es la paleontología?
5. ¿Qué se entiende por "extinción"?
Evidencia Directa: Cambios Contemporáneos
El registro fósil proporciona la prueba más
impresionante de los cambios de la biosfera. Sin
embargo, algunos cambios contemporáneos en
comunidades y poblaciones los ha podido observar el
hombre durante los últimos siglos. Estos cambios
pueden parecer poco impresionantes, ya que incluyen
un corto espacio de tiempo, ya que es difícil comparar
los cambios ocurridos durante millones de años con los
acontecidos en los últimos siglos.
8-8 El hombre observa cambios en las especies
naturales. A pesar de las abundantes pruebas en el registro fó sil, la variación en las especies es
motivo de muchas controversias. Los primeros biólogos sos tenían convencidos la idea que las especies
eran fijas e inmutables – esto es, no eran capaces de modificarse (podríamos apuntar que también los

Figura 8.3 La tuatera ha permanecido virtualmente invariable
desde los tiempos en que los dinosaurios vagaban por la Tierra.

115. Evidencias de Transformación 110
químicos y los físicos llegaron a sostener una idea semejante acerca del átomo). Afortunadamente los
biólogos cuentan hoy con suficientes datos para contradecir esos argumentos.
Las poblaciones de especies naturales cambian. Algu nos de los estudios mejor documentados,
acerca del cambio de las especies, se llevaron a cab o en Inglaterra, con cierto grupo de polillas
moteadas (Biston betularia). Los especímenes fueron recogidos en una población cercana a Manchester
antes de 1850; eran blancos con puntos negros espaciad os en las alas – de ahí el término de polillas
moteada. En 1850, se colectó un espécimen negro de es ta población; 100 años más tarde, más del
95% de las polillas moteadas de esa población son de la variedad oscura.
¿Qué estaba sucediendo en esa época
al medio físico de esa comunidad, boscosa
salvaje, de los alrededores de Manchester?
Estaba cambiando. La expansión de las
actividades industriales en aquella ciudad
ocasionó que se depositara hollín en todas
partes. Los árboles, sobre los cuales se
posaban las polillas moteadas durante el
día, se decoloraba en (véase la Fig. 8.4).
Los árboles que originalmente eran grises
o más claros, llegaron a ser casi
uniformemente negros. En el capítulo
nueve se estudiarán los mecanismos
sutiles que causaron el cambio en las
polillas. Debe aprender que, aunque pueda
parecer lógico, no fue el medio el
determinante del cambio en las polillas.
8-9 Otros cambios son más recientes. Otros cambios menos
espectaculares, pero más rápidos, se han observado en algunas
especies en los últimos 25 años. Esos cambios han si do
observados generalmente en poblaciones que presentan u n alto
grado reproductivo y por consiguiente, son capaces de producir
un gran número de generaciones en corto tiempo. Un eje mplo lo
tenemos en las especies bacteriológicas Staphylococcus aureus,
llamada por los especialistas "Cepa Staph”. Antes de 1945, las
bacterias de esta población se consideraban como agente
infeccioso moderado. Al introducirse en heridas abier tas
causaban infecciones locales, que eran controladas por el propio
mecanismo de defensa del cuerpo.
Después de 1945 se usaron antibióticos – especialmen te
penicilina – para lograr un control más rápido y efectivo de esas
infecciones. Después de aplicar durante 10 años este
tratamiento, los médicos reportaron la aparición de cepas más
virulentas “Staph-hospital”, que no eran exterminad as con el
tratamiento de penicilina (véase la Fig. 8.5). Por el año de 1960,
hospitales de todas partes de Estados Unidos se alarmaron por
la fuerte virulencia de las infecciones de Staph. Desde entonces
se tomaron ciertas medidas de control, pero las nuevas y más
virulentas poblaciones de Staph representan una amenaza que
puede decirse que casi no existía hace unos cuantos años.
Un ejemplo similar ha sido observado en especies de insectos sometidos a envenenamiento químico
por DDT. Cuando este compuesto químico se usó por prim era vez, eliminó rápidamente o redujo mucho
la magnitud de la población de insectos y causaban plagas, como por ejemplo, la mosca doméstica. Sin
embargo, después de unos cuantos años la efectividad d el DDT ha decrecido. El compuesto químico no
ha cambiado, pero si las moscas caseras. Ahora exist en poblaciones de moscas caseras que casi son
inmunes a dosis moderadas de este producto químico.

Figura 8.4 Una polilla moteada Biston betularia y su forma negra: carbonaria
reposando en un tronco de roble, cubierto de hollín , cerca de Birmingham
(derecha). Las dos mismas variedades de polillas se muestran descansando en un
árbol cubierto de liquen, en una orilla limpia del campo (izquierda).

Figura 8.5 Los círculos son colonias de
Staphylococcus aureus creciendo en placas de Petri.
A ese cultivo se le agregó penicilina en diferentes
concentraciones. En la concentración más baja de
penicilina (izquierda) colonias de tamaño normal
prosperan. En la concentración mayor de penicilina
(derecha) solamente la cepa “Staph”, más virulenta,
es capaz de crecer en grandes colonias.

116. Evidencias de Transformación 111
En los casos del Staph, resistente a la penicilina y de las moscas caseras, resistentes al DDT, se
realizan cambios que no son necesariamente visibles, como en las polillas moteadas. Razonablemente,
ambos cambios, invisible y visible, implique genes que controlan el funcionamiento interno de las
bacterias de la mosca. Hemos puesto estos dos ejemplo s, para que nos demos cuenta que los cambios
en una especie no son necesariamente visibles, como en el caso de las polillas moteadas.
8-10 Poblaciones domésticas ofrecen ulterior eviden cia de cambio. Probablemente la evidencia
más concluyente de que las especies no son inmutables , se obtiene estudiando las poblaciones de
organismos domésticos. ¿Qué son poblaciones domésticas? Son poblaciones que el hombre ha
trasladado a propósito o accidentalmente de sus comunida des naturales para satisfacer sus propias
necesidades. Los mejores lugares para observarlos son l os supermercados, las granjas y los
invernaderos.
Nuevamente enfatizamos que, por ahora, no importan lo s mecanismos
por los cuales el hombre ha logrado obtener cambios e n estas especies.
Daremos evidencias por las cuales estos organismos cam bian, para basar
éstas debemos considerar una pregunta fundamental: L as poblaciones de
organismos domésticos que hoy conocemos, ¿son realmente d iferentes de
las que vivían en las comunidades naturales? No es fá cil de contestar. La
asociación del hombre con muchas de sus poblaciones domés ticas empezó
desde tiempos inmemoriales. En cada caso que se ha po dido conocer esta
historia, ha sido generalmente es resultado de una lar ga y difícil
investigación que necesitó múltiples pruebas.
8-11 Se ha estudiado la evolución del maíz. El Dr. Paul C. Mangelsdorf
y sus colaboradores, en la Universidad de Harvard, han investigado la
historia del maíz en relación con dos problemas: (1) ¿ Cuáles fueron sus
primitivos ancestros? (2) ¿Cómo logró el hombre los camb ios que han
culminado en el tamaño y las magníficas cosechas que h oy conocemos? Por
las excavaciones de cuerdas en México y Nuevo México, se descubrieron
pequeñas mazorcas primitivas de maíz y por medio del m étodo del carbono
14, se llegó a la conclusión de que ya existían desde hace más de 7,000
años (véase la Fig. 8.6). A través de varias investi gaciones, incluyendo
experimentos de hibridación con las variedades existe ntes de maíz
primitivo, Mangelsdorf dedujo que el maíz actual parece descender de una
hierba silvestre, que crecía en México. Este ancestro primitivo del maíz moderno, se propagó en México
varios miles de años antes de que fuera habitado por sus primeros pobladores.
Un ejemplo que nos demuestra cómo el hombre ha producid o cambios en las poblaciones, es el
perro doméstico. Hay una pequeña duda respecto de si el perro es o no descendiente directo del lobo.
Probablemente, el primer perro fue domesticado hace uno s 10,000 años y el hombre, desde entonces,
ha conseguido extraordinarios grupos de diversos animales. Todos los perros actuales pertenecen a una
sola especie, pero es posible obtener una variedad o raza de casi cualquier tamaño, figura, color o
temperamento, que llene los requisitos deseados por el canófilo. El punto importante es que debemos
recordar que los cambios obtenidos en esta especie han s ido planeados con un propósito. Tomemos
como ejemplo a los perros especializados para la cacería, como los galgos, cocker-spaniel y el
dachshund. Se ve la capacidad del hombre para modific ar la especie, cuando se comparan esos perros
con sus ancestros, los lobos.
Repaso
1. ¿Cómo ha cambiado en los últimos 100 años la especie de las polillas moteadas, cerca de
Manchester?
2. ¿Por qué somos insectos y las bacterias poblaciones id eales para el estudio de los
cambios evolutivos contemporáneos?
3. Nombre algunos ejemplos de poblaciones domésticas que han cambiado.
4. ¿Cual es el objetivo del trabajo del Dr. Mangelsdorf?
5. ¿Por qué son distintos los cambios en la población de polillas moteadas de los cambios
de las moscas resistentes al DDT?

Figura 8.6 El carbono 14 calculado, ha
revelado que estas mazorcas de maíz
(de derecha a izquierda) datan de 5,000
a. C., 3,500 a.C., 200 d. C. y 1,500 d.C.

117. Evidencias de Transformación 112
Evidencia Indirecta
La palabra evolución significa "cambio". Las observaciones actuales muestran que las especies de
organismos pueden cambiar o evolucionar. Es más, el r egistro fósil demuestra, de modo concluyente,
que el cambio (evolución) ha sido una característica dominante del pasado histórico de la biosfera.
Estas dos observaciones sirven para establecer el hecho de la evolución. Hay una idea más amplia,
no completamente documentada, pero casi aceptada uni versalmente por los biólogos. La teoría de la
evolución.
8-12 La teoría de la evolución. La teoría de la
evolución considera todas las especies de la biosfera
actual, como descendientes modificados de especies qu e
vivieron anteriormente; también propone que todos los
antepasados de nuestras especies modernas, en últim a
instancia, se desarrollaron de primitivas formas de vida,
las cuales de algún modo, se originaron bajo condiciones
naturales de la Tierra primitiva. En cierta manera, la
teoría de la evolución concuerda con el descubrimiento de
Virchow de que "cada célula proviene de otra célula"
(véase el Capítulo 2). Ciertamente, si cada célula s e
origina de otra célula y si los organismos multicelulares
actuales proceden de ancestros que se remontan a la vida
primaria, llegaremos a la conclusión de que los
organismos se desarrollaron de algún tipo de célula
primitiva. Más aún, esta célula original pudo haber
evolucionado de un conjunto de determinadas moléculas .
Al usar el término "evolución" como sinónimo de "cambi o", se dice que es un hecho, ya que
comunidades y poblaciones han evolucionado; cuando se em plea el término "evolución" para describir
la secuencia de cambios que originaron la vida y la han transformado en las poblaciones que hoy se
conocen, se debe recordar que es una teoría, la teoría de la evolución.
Actualmente, la mayor parte de los biólogos consideran el registro fósil, como prueba directa que
apoya la teoría de la evolución. La secuencia de los cambios, como parte del registro, no puede ser
rebatida por sólidas evidencias. También hay otras cl ases de evidencias, que podemos llamar
evidencias indirectas, que tienden a apoyar tanto el hecho, como la teoría de la evolución. Recordemos
que se requiere un estudio mucho más extenso, antes de que se pueda analizar esta evidencia y
apreciar sus múltiples implicaciones.
8-13 La anatomía comparada proporciona evidencia in directa. La anatomía comparada es una
parte especial de la biología, que compara y contrasta las semejanzas y diferencias de las estructuras,
tanto entre las plantas, entre animales están estrechamente relacionados. Un ejemplo común es el
estudio comparativo de los peces, anfibios, reptiles y pájaros. Éstos son grupos de animales
vertebrados que se cree, han evolucionado en la misma secuencia en que han sido mencionados arriba.
Al comparar estructuras – por ejemplo los miembros dela nteros de diferentes vertebrados –
impresiona su similitud, ya que no solamente estas estructuras muestran parecido, sino que también
están construidas a base del mismo modelo. Las estructuras semejantes se dice que son homólogas. La
homología es, por consiguiente, la similitud de estructura debida al origen común y es la base para
clasificar los organismos en grupos. Por ejemplo, cuando se comparan los esqueletos de los animales
vertebrados se observa un buen número de homologías .
La Fig. 8.7 muestra los miembros anteriores del hombr e y de otros cuatro mamíferos. Poco
precisas, pero bien definidas homología es, pueden obser varse comparando la estructura de los
miembros delanteros de los mamíferos, los pájaros y los reptiles y en grado menor, las que presentan
los anfibios y peces.
También pueden hacerse observaciones de homología se al comparar otras estructuras de animales
estrechamente relacionados.

Figura 8.7 Homología de los miembros anteriores de
mamíferos.

118. Evidencias de Transformación 113
De manera semejante, se puede ver que el grado de s imilitud entre los animales emparentados
permanece, no importa qué miembro se esté comparando . Por ejemplo, cuando uno compara los
esqueletos de un mamífero, un reptil y un anfibio, s e puede observar la gran similitud entre el
esqueleto de los mamíferos y reptiles. Igualmente, si comparamos el cerebro, corazón y riñón de un
mamífero con los mismos órganos de un reptil y de un anfibio, la semejanza es nuevamente mayor
entre el mamífero y el reptil. Éste es el modelo bas e de homología es entre los organismos
emparentados que nos proporciona evidencias convincent es en apoyo de la teoría de la evolución.
8-14 La embriología también proporciona
evidencia indirecta en apoyo de la teoría de
la evolución. La embriología es el estudio de
los embriones, es decir, de los animales antes
de nacer. Los embriólogos tienen la oportunidad
de comparar los modelos de desarrollo
embrionario. Desde hace mucho, notaron que el
desarrollo de los embriones de la mayoría de los
animales, sigue un modelo básico. En los
animales se observa, por ejemplo, un modelo
casi universal, en el cual una sola célula se
segmenta en dos células, en cuatro células y así
sucesivamente, a través de múltiples
semejanzas continúan a través de las últimas
etapas del desarrollo. El desarrollo del embrión
de mamífero, es mucho más parecido al del
embrión de un pájaro o de un reptil que al del
embrión de un anfibio.
Si todo es verdad, se puede preguntar, ¿si
el pez desarrolla branquias, porque no los
mamíferos? Sin embargo, las hendiduras
bronquiales se forman temporalmente durante
el desarrollo del embrión del mamífero. Estas
estructuras son homólogas a las branquias del
pez y son semejantes a ciertas estructuras que
aparecen en otros animales, como se muestra en la Fig. 8.8.
8-15 Las bases de vida son semejantes. Podríamos citar muchos ejemplos de evidencia indirec ta
que apoyan la teoría de la evolución. Pero aún no hemos mencionado la evidencia indirecta más
convincente – existe una unidad de estructura y función en la biosfera. Veamos unos ejemplos.
En la Unidad Uno, aprendió que los organismos generalm ente son parte del mismo tipo básico de
un modelo estructural. En particular, se enseñó que a nivel de organización celular y molecular, se
presenta una marcada semejanza en la estructura de la mayoría de los organismos. Prácticamente
todas las formas de vida utiliza la célula como unidad básica de estructura y función. Dentro de la célula
se pueden observar casi idénticos ribosomas, mitocondrias y membranas plasmáticas, ya sea la célula
como organismo unicelular o como parte de un organismo com plejo vegetal o animal. A nivel molecular,
si se comparan de DNA, RNA y ATP, la semejanza estructural es mayor.
En la Unidad Dos, vio que las actividades básicas asociadas con la transformación de la energía, el
control y la reproducción, son esencialmente las mis mas, no importa en qué organismos se hayan
llevado a cabo.
Por consiguiente, la unidad en las estructuras moleculares y celulares, así como en las actividades
de los organismos, sugiere que los organismos que forma n hoy la biosfera han evolucionado en su
totalidad de ancestros semejantes.
Repaso
1. ¿Cuáles son los temas estudiados en este capítulo que demuestran de manera evidente
que las especies han cambiado y continúan cambiando?
2. Describa brevemente la teoría de la evolución.

Figura 8.8 Las branquias aparecen en las primeras etapas de v ida
embrionaria de todos los vertebrados. Las flechas indican la posición de las
hendiduras bronquiales en cada embrión.

119. Evidencias de Transformación 114
3. ¿Qué es la anatomía comparada?
4. En la anatomía comparada, ¿qué son las homologías?
5. ¿Cómo se evidencia la relación entre la biología molecular y la teoría de la evolución?
Resumen
Los biólogos tienen pruebas que demuestran que, en la biosfera y en todos los niveles de organización
se han experimentado cambios. Esta idea contrasta de manera violenta con la idea primaria de que las
poblaciones de especies formaban una entidad fija e inmutable. La idea que establece que las especies
no deben y no pueden cambiar, está fuera de época.
Hay dos tipos básicos de evidencia que muestran los c ambios en las poblaciones de especies. La
evidencia directa se puede ver o sentir. Los fósiles dan la mejor evidencia directa de cambios
efectuados en las especies. Observaciones contemporá neas, como la de la población de la polilla
moteada, muestran que los cambios pueden ocurrir aun e n períodos de tiempo relativamente cortos.
Otra prueba de que cambien las especies puede ser ob tenido, estudiando las especies domésticas.
Desde hace unos cuantos miles de años el hombre ha cau sado, deliberadamente, la evolución de
muchas especies de plantas y animales.
Se debe ser cauto con el doble uso del término "evolución". Literalmente, la palabra significa "cambio".
Cuando este término se aplica a especies, tenemos pru ebas para decir que la evolución ha ocurrido y
continúa ocurriendo. Allí también la teoría de la evolución, que establece que todas nuestras especies
modernas son los descendientes modificados de especi es que vivieron en el pasado. La teoría establece
que todas las especies de hoy en día han evolucionad o a partir de antepasados que originalmente se
formaron bajo condiciones naturales. Por eso, es importante diferenciar lo que se refiere al "hecho" y lo
que se refiere a la "teoría" de la evolución.
Al lado de la evidencia directa hay más evidencias indirectas para apoyar la teoría. Las estructuras
homólogas – es decir, estructuras semejantes en especi es relacionadas – y los caracteres distintivos
embrionarios, son justamente dos ejemplos de esa evide ncia indirecta. La mejor evidencia indirecta es
la unidad en la estructura y función, que encontramos en todos los organismos.
Preguntas de Repaso
1. ¿Cuál es la diferencia entre las evidencias directas e indirectas para demostrar que las especies
cambian? Dé un ejemplo de cada una.
2. ¿Por qué algunas plantas y animales tuvieron mejor oportunidad de ser preservados como fósiles?
3. ¿Qué nos dice el registro fósil acerca del número de especies que vivieron en el período Cámbrico,
en comparación con las actuales?
4. ¿Qué nos dice el registro fósil de la extinción de las especies?
5. Dé dos ejemplos de cambios contemporáneos observados por el hombre en algunas especies.
6. ¿Qué factor favorece que ciertas poblaciones tales como las bacterias con moscas, sufran cambios
rápidos?
7. ¿Qué es la teoría de la evolución? ¿Cómo difiere del "hecho" de la evolución?
8. Defina la homología y dé un ejemplo.
9. ¿Cómo contribuye la embriología a evidenciar que las especies tienen un parentesco evolutivo?
10. ¿Cual es la evidencia más convincente de la evolución, según su criterio? Explíquela.
11. ¿De qué manera pueden algunas rocas sedimentarias c onsiderarse como relojes geológicos?
Análisis y Aplicación
12. ¿Cuales son algunos de los elementos usados en el cómput o radiactivo? ¿Cuál es el fundamento
sobre el que se basa el uso de cada uno de estos elementos?
13. Antes de que fueran desarrollados los métodos de cómpu to radiactivo, fueron utilizados otros
métodos de detección basados en estudios de las capas sedimentarias de las rocas. ¿Qué parte del
suroeste de los Estados Unidos, es ideal para este tipo de estudios?
14. Suponga que ha encontrado la mandíbula inferior de un animal extinguido y ésta conserva todos los
dientes. Al estudiarlo ¿qué podría deducir de las costumbres del animal al que perteneció?
15. Si los fósiles datan de hace unos 600 millones de años, ¿por qué podemos tener la certeza de que
hubo vida en la Tierra mucho antes de esa fecha?
16. ¿Cree usted que ha terminado la evolución de la espe cie? Dé algunas razones que apoyen su
respuesta.

120. Evidencias de Transformación 115
Obras de consulta
Blum, Harold F. Time’s Arrow and Evolution (libro de bolsillo). Harper & Row, Publishers Inc., 1962.
Gregory, William K. Evolution Emerging. McMillan, 1951. Tax, Sol, ed. Evolution After Darwin (Darwin
Centennial): Vol. I, The Evolution of Life, Vol. II; The Evolution of Man, Vol. III; Issues in Evolution.
University of Chicago Press, 1960.
Revistas
Scientific American
Kettlewell, H.B.D. “Darwin’s Missing Evidence”. Marzo 1959.
Mangelsdorf, P.S. “The Mystery of Corn”. Julio 1950.
Mangelsdorf, P.S. “Hibrid Corn”. Agosto 1951.
Mudd, Stuart. “The Staphylococcus Problem”. Enero 1959.
Seilacher, Adolf. “Fossil Behavior”. Agosto 1967. Los vestigios de fósiles y reproducciones muestran
cómo se comportaron los animales extintos.
Referencias Bibliográficas
1 George G. Simpson, C.S. Pittendrigh, y L.H. Tiffany. Life. An Introduction to Biology. University Press,
Copyright ©1949, p. 160.
2 George G. Simpson, C.S. Pittendrigh, y L.H. Tiffany. Life, An Introduction to Biology. Harcourt, Brace
& World Inc., ©1959, p. 746.
3 George G. Simpson. This View of Life. Harcourt, Brace & World Inc., ©1964, p. 152.

121. Darwin y la Selección Natural 116

Estudio de Darwin, aquí escribió todos sus libros, excepto dos de ellos.
"La descendencia por variación" debida a "la selección natural" con las
mismas palabras de Darwin, ha llegado a ser el más g rande y
universal principio explicativo en biología.
1

Ernst Mayr
Capítulo 9
Darwin y la Selección Natural
La teoría de la evolución sostiene todas las especies que actualmente viven, se han
originado por las modificaciones (y multiplicaciones) de especies preexistentes. La idea de
que los organismos cambian a través del tiempo, acep taría la evidencia que proporcionan
los fósiles de formas de vida extinguida. Lógicamente ampliar esta teoría, también
propone que todas las formas de vida, tanto del presente como del pasado, han surgido de
una o de muy pocas clases de organismos primitivos. P ero la teoría misma no incluye un
mecanismo específico que explique cómo evolucionan las especies. Sin embargo, en 1859, Char les
Darwin publicó El origen de las especies, donde propone un mecanismo: La selección natural. El gran
valor de la selección natural no puede ser expresado con más claridad, sino mediante las palabras
introductorias a este capítulo.
¿Qué es la selección natural? ¿Por qué esta considerada como el principio universal más grande y
explicativo de la biología? Sería lamentable que algunos estudiantes de biología examinaran estas
preguntas sin considerar, al mismo tiempo, los hechos que ayudaron a Darwin a formular este principio
tan importante. En este capítulo estudiaremos la naturaleza e importancia de la selección natural, así
como también al hombre que la dio a conocer.
Antecedentes del Descubrimiento
La idea de la evolución no es original Darwin. No fue él quien propuso primero, un mecanismo para
explicar cómo evolucionan los organismos. Antes del siglo 19, varios filósofos naturalistas apoyaron la
idea de que los organismos evolucionan a través del ti empo. Estos argumentos siempre existieron;
prácticamente, contra el punto de vista predominante en aquella época que las especies permanecen

122. Darwin y la Selección Natural 117
fijas e inmutables a través del tiempo. Esta afirmación fue apoyada por qué se creía que las especies
orgánicas eran creaciones separadas y perfectas y que habían sido colocadas en su propio ambiente.
Antes del siglo 19, nadie había sido capaz de enunciar un mecanismo razonable que pudiera explicar
cómo evolucionan los organismos. Por esta razón, la mayor parte de los científicos anteriores a la época
de Darwin, se mostraron renuentes a comprender y ace ptar cualquier teoría evolutiva.

Jean Baptiste de Lamarck. Fue el undécimo hijo de una familia
aristocrática venida a menos. Lamarck se dedicó a actividades muy diversa.
Fue, sucesivamente, soldado, empleado bancario, doc tor, botánico,
taxonomista y finalmente, evolucionista. Sus incursiones en muchos de
estos campos fueron siempre sobresalientes, especia lmente en el terreno
de la taxonomía de invertebrados. Desafortunadament e, Lamarck es
recordado más bien como defensor de la teoría de la evolución basada en
una suposición errónea: Que as características adquiridas por un individuo
durante su vida, son transmitidas a sus descendientes.
9-1 Lamarck propone una hipótesis. En 1809 (año del nacimiento de Darwin) y el natural ista
francés Jean Baptiste de Lamarck publicó un libro en el que esbozaba una teoría de la evolución animal
y el mecanismo que, según él, podría explicar el pr oceso. La teoría de Lamarck y los mecanismos
propuestos, no llamaron mucho la atención, pero años más tarde los mecanismos que él había
propuesto, los adoptaron los opositores al mecanismo de la selección natural de Darwin, ya que los
mecanismos propuestos por Lamarck, parecían lógicos, en ausencia de pruebas contradictorias, fueron
aceptados por algunos, sus ideas subsisten hasta hoy en forma limitada. Aunque la biología actual no
acepta los mecanismos de Lamarck debe conocerse en q ué consisten.* Su conocimiento ayudará a no
aceptarlos.
*Para ser del todo justo es necesario hacer notar q ue el mismo Darwin se apoyó, en algunos aspectos, e n la
hipótesis de Lamarck. Como se verá más adelante, es to se debió a que Darwin carecía de los actuales
conocimientos de cómo se transmiten los rasgos hereditarios.
9-2 Las adaptaciones proporcionan una pista. Cualquier mecanismo evolutivo, debe explicar cómo
los organismos pueden desarrollar adaptaciones para vivir en su medio. Las adaptaciones son
características estructurales o funcionales que posee un organismo y que le permite a este organismo o
a la población a que pertenece, una ventaja en un determinado medio. Existen algunos ejemplos bien
conocidos de adaptación, como el penacho de las semil las en el diente de león; la membrana de las
patas de los pactos y el cuello largo de la jirafa. Un mecanismo que explique la evolución, debe tener en
cuenta estas adaptaciones.
Lamarck utilizó la jirafa para ilustrar su mecanismo de la evolución; creyó que los antepasados de
las jirafas tenían el cuello corto y que debido a algunas influencias del medio, tal vez a una sequía
prolongada, los antepasados de cuello corto tuvieron que alimentarse de las hojas de los árboles, en
vez de los pastos y matorrales del suelo. Lamarck creyó que alguna "necesidad interna", conjuntamente
con el estiramiento continuo del cuello para alcanzar las hojas más altas, motivaron que las jirafas
desarrollasen cuellos ligeramente más largos. También creyó y ese fue su principal error, que un
individuo que desarrollara un cuello ligeramente más largo, debido al estiramiento, podría transmitir
esta característica a sus descendientes. Así, de acuerdo con las aplicaciones de Lamarck, la jirafa
actual, evolucionada, después de numerosas generacione s: (1) Se ha estirado para alcanzar las hojas
más altas; (2) Ha adquirido, paulatinamente, cuello s más largos y; (3) Ha transmitido esta
característica a sus descendientes. Una explicación así ¿es hoy aceptada?
9-3 La clave es malinterpretada. La hipótesis de Lamarck, generalmente conocida como la herencia
de los caracteres adquiridos, es sencilla y atractiva. El atractivo reside en el hecho de que los individuos
nacen con capacidad para desarrollar ciertas características "cuando la necesidad lo provoca". Los
atletas, por ejemplo, se adaptan a la rudeza física necesaria para el fútbol, desarrollando más los
músculos y la capacidad pulmonar. De acuerdo con la teoría de Lamarck, los hijos de estos atletas
deberían heredar los músculos más potentes y la mayor capacidad pulmonar de sus padres.
Desde un punto de vista lógico el ejemplo anterior no parece correcto. Sabemos que esta clase de
herencia no acontece. El problema estriba en que La marck y sus seguidores, que desconocían los

123. Darwin y la Selección Natural 118
principios de la genética moderna y los que recientemente abogan por esta teoría, prefieren ignorar
estos mismos hechos. Actualmente sabemos que la capa cidad hereditaria recibe, en última instancia, en
el código DNA que se transmite de una generación a la siguiente.
9-4 Lamarck es refutado experimentalmente. Ningún experimento ha mostrado como un carácter
adquirido puede causar una alteración en el código ge nético de un individuo. No obstante, este
mecanismo es un requisito necesario para que los descendientes puedan heredar los rasgos adquiridos
por los padres.
Un experimento famoso para tratar de comprobar la hipót esis de Lamarck, se llevó a cabo en
ratones. Al nacer se les amputó la cola a 20 generaciones consecutivas y de ratones. Si fuera verdadera
la teoría de Lamarck ¿qué característica debería tener la generación 21? Éste fue uno de los muchos
experimentos que desacreditaron a Lamarck, ya que sa bemos que los ratones de la generación 21,
tuvieron colas tan largas como las del primer par que usaron para el experimento. El punto de vista de
los biólogos modernos acerca de la teoría de Lamarck, puede resumirse así:
Quizás, en los últimos 200 años, no ha habido ninguna doctrina en biología que haya tenido
una atracción tan grande y necesitado de tantos experi mentos, con resultados negativos,
como la doctrina de Lamarck acerca de la herencia de los caracteres adquiridos... lisa y
llanamente se concluye que excepto escasos y poco impor tantes aciertos, no hay nada en
esta teoría. Los caracteres adquiridos no se heredan.
2


Charles Darwin. Darwin, en su juventud, gozó de salud excelente. A su
regreso del viaje del Beagle, su salud se resintió a tal grado, que llegó a
convertirse en un seminválido; rara vez podía trabajar más de cuatro horas
al día. Las habladurías de la gente sobre si su enfermedad era fingida a
causa de sus problemas emocionales, lo angustiaban. Probablemente
padeció la enfermedad de Chagas, causada por un par ásito, transmitida por
un insecto. Tal fue atacado por ese insecto durante el tiempo que vivió en
un campamento en los Andes. Sus doctores no pudiero n diagnosticar su
enfermedad, ya que el parásito que la ocasiona fue descubierto hasta 1909.
Murió en 1882 de un ataque al corazón, atribuído a los daños causados por
el parásito de la enfermedad de Chagas.
9-5 Retrato de un científico en su juventud. Durante los primeros 22 años de su vida, Charles
Darwin no parecía destinado a hacer ninguna contribuc ión a la ciencia biológica. No fue un joven
brillante en sus primeros años escolares; rehuía la mayoría de los estudios clásicos y prefería
"desperdiciar" su tiempo cazando al aire libre, descuidando sus actividades escolares. A los 16 años, su
padre, que era un médico famoso, estaba tan desilusionado de él, que le habló así:
"No tienes interés por nada; sólo te gusta la caza, l os perros y perseguir ratas y esto
acarreará la deshonra para ti y para toda tu familia.
3

Su padre lo hizo ingresar en una escuela de medicina, pero los dos años que pasó allí fueron, más
desagradables que placenteros. Prefirió ocupar su tie mpo libre estudiando o leyendo acerca de la
"historia natural" de varios especímenes que él mismo colectó – peces, caracoles, insectos o cualquier
cosa que avivara su fantasía. El padre de Darwin, al darse cuenta que su hijo no sentía interés por la
medicina, le hizo una "respetable" sugerencia: Que s e convirtiera en ministro de la Iglesia de
Inglaterra. Acatando los deseos paternos pasó tres años en Cambridge, para llegar a la conclusión que
su tiempo había sido "mal gastado en cuanto a estudios académicos".
4

9-6 Los años que pasó Darwin en Cambridge no fueron desperdiciados. Darwin continuó
interesado en la historia natural y en otras activida des al aire libre durante su permanencia en
Cambridge. Afortunadamente, su vivo entusiasmo su cap acidad no pasaron desapercibidas. Durante el
verano de su tercer año en la Universidad, dos de su s profesores le brindaron la oportunidad que
cambiaría su vida y el futuro de la biología. Fue recomendado como naturalista del H.M.S. Beagle, era
un barco encargado de hacer exploraciones para la Marina Real. El Beagle zarpó aquel otoño efectuando
un viaje alrededor del mundo. Los deberes de Darwin en aquel cargo se pueden deducir de una carta de
uno de los profesores, el cual lo recomendó por ser un coleccionista "capaz y observador que tomaba
nota de cualquier cosa que valiera la pena de ser inc luída en la Historia Natural".
3
Aunque esta
ocupación no era remunerada, Darwin aceptó enseguida con regocijo.

124. Darwin y la Selección Natural 119
9-7 El viaje del Beagle. El Beagle
zarpó de Inglaterra el 27 diciembre
1831 y Darwin no volvió a su patria
hasta cinco años después (véase la Fig.
9.1). El barco partió hacia el sur con
destino a las islas de Cabo Verde y de
ahí hacia Sudamérica, donde la
tripulación del Beagle se dedicó a la
exploración durante tres años y medio.
En el diario que Darwin escribió durante
este período, revela el ardiente
entusiasmo que ponía en coleccionar
especímenes y su cuidado en describir
todo cuanto veía. Casi al finalizar el
viaje recibió la noticia de que un famoso
profesor había visitado a su padre.
Durante la visita, el profesor elogió
Darwin, diciendo que sería catalogado
entre los pioneros científicos por las
cartas y especímenes que había
mandado a Inglaterra. Indudablemente
le produjo una gran satisfacción conocer
la alegría que había dado a su padre,
tácitamente podría continuar en la investigación emprendida. Al recibir esta noticia en las islas de la
Ascensión, Darwin dijo:
Después de leer esta carta, yo subía las montañas de la Ascensión con paso saltarín e hice
que las rocas volcánicas resonaran bajo mi martillo geológico.
6

Darwin reunió una cantidad de datos
acerca de las plantas, animales y fósiles.
Además, dirigió un buen número de
investigaciones geológicas, que bastarían
por sí solas para darle fama. Pero las de
mayor importancia fueron las
observaciones, que lo condujeron durante
su vida, a investigar la evolución y los
mecanismos por los cuales se efectúa. En la
introducción de Darwin para El origen de las
especies, podemos apreciar que es lo que le
influyó a lo largo de su carrera:
Cuando estaba a bordo del H.M.S.
“Beagle”, como naturalista, me
llamaron mucho la atención ciertos
hechos en la distribución de los
habitantes de América del Sur y en las
relaciones geológicas de los habitantes
actuales y anteriores de ese continente. Estos hechos, me pareció, podrían aportar alguna
nueva luz en relación con el origen de las especies – este misterio de misterios, como había
sido llamado por uno de nuestros más grandes filósofos. A mi vuelta al lugar, en 1837, se
me ocurrió que quizás algo se podría investigar sobre este asunto, reflexionando sobre todos
los hechos pacientemente acumulados que pudieran apor tar algo a esto.
7

Darwin llenó muchas páginas subrayando "ciertos hech os", acerca de la distribución y relación
geológica de los habitantes de América del Sur y otras áreas que él visitó. A nosotros nos interesan las
observaciones que tuvieron mayor impacto sobre sus idea s acerca de la evolución, por ejemplo las que
hizo en plantas y animales de las islas del Atlántico y del Pacífico, comparándolas con plantas y
animales parecidos de las tierras firmes más cercanas.

Figura 9.1 El viaje del Beagle alrededor del mundo duró 5 años.

Figura 9.2 La ruta del Beagle a través de las islas Galápagos, así como la
naturaleza volcánica de estas islas se muestra claramente en este diagrama.
Darwin pasó cinco semanas explorando estas islas.

125. Darwin y la Selección Natural 120
9-8 Darwin visita las islas Galápagos. Las islas Galápagos, que están a unos
1,000 km al oeste de Ecuador, le proporcionaron a Darwi n la oportunidad de
comparar las especies de tierra firme y las isleñas. Advertimos que estas islas son de
origen volcánico relativamente reciente (véase la Fig. 9.2). El medio ambiente de las
islas es diferente al de la tierra firme más próxima en Sudamérica. Si algunas de las
especies de América del Sur que se suponían inmutab les hubieran emigrado, por
alguna razón, a las islas Galápagos, deberían ser iguales, al compararlas con las de
tierra firme. Si las especies se hubiesen originado separadamente y adaptadas al
medio ambiente de estas islas, no hay razón para que presenten similitudes con las
especies de América del Sur. Con sus propias palabra s decimos lo que encontró
Darwin en las islas Galápagos:
... casi todos los productos de la tierra y el agua tenían un sello inequívoco del
sur del Continente de América... El naturalista, viendo los seres de aquellas
islas volcánicas... siente que está en tierras sudamericanas.
8

Posteriormente, describiendo unas especies de aves de las islas, dice:
Hay 26 especies de aves terrestres; 25 de estas esp ecies están clasificadas
como distintas, si se supone que fueron originadas allí; todavía se manifiesta la
estrecha afinidad de la mayoría de estas aves con las especies sudamericanas
en sus costumbres, gestos y tonos de voz. Lo mismo suce de con los otros
animales y con casi todas las plantas...
9

Las observaciones de Darwin en las islas Galápagos, m ostraron claramente el
estrecho parentesco existente entre las nuevas espec ies y las de tierra firme más
cercana. Sin embargo, son nuevas especies y no una extensión de las poblaciones
que habitaron tierra firme. A partir de las observaciones similares en otras islas llegó a la conclusión
siguiente:
... es una regla casi universal que las producciones endémicas (locales) de las islas, están
relacionadas con las del continente más cercano o de otras islas próximas...
10

Esto resulta cierto a pesar de que las condiciones del medio ambiente de una isla a otra o de tierra
firme del continente sean diferentes (véase las Figs. 9.3 y 9.4).
9-9 Algunos fósiles están relacionados con las form as vivas.
Darwin notó un parentesco entre las especies vivas y l as especies
fósiles extintas que encontró en las capas rocosas de Sudamérica. Si
estas especies extintas, hubieran sido originadas separadamente e
inmutables, no habría razón para que se parecieran a los organismos
actuales; si los fósiles eran antiguos miembros de la misma especie,
no deberían mostrar grandes diferencias. Darwin y otros observaron
esa estrecha semejanza, entre las especies vivas y las extintas.
Darwin también se preguntaba por qué las diferentes islas de la
cadena de las Galápagos, relativamente cercanas, tenían sus propias
especies de aves. Se formuló esta pregunta mucho desp ués, cuando
ya había regresado a Inglaterra. El sabía que las con diciones del
medio, en todas las islas, eran casi iguales. Por lo tanto, no era
necesario crear nuevas especies para qué se adaptaro n a cada una
de las islas.
También descubrió que cualquier habitante de las islas podría decir qué isla era una tortuga con
sólo verla. ¿Por qué difieren las tortugas de cada isla? (Véase la Fig. 9.5). Estos y muchos otros hechos
y preguntas, hicieron dudar a Darwin de que las esp ecies vistas por él habían sido originadas
separadamente. ¿Cómo se originaron las especies? Esta fue la pregunta que tuvo prioridad en la mente
de Darwin durante el resto de su vida.

Veintitrés años después de
su viaje en el Beagle, Darwin
publicó El Origen de las
Especies. La portada del libro
se muestra arriba. En este
trabajo, Darwin presentó
evidencias claras de cómo la
selección natural opera en la
teoría de la evolución.

Figura 9.3 Los espesos bosques de los Andes,
en la costa noroeste de América del Sur, nos
muestran un medio lozano y hospitalario.

126. Darwin y la Selección Natural 121
Repaso
1. Describa la hipótesis de Lamarck.
2. ¿Qué actividades en la juventud de Darwin indicaban
que llegaría a ser un experto naturalista?
3. ¿Además de la biología, en que ciencias sobresalió
Darwin?
4. Explique la "inmutabilidad de las especies".
5. ¿Cuál fue la conclusión de Darwin, después de
estudiar la variedad de especies de aves en las islas
Galápagos?
Variación y Selección
Darwin llegó a la conclusión de que las especies no habían sido
creadas independientemente, sino que habían evolucionado de otras
especies. Por consiguiente, Darwin sugirió una hipótesis alternativa sobre el origen de las especies: Que
la única hipótesis racional era, las nuevas especies descienden de otras que existieron anteriormente.
No obstante, Darwin se dio cuenta que la hipótesis de
la evolución de las especies, podría tener valor solamente
si demostraba también el mecanismo que produce la
evolución de las especies, de manera que se puedan
adaptar al medio.
Aún así, la conclusión bien fundamentada, podría no
ser satisfactoria hasta que se mostrara como las
innumerables especies que habitan este mundo se
han modificado hasta adquirir tal perfección de
estructura y coadaptación que provoca,
justificadamente, nuestra admiración.
11

¿Cómo se podría descubrir este mecanismo? Darwin
recurrió a los criadores de plantas y animales que habían
obtenido un éxito evidente en la modificación de las
especies.
9-10 Variación y selección en poblaciones
domésticas. Darwin pasó muchos años leyendo y experimentando sobr e plantas y animales
domésticos. El hombre ha modificado estas poblaciones du rante años, seleccionando las adaptaciones
benéficas para él, pero no necesariamente benéficas a los animales. Por ejemplo, ¿qué valor puede
tener un cuerpo pesado y unas alas cortas para una pob lación de pollos o pavos? ¿Qué valor puede
tener un crecimiento masivo de lana para una población de ovejas, que se crían en zonas cálidas o
templadas? (Véase la Fig. 9.6).
Darwin estaba interesado en los mecanismos por los
cuales los criadores de plantas y animales, fueron
capaces de desarrollar esas adaptaciones en varias
poblaciones. También se preguntaba si los criadores
podrían producir cambios tan grandes, que las
poblaciones resultantes pudieran considerarse como
nuevas especies, diferentes de las que vivían en estado
silvestre. Metódicamente, coleccionó los escasos datos y
documentos históricos sobre ovejas, perros, papas,
dalias, camellos y muchos otros seres domesticados.
Después concentró toda su atención a investigar una
sola especie: Las palomas.
El estudio de las palomas fue lógico debido a que,
por aquel tiempo, los colombófilos habían desarrollado numerosas variedades con adaptaciones
fantásticas. Cuatro de las variedades se muestran en la Fig. 9.7. Darwin coleccionó los especímenes

Figura 9.4 La lava basáltica esparcida sobre la
isla San Salvador muestra un medio típicamente
desértico e inhospitalario.

Figura 9.5 Estas dos tortugas provienen de diferentes islas de
los Galápagos; la de la izquierda, proviene de la isla Española
y la otra de la isla San Salvador. Se distinguen por el color y la
forma de sus conchas.

Figura 9.6 Ha
sido necesario el
cruzamiento de
muchas
generaciones de
ovejas para
producir este
ejemplar Merino,
premiado. Estas
ovejas son el
producto de una
selección artificial.

127. Darwin y la Selección Natural 122
preservados y los esqueletos de éstas y muchas otras variedades. Estaba particularmente interesado en
las notables diferencias esqueléticas. En efecto, las diferencias eran tan abundantes entre las palomas,
que Darwin llegó a opinar:
Escogiendo de la totalidad de las palomas unas cuantas y mostrándolas a un ornitólogo se
dice que son aves silvestres, creo que así lo considerará; pienso que se pueden clasificar
como especies bien definidas... Tan grandes como las d iferencias entre las razas de
palomas, estoy convencido de que la opinión común de los naturalistas es correcta, es decir,
que todas descienden de la paloma silvestre que habita en las rocas.
12

9-11 El hombre selecciona las características que d esea.
A partir de su trabajo con palomas, Darwin tuvo buenas
razones para creer que el hombre podría producir camb ios en
poblaciones que fueran comparables a las diferencias entre las
especies naturales. Pero, ¿mediante cuál mecanismo?
Actualmente sabemos que el mecanismo es tan simple q ue
probablemente el hombre primitivo lo utilizó. Así se entiende
actualmente. Si se está interesado en producir cabal los de
carrera, se seleccionan los sementales que puedan correr más
rápido que los demás. Si se está interesado en el desarrollo de
perros cazadores, se seleccionan sementales que tenga n un
olfato más agudo. Si hay interés en producir una variedad de
trigo pueda crecer en regiones frías, se escogen las semillas
de las plantas más resistentes en este aspecto.
En general, se selecciona a los individuos que presentan
las adaptaciones o variaciones que se decide conserv ar.
Actualmente sabemos que la mayoría de estas variacio nes se
deben a las diferentes combinaciones de genes que los
individuos heredan de sus padres. Los criadores de animales y
los agricultores, seleccionan y aíslan aquellos individuos que
presentan combinaciones genéticas que producen las
características deseadas (véase la Fig. 9.8).
Darwin nada sabía acerca de genes y
muy poco de cómo los caracteres se
heredan. Sin embargo, sabía, como los
criadores de aquella época, que existe
variación entre los individuos de cualquier
población. Incluso comprobó que las
variaciones se podían conservar, aislando y criando s ólo aquellos individuos que
poseyeran esas variaciones. Darwin llamó selección artificial al mecanismo de
seleccionar y conservar las variaciones favorables de una población por medio de
una progenie controlada (véase la Fig. 9.9). Anotamos l as palabras de Darwin al
considerar con precaución la causa de la variación:
El hombre no produce actualmente variabilidad... Per o el hombre puede y
selecciona las variaciones que le da la naturaleza y así las acumula de alguna
forma deseada.
13

Repaso
1. ¿Por qué Darwin buscó un mecanismo para la evolución, en las
prácticas de los criadores de plantas y animales?
2. ¿Qué es la selección artificial?
3. ¿Quién fue, probablemente, el primero que practicó la selección artificial?
4. ¿Qué evidencia se ha presentado en esta sección para demostrar que el hombre es capaz
de alterar las poblaciones?

Figura 9.7 Estas palomas fueron estudiadas por
Darwin. La buchona tiene el cuerpo alargado y el buche
muy desarrollado, que “infla con orgullo”. La capuchina
tiene las plumas del cuello en sentido inverso, formando
con ellas una caperuza. Algunas veces la caperuza e s
tan grande que bloquea la visión lateral de estas aves.
La cola de abanico y la copetuda, fueron creadas pa ra
exhibición.

Figura 9.8 Cubriendo las
mazorcas de estas plantas de
maíz, el granjero podrá
producir un maíz híbrido con
algunas características
deseadas.

128. Darwin y la Selección Natural 123
Selección Natural
Poco después de haber empezado Darwin sus investigac iones
con poblaciones domésticas, concluyó que la selección era un factor
en la evolución de poblaciones naturales. Aún se tuvo que enfrentar
otro problema, hallar cómo actuaba esta selección entre los
organismos en estado silvestre. ¿Hay parientes individuales y las
poblaciones naturales que, de algún modo, son seleccio nadas y
conservadas? Si es así, ¿cómo ocurre? Por casualidad D arwin
descubrió una pista que le ayudó a encontrar la pieza necesaria de
su teoría.
En octubre de 1838, esto es, quince meses después de haber
empezado mi investigación sistemática, se me ocurrió leer,
como pasatiempo, un ensayo de Malthus, Populartion y
estando bien preparado para apreciar la lucha por la
existencia que de cierta manera están todas partes; y
después de haber observado bastante y continuamente los
hábitos de las plantas y los animales, de repente se me ocurrió la idea de que bajo ciertas
circunstancias las variaciones favorables tendían a conservarse y las desfavorables a ser
destruidas. El resultado de esto podría ser la formación de nuevas especies.
14

¿Qué fue lo que impresionó al Darwin de esa lectura? E n su ensayo Malthus
arguye que los individuos de cualquier población son capaces de aumentar en
proporción mayor a la del aumento de producción de sus al imentos (véase la Fig.
9.10). Esta diferencia en proporciones de aumento, mo tivó lo que Malthus llamó
"lucha por la existencia". En esta idea queda comprendido el hecho de que sólo
una pequeña fracción del potencial reproductivo de cua lquier población puede
verificarse.
9-12 Un cálculo teórico. Darwin hizo interesantes cálculos aritméticos, algunos
sobre el número de descendientes que una sola pareja de elefantes podría
producir. Estimó que la mayoría de los elefantes se pueden reproducir entre los
30 y los 90 años.* Darwin supo que durante esos 60 años fértiles una pareja de
elefantes puede originar seis nuevos individuos. Así, él cómputo; después de 600
años, una pareja de elefantes, podría dar origen a 15 millones de elefantes. Este
resultado condujo a dar un a la siguiente conclusión:
No hay excepción a la regla, que para todo ser orgánico que se desarrollase
de manera natural, el aumento sería tan grande que s i no se destruyeran,
pronto la Tierra estaría cubierta por la descendencia de una sola pareja.
15

*Darwin fue demasiado generoso al calcular el promedio de vida fecunda de los elefantes.
Ésta termina a los 70 años. Sin embargo, el razonamiento de su análisis aún es válido.
9-13 La complejidad de la "lucha por la existencia" . Aunque Darwin adoptó
la frase, "la lucha por la existencia", puntualizó que no debe ser mal interpretada.
No quiere decir que la lucha entre los individuos sea una lucha física, como
cuando pelean dos perros por un pedazo de carne. Textualmente dijo:
Quiero anticipar, que uso la frase "Lucha por la existencia", en un amplio sentido metafórico
que incluye la dependencia de un ser a otro y además (lo más importante) no sólo la vida de
un individuo, sino el buen éxito de la vida de su des cendencia… Una planta produce
anualmente un millar de semillas, de las cuales, sólo una como promedio llega a madurar,
se puede decir en verdad, que lucha con otras plantas de la misma clase y aun de otras, de
las cuales ya está cubierto el terreno.
16

Así, muchos factores impiden la reproducción de las pob laciones, sin importar dónde, para que
alcancen su máximo potencial. Entre los factores físicos del medio que pueden afectar la supervivencia
se incluye la lluvia, el clima y las condiciones del suelo. También son efectivos un buen número de
factores complejos del medio biológico. La relación depredador-presa, que viene a la mente cuando se

Figura 9.9 El precio de este toro Hereford puede
ser muy alto, por ejemplo 50,000 dólares. Parece
exorbitante el precio, pero no refleja el valor de
su carne. Más bien indica el valor que el ganadero
le da gracias a las características hereditarias, es
decir, su DNA.

Figura 9.10 El alimento
aumenta en progresión
aritmética. La población aumenta
en progresión geométrica. Así,
cualquier población, dándole
suficiente tiempo, pronto agotará
los recursos alimentarios.

129. Darwin y la Selección Natural 124
piensa en la "lucha", es sólo uno de los factores importantes en la moderación del crecimiento de una
población.

Alfred R. Wallace, nació en Inglaterra en 1823. En su juventud encont ró
dificultades para elegir su vocación, como también ocurrió darme. Lo mismo
que Darwin, consideró para sí mismo como primera ap licación la biología,
mientras viajaba a regiones remotas del mundo en un barco dedicado a
explorar aspectos naturales. Otra interesante coincidencia, ambos concibieron
la teoría de la selección natural después de leer el ensayo de Malthus. Sin
embargo, Wallace tardó sólo dos días en bosquejar sus ideas sobre la materia
antes de presentar su ensayo. Darwin, como ya sabem os, tardó 20 años
recogiendo pruebas para apoyar la misma teoría. Wallace regresó a Inglaterra
en 1862 y escribió otros importantes trabajos sobre historia natural. Murió en
1913 a la edad de 90 años.
Después de leer el ensayo de Malthus, Darwin vio claramente que sólo determinados individuos de
una población sobreviven y tienen descendencia. Par ecía probable que los individuos poseedores de
características más favorables, fueran los que sobre vivieron en el medio y los individuos menos
favorecidos, serían los que tendrían menos probabilidades de sobrevivir y dejar descendencia. En ello
había un mecanismo de selección idéntico al principi o, a las técnicas de los criadores de plantas y
animales en cada caso sólo a un grupo selecto de individuos le es "permitido" tener descendencia. En
poblaciones domésticas, el hombre hace la selección; en las poblaciones que viven en estado natural, la
naturaleza es la que selecciona los individuos. En ambos casos, sólo a los más aptos se les "permite"
reproducirse y sobrevivir. Darwin llamó a este mecani smo selección natural, siendo además, la que
permite sobrevivir la descendencia mejor adaptada al medio.
9-14 La “lucha por la existencia” en acción. Para demostrar cómo la selección
natural podría producir grupos evolucionados, Darwin e mpleó algunos ejemplos
imaginarios, entre los cuales citamos uno:
Tenemos el caso de un lobo que subsiste gracias a la casa de varios animales,
capturando algunos por astucia, otros por la fuerza y otros por su velocidad;
supongamos que la presa es muy veloz, incierto, por ej emplo,... o... otras
presas disminuyen en número durante esa estación del año y la situación
alimentaria del lobo es bastante difícil. Bajo tales circunstancias, podemos
comprender que los lobos más esbeltos y veloces tendr án la mejor
oportunidad para sobrevivir y ser conservados o sele ccionados... No hay
ninguna razón para dudar más acerca de que el hombre pueda mejorar la
velocidad de los galgos gracias a métodos de selección cuidadosa o por una
selección inconsciente por la que cada uno trata de c onservar los mejores
perros...
17

9-15 La selección de variaciones a través de millon es de años. Los estudios
hechos por Darwin sobre geología lo llevaron a la conclusión de que ha existido vida
en la Tierra desde hace millones de años y pensando en términos de la teoría
general de la evolución, Darwin reflexionó maravillado sobre la inmensa gama de
efectos que produce la selección natural dentro de las poblaciones.
¿Qué límites se podría poner a esta fuerza que está actuando desde hace
años, escudriñando rígidamente la complexión, estructu ra y hábitos de cada
ser viviente – favoreciendo a los buenos y rechazando a los malos? No puedo ver el límite a
esta fuerza, que lenta y bellamente va adaptando ca da forma a las más complejas
relaciones de vida.
18


Sir Joseph Dalton Hooker,
fue amigo íntimo y apoyo
constante para Darwin. Lo
animó a publicar un resumen
de su trabajo junto con
Wallace. Hooker fue un
botánico distinguido que
estudió extensamente la flora
de Nueva Zelanda.

130. Darwin y la Selección Natural 125
9-16 Dos hombres postulan la misma teoría. Hacía casi dos
años que el Beagle había atacado en Inglaterra cuando Darwin
terminó de leer el ensayo de Malthus que le sugirió la idea de la
selección natural. El 3 octubre 1838. Pero fue cerca de cuatro años
más tarde, en junio de 1840 y dos, que
Darwin tuvo tiempo de notar sus ideas sobre el papel. Este
compendio, 25 páginas escritas a lápiz fue ampliado a un
manuscrito de 230 páginas durante el verano de 1844. Estas
fechas son importantes, puesto que ninguna de las bas es de su
teoría había sido publicada. Durante el verano de 185 8, un año
antes de que fuera publicada su teoría El origen de las especies,
recibió un escrito de un naturalista del Sur del Pa cífico.
Indudablemente, el escrito produjo a Darwin un choque
emocional, porque Alfredo Russel Wallace había esboz ado una
teoría que era exactamente igual a la suya, sobre la selección
natural. Taiwán escribió a un amigo suyo:
Nunca vi una coincidencia más sorprendente; cinco a las
tuviera los apuntes de mi MS [manuscrito] escrito en 1842,
¡no hubiera podido hacer un extracto mejor!
19

Después de concebir su teoría Darwin pasó más de 20 a ños
coleccionando pruebas en que pudiera apoyarse válida mente.
Fueron años de investigación penosa y metódica; la evi dencia
acumulada por Darwin fue muy importante para que otros
científicos aceptaran finalmente su teoría. Pero, ¿y Wallace?
Después de todos los años de intenso trabajo había un compañero
científico con la misma idea, ya lista para ser publicada.
Darwin pide consejo a dos de sus mejores amigos, que eran
también eminentes científicos. Éstos le aconsejaron que preparara un ensayo junto con Wallace. Este
ensayo comprendería el que hizo en 1844, la carta esc rita al botánico estadounidense Asa Gray en
1857, en la que delineaba su teoría y el artículo del Wallace. Todo fue publicado más tarde en el verano
de 1858 y la teoría fue aceptada como obra de ambos.
9-17 La teoría llega a ser aceptada. La publicación
conjunta de Darwin y Wallace apenas causó conmoción
entre los científicos. Pero la publicación de El Origen de
las Especies, publicada aproximadamente un año más
tarde, causó una verdadera tempestad en todo el mundo
como no lo había causado, todavía, ningún otro libro. El
libro fue motivo de controversias y también causa de que
en los años siguientes se publicarán trabajos de gran
interés y valía. Por el momento, es suficiente decir que la
teoría de Darwin fue aceptada inmediatamente y que su
autor fue considerado el primer hombre de ciencia por
tres eminentes científicos de su época. En medio de la
tormenta, Darwin continuó, pacientemente, reuniendo
hechos en apoyo de su teoría.
La teoría de Darwin tenía ciertos puntos débiles, que pronto fueron descubiertos por sus enemigos.
Pero, si la mayoría de sus oponentes hubiesen leído cuidadosamente el libro, habrían encontrado que el
mismo Darwin ya había notado y discutido muchos de e stos puntos débiles. Actualmente, un siglo más
tarde, siguen las discusiones inútiles sobre esos puntos. Ya hemos dicho que Darwin ignoraba las leyes
de la herencia (un hecho que el mismo Darwin había a notado) y sin algunos conocimientos de genética
no se pueden entender completamente las fuerzas de l a selección natural como mecanismo de la
evolución. A pesar de esta dificultad tenemos que preg untar, ¿cómo aceptan la teoría de Darwin los
biólogos actuales? Aunque la respuesta se dará con más detalle en el próximo capítulo, creemos que es

Figura 9.11 Mucha gente estuvo en desacuerdo
con las opiniones de Darwin y lo ridiculizaron
rápidamente. El grabado, una caricatura alemana,
representa a Darwin con un distante antecesor.

Thomas Henry Huxley, fue
biólogo y médico. Viajó
mucho como cirujano en un
barco, su gran interés en la
historia natural fue paralelo a
los de Darwin, Wallace y
Hooker. Después que Darwin
publicó su teoría, Huxley se
convirtió en un ardiente
defensor del Darwinismo. En
realidad, se considera a
Huxley como la persona que
más popularizó la teoría de la
evolución.

131. Darwin y la Selección Natural 126
necesario dar aquí una réplica para que se pueda valorar la contribución de Darwin a la ciencia, réplica
que fue dada por una autoridad en la materia, un siglo después de haber publicado Darwin su teoría.
La biología evolucionista jamás ha estado tan estrecham ente unida a los conceptos
originales de Darwin como ésta hoy. Puede decirse dog máticamente que los pocos que aún
hacen objeciones a la selección natural son aquellos que no están de acuerdo con la teoría
genética.
20

Repaso
1. ¿Cuál habría sido una de las consecuencias si cada animal se hubiera reproducido a su
máximo potencial?
2. ¿Qué fue lo que quiso decir Darwin, al indicar que la lucha por la existencia debe tomarse
en un sentido "amplio y metafórico"?
3. ¿Por qué los largos períodos de tiempo son una parte esencial de la selección natural?
4. ¿Qué conocimientos le faltó Darwin para ayudarse en el desarrollo de su teoría?
Resumen
Una cosa es reconocer que ocurran cambios en las espe cies y otra muy diferente es explicar el
mecanismo de estos cambios. Han sido expuestos los meca nismos para explicar la evolución de las
especies. El mecanismo de Lamarck sostiene que los org anismos adquieren adaptaciones a su medio
ambiente y que éstas pasan a sus descendientes. El mecanismo darwiniano, ha sido comprobado por
numerosos experimentos y se considera como un hecho ci entífico por la mayoría de los biólogos.
El viaje de Darwin alrededor del mundo le ayudó a prepararse para estudiar la evolución del mecanismo
que la produce. Sus observaciones sobre las especies de las islas cercanas a tierra firme y las
secuencias de fósiles en las capas de las rocas, le convencieron de que la evolución debería ser tomada
en cuenta para la comprensión de las especies actuales. Su lectura del ensayo de Malthus y su estudio
de las poblaciones domésticas, que ayudaron a compren der que ciertos descendientes de una población
podían tener adaptaciones que les serían favorables. Su teoría de la selección natural significa que unos
individuos de una población están más capacitados para dejar descendencia que otros.
Darwin es un hombre excepcional que dedicó gran parte de su vida a acumular abundantes pruebas en
apoyo de su teoría, por esta razón, antes de que publicara su teoría Alfred Wallace llegó a la misma
conclusión. Darwin quedó asombrado ante este hecho, pe ro sus primeros trabajos no publicados así
como todo el grueso de sus evidencias sustanciales, le hicieron merecedor al reconocimiento del mundo
científico como el principal autor de la teoría. Hoy, después de un siglo de haber sido publicada la teoría
de Darwin de la selección natural, se considera esta como el más importante principio explicativo en
biología.
Preguntas de Repaso
1. ¿Qué características de los organismos ayudaron a l a hipótesis de Lamarck para que pareciera
lógica?
2. ¿Por qué las observaciones en las islas Galápagos proporcionan evidencias en favor de la teoría de
la evolución?
3. ¿Qué otra observación y su Darwin de su estancia en S udamérica, que lo convenció de que había
ocurrido una evolución?
4. ¿Qué debe haber en cualquier población antes de la selección natural o artificial para que pueda
traer cambios?
5. ¿Qué fue, del ensayo de Malthus, lo que ayudó a Darwin a llegar a la teoría de la selección natural?
6. ¿Por qué la frase, "la lucha por la existencia" puede ser errónea cuando se aplica a poblaciones de
organismos?
7. ¿Cuál es la diferencia y en qué se asemejan la selección natural y artificial?
8. ¿Qué científico postuló la misma teoría de Darwin, casi al mismo tiempo?
9. Análisis y Aplicación
10. En el Capítulo 8 vimos que las polillas moteadas cercan as a un centro industrial sufrieron una
evolución, su cambio de color. Usando la teoría de la selección natural, ¿cómo se podría explicar
esta evolución? Revise la discusión perteneciente a este caso.

132. Darwin y la Selección Natural 127
11. ¿Cuales son algunas de las causas selectivas que ac túan sobre poblaciones de venados y
poblaciones de lobos, como lo imaginaba a Darwin?
12. En el Capítulo 8, se leyó las moscas domésticas se vuelven resistentes al DDT y algunas bacterias a
la penicilina. Explique cómo se puede llevar a cabo esta evolución por la selección natural.
13. ¿Por qué se considera a Darwin creador de la teoría de la selección natural, cuando es un hecho que
Alfred Wallace conoció la misma teoría?
14. Muchos vertebrados hospedan innumerables parásitos; éstos viven en el exterior o en el interior de
aquéllos. Rara vez estos parásitos pueden causar la m uerte del vertebrado. ¿Cómo considera la
selección natural este hecho?
15. La selección natural puede actuar contra los granjeros que rocían sus cosechas con insecticidas y
contra la gente que experimenta acciones prolongadas de antibióticos. ¿Por qué?
Obras de Consulta
Darwin, Charles, On the Origin of Species. Ernst Mayr, Ed. Harvard University Press, 1964. Un facsímil
de la primera edición, con una introducción de Ernst Mayr.
Darwin, Charles. The Voyage of the Beagle. Leonard Engle, ed. (libro de bolsillo). Doubleday, 1962. Un
diario completo del viaje de Darwin alrededor del mundo, como naturalista en el Beagle.
De Beer, Sir Gavin. Charles Darwin (libro de bolsillo). Doubleday, 1964.
Dobzhansky, Theodosius. Evolution, Genesis and Man (libro de bolsillo). Science Editions, John Wiley &
Sons, 1955.
Dowdeswell, W.H. The Mechanism of Evolution (libro de bolsillo). Harper & Row, 1960.
Eiseley, Loren. Darwin’s Century: Evolution and the Men Who Discover ed It (libro de bolsillo).
Doubleday, 1958. Discute los trabajos realizados ante s de la publicación de la teoría de Darwin.
También comenta el impacto que produjeron los trabajos de Darwin en su mundo contemporáneo.
Grant, Verne. The Origin of Adaptations. Columbia University Press, 1963.
Hanson, Earl D. Animal Diversity, 2ª ed. (libro de bolsillo). Foundation of Modern Biology Series.
Prentice-Hall, 1964.
Huxley, Julian. Evolution: The Modern Synthesis (libro de bolsillo). Science Editons, John Wiley & Sons,
1964.
Mayr, Ernst. Systematics and the Origin of Species (libro de bolsillo). Dover Publications, 1964.
Moore, Ruth y los editores de Life. Evolution, Colección de la naturaleza, Time Inc., 1962. Este libro
narra de manera abreviada el viaje de Darwin en el Beagle. Contiene bellas fotografías a colores de la
vida animal y vegetal de las islas Galápagos, donde Darwin logró la mayor parte de su información.
Srb, Adrian M. y Bruce Wallace. Adaptation, 2ª ed. (libro de bolsillo). Serie – Conceptos de la Biología
Moderna, Prentice-Hall, 1964.
Stebbins, G. Ledyard. Processes of Organic Evolution (libro de bolsillo), Serie – Conceptos de la Biología
Moderna, Prentice-Hall, 1966.
Revistas
Scientific American
Darlington, C.D. “The Origin of Darwinism”. Mayo 1959.
Eiseley, Loren. “Charles Darwin”. Febrero 1956. Una estimación enormemente interesante de Darwin
como hombre y Darwin como investigador.
Kettewell, H.B.D. “Darwin’s Missing Evidence”. Marzo 1959. Una explicación de la evolución de la polilla
moteada.
Southern, H.N. “A Study in the Evolution of Birds”. Mayo 1957.
Referencias Bibliográficas

133. Darwin y la Selección Natural 128
1
Ernst Mayr. En la Introducción a Charles Darwin por Sir Gavin De Beer. Copyright ©1963 por Sir
Gavin De Beer. Reimpreso con permiso de Doubleday & C ompany, Inc. y Thomas Nelson and Sons, Ltd.
2
Garrett Hardin. Nature and Man’s Fate. Holt, Rinehart & Winston, Inc. y Jonathan Cape Limi ted
©1959, p. 119.
3
Sir Gavin De Beer. Charles Darwin. Copyright ©1964 por Sir Gavin De Beer. Reimpreso con permiso
Doubleday & Company, Inc. y Thomas Nelson and Sons, L td., p. 25.
4
Ibid. P. 30.
5
Ibid. P. 32.
6
Ibid. P. 55.
7
Charles Darwin. Reimpreso con permiso de los editores de Charles Darwin, On the Origin of Species,
Ernst Mayr. ed. Cambridge, Mass.: Harvard University Press, Copyright ©1964, por el presidente y los
miembros de Harvard College, p. 1.
8
Ibid. P. 398.
9
Ibid. P.
10
Ibid. P. 399.
11
Ibid. P. 3.
12
Ibid. Pp. 22-23.
13
Ibid. Pp. 466-467.
14
De Beer. Obra citada, p. 98.
15
Darwin. Obra citada, p. 64.
16
Ibid. Pp. 62-63.
17
Ibid. P. 90.
18
Ibid. P. 469.
19
De Beer. Obra citada, p. 149.
20
Ernst Mayr. Sobre una crítica en el Scientific American, noviembre 1959, p. 212.

134. Evolución: Una Perspectiva Moderna 129

Este aparato ha sido muy útil para comprobar la hip ótesis sobre el origen de la vida.
Los hechos del código genético y reproducción nos dicen por qué las
gallinas son más o menos como sus progenitores. Los he chos de
mutación y recombinación nos dicen por qué las gallina s nunca son
exactamente como sus progenitores.
1

George Gaylord Simpson
Capítulo 10
Evolución: una Perspectiva Moderna
Desde la publicación de El origen de las especies, de Darwin, han pasado más de 100
años. La selección natural – el mecanismo que propuso para explicar la causa de la
evolución – ha resistido una experimentación tan rigurosa, que hoy se considera ya como
un hecho científico. Pero como muchas teorías, la teoría de la evolución por selección
natural, de Darwin, al introducirse en la comunidad científica, creó más problemas de los
que resolvió. Siglo pasado todo en años recientes, los biólogos han tratado de resolver
algunos de los problemas que creó la investigación de Darwin. Tres de esos problemas, que están
estrechamente relacionados con la teoría general de la evolución, serán discutidos en este capítulo.
¿Qué Causa Variación en las Poblaciones?
La parte medular de la teoría de Darwin respecto a la selección natural, reconsiderar que hay
variación dentro de cada población natural. Dedujo que debido a estas variaciones, ciertos individuos
estarían mejor dotados para adaptarse a su medio ambi ente. Estos individuos hubieran mejor
adaptados, podrían tener una mejor oportunidad para d ejar más descendencia que los individuos
menos favorablemente adaptados. Por lo tanto, después de muchas generaciones, aquellos individuos
con las adaptaciones más favorables, formarían la may or parte de la población. En este sentido, esa
población habría evolucionado lo bastante como para estar más favorablemente adaptada a un medio.

135. Evolución: Una Perspectiva Moderna 130
10-1 Darwin apoyó su teoría en una suposición. Darwin sabía perfectamente que su teoría se
apoyaba en la suposición de que los individuos de una población variaban en tre sí, pensó que si los
individuos y sus descendientes fueran exactamente ig uales entre sí, ningún proceso selectivo podría
alterar la población. No obstante que examinó cuidados amente los individuos de una misma especie,
siempre encontró ligeras variaciones. Darwin nunca pudo explicar la causa de esta variabilidad. Como
se sabe ahora, la capacidad para la variación recibe específicamente en el material genético. Los
biólogos se dieron cuenta plenamente, de este hecho, hasta el siglo 20.
10-2 La mutación es la fuente esencial de la variab ilidad. En
general, una mutación es un cambio repentino en el material
genético dentro de las células. Los cambios pueden ocurrir en uno o
en más de uno de los niveles de organización del material genético.
En el nivel más bajo, una mutación debe alterar el ord en del
nucleótido del DNA, en uno o más genes. En un nivel m ás alto, una
mutación puede ser el resultado de una alteración est ructural del
cromosoma, en el cual el DNA está ordenado. A un nive l aún más
alto, una mutación puede resultar de un incremento en el número
de cromosomas. Aunque las mutaciones pueden ocurrir de ntro de
cualquier célula, su impacto potencial es mayor cuando ocurren
dentro de las células reproductoras. En una población que se está
reproduciendo sexualmente, estas mutaciones siempre t endrán un
efecto potencial sobre los descendientes.
10-3 Diversos agentes pueden causar las mutaciones. Los
agentes, llamados, mutágenos, pueden afectar uno o más niveles
del material genético. Algunos de ellos operan en el nivel más bajo, afectando la capacidad de la
molécula del DNA, para "desenlazarse". Otros pueden alterar las bases (los peldaños de la escalera del
DNA) reproduciendo un cambio en el orden del código (vé ase la Fig. 10.1). Los rayos ultravioleta y el
ácido nitroso, son dos ejemplos de mutágenos que prod ucen estos cambios en la molécula del DNA.
Quizás haya otros mutágenos, pero aún no han sido desc ubiertos. Además, hay otro tipo de
mutaciones, llamadas espontáneas, que ocurren durant e la copia del DNA, de las cuales no se pueden
especificar las causas.
Un gran número de mutágenos diferentes,
puede causar la mutación al nivel de
organización de los cromosomas. Por ejemplo
los rayos X, el aceite de castor, la penicilina,
la cafeína, el oxígeno, el formaldehído y el gas
de mostaza, tienen potencial y posibilidad de
causar quebrantamiento e incluso otros daños
importantes en los cromosomas. Sin embargo,
la mutación de los cromosomas puede ocurrir
en ausencia de un montaje no específico.
Durante la división celular, el rompimiento
normal de los cromosomas ocurre en una de
cada 500 divisiones celulares, pero en casi el 90% de los casos, los cromosomas rotos se reúnen y
reorganizar su estructura anormal. En algunos casos, los fragmentos de cromosomas o cromosomas
deformados pueden persistir durante varias generaciones.
Como resultado de este rompimiento natural o inducido, se pueden producir varios tipos de
cromosomas anormales. Esas anormalidades llamadas aberraciones cromosómicas, se distinguen lo
suficiente para que puedan ser identificadas al examinar las células con un microscopio común. La
mutación cromosómica de este tipo es, probablemente, a c ausa de las restricciones de las adiciones o
de las alteraciones en varios genes (véase la Fig. 10.2). Por esta razón, estas mutaciones se consideran
más bruscas que las que ocurren dentro de la parte molecular del DNA, que contiene el código para un
solo gen. Las mutaciones cromosómicas son probablemente letales; nunca pueden ser transmitidas a
los descendientes. Por otro lado, algunas mutaciones m ultígenas menos bruscas, pueden ser
conservadas dentro de la población.

Figura 10.1 Los mutágenos pueden alterar la
molécula de DNA, de diferentes maneras. (a)
Rompiendo el enlace de hidrógeno; (b) Por
formaciones de enlaces anormales y; (c)
Rompiendo la cadena.

Figura 10.2 Una clase de aberración
cromosómica resulta cuando el
cromosoma se rompe y puede unirse.
Señalando con colores, puntos
arbitrarios de los cromosomas (como
se muestra en A, B y en C) se puede
ver cómo los genes se pueden unir o
desunir. Otra clase de aberración
cromosómica se ve en el diagrama D
y se muestra más realmente en E.
éstos dos últimos esbozos muestran
como una porción curva del
cromosoma puede ser eliminada.

136. Evolución: Una Perspectiva Moderna 131
10-4 Cromosomas extras. Un aumento en el número normal de cromosomas contenidos e n una
célula, también es una mutación. Ésta se llama poliploide y es la mutación de nivel más alto del
material genético. Normalmente, hay dos conjuntos de cromosomas en las células de los organismos de
reproducción sexual (por supuesto, incluyendo las cél ulas germinales que son un resultado de la
meiosis, ya que contienen un solo conjunto de cromosoma s). Normalmente el número de cromosomas
permanece constante, en cualquier especie, a través de divisiones celulares repetidas. Pero no siempre
ocurre así. Algunas veces, durante la división celular, los cromosomas se duplican conforme la célula se
divide, pero la separación no se efectúa. El resultado es: Cuatro juegos de cromosomas y una nueva
combinación de genes, que alterarán la estructura y f uncionamiento de la célula. Si este tipo de
mutación ocurre en una célula germinal, hay la posibilidad de que su descendencia herede un número
de cromosomas ha aumentado.
10-5 La poliploidía es más común en las plantas que en los animales.
Probablemente las plantas actuales han evolucionado a través de una selección
natural actuando sobre variaciones favorables de poliploides. La ocurrencia natural
de la mutación poliploide proporciona muchas oportunidades a quienes seleccionan
y crían nuevas plantas. Las células poliploides son generalmente más grandes que
las normales y en consecuencia, sus tejidos y órganos son también más grandes.
Estas características, generalmente, las aprovechan los fruticultores y floricultores
para obtener mayor rendimiento. La variación poliploide ocurre de manera natural,
en el tabaco, el trigo, en determinados pastos y otras plantas (véase la Fig. 10.3).
Actualmente, los agricultores no necesitan esperar a que ocurra casualmente la
mutación poliploide en la naturaleza. En 1937 se des cubrió un producto químico
que induce esta mutación. La sustancia química, que evite la separación de los
cromosomas durante la división celular, es la colchicina. Centenares de plantas
poliploides, incluyendo la mayoría de las especies importantes para la agricultura,
han sido producidas por el tratamiento de la colchicina.
10-6 La recombinación aumenta la variabilidad de un a población. En el
Capítulo 7 vimos que los organismos se reproducen siguiendo dos modelos básicos:
Reproducción sexual y asexual. Los individuos que se reproducen a sexualmente
tienen el material genético de un solo progenitor. En cambio los individuos
reproducidos sexualmente, llevan, en general, el material genético de ambos
progenitores (nombre algunos organismos que se reproduce n sexualmente y que
sean excepciones). ¿En qué tipo de población, de reproducción sexual o asexual,
las mutaciones se propagan más fácilmente?
Las mutaciones se propagan más fácilmente en una pob lación que se reproducen sexualmente.
Estas poblaciones están lejos de ser la mayoría de las que viven en la biosfera. Cada nuevo individuo
que resulte de la reproducción sexual, será el producto de dos conjuntos de material genético. Si el
material genético proviene de dos progenitores, la nue va combinación de genes será especialmente
"probada", en el medio ambiente del nuevo individuo que la posee. Las mutaciones que ofrecen ligeras
ventajas a los individuos que están dentro de una población son, por lo tanto, las más aptas para ser
propagadas y conservadas.
Los hechos de mutación y recombinación nos dicen por qu e cada población difícilmente estará
formada por individuos que sean, siempre, exactament e iguales (¿cuál es la excepción en las
poblaciones humanas?) Sin embargo, falta resolver un p roblema. La evidencia experimental indica que
las mutaciones ocurren a menudo, pero que la mayor par te de ellas son dañinas o “neutras". Las
mutaciones en este último grupo, no proporcionan ningun a característica favorable a los individuos que
la poseen. Las mutaciones favorables acontecen raramente . Sin embargo, debido a que las mutaciones
más favorables son invisibles, tenemos razón para imaginar que no son tan raras como se pensaba. De
momento podría parecer que a través de la mutación y l a recombinación, las poblaciones de
organismos estarían cada vez menos adaptadas a su med io, pero esto no es cierto porque la mutación
y la recombinación, por sí solas, no hacen que las poblaciones se adapten a sus medios ambientes. Es
la selección natural, operando en todas las variaciones producidas por la mutación y recombinación, la
causa de que los organismos lleguen a adaptarse a su medio ambiente. Si las mutaciones favorables
fueran extremadamente raras, ¿cómo podrían ser conse rvadas y utilizadas en la adaptación de una

Figura 10.3 Los granjeros y
científicos japoneses
sobresalen en la producción de
cosechas abundantes. En
ocasiones, agregan sustancias
que estimulan el crecimiento
de las plantas. Estas fresas, sin
embargo, son una variedad
poliploide y naturalmente, son
de gran tamaño.

137. Evolución: Una Perspectiva Moderna 132
población a su medio? Esta pregunta está incontestada, con el ejemplo del eminente genetista
contemporáneo Theodosius Dobzhansky:
Se puede decir que las mutaciones útiles son como agujas en un pajar, mutaciones nocivas.
Es difícil que encontremos una aguja en un pajar aun que se tenga la seguridad de que se
encuentra allí; pero si la aguja es valiosa, la tarea de encontrarla se facilita, quemando el
pajar y buscando la aguja en las cenizas. El papel del fuego, en esta parábola, lo desempeña
la selección natural en la evolución biológica. La selección no perpetúa las mutaciones
dañinas, aun cuando éstas sean muchas; perpetúa las neutras en proporción a su frecuencia
y multiplica las útiles aun cuando éstas sean escasas.
2

Repaso
1. ¿Qué son los mutágenos?
2. ¿Qué se entiende por “poliploide”?
3. ¿Cómo induce la colchicina la poliploidía?
4. ¿Qué suposición básica está contenida en la teoría de la selección natural?
5. ¿A qué niveles, pueden tener lugar las mutaciones?
6. ¿Cómo se Originan las Nuevas Especies?
De la investigación de Darwin surgió otro problema, que los biólogos modernos aún no han podido
resolver. El problema aparentemente es muy simple: ¿Cómo se originan las nuevas especies? Por la
manera de enfocarlo, se puede ver que el título de la obra de Darwin, El Origen de las Especies, es
erróneo.
10-7 “La evolución, no es sinónimo del origen de la s especies”.
3
Estas palabras son una cita de
Sir Gavin De Beer, biógrafo de Darwin, que expone u n concepto importante. El término "evolución"
utilizado por Darwin y la mayor parte de los biólogos, s ignifica la evolución adaptativa de las
poblaciones naturales. Es decir, por medio del mecanismo de la selección na tural que opera en las
mutaciones favorables y en las combinaciones de gene s, una población evoluciona eventualmente llega
a adaptarse mejor a su medio. Con todo, no podemos todavía ver en este cuadro como se o riginan las
nuevas especies.
Una parte importante de la teoría de la evolución es la idea de que las especies han evolucionado
en el sentido expuesto por Darwin y los biólogos posteriores a él – es decir, las especies cambian y se
adaptan mejor a su medio ambiente. Otro punto de la te oría es que las especies se multiplican y que
las nuevas especies provienen de especies preexistentes. ¿Qué condiciones permiten que las especies
se multipliquen? La respuesta es la gran cantidad de evidencias indirectas que los investigadores han
obtenido del estudio de las especies que aún habitan en islas de los Océanos Atlántico y Pacífico.
10-8 Los pinzones de la isla del Coco. Los pinzones de la isla
del Coco proporcionan la clave para averiguar cómo se mu ltiplican
las especies. La isla del Coco está aproximadamente a 650 km al
norte de las islas Galápagos (véase la Fig. 10.4). Como las otras
islas de este grupo, es de origen volcánico reciente. Cuando los
pinzones (pájaros aproximadamente del tamaño de los pet irrojos
en la remota isla del Coco) se comparan con los de las islas
Galápagos, se puede comprender cómo los científicos mo dernos
explican la multiplicación de las especies.
Los conocedores creen que, originalmente, una especie de
pinzones emigró a la isla del Coco. Probablemente est os pájaros
fueron pinzones primitivos terrestres, con gruesos picos adaptados
para comer semillas. Actualmente, sólo hay una espec ie de
pinzones en la isla – vive en los árboles, tiene pico angosto y
puntiagudo, adaptado para comer insectos. La evolució n
adaptativa ha ocurrido, probablemente dentro del grup o. Sin
embargo, la especie no se ha dividido en dos o más especies, ¿por
qué habrá ocurrido la evolución sin multiplicación de especies?

Figura 10.4 Una comparación de los pájaros de
estas islas ha dado a los biólogos una explicación
aceptable de cómo surgen las nuevas especies.

138. Evolución: Una Perspectiva Moderna 133
La evolución de los pinzones terrestres empezó, prob ablemente, pocos años
después de haber llegado éstos a la isla. Quizás había abundancia de alimentos y
pocos competidores, lo que propició un incremento rápido e n el tamaño de la
población. Pero luego los pinzones encontraron, probabl emente, una seria
competencia entre ellos mismos para disputarse la com ida. Los pinzones con pico
angosto y puntiagudo podrían escarbar mejor en las h endiduras y las grietas para
capturar insectos y completar su dieta. Éstos llevar ían ligeras ventajas en la
competencia y por lo tanto, tenderían a dejar más desce ndencia. Con la
reproducción sexual a la Sarh, estas características favorables tenderían a ser
dispersadas a través de la población entera. Continuando con este modelo durante
algunos miles de años y con la selección natural favoreciendo a los pinzones que se
alimentan de insectos y a los que vivían en los árboles, la población entera de estos
pájaros evolucionaría hacia esas características.
¿Pero, por qué no podría favorecer la selección natural ambos grupos: Al pinzón terrestre, que se
alimenta de semillas y al pinzón arborícola que se alimenta de insectos? El problema está en que la
selección natural no es el único factor a considerar. Debido al tamaño pequeño de la isla, todos los
pinzones forman una sola población híbrida (que se entrecruza). Como nada impide el intercambio
eventual del material genético a través de toda la población, todas las especies tenderán a conservar
las características más favorables. Para las especies que se dicotomizan, una parte de la población
tendría que procrearse dentro de su mismo grupo y cesar de procrear con los otros. El tamaño de la isla
propició que eso sucediera.
10-9 Los pinzones de las islas Galápagos. Hay 13 especies de
pinzones en estas islas; sin embargo, en una sola isla hay 10
especies diferentes. Los biólogos creen que una sola especie de
pinzones terrestres fueron los primeros en habitar e stas islas
(véase la Fig. 10.5). Es decir, se cree que además de la evolución
adaptativa, también ha ocurrido la multiplicación de las especies
en las islas Galápagos. Considerando que cada una de las islas de
esta cadena son semejantes a la del Coco, surge la s iguiente
pregunta: ¿Por qué las especies se han multiplicado en las islas
Galápagos y no lo han hecho en la isla del Coco?
La mayoría de los científicos actuales creen que para formarse
una nueva especie, una parte de la población se debe aislar
primero, geográficamente, de su especie original. A diferencia de
los pinzones de la es la del Coco, los de las cifras Galápagos se
pudieron dispersar en las diferentes islas, establecerse en cada
una de ellas y procrear una población separada. Duran te esta
separación geográfica, la hibridación entre los grupos diferentes de
la isla, podría ser drásticamente cortada o acabada totalmente.
Después de muchos años de operar la selección natural , en
variaciones favorables dentro de cada grupo local, es de esperarse
que cada grupo desarrollara características ligeramente diferentes
(véase la Fig. 10.6).
¿Cómo se puede explicar el hecho de que ahora vivan j untas
10 especies en una isla? Además de la separación ge ográfica, es
necesario un segundo requisito para la multiplicación de las
especies. La población aislada tiene que desplegar a lgunas
barreras que impidan la hibridación con sus especie s de origen,
cuando se ponen otra vez en contacto. Ésas barreras
reproductivas se llaman mecanismos de aislamiento . En los
pájaros, el mecanismo de aislamiento puede incluir diferencias físicas como el color o la forma del pico.
Algunos de estos cambios pueden obstaculizar el reconocimiento de su pareja. También la diferencia en
los modos de comportarse, especialmente en el canto, puede ser un segundo obstáculo que impida se
reconozcan las parejas. Otro mecanismo de aislamiento son los cambios de estación de crianza o la
incompatibilidad de los gametos que también pueden ev itar el cruzamiento.

Figura 10.5 El pinzón
grande, terrestre, tiene un
pico romo que está
especialmente adecuado para
quebrar las semillas grandes.

Figura 10.6 Una explicación teórica de la
formación de especies. Al principio, un mecanismo
de aislamiento fue la separación geográfica. Con el
tiempo aparece una nueva especie en las islas
separadas. Después, cuando varias especies se
ponen en contacto, la incapacidad para la
hibridación se convierte en el mecanismo de
aislamiento.

139. Evolución: Una Perspectiva Moderna 134
Usando las razones acerca de los pinzones de las
Galápagos, vemos que la población local en una isla p uede
regresar a la de los padres y permanecer como una espe cie
distinta, si ha desarrollado el mecanismo de aislamiento. Los
biólogos creen que estos modos de comportarse, repetirl os
varias veces, es una razón para que se hayan multiplicado las
especies en los Galápagos.
Sólo falta considerar otro factor ¿cómo se comportan
abundantes especies diferentes, que viven en una isla, para
sobrevivir a la competencia? La contestación es simple; como
no compiten unas con otras, cada una de ellas tiene su
propio modo de vida – característica a la que los biólogos han
llamado nicho (niche). Las cuatro especies de pinzones
terrestres que viven juntas en estas islas, nos aclaran este
concepto. Tres especies comen semillas, pero debido a la
forma diferente de su pico, cada una come semillas de
diferente tamaño. La cuarta especie, con un pico más agudo,
se alimenta de Opuntia (nopales y chumberas) (véase la Fig.
10.7).
El modelo que vemos actualmente en las islas Galápag os
nos aclara otro requisito que es necesario si las nuev as
especies diferentes van a convivir juntas por largo tiempo. No
deben competir dos especies, entre sí, por el mismo nicho.
Apenas exista la posibilidad de que las dos especies estén
igualmente adaptadas para competir, más pronto o más
tarde, la selección natural eliminará a la menos capacitada
para la competencia o favorecerá su cambio a un nich o
diferente.
Las investigaciones han mostrado que las especies
animales probablemente se originan en áreas continen tales
de modo semejante a como lo han hecho en la cadena de l as
islas Galápagos. Los ríos, montañas y desiertos, son
obstáculos geográficos que permiten a las especies animales
aislarse y formar poblaciones de hibridación local en áreas
continentales. Los océanos son las barreras más grand es de
separación de las áreas continentales. Por eso vemos que en
Australia existen muchas especies diferentes, por s er
geográficamente el continente más aislado.
10-10 La poliploidía y el origen de las nuevas espe cies. La poliploidía también cuenta con la
multiplicación de las especies. Se ha hecho notar que el aislamiento geográfico es el primer paso en la
formación de las nuevas especies animales. Esto es p robablemente cierto también para las plantas.
Existe otro medio por el cual pueden originarse nuevas especies sin estar aisladas geográficamente; la
poliploidía, también se llama formación instantánea de especies y es sin duda la más importante en la
multiplicación de las especies de plantas. La poliploidía es relativamente más rara en los animales.
Claro, el desarrollo espontáneo de un poliploide vegeta l no garantiza la formación de una nueva
especie. Solamente afirma que este individuo está probablemente privado de reproducirse ya que los
gametos de los poliploides rara vez se combinan con l os gametos originales para producir
descendencias sanas. El mecanismo de selección natural es quien decide el destino del poliploide.
Repaso
1. ¿Por qué decimos qué libro de Darwin tiene un título erróneo?
2. ¿Cuáles son los tipos de pájaros que Darwin estudió ampliamente en las islas Galápagos?
3. ¿Qué es un mecanismo aislante?
4. ¿Qué es un nicho?
5. ¿Qué condiciones permiten a las especies multiplicarse?

Figura 10.7 Los pinzones de Darwin se diferencian mas
fácilmente por la forma de sus picos en la lámina s e
muestra, además, la cabeza y la dieta de cada tipo
particular de pinzón.

140. Evolución: Una Perspectiva Moderna 135
¿Cómo se Originó la Vida?
Existe otro problema mayor para los estudiantes de la t eoría de la evolución, que surgió
indirectamente del siguiente aspecto de la teoría de Darwin: Si los organismos actuales son los
descendientes modificados de especies preexistentes, es lógico suponer que toda la vida proviene de
una o más especies iniciales. Este nuevo problema es consecuencia de las investigaciones de todos los
científicos que han contribuído a la teoría y a que tenga una amplia aceptación. El problema también se
entronca con la deducción lógica del principio de Virchow, y que cada célula se origina de otro (véase el
Capítulo 2). Sí hubo células y organismos iniciales, ¿cómo se originaron?
10-11 Una antigua controversia. La respuesta a cómo se originó la vida es una historia l arga e
interesante. De momento sólo haremos una alusión a diversas ideas y opiniones sobre este tema. Cómo
se originó la vida en la Tierra, ha sido una pregunta que interesado a los filósofos diferentes culturas y
épocas. Los ejemplos que exponemos son ideas u opinio nes que han sido o pueden ser probadas con
métodos e instrumentos de la ciencia moderna.
Hay una teoría que ha atraído por muchos siglos la atención de los científicos y que se presta, por
sí misma, para comprobarse científicamente. Se llama teoría de la generación espontánea. La idea es
sencilla: Los organismos vivientes se originan de materia no viviente. El usar la palabra "espontánea",
es para indicar que la generación ocurre o ha ocurrido en corto tiempo y sin influencias del exterior.
La teoría de la generación espontánea fue propuesta, primero, por los filósofos griegos. Aristóteles
afirmó que los peces, las ranas, los gusanos, los ratones y los insectos, eran generados por un material
criador adecuado, procedente de la mugre, el suelo húmedo y materia putrefacta.
De estos insectos, la pulga se origina de una ligerísima cantidad de materia putrefacta, ya
que donde quiera que haya excremento seco, es seguro e ncontrar una pulga. Las chinches
son generadas por la humedad de los animales viviente s y cuando ésta se seca, saltan de
sus cuerpos. Los piojos son generados por la carne de los animales.
4

Durante la edad media los estudiantes resucitaron "de facto", los escritos de los filósofos griegos,
agregaron literatura y otras ideas fantásticas. Los "árboles gansos", producían gansos bajo ciertas
condiciones. Estos se describieron en libros durante varios siglos. Esta idea y otras semejantes no son,
estrictamente, parte de la teoría, ya que la materia generadora es otro tipo de organismo vivo (véase la
Fig. 10.8).
Hubo científicos famosos que, habiendo
aportado conocimientos importantes a la
humanidad, no quedaron al margen de las
supersticiones asociadas a esta teoría. Por
ejemplo, en el siglo 17, el científico belga Jan
van Helmont, que había realizado trabajos
importantes con plantas, construyó un aparato
para generar ratones de las camisas. Aunque
esas ideas parezcan increíbles, no olvidemos que
todas tienen rasgos que las justifican. Pueden
ser probadas con la lógica y bases científicas de
aquel tiempo. En realidad, muchos de los
experimentos clásicos de biología, fueron hechos
por hombres que deseaban comprobar las
teorías sobre la generación espontánea.
10-12 Experimento clásico de Redi. A
mediados del año 1600, el médico y poeta italiano Fran cesco Redi, realizó un experimento
trascendental. Como tenía ideas opuestas a las de la generación espontánea, efectuó un experimento
para refutar ésta. Se experimento estaba dirigido especialmente a observaciones ideas ya generalizadas
que aparentemente apoyaban la teoría de la generación espontánea. Redi dijo:
... aunque es motivo de observación diaria, que un número infinito de gusanos se forman en
un cuerpo muerto y en plantas podridas, me siento... inclinado a creer que estos gusanos
son generados por contaminación y la materia pútrida en la cual se encuentran, sólo actúa

Figura 10.8 La teoría de la generación espontánea fue sostenid a con
dibujos tan fantásticos como los que aparecen aquí. Por ejemplo, en un
grabado de madera del siglo 17, se representa un árbol de gansos, que se
suponía incubaba estos animales. También hubo otros organismos que se
suponían los originaban los leños podridos.

141. Evolución: Una Perspectiva Moderna 136
como un medio adecuado donde los animales, en época de c ría, depositan los huevos para
encontrar, allí, un medio nutritivo para su desarrollo...
5

Es decir, Redi y expresó que las larvas y gusanos no eran
generados por la materia muerta, sino que eran la descendencia de sus
progenitores, como la de cualquier otro animal. Para d emostrar esta
idea, puso dos pedazos de carne en frascos (véase la F ig. 10.9). Una
parte quedó expuesta las moscas y otros insectos, mientras que la otra
propuesta en un frasco cerrado, para evitar el contacto con los insectos.
Los gusanos sólo aparecieron en el frasco abierto y n o en el frasco
cerrado. El frasco cerrado sirvió para atestiguar, en su experimento, su
idea contraria a la teoría de la generación espontán ea. La teoría
expuesta por Redi, sostiene que la vida sólo se origina de la vida. Esta
teoría se llama biogénesis.
La controversia se va sobre la generación espontánea cambió al
aparecer el microscopio, después que Leeuwenhoek y ot ros
investigadores descubrieron los microorganismos que se encuentran en
la materia en descomposición. Durante dos siglos, los c ientíficos más
reputados estuvieron discutiendo sobre experimentos qu e parecían
apoyar por una parte, la teoría de la biogénesis y por ot ra la de la
generación espontánea. Pasteur con su "Matraz Pasteur" (Fig. 10.10) en
1864, reportó la teoría de la generación espontánea. M ás aún,
comprobó que los organismos no son diferentes a las de más formas de
vida ya que éstos sólo se pueden producir por otros de su misma clase.
10-13 Los biólogos actualmente experimentan sobre o tras hipótesis. Los experimentos de Redi
y Pasteur afirman que bajo las condiciones actuales de vida, ésta no se puede originar de la materia sin
vida. Sin embargo, en condiciones diferentes, la vida puede producirse de materia sin vida. Esta es la
premisa de la abiogénesis (abiogénesis significa “generación de la vida a partir de materia sin vida”).
Actualmente la teoría de la abiogénesis, está siendo experimentada por muchos biólogos.

Figura 10.10 Pasteur llenó varios matraces con
soluciones fácil de fermentar, luego les alargaba el
cuello, de manera que tuvieran “varias curvas”, pero
sin taparlos. Ponía en ebullición cada una de estas
soluciones y las dejaba enfriar. Observó que las
soluciones permanecían sin contaminarse
indefinidamente. Generalmente el aire se encontraba
en contacto con el líquido. Como el cuello curvo del
matraz era un sifón, atrapaba cualquier partícula
llevada por el aire, evitará la contaminación.
Invariablemente después de romper el cuello del
matraz se contaminaba la solución en 48 horas. Así,
Pasteur concluyó que la fermentación en los líquidos
era originada por corpúsculos que existen en el aire.
Los experimentos de Pasteur y el principio de Virchow de que "cada célula proviene de otra célula",
sólo pospusieron un tipo de investigación que era inevitable. Si ahora la vida no procede de la materia
escindida, ¿pudo haber sido así en alguna de las primeras etapas de la Tierra? Es imposible obtener
evidencias directas para contestar esta pregunta, pero hay evidencias indirectas que se pueden obtener
y usar para apoyar una teoría científica. Al escribir este libro, son muchos, amplios e intensos los
trabajos de los investigadores, que tratan de establecer esta teoría.
Una de las hipótesis más interesantes que está siendo probada entre hipótesis de Oparin, publicada
en 1936, llamada así por el nombre de su principal a utor, el bioquímico ruso A.I. Oparin. En ella
subrayó una serie de hechos que pudieron conducir al origen y evolución de la vida sobre la Tierra, se
basa en una serie de condiciones que supone prevalecían en la tierra en el tiempo en que se originó la
vida. Como se ve imaginar, es motivo de apasionadas c ontroversias entre los científicos, ya que no ha
sido aceptado un conjunto de condiciones de la atmósfera primitiva por todos los científicos.

Figura 10.9 El experimento clásico de Redi,
refutó la teoría de la generación espontánea.
Demostró que las larvas salían únicamente
de los huevos dejados por las moscas sobre
la carne y el pescado en descomposición.
Cuando se evitaba que las moscas se
posaran en la carne y el pescado tapando un
frasco y dejando otro frasco destapado
(como testigo) comprobó que las larvas y
gusanos sólo se producían en el frasco
destapado.

142. Evolución: Una Perspectiva Moderna 137
Otro aspecto de la hipótesis de Oparin es suponer que ciertas moléculas orgánicas, como las
proteínas, pudieron formarse en épocas primitivas, antes que las células existieran. ¿Por qué algunos
científicos se oponen a esta idea?
10-14 La hipotética atmósfera primitiva de Oparin. La atmósfera primitiva de Oparin, difiere
radicalmente de la atmósfera actual. El supone que la atmósfera primitiva no tenía la misma
composición gaseosa (oxígeno-nitrógeno) actual, sino que estaba constituida por otros gases, tal como
la de otros planetas del sistema solar, el metano, amoníaco, el vapor de agua e hidrógeno. Oparin cree
que, con suficiente energía, algunos de estos gases se romperían y podrían combinarse para formar
moléculas orgánicas. Claro está, esas moléculas orgánicas formadas serían las unidades básicas de la
forma potencial de vida. Supone que la energía podrí a haber sido proporcionada por las descargas
eléctricas durante las tormentas, muy frecuentes en aquella época. También la energía de la luz
ultravioleta podría haber sido más potente en una atmós fera carente de oxígeno y ozono. La
investigación para resolver estas controversias "es claro que no puede obtenerse sentado cómodamente
en una mecedora".
6
En 1953, se realizó un experimento altamente significativo, que sirvió de modelo
para otros experimentos. Este experimento fue realizado por Stanley L. Miller, entonces estudiante
graduado de la Universidad de Chicago y discípulo del Dr. Harold Urey, Premio Nóbel. Después de una
discusión con Urey, Miller construyó un aparato diseñad o especialmente para probar la suposición
básica de Oparin.
La Fig. 10.11 es un diagrama del aparato de Miller, muy
semejante al de la Pág. 216. En este aparato utilizó una chispa
eléctrica para simular la descarga atmosférica, como supone
eran las que existían en aquella época. Al mismo ti empo
calentó vapor de agua, que circulaba a través de la cámara de
la chispa y que contenía otros tres gases que él supone que
existían en la atmósfera primitiva. Después de pasar el vapor
de agua por la cámara de ignición se condensaba, sim ulando
así la lluvia que debería haber caído sobre los mares, durante
una tormenta eléctrica. Después de una semana anali zó la
"primitiva agua de mar" y vio una multitud de molécu las de
sustancias orgánicas entre ellas cuatro aminoácidos diferentes.
10-15 Los resultados de Miller, estimularon a otros . Hubo
otros investigadores que después se interesaron en
experimentos parecidos al de Miller. Así, la hipótesis de Oparin
pareció más atractiva a los investigadores que se hab ían
mostrado escépticos. Otras fuentes de energía, que
probablemente estuvieron presentes en la Tierra prim itiva,
fueron ensayadas con diferentes mezclas de gases hipot éticos
que hubieran podido existir en la atmósfera. Por ejemplo, se
emplearon radiaciones ultravioletas, como posible fuent e de
energía. En los experimentos en que se empleó luz ultravioleta
se obtuvieron resultados tan sorprendentes como los que
obtuvo Miller en sus experimentos.
Así, una década después que Miller, por primera vez,
había establecido la posibilidad de síntesis de compuestos orgánicos a partir de una mezcla
de gases, en laboratorios de todo el mundo se ha experi mentado y ha surgido una gran
cantidad de evidencias de síntesis abiogénica de com puestos orgánicos, bajo las posibles
condiciones primitivas de la Tierra. La perspectiva es buena para qué, se logre el éxito en la
síntesis de toda clase de macromoléculas en supuestas condiciones prebiológicas.
7


Figura 10.11 Los gases que Miller puso en la cámara
de ignición de su aparato fueron vapor de agua,
amoniaco, metano e hidrógeno. De esta mezcla sencilla,
se condensaron 4 aminoácidos en el sifón.

143. Evolución: Una Perspectiva Moderna 138
10-16 De moléculas orgánicas a estructuras semejant es a células.
¿Cómo pudo la molécula orgánica básica llegar a organizarse como forma
primitiva de vida? Aún no existe la respuesta, las investigaciones que se
realizan pueden conducir a una respuesta. Como ejem plo, tenemos el
plan de investigaciones que se está realizando en lo s laboratorios de
Sidney Fox, en la Universidad de Miami. Fox descubrió que al calentar
cierta mezcla de aminoácidos, se produce, espontáneam ente, una cadena
de polipéptidos. Debido a su naturaleza similar a la de la proteína, la
llamó cadenas proteinoides. En experimentos posteriores, Fox pidió que
si estos proteinoides se tratan con agua caliente y luego se enfrían, se
forman microesferas circulares (véase la Fig. 10.12). Los experimentos
con las microesferas producen resultados muy interesantes. Por ejemplo,
se ha visto que la glucosa puede desenlazarse como res ultado de la
actividad parecida a la del encima del proteinoide.
Además de los proteinoides, al
macromoléculas más complejas que se han
ensamblado en condiciones “primitivas”. Entre
ellas, tenemos largas cadenas de azúcares y de polinucleótidos. Pero, a pesar
del optimismo general que prevalece en el campo de la investigación, se debe
recordar que las macromoléculas y las microesferas no se aproximan todavía
al alto grado de organización de la materia viva que hoy conocemos.
Entonces ¿qué hay en cuanto al futuro? En una cita de un trabajo reciente
de Theodosius Debshansky, en relación con los problem as de la teoría de la
evolución, se lee:
… el entusiasmo por la investigación es tan grande voy como lo ha
podido ser desde los tiempos de Darwin. Sabemos que con ocemos muy
poco, pero confiamos en que las técnicas y métodos mode rnos actuales o
los próximos, nos permiten conocer mucho más.
Repaso
1. ¿Qué controles se utilizaron en el experimento de Redi?
2. ¿Por qué razón la teoría de la generación espontánea persistió durante tanto tiempo?
3. ¿Cuál es la diferencia entre generación espontánea y abiogénesis?
4. ¿Cuál es la suposición crucial en la hipótesis de Oparin?
5. ¿Quiénes son los continuadores de los experimentos de Oparin?
Resumen
Las contribuciones de Darwin a la teoría evolutiva originaron problemas tales como: ¿Cuáles causas
ocasionaron la variación en las poblaciones? ¿Cómo surgen nuevas especies? ¿Cómo se originó la vida?
La mutación es básica en las variaciones de un grupo o población, puede ocurrir en el DNA por la
duplicación de series completas de cromosomas. Este último tipo de votación se llama poliploide.
El origen de las especies, es un título erróneo, ya que en él nos explica cómo se originan las especies.
Investigaciones en especies de las remotas o archipié lagos, han permitido saber que el aislamiento
geográfico, permite multiplicar las especies. Ya que ésta desarrolló un mecanismo de aislamiento que
impide la hibridación entre los padres de la población. Si dos especies viven en contacto, no deben
competir por el mismo nicho.
El origen de la vida entregado al hombre. Los biólogos se han interesado en hipótesis comprobables en
el laboratorio. Se ha tratado de demostrar la genera ción espontánea, obteniéndose resultados
contradictorios. La hipótesis de Oparin es la más ac eptada. Después del experimento de Miller, se
sumaron mayor número de adeptos a esta hipótesis. Las investigaciones de Fox han dado algunos
resultados positivos, a sintetizar moléculas biológicas en condiciones similares a las que presentaba la
tierra en sus primeras etapas. No obstante, los biólogos aún están muy lejos de crear células a partir de
materias sin vida.

Figura 10.12 Las microesferas
proteinoides experimentan la escisión, no
del mismo modo que las células vivas.

Figura 10.13 Esta micrografía
electrónica de una microesfera
proteinoide muestra la doble capa
que es la estructura característica de
las membranas celulares.

144. Evolución: Una Perspectiva Moderna 139
Preguntas de repaso
1. ¿Cuáles son las tres preguntas principales que surgen de los trabajos de Darwin?
2. Describa los tres niveles diferentes de mutación.
3. ¿En qué células es más probable que las mutaciones afecten a la evolución de la población?
4. La mutación no explica por sí sola la variabilidad. Normalmente ¿Qué acompaña a la mutación?
5. ¿Qué factores evitar la multiplicación de especies de pinzones en la isla del Coco?
6. Además del mecanismo de aislamiento, ¿qué otro fact or permitiría la coexistencia de dos especies
similares dentro de una misma comunidad?
7. ¿En qué grupo de organismos son más comunes las especi es poliploides?
8. Las ideas de la generación espontánea parecen absurd as, pero tienen una ventaja sobre otras
sugeridas para explicar el origen de la vida. Analícelo.
Análisis y Aplicación
9. ¿Por qué fue importante el excremento de Miller, para probar la hipótesis de Oparin?
10. ¿Por qué se debe ser cauto al interpretar los experimentos de Fox con proteinoides y microesferas?
11. ¿Por qué las mutaciones resultan un factor tan importa nte en la evolución, no obstante que las
mutaciones favorables son relativamente raras?
12. Es fácil explicar la multiplicación de especies en islas separadas. Ejemplo: Las Galápagos. Escoja
una especie animal del continente y de una explicación dé su separación en dos especies.
13. ¿Cuáles son los mayores obstáculos al recrear vida, tal como se pudo haber diseñado en la Tierra
primitiva?
Obras de Consulta
Anfisen, Christian. The Molecular Basis of Evolution. Science Editions, John Wiley & Sons, 1959.
Asimov, Isaac. The Chemicals of Life. New American Library, 1962.
Gamow, George. The Creation of the Universe. Viking Press, 1961.
Lack, David. Darwin’s Finches. Harper & Row, 1961. Este ensayo da como ejemplo los p inzones vistos
por Darwin en las islas Galápagos para estudiar los mecanismos que incluye los procesos de evolución y
adaptación.
Mayr, Ernst. Animal Species and Evolution. Harvard University Press, 1963.
Oparin, A.I. The Origin of Life. Dover Publications, 1953.
Sheppard, P.M. Natural Selection and Heredity. Harper & Row, 1960. Una discusión completa de la
genética de evolución y adaptaciones.
Weisz, Paul B. The Science of Biology. 2ª ed. McGraw-Hill, 1963. En el Capítulo 3, se da una explicación
del origen de la vida.
Science
Miller, S.L. “A Production of Amino Acids Under Possible Primitive Earth Conditions”. Mayo 15, 1953.
Revistas
Scientific American
Dobzhansky, Theodosius. “The Genetic Basis of Evolution”. Enero 1950.
Lack, David. “Darwin’s Finches”. Abril 1953.
Wald, George. “The Origin of Life”. Agosto 1954. Analiza el pensamiento que conduce hasta las teorías
modernas acerca del origen de la vida.
Referencias Bibliográficas
1 George G. Simpson. This View of Life. Harcourt, Brace & World, Inc., ©1954, p. 69.
2 Theodosius Dobzhansky. Mankind Evolving. Reimpreso con el permiso de Yale University Press.
Copyright 1962, Yale University, p. 139.

145. Evolución: Una Perspectiva Moderna 140
3 Sir Gavin De Beer. Charles Darwin. Copyright ©1964 por Sir Gavin De Beer. Reimpreso c on permiso
de Doubleday & Company, Inc. y Thomas Nelson and Sons, Ltd., p. 192.
4 Aristotle, R.M. Hutchins y M. Adler, eds. Great Books of the Western World . Vol. V., p. 83.
Enciclopedia Británica. Copyright 1962. De The Oxford Aristotle, J.A. Smith y W.D. Ross, eds. Oxford
University Press.
5 Mordecal L. Gabriel y Seymour Fogel, eds. Great Experiments in Biology. ©1965. Reimpreso con
permiso de Prentice-Hall, Inc., Englewood Cliffs, N.J., p. 187.
6 Sidney W. Fox. “Experiments in Molecular Evolution and Criteria of Extraterrestrial Life”. BioScience.
Diciembre 1964, p. 19.
7 John Keosian. The Origin of Life. New York, Reinhold Publishing Corporation, ©1964, p. 61.
8 Theodosius Dobshansky. “Evolutionary and Population Genetics”. Science, Vol. 142, Nº 3596
(noviembre 29, 1963), p. 1134; Vol. 2. Copyright 1963 por The American Association for the
Advancement of Science.

146. El Orden Salió del Caos 141

Estas mariposas muestran una descendencia común evo lutiva base de toda clasificación.
La diversidad de la vida es inconcebible. 1
Verne Grant
Capítulo 11
El Orden Salió del Caos
¿Cuántas especies habitan actualmente la biosfera? ¿ Cómo están relacionadas entre sí
estas diferentes especies? Indudablemente, esta pregunta y muchas otras surgieron en la
mente de los primeros biólogos que intentaron clasi ficar las manadas de numerosas
especies, comparándolas entre sí. Dieron el nombre de taxonomía al estudio de los
principios generales de la clasificación y de taxonomistas a los biólogos dedicados a la
clasificación de los organismos. Durante 3,000 años, pequeños grupos de taxonomistas
hicieron trabajos de clasificación, destinados a contestar las preguntas.
Es bueno recordar que en el Capítulo 1 se habla del papel de los taxonomistas en el desarrollo
anatómico, tanto en los animales como los vegetales. Sin embargo, fue en la época de Darwin cuando
significaron los principios que se aplican en la clasificación. El número, clase y relaciones entre las
especies se ven actualmente como resultado del proces o de la evolución. Claro, el problema para
establecer las relaciones que existen entre las diferentes especies es bastante complejo, entre otras
razones porque el proceso de la evolución se viene desa rrollando desde hace unos 2,500 millones de
años aproximadamente. El propósito de este capítulo e s familiarizarnos con la naturaleza general del
problema y con un sistema de clasificación destinado a resolverlo.

147. El Orden Salió del Caos 142
Sistemas de Clasificación
La mayor parte de los sistemas de clasificación han sido estructurados por el hombre para ordenar,
de manera adecuada, toda la información que se tiene. Como ejemplo, tomaremos el sistema de
clasificación que se usa en las bibliotecas. Hay var ios modos de clasificar los libros. En algunas
bibliotecas antiguas lo hacían considerando el tamaño de los libros, en otras, alfabéticamente, por el
apellido de los autores; pero el sistema de clasific ación generalmente empleado se basa en la
ordenación de los libros según las materias o temas. Este sistema permite localizar eficientemente un
libro.
11-1 Clasificación en una biblioteca. La forma de agrupar las publicaciones es la clave de un buen
sistema. Las revistas y periódicos son agrupados bajo el título “periódicos”, mientras que los libros se
agrupan bajo los títulos de “literatura” y “no literatura”. Dentro de estos grandes grupos existen otras
clasificaciones que van descendiendo, jerárquicamente a subgrupos. Por ejemplo, en el grupo de “no
literatura” quedarían en subgrupos los libros de biografías, viajes, historia y ciencia. Además, en el
grupo ciencia se colocan los libros de química, astronomía y biología, dentro de subgrupos. Quedan
otros subgrupos adicionales que dependerán del tamaño de la biblioteca. Aún en las pequeñas
bibliotecas se pueden encontrar, en el grupo de biología, subgrupos dentro de la categoría del tema:
Insectos, pájaros, árboles, etc. Actualmente, este sistema está clasificado con mayor precisión por
medio de un sistema decimal bastante conocido y generalmente utilizado.
Hay otros sistemas de clasificación que pueden ser
convenientes para los objetos inanimados (véase la Fi g.
11.1). Todos ellos comparten tres características
semejantes. Primero: Como son producto de la
imaginación, se conciben con el fin de ser útiles. Segundo:
Están basados en el principio de que ciertos objetos s on
más parecidos que otros y por lo mismo, se pueden colocar
relacionados, en grupos separados. Tercero: Debido a q ue
cualquier idea humana está sujeta a una valoración
individual, ningún sistema que se proponga puede se r
universalmente aceptado como sistema perfecto.
11-2 La taxonomía y otros sistemas de clasificación .
El primer paso en la clasificación de cualquier objet o
animado o inanimado es su adecuada identificación; así
que, cualquier esquema es convencional y arbitrario. La
taxonomía o cualquier sistema de clasificación, prese nta
estas características exteriores.
Los biólogos han buscado un sistema “natural” de clasi ficación que sea independiente de la
imaginación humana. Tal sistema consistía en taxa o grupo de organismos donde todos los miembros
estén relacionados entre sí por un ancestro común cursiva. En otras palabras, la clasificación de los
organismos estaría basada en la agrupación natural qu e represente la taxa evolucionada. Así, la
primera diferencia importante entre la clasificación de organismos y la clasificación de objetos
inanimados es para éstos últimos pues hay cursiva var ios criterios, mientras que para los organismos
sólo existe uno: el ancestro común.
La mayoría de los taxonomistas creen en la existencia de una clasificación natural y que el hombre
todavía no la ha descubierto totalmente. Así, la taxonomía viene a ser un asunto de descubrimientos,
mientras que los otros sistemas de clasificación son productos de la invención. La diferencia entre
descubrimiento e invención es la segunda desemejanza importante entre la taxonomía y cualquier otro
tipo de clasificación.
11-3 Hay una gran demanda de taxonomistas. Ninguna de las experiencias con los sistemas de
clasificación es ideal para comprender la demanda que tienen los biólogos, que inventan o intentan
utilizar un sistema de clasificación.
Idealmente, con un sistema general se debería clasificar todas las especies de organismos, tanto
los que viven como los extinguidos. Este factor sólo crea problemas que confunden la imaginación. Por

Figura 11.1 No todos los
sistemas de clasificación
resultan tan completos como
los que se emplean en una
biblioteca. Sin embargo, todos
ellos han sido concebidos bajo
un principio similar: El
agrupamiento. Supongamos
que tenemos que describir
una construcción enana
ciudad. Si se tratara de una
casa, se debe especificar qué
clase de casa. Puede ser una
casa de apartamentos muy
alta o una escuela o una casa
particular o aun una perrera.

148. El Orden Salió del Caos 143
ejemplo, los biólogos desconocen el número exacto de especies que se han extinguido. Es probable que
el registro fósil no revele más que una pequeña fracción del total de las especies que existieron. El
número estimado de especies extinguidas gira alrededor de 50 millones a 16,000 millones. Es muy
significativo el hecho que los biólogos deban acudir a trabajos de estimación cuando discuten acerca del
número y variedad de las especies que habitan en la Tierra. El número estimado es de dos a 4.5
millones.
11-4 La clasificación está lejos de ser completa. En teoría, los
biólogos usan un sistema de clasificación de tipo gene ral que les
permite clasificar todas las especies. Entonces, ¿po demos
sorprendernos de que, aun en estos días, los biólogos ten gan que
recurrir a la suposición cuando todavía se discute el número total de
especies vivientes? Parte de la respuesta reside en el hecho de que
“el ejército de taxonomistas” no ha descubierto la totalidad de las
especies que habitan la Tierra. Por ejemplo, el número de especies
conocidas de peces es aproximadamente de 20,000, pero se estima
que el número total es de 40,000. Un caso semejante reencontramos
al clasificar insectos (véase la Fig. 11.2).
Aproximadamente hay unos tres cuartos de millón de es pecies
de insectos que están lejos aún de ser descritos y clasificados y
su número aumenta gradualmente año tras año. Los biólogo s
competentes estiman que probablemente este número ap enas
representa una quinta o décima parte del número total existe
actualmente en el planeta.
2

La demanda que tienen los taxonomistas se puede apr eciar,
debidamente, cuando nos enteramos de que no existen co lecciones o
catálogos que describan la totalidad de las especies descubiertas y
clasificadas. Colecciones de ejemplares de diferentes especies existen ampliamente distribuidas en los
museos y universidades de todo el mundo. Las descripci ones también se encuentran distribuidas a
través del mundo, en periódicos y revistas científicas. La magnitud de este problema es más evidente si
nos damos cuenta que, ¡los biólogos no pueden decir, con seguridad, cuántas especies diferentes se
han descrito y clasificado! Muchas autoridades en la materia, generalmente, estiman en 1.5 millones el
número de especies.
La dificultad en la clasificación
de las especies se puede apreciar
mejor si consideramos lo que
significa el término “especie”. Una
especie es una población de
organismos puede estar formada
de miles y aún de millones de
individuos. Éstos pueden estar
diseminados geográficamente;
puesto que existen variaciones
individuales dentro de cada
especie, puede haber también
numerosas poblaciones locales
que difieren unas de otras.
Además, no todas las variaciones
pueden ser visibles. Los individuos de dos poblaciones, de un mismo lugar, pueden parecer iguales y
tienen en realidad diferencias importantes, tanto fisiológicas como de comportamiento. Las diferencias
pueden ser tan grandes que deban separarse en espec ies diferentes (véase la Fig. 11.3). La
clasificación de las especies requiere amplios estudios de un gran número de individuos. Por lo tanto, es
necesario que el taxonomista sea experto en varios tipos de trabajos de campo.
11-5 Los taxonomistas deben especializarse. Los taxonomistas deben conocer a fondo las
variaciones íntimas que distinguen los subgrupos dentro de las especies, así como las variaciones que

Figura 11.2 Este diagrama muestra el número
probable de especies diferentes dentro del reino
animal. Como puede ver, el número de insectos
es mucho mayor que el de todas las demás
especies animales juntas.

Figura 11.3 Las ardillas de Kaibab y Albert son dos especies d iferentes que viven,
respectivamente, en el norte y sur del Gran Cañón d el Colorado probablemente ambas
especies provienen del mismo ancestro. Debido a la separación geográfica, las ardillas han
evolucionado en dos especies distintas que no pueden cruzarse.

149. El Orden Salió del Caos 144
distinguen las especies estrechamente relacionadas. Esto requiere, automáticamente, que sean
expertos o especialistas en un número relativamente pe queño de especies. Eso también nos ayuda a
explicar por qué no hay concordancia entre el número total de especies que han sido identificadas. Las
limitaciones de la mente humana son barreras muy efec tivas que no permiten que una sola persona
llegue a ser una autoridad en muchos grupos o especies.
Así:
Un buen taxonomista, después de pasar su vida estudia ndo un grupo especial… de una
región geográfica particular, puede ser capaz de nombrar 2 ó 3 mil especies a primera vista.
El taxonomista, con mente excepcional y de gran exper iencia, puede ser capaz de recordar
el nombre y distinguir las características de cuatro o cinco mil especies, retenidas en su
mente; pero un solo taxonomista, aun el mejor, sólo por tratar, efectivamente, con una
pequeña fracción de la vida del mundo.
3

Repaso
1. ¿Qué relaciones unificadoras son usadas por los taxonomistas modernos?
2. ¿Por qué es necesario que el taxonomista sea experto en diversos trabajos de campo?
3. ¿Cuáles son los factores limitativos en algunos sistemas de clasificación?
4. ¿Qué características debe poseer un sistema de clasificación ideal?
5. ¿Qué tipo de variaciones, dentro de las especies, son más difíciles de reconocer?
Bases para la Clasificación
Los taxonomistas pueden descubrir y nombrar miles de especies, pero sólo hasta que pueden
colocarlas en el grupo adecuado su clasificación es c ompleta. ¿Sobre qué bases se agrupan las
especies? Desde los tiempos de Aristóteles y Teofrasto, los biólogos siempre han deseado agrupar las
especies en un sistema “natural”. Veamos cómo han sido interpretadas estas metas.
11-6 Clasificación basada sobre semejanzas anatómic as.
Hay animales con aletas y otros con alas; parecería “ natural”
colocar las especies animales con alas en un grupo y e n otro a
todas las especies animales con aletas. Así razonan algunos de los
primeros investigadores en sus primeros intentos para crear un
sistema de clasificación “natural”. La similitud anatómica entre los
individuos ha sido la clave de estos sistemas.
Pero, ¿es “natural” colocar las ballenas y los peces en el mismo
grupo sólo por su apariencia estructural? Asimismo, ¿es “natural”
poner en el mismo grupo a mariposas, águilas y murciél agos, sólo
porque tienen alas? Las contestaciones a estas pregu ntas fueron
dadas muy pronto. Después de Aristóteles, otros filós ofos
naturalistas y biólogos empezaron una investigación má s
sistemática basándose en la estructura de los organis mos –
recordará lo discutido en el capítulo uno. Al estudiar la anatomía de
una ballena y de un pez, revelan notables diferencias de estructura
entre estos dos tipos de organismos. Un serbio que las ballenas
tienen pulmones semejantes a los de los gatos, elefantes y ratones
y que los peces tienen branquias (véase la Fig. 11.4). Asimismo, se
encontró que las mariposas son más semejantes a los e scarabajos
y hormigas que a las águilas y hay una mayor semejan za entre el
águila, los patos americanos y el ánade; mientras, el murciélago se
parece más al gato, al elefante, al ratón y a la ballena que los
pájaros.
11-7 El interés en la clasificación se renueva. Durante los siglos 17 y 18 se elaboraron y detallaron
sistemas de clasificación, tanto de plantas como de animales. La mayor parte de estos sistemas fueron
“naturales”, es decir, basados principalmente en la estructura de los organismos. En aquel tiempo, los
biólogos sobresalientes realizaron grandes aportaciones. En el siglo XVII, el inglés John Ray clasificó y
catalogó miles de plantas de acuerdo con un plan basado principalmente en la estructura de las plantas.

Figura 11.4 Compare el esqueleto de la ballena y
el gato con el pez. ¿Es clara la razón por la que la
ballena se parece más al gato pez?

150. El Orden Salió del Caos 145
Sus publicaciones fueron monumentales en aquella époc a, de ahí su justificada reputación como uno de
los fundadores de la taxonomía.
Posteriormente, el más conocido pionero taxonomista fue e l naturalista
sueco Carolus Linnaeus. En el año de 1735, propuso cier tas características –
clave para el sistema moderno de clasificación. La décima edición de su libro
Systema Naturae, publicada en 1758, causó el mayor impacto en la taxonomía
(véase la Fig. 11.5). Linnaeus continuó apoyándose en la estructura como la
base principal para clasificación de las especies. Sin embargo, tanto él como
sus discípulos, tendieron a poner de relieve los caracteres externos, más que
los internos, como base de su clasificación.
Esta técnica continuó por muchos años. Se apreciaría más el pensamiento
de Linnaeus si tomamos en cuenta que sus trabajos lo s realizó un siglo antes
de Darwin. Linnaeus creía que cada especie había sido especialmente creada y
no estaba sujeta a cambios. Las relaciones que observ ó entre diferentes
grupos de especies las interpretó como un modelo “natur al”, que previamente
había sido establecido por su creación especial.
11-8 La taxonomía está basada en las relaciones de la evolución. Los
taxonomistas modernos se maravillan de las grandes re laciones que hay entre
especies y grupos de especies. A diferencia de Linna eus, los taxonomistas
actuales ven esta acción “natural” como el resultado de un largo proceso de
evolución. Especies y grupos de especies han sido asocia dos por ser
semejantes en muchos aspectos si son descendientes directos pero
modificados, de un ancestro común.
Aunque las bases teóricas de la clasificación han cambiado desde la época
de Linnaeus, algunos trabajos actuales de clasificación se llevado a cabo, relativamente, sin cambios.
¿Por qué una clasificación basada en todas las semeja nzas debería ser esencialmente similar a un
sistema basado en las relaciones de la evolución? La s plantas y los animales con estructuras
semejantes han tenido probablemente una íntima relación en su producción. (También debemos pensar
que algunas plantas o animales con ciertas similitudes – por ejemplo, la ballena y el tiburón – pueden
haber llegado a tener semejanzas secundarias, debid as a una evolución convergente. Este término,
convergente, significa que ciertos organismos remotamente relacionados empezaron a parecerse más
debido a la adaptación para utilizar un nicho similar (véase la Fig. 11.6).
Un corolario del pensamiento de
Linnaeus acerca de la creación especial, se
refiere a que los biólogos encargados de
estudiar la naturaleza encontrarían, al fin,
una forma “naturales” de agrupación que
fuera adecuada para todas las especies que
habían sido creadas. Esto implicaba que el
sistema de clasificación llegaría a ser,
finalmente, rígido y uniforme. También
creía que un miembro tipo de cada una de las especies debería ser descrito y además, se debía colocar
en los museos un dibujo espécimen “tipo” representativ o. Tal espécimen “tipo” serviría como pauta
para que miembros dudosos de una especie pudieran ser clasificados.*
* Debe notarse que todos los nombres usados para id entificar los organismos se asocian a “tipos”. Éstas son
normas de referencia para identificar un objeto dudoso al cual se refiere el hombre.
Años después los taxonomistas pensaron en las especies adultas de la evolución y procedieron
como si cada especie fuera una variedad individual en una población. Ahora se hacen las descripciones
con un número suficiente de características que permitan acomodar a todas las variedades individuales
en una descripción (véase la Fig. 11.7).

Figura 11.5 Carátula del libro
Systema Naturae. Sus títulos
traducidos son: Sistema Natural; Los
Tres Reinos de la Naturaleza;
Proyectos de Sistematización por
Clases, Órdenes, Géneros y
Especies.

John Ray nació en el año de 1626 y murió en 1705,
dos años antes del nacimiento de Linnaeus. Le
precedió casi un siglo. Sin embargo, rey hizo grandes
adelantos en la clasificación de las especies –
principalmente sobre las especies de plantas de
Inglaterra. También sostuvo que los fósiles son los
restos petrificados de especies extinguidas. Esta
opinión no fue aceptada, en general, por los científicos
durante 100 años.

151. El Orden Salió del Caos 146
11-9 La taxonomía moderna usa muchos
lineamientos de evidencia. Se ha puesto de
relieve que la estructura ha sido la base clásica
para establecer las relaciones de la evolución. La
estructura aún es muy importante. Es la
característica más evidente y por lo tanto, más fácil
estudiar. Realmente, en los especímenes muertos
que deben ser estudiados por los taxonomistas, la
estructura debe ser estudiada directamente. Sin
embargo, hay otras características más que
también se emplean para clasificar las especies.
Una característica distinguible se puede describir
como ecológica, basada en el hecho de que
diferentes especies también varían en su nicho o en
su comportamiento en un medio ambiente determinado. Por e jemplo, los animales casi idénticos en su
aspecto exterior, pero de especies distintas, se pueden diferenciar por su manera de comer, en la forma
de construir sus nidos o también en la forma de emigrar.
Otra serie de evidencias indirectas de las relacione s
evolutivas pueden derivarse de las investigaciones a nivel
molecular. Por ejemplo, algunas moléculas como las prot eínas
y los ácidos nucleicos DNA y RNA, serán más semejante s en
especies que tengan relaciones evolutivas más próxima s.
Comparando la secuencia de los aminoácidos y las proteí nas o
los nucleótidos DNA y RNA contenidos, los investigadores están
confirmando muchos de los agrupamientos taxonómicos que se
establecieron, basándose en estructuras básicas más fáciles de
observar. Esta evidencia bioquímica es útil cuando la evidencia
estructural es ambigua. Indudablemente, las investi gaciones
bioquímicas futuras ayudarán a completar la enorme t area de
clasificar todas las especies de nuestro planeta.
Repaso
1. ¿Cuáles fueron los primeros sistemas de
clasificación y en que estaban basados?
2. ¿Quiénes iniciaron la taxonomía?
3. ¿Cuál fue la idea del origen de las especies en el
sistema de clasificación de Linnaeus?
4. ¿Qué es un espécimen “tipo”?
5. ¿Qué líneas evidencia entre los taxonomistas
para interrelacionar las especies?
La Clasificación de las Especies
Dos contribuciones importantes de Linnaeus a la taxonomía
fueron: Su modelo de agrupación y su método de nombrar a
las especies. Estudiaremos cada una de estas contribuciones y cómo se incorporó cada una de ellas a la
práctica moderna.
11-10 Las especies se agrupan en una jerarquía filo genética. Linnaeus propuso que todas las
especies semejantes deberían ser agrupadas juntas e n una categoría, un peldaño arriba del nivel
especie. A esa categoría la llamó género. Más tarde propuso que los géneros semejantes podría n ser
agrupados en un orden. Igualmente, los órdenes semejantes serían agrupados dentro de una clase. La
categoría más alta fue el reino, clasificados en dos grupos – plantas y animales.* Así, el reino es el
punto más alto de una jerarquía que incluye todos los grupos inferiores, clases, órdenes, géneros y
especies.
Esta jerarquía y los encabezados de los grupos, han si do incorporados a los sistemas de
clasificación moderna. Sin embargo, muchos otros niveles han tenido que ser introducidos dentro de la

Figura 11.6 El colibrí y la mariposa-colibrí se parecen por su forma
volar al alimentarse. Éste es un ejemplo de evolución convergente, en
la que organismos de diferente estructura evolucion an hacia
características similares.

Figura 11.7 El doctor Richard Van Gelder que es un
conservador asociado del Museo Estadounidense de
Historia Natural, se ve en la lámina agrupando las pieles
de mofeta o zorrillo, de acuerdo con sus especies. Se
puede notar la variación dentro de cada especie.
Solamente un mamólogo experto puede hacer esta
clasificación.

152. El Orden Salió del Caos 147
jerarquía. La principal, usada hoy en día, se presenta en la Tabla 11-1. A estos grupos se puede
agregar otras “sub” y “súper” categorías, por ejemplo, una “súper familia” puede representar
intermedio de organismos más estrechamente relacionados a la familia que al orden y una “sub familia”
representaría intermedio de organismos más estrechame nte relacionados a la familia género.

Topo Dorado

Topo de Bolsillo

Topo Marsupial

Topo Rata

Tuco Tuco
Figura 11.8 Estos cinco animales viven en
diferentes continentes y sólo remotamente
están relacionados entre sí. Tienen muchas
similitudes estructurales. La razón es que
ocupan el mismo nicho ecológico; todos ellos
viven en madrigueras cavadas en pastizales.
Éste es otro ejemplo de selección natural
originado por la evolución convergente.
11-11 Los biólogos emplean el sistema binominal par a designar a las especies. Linnaeus
propuso que todas las especies deberían tener los no mbres. De ahí el término binominal. Esta
proposición ha sido adoptada universalmente por los biólogos. Cada especie se llama por el nombre del
género al que pertenece y el de su propia especie. Además, ambos nombres son latinizados y siempre
se tratan como palabras latinas. Así, su perro favorito podría ser llamado de 100 nombres comunes, por
las gentes de diversas partes del mundo, pero sólo tiene un nombre científico para todos los biólogos:
Canis familiaris. En este caso el término Canis es el nombre del género al cual pertenecen todos los
perros y lobos. En la práctica usual, escriben con ma yúscula y letra itálica o cursiva, el nombre
genérico. El nombre de la especie del grupo es familiaris; este nombre generalmente se escribe con
letra itálica pero en minúsculas. Cuando se publica el hombre de una especie, normalmente ya no
cambia debido a las reglas rigurosas que han establecido los comités de taxonomistas.
* Muchos taxonomistas modernos reconocen cuatro rei nos en lugar de dos. Este hecho está explicado en el cuadro
de ensayo que se llama, “Un sistema moderno de clasificación”, con el que termina el capítulo.
Los estudiantes que inician sus cursos de biología, generalmente ven los
nombres científicos con cierto temor y confusión, pero aunque sea difícil
creerlo, los biólogos encuentran más fáciles los nombres científicos que los
nombres comunes. Indirectamente ya ha sido mencionada l a razón. Una
especie de perro se puede encontrar no sólo en nuestr o país, sino en otros
más. Tanto en Alemania, como en la india o en Japón, se oye llamar a estos
animales con una gran variedad de nombres comunes. Si n embargo, los
biólogos de cualquier lugar y llamarán a los perros siempre con el mismo
nombre: Canis familiaris. Así que el empleo del nombre científico ayuda a eliminar muchas barreras del
lenguaje y evita muchas confusiones.
Ayer aventaja mucho mayor cuando los biólogos trabaja n con géneros, que incluyen numerosas
especies y subespecies. Por ejemplo, el género Rattus, solamente en Europa y Asia abarca unas 560
especies y subespecies de animales, comúnmente llam ados “ratas”. No hay duda que en algunos
lugares las llaman “ratas grises”, “ratas pardas” o “ratas negras”, para distinguir las especies en una
Tabla 11-1 Taxonomía moderna
Reino
Phylum
Clase
Orden
Familia
Género
Especie

153. El Orden Salió del Caos 148
pequeña área, pero prácticamente, podemos considerar que no hay suficientes nombres comunes para
diferenciar las 560 poblaciones de ratas diferentes en las diversas partes del Viejo Mundo. En cambio,
con el uso de los nombres científicos, automáticamente se eliminan las confusiones.
11-12 Cualquier clasificación está
abierta a discusión. Prácticamente cada
taxonomista está tiene su esquema favorito
para la clasificación de los organismos.
Aunque estos esquemas se refieran
organismos bien reconocidos, ya sean
plantas animales, en general los estudiantes
de biología no tendrán que estudiar los
razonamientos de los taxonomistas.
Lamentablemente, un gran número de
organismos inferiores no está ajustado en las distintas clasificaciones hechas hasta ahora. Muchos
organismos, especialmente los unicelulares, se parece n lo mismo a plantas que animales o tienen
ciertos rasgos de ambos. Un ejemplo, con rasgos característicos de ambos, no tenemos en la Euglena.
Este microorganismo unicelular, es capaz de desplaza rse en el agua y tomar sus alimentos como un
animal. Sin embargo, la Euglena tiene gastos que le permiten sintetizar sus alimentos como lo hacen
las plantas (véase la Fig. 11.9). Estos organismos “no planta”, “no animal” o “intermedios”, son los que
ocasionan las mayores divergencias entre los taxonomistas.
Para resumir, diremos que los taxonomistas usan un tipo general
de sistema de clasificación. Este sistema, basado en los principios
mencionados anteriormente, utiliza el sistema binomina l y la
jerarquía de Linnaeus modificada. No hay una sola cla sificación que
incluya todos los organismos y que sea aceptada en general, excepto
por un círculo de taxonomistas. En otras palabras, el s istema es
correcto; los resultados que obtiene el taxonomista al aplicar el
sistema son los que están sujetos a discusión. Estos comentarios son
una introducción necesaria para el ensayo que si es te capítulo. En
éste, hemos seleccionado deliberadamente uno de los modernos
sistemas de clasificación, muestra cómo los taxonomistas emplearon
los principios y conceptos tratados en este capítulo.
Tal vez se pueda subrayar mejor la naturaleza artificial de esta
clasificación, por la crítica de una autoridad en la materia que ha
leído y comentado el libro; él dice:
Los taxonomistas están simplemente tratando de agrupar a los
organismos basándose en sus relaciones evolutivas y aú n
pasará mucho tiempo para que, alguna vez, sean unive rsalmente aceptadas.
4

Repaso
1. ¿Cuáles fueron las dos contribuciones más sobre los
salientes de Linnaeus a la taxonomía?
2. ¿Cuál es la mayor agrupación de la jerarquía filogenética?
3. ¿Qué ventajas tiene el empleo en taxonomía de los
nombres en latín?
4. ¿Cuáles características hacen difícil la clasificación de la
Euglena?
5. ¿Qué criterios se usa en la taxonomía?
Resumen
Durante los 2,500 millones de años que probablemente t iene la vida de existir, las fuerzas evolutivas
han producido un gran número de especies. Con la taxon omía se trata de ordenar la aparente
dispersión de organismos.

Carolus Linnaeus es la forma latinizada de Carl
von Linné. Nació en Suecia en 1707. Su padre,
ministro, mandó al joven Linnaeus a una escuela de
medicina. Al terminar los estudios de esta carrera
desarrolló su pasión por la clasificación y la
enseñanza; pasión que duró por el resto de su vida.
Fue un maestro entusiasta. Sus alumnos
contagiados por la pasión del maestro, hicieron
muchos trabajos de clasificación. Murió en Uppsala,
Suecia, en 1778.

Figura 11.9 La Euglena tiene características de
planta y de animal. El flagelo, la mancha óptica
y la boca son característicos de animales. ¿Cuál
es la característica de planta?
Tabla 11-2 “Perro” en ocho idiomas
A continuación se da una muestra de la
palabra “perro”, en diferentes idiomas:
Francés: chien
Alemán: hund
Italiano cane
Inglés: dog
Polaco: pies
Ruso: sabaka
Danés: hond
Hebreo: kelev

154. El Orden Salió del Caos 149
Los taxonomistas usan sistemas de clasificación basados en que, unos organismos son más parecidos a
otros y los agrupan en categorías. Los primeros cons ideraron la estructura superficial para la
clasificación. Los taxonomistas de los siglos 17 y 18 los clasificaron de acuerdo con los sistemas
“naturales”. Éstos estuvieron basados en semejanzas estructurales de los organismos.
Los taxonomistas modernos utilizan, modificado, el sistema de clasificación propuesto por Linnaeus en
1758. Actualmente, los organismos se agrupan por rela ciones evolutivas. Los organismos, con
relaciones evolutivas más estrechas, se agrupan juntos y los que presentan relaciones más distantes se
agrupan separadamente.
Los rasgos taxonómicos recomendados por Linnaeus, han sido i ncorporados a las clasificaciones
modernas. Los organismos agrupan en jerarquías filoge néticas, siendo un sistema de categorías más
específicas. Las principales categorías en orden descendente son: Reino, phylum, clase, orden, familia,
género y especie. Con el sistema binomial de Linnaeus se identifiquen las especies con dos nombres en
latín. El primer nombre se llama género, se escribe con letra mayúscula y cursiva; el segundo nombre,
la especie, con letra cursiva minúscula.
Todo sistema de clasificación siempre se discute. U n problema de discusión lo proporcionan los
organismos unicelulares, ya que no se pueden clasificar como plantas ni como animales. El sistema que
sigue a este capítulo es el que clasifique mejor las especies, de acuerdo con el criterio de bastantes
biólogos contemporáneos.
Preguntas de Repaso
1. Todos los sistemas de clasificación, ya sea de libros, automóviles o plantas, están basados en un
principio fundamental, ¿cuál es?
2. ¿Por qué es difícil al taxonomista describir todas las especies que se han descubierto y clasificado?
3. ¿Qué limitaciones impiden a un hombre ser experto en todos los organismos de una ciudad o un
estado?
4. ¿En qué difieren las bases actuales de clasificación, de las bases sugeridas por Linnaeus?
5. ¿Cuáles fueron las dos contribuciones más sobresalientes de Linnaeus para la taxonomía moderna?
6. ¿Cuáles son las categorías básicas en la jerarquía filogenética usada actualmente?
7. ¿De qué modo se ha modificado la jerarquía de Linnaeu s para incluir otros niveles en la
clasificación?
8. ¿Qué ventajas son más importantes para usar el nombr e científico en vez del común de los
organismos?
9. ¿Cuáles son las dos reglas para nombrar especies?
10. ¿Cuáles son los organismos responsables de muchas de las discusiones entre los taxonomistas?
Análisis y Aplicación
11. Los productos siguientes se pueden clasificar y agrupar en una gran categoría; después, en tres
subgrupos. Vea si puede adaptarlos a esa clasificación. ¿Hay otras maneras? Los productos son:
Micrófono, café, hombreras, programas, salchichas, yelm o, teléfono, fútbol, frazada, cinta, cámara
de televisión, empero de zapatos, máquina de escribir, pantalón.
12. ¿Cómo se beneficia a la taxonomía con las investigacion es a nivel molecular del DNA y las
proteínas?
13. Vea las páginas 272-275. ¿Qué tienen en común todos l os miembros del phylum artrópodos? ¿Qué
tienen en común todos los miembros de la clase insect os? De la lámina, ¿puedes determinar qué
tienen en común todos los miembros del orden coleóptero?
14. ¿Es posible que los organismos sean semejantes y sean de especies diferentes? ¿Podría explicarlo?
Obras de Consulta
Alston, R.E. y B.L. Turner. Biochemical Systematics. Prentice-Hall, 1963.
Benton, A.H. y W.E. Werner. Principles of Field Biology and Ecology. McGraw-Hill, 1958. En el Capítulo 3
se da una explicación acerca de los problemas que se encuentran en la clasificación de los organismos.
Bold, Harold C. The Plant Kingdom. 2ª ed. (libro de bolsillo). Foundations of Modern Biology Series.
Prentice-Hall, 1964.

155. El Orden Salió del Caos 150
Hanson, Earl D. Animal Diversity. 2ª ed. (libro de bolsillo). Foundations of Modern Biology Series.
Prentice-Hall, 1964.
Porter, Cedric L. Taxonomy of Flowering Plants. W.H. Freeman, 1960. Clasificación de plantas con
flores. Incluye la meta de la taxonomía resumen hist órico de ésta y su nomenclatura. Muestra la
construcción y uso de las claves para identificar los especímenes.
Referencias Bibliográficas
1 Verne Grant. The Origin of Adaptations. Columbia University Press, ©1963, p. 83.
2 Ibid. P. 81.
3 Ibid. P. 84.
4 Victor A. Greulach. Personal communication to Hugh P. McCarthy, febrero 10, 1966.

156. Un Sistema Moderno de Clasificación 151



Monera


Protista


Plantae
Un Sistema Moderno de
Clasificación
Este ensayo gráfico está basado en la
división de los organismos en cuatro
reinos: Las moneras, los protistas, las
plantas y los animales. Como dijimos
en el Capítulo 11, no todos los
biólogos aceptan un sistema de
clasificación. Algunos solamente
reconocen dos reinos: El de las plantas
y el de los animales. Otros prefieren
una tercera forma de dividir los seres
vivientes: Plantas, animales y
protistas. Así como hay discusión
acerca del número de reinos, también
la hay en el número de phyla. Por
esto, no todos los phyla están
representados aquí. En realidad, no
sería posible, ni deseable, intentar una
presentación completa. Sin embargo,
con el sistema abreviado de
clasificación presentada en estas
páginas, será posible apreciar la gran
diversidad de formas vivientes que
ayer la biosfera.


Animalia

157. Un Sistema Moderno de Clasificación 152


Clasificación de Organismos
en Cuatro Reinos
Este “árbol” ramificado indica una posible trayectoria de la evolución de la mayor parte de los
phyla. Note que las móneras y los protistas son los organismos más primitivos. Todas las demás
formas de visa se supone que han evolucionado de estas formas unicelulares.
Inicialmente, muchos de los nombres pueden parecerles asombrosos, sin embargo, recordando
esta página mientras vamos estudiando este ensayo, se podrá entender la utilidad de estos
nombres.

158. Un Sistema Moderno de Clasificación 153

Móneras. Todos los miembros de este reino son
unicelulares. Todos ellos carecen de un núcleo
organizado y la generalidad se reproduce por
división celular asexual.
En este grupo de bacterias se pueden ver sus tres f ormas primarias: Bastones, esferas y espirales.



Proteus vulgaris, bacteria

Phylum Schizophyta, bacteria.
(Del griego schizein dividir + phyton planta).
Las bacterias son microorganismos unicelulares que carecen de
clorofila. Este phylum incluye algunos de los seres vivientes
más pequeños que se conocen.


Nostoc, alga azul-verde

Phylum Cyanophyta, algas azul-verdes.
(Del griego kyanos pigmento azul oscuro + phyton planta)
Las algas azul-verdes poseen clorofila y un pigmento azul, la
ficocianina, pueden existir solas, en forma de filamentos o en
pequeñas colonias.

159. Un Sistema Moderno de Clasificación 154


Protistas. Comprenden un amplio reino
que incluye a muchos organismos
unicelulares pues tienen, a la vez,
características de plantas y animales. Las
células tienen núcleo definido. Aunque los
organismos de algunas especies son
multicelulares, las células están
organizadas en tejidos u órganos.
Nemalion, un alga roja que crece en aguas de la mar ea.



Gloeomonas ovalis, alga verde

Phylum Chlorophyta, algas verdes.
(Del griego chloros verde + phyton planta).
Estos microorganismos son autótrofos, se encuentran
principalmente en forma unicelular, son de agua dulce. Algunos
forman colonias, viven en agregados celulares y se reproducen
sexual y asexualmente.


Chrysosphaerella longispina, alga parda-
dorada

Phylum Chryosophyta, algas doradas.
(Del griego chrysos oro + phyton planta)
Algas autótrofas unicelulares, pueden presentarse com o
colonias y como filamentos. Incluye a las diatomeas,
organismos menudos marinos y de agua dulce, tienen
hermosas cápsulas de sílice simétricas.

160. Un Sistema Moderno de Clasificación 155

Fucus vesiculosus, alga parda

Phylum Phaeophyta, algas pardas.
(Del griego phaios color del polvo + phyton planta)
Estos microorganismos son autótrofos multicelulares con una
pared de celulosa y pectina. Incluyen las algas marinas de mayor
tamaño.


Asterocystis smaragdina, alga roja

Phylum Rhodophyta, algas rojas.
(Del griego rhodon rosa + phyton planta)
El pigmento rojo oscuro de estas algas marinas multi celulares
autótrofas les permite efectuar la fotosíntesis a una mayor
profundidad que la mayoría de las algas marinas. La mayoría de
ellas son multicelulares y delicadamente ramificadas.


Trypanosoma gambiense , causante
del mal del sueño (encefalitis
letárgica) en el hombre

Phylum Mastigophora, flagelados.
(Del griego mastix flagelo + phoros llevar)
Estos organismos son heterótrofos y existen tanto en form a de
parásitos como libres. Se mueven batiendo su flagelo o látigo.


Amoeba proteus, amiba común

Phylum Rhizopoda, amibas.
(Del griego rhiza raíz + pod pie)
Los rizópodos no tienen forma definida. Se mueven exte ndiendo
su citoplasma, llamada seudópodo. Algunos de estos org anismos
heterótrofos tienen cápsula.


Paramecium caudatum, ciliado
común de las aguas estancadas

Phylum Ciliophora, ciliados.
(Del latín nuevo cilium pelo + del griego phoros llevar)
Los ciliados tienen la estructura más compleja de t odos los
organismos unicelulares. Estos heterótrofos tienen su cuerpo
cubierto de cilios o pelos que les ayudan a desplazars e en el
agua.

161. Un Sistema Moderno de Clasificación 156

Plasmodium malariae, causante de la
malaria

Phylum Sporozoa, formadores de esporas.
(Del latín nuevo spor semilla + del griego zoion animal)
Estos diversos grupos de heterótrofos se encuentran en diversas
formas, presentan un ciclo de vida complejo. Los miembro s de
este phylum son parásitos y muchos de ellos causan
enfermedades al hombre.


Stemonitis fusca, moho del fango

Phylum Myxomycophyta , moho del fango.
(Del griego myxa fango + mykes hongos)
Estos organismos son heterótrofos, tienen células como la s
amibas, se agrupan para producir un organismo como “pl anta que
da frutos”.



Phylum Mycophyta, hongos.
(Del griego mykes hongos + phyton planta)
Los hongos son un phylum heterótrofo; la mayoría son sap rófitos
o parásitos. Están formados de filamentos, adquieren di versas
formas.

Mohos de Penicillium semejantes a
éste (arriba), son los hongos que
inhiben el crecimiento de las
bacterias. Estos mohos se llaman
antibióticos. Algunos mohos son
útiles, como los que dan aroma y
gusto al queso.
Las setas (derecha) y la levadura
(extremo) representan otras dos
clases de hongos.

162. Un Sistema Moderno de Clasificación 157


Plantas. El sistema de clasificación que considera
cuatro reinos, clasifica como plantas los organismos
multicelulares autótrofos que poseen clorofila (con
excepciones, véase “pipas indias” en la Pág. 106). Las
plantas, con excepción de las briofitas, se caracterizan
por tener raíces, tallos, hojas y vasos conductores para
el transporte de alimentos y agua. Presentan una
alternancia de generaciones, sexual y asexual, en s u
ciclo de vida. Las paredes celulares de las plantas están
constituídas por celulosa.
Lianas de 25 metros de largo, de un árbol de liquid ámbar, en un bosque subtropical.




Phylum Bryophyta, briofitas.
(Del griego bryon musgo + phyton planta).
Estas pequeñas plantas no son vasculares y se encue ntran en
lugares húmedos. No tienen raíces, tallos ni hojas. Las biofitas
incluyen los musgos, las hepáticas y las acuáticas d e hojas
corniformes. En la foto se ve una Merchantia, es una planta
hepática.

Phylum Tracheophyta, plantas vasculares.
(Del latín trachia conducto + phyton planta)
Plantas vasculares, tienen vasos para conducir el agua y los alimentos. Este phylum incluye árboles,
plantas leñosas y helechos.

163. Un Sistema Moderno de Clasificación 158
Phylum Tracheophyta


Cepillos de helechos (izquierda); plantas sin hojas ni raíces, que se consideran entre las traqueófitas
más primitivas. Sólo existen dos géneros.
Colas de caballo (centro); plantas que se encuentran rara vez, parecen ramas sin hojas. En un examen
minucioso se pueden ver las hojas ordenadas en verticilos a lo largo de la planta.
Licopodios (derecha); constituyen el tercer grupo de las traqueófitas. Son plantas diminutas con hojas
muy pequeñas, ordenadas en espiral, Lycopodium y Selaginella son dos especies muy comunes de
estos licopodios.
La cuarta subdivisión de las traqueófitas incluye los helechos, gimnospermas y angiospermas.

Helechos

Clase Filicineae, helechos.
(Del latín filix helecho)
Los helechos son plantas vasculares; se reproducen má s bien por
esporas que por semillas.


Gimnospermas

Clase Gymnospermae , coníferas.
(Del griego gymnos desnudo + sperma semilla)
Grupo de plantas vasculares, productoras de semillas, con raíces
verdaderas y tallos; muchos de sus miembros tienen h ojas
pequeñas como agujas. Las semillas son producidas en forma de
piña.

164. Un Sistema Moderno de Clasificación 159

Angiospermas

Clase Angiospermae , plantas con flores.
(Del griego angos recipiente + sperma semilla)
Plantas vasculares; tienen raíces verdaderas, tallos y hojas. Las
semillas se producen en los ovarios de las flores, que maduran
para ser frutos. Existen dos subclases: Dicotiledónea s y
Monocotiledóneas.
Los haces vasculares en los tallos de las dicotiledóneas están ordenados; en las monocotiledóneas,
están dispersos en él. En las dicotiledóneas, las flores tienen pétalos en grupos de cuatro o cinco; en las
monocotiledóneas tienen tres pétalos o múltiplos de tres . Las nervaduras en las hojas de las
dicotiledóneas están ramificadas formando una fina mal la; en las monocotiledóneas están paralelas
unas a otras.

Hoja de dicotiledónea

Tallo de dicotiledónea

Flor de dicotiledónea

Hoja de monocotiledónea

Tallo de monocotiledónea

Flore de monocotiledónea

165. Un Sistema Moderno de Clasificación 160


Animales. La mayoría son capaces de moverse,
responden a estímulos. Para ser incluídos en el rein o
animal, casi todos los taxonomistas están de acuerdo
que estos organismos deben ser heterótrofos, para que
asimilen los alimentos. Muchos organismos que se
consideran como animales, antes se creía que eran
plantas porque permanecían fijos en su lugar durant e
su vida. Sus células no presentan pared celular.
Esta medusa se alimenta aprisionando con sus tentác ulos organismos microscópicos.


Scypha, esponja con copete

Phylum Porifera, esponjas.
(Del latín porus poro + ferre portador)
Las esponjas tienen muchos poros por donde reciben el oxígeno y
los alimentos. Aunque tienen células especializadas, no tienen
tejidos ni órganos. Son estacionarias cuando son adultas.


Metridium marginatum, anémona
marina

Phylum Coelenterata, celenterados.
(Del griego koilos agujero + enteron intestino)
La hidra, anémonas y medusas son ejemplos de celente rados.
Cada organismo posee tentáculos que tienen células ur ticantes,
intestino con una sola abertura y cuerpo son simetría radial.

166. Un Sistema Moderno de Clasificación 161


Fasciola hepática, duela del hígado del carnero

Dugesia tigrina, planaria

Taenia saginata, solitaria del buey
Phylum Platyhelminthes, gusanos planos.
(Del griego platys plano + helmis gusano
intestinal)
El cuerpo aplanado los distingue de la mayoría de
otros gusanos. Su intestino sólo tiene una
abertura. Muchos de estos gusanos planos son
parásitos.


Ascaris lumbricoides, gusano redondo intestinal

Chaetonotus anomalus, gastriótico

Synchaeta oblonga, rotífero
Phylum Aschelminthes, animales parecidos a los
gusanos, no segmentados.
(Del griego askos vejiga + helmis gusano
intestinal)
Phylum muy diverso, incluye tipos de animales no
segmentados. La mayoría se parece a los
gusanos. El intestino de estos animales tiene dos
aberturas y el cuerpo cubierto por una cutícula.

167. Un Sistema Moderno de Clasificación 162


Gloripallium pallium, concha de manto

Helix aspersa, caracol de jardín

Eledone cirrhosa, pulpo
Phylum Mollusca, moluscos.
(Del latín molluscus blando)
Este gran phylum incluye caracoles, ostras,
almejas y calamares. El cuerpo blando de estos
organismos, generalmente está protegido por una
concha exterior. Algunos presentan conchas en su
interior. El intestino tiene dos aberturas. Tienen
un pie muscular que está colocado centralmente
en la mayoría de las especies.


Lumbricus terrestris, lombriz de tierra

Nereis virens, lombriz de arena

Helobdella fusca, sanguijuela babosa
Phylum Annelida, animales segmentados.
(Del latín annelus pequeños anillos)
La lombriz de tierra, lombriz de arena y la
sanguijuela son gusanos segmentados. El cuerpo
de estos animales segmentados, en general, se
presenta como un tubo dentro de otro tubo.

168. Un Sistema Moderno de Clasificación 163


Dermanyssus gallinae, garrapata

Phylum Arthropoda, artrópodos.
(Del griego arthron articulación + pod pie)
Este filo constituye más de las tres cuartas partes de las especies
de animales conocidos. Están caracterizados por tener un cuerpo
segmentado, las patas articuladas, un exoesqueleto pr otector,
corazón dorsal y cordón nervioso ventral.


Centuroides, alacrán

Leiobunum rotundum, araña patona

Argiope aurantia, araña de jardín
Clase Arachnida.
Esta clase de artrópodos incluye las arañas,
alacranes, arañas de patas largas, ácaros y
gorgojos. Todos los arácnidos tienen cuatro pares
de patas. Se encuentran en todas partes.

169. Un Sistema Moderno de Clasificación 164


Oniscus asellus, chinche de agua

Callinectes sapidus, cangrejo azul

Balanus balanoides, percebes

Chyclops albidus, cíclope

Daphnia pulex, pulga de agua
Clase Crustacea.
Ejemplos de crustáceos:
Camarón, cangrejo, langosta,
pulga de agua y percebes o
lapas. Éstos animales son
principalmente acuáticos y
marinos; tienen dos pares de
antenas y patas adaptadas para
nadar y agarrarse.

Clase Insecta, insectos.
Esta clase es la más extensa; los insectos comprenden el 75% de todas las especies de animales
conocidos. Se caracterizan por tener tres pares de pa tas, superpuesta formado por tres elementos:
Cabeza, tórax y abdomen, su exoesqueleto es quitinoso. En las imágenes siguientes se muestran los
insectos representativos de 29 órdenes. Nótese la gran diversidad que hay dentro de una sola clase.
1. Tisanuros – pececillo de plata y lepisma
2. Proturos – proturo
3. Colémbolos – cola de resorte
4. Efemerópteros – efímera
5. Odonatos – libélula
6. Plecópteros – mosca de piedra y pérfidos
7. Grilloblattodeos – grillo cebollero
8. Ortópteros – langosta
9. Fásmidos – insecto palo
10. Dictyopteros – cucaracha, mantis religiosa
11. Dermápteros – tijereta, tijerilla
12. Embiópteros – hilandero o tejedor
13. Isópteros – termita o terme
14. Zorápteros – zorápteros
15. Psocópteros – piojo de árbol, psocópteros
16. Malófagos – piojo masticador
17. Anopluros – piojo o piojo chupador
18. Hemípteros – chinche arlequín
19. Homópteros – pulgón o áfido, cigarra
20. Tisanópteros – trípido
21. Neurópteros – crisopa
22. Mecópteros – mosca alacrán
23. Lepidópteros – mariposa monarca
24. Tricópteros – gusano de paja
25. Dípteros – mosca verde (verdadera)
26. Sifonápteros – pulga
27. Himenópteros – avispa, hormigas y abejas
28. Coleópteros – escarabajo
29. Strepsiptera – insecto de alas entrelazadas

170. Un Sistema Moderno de Clasificación 165
1. Pececillo de plata
2. Próturo
3. Cola de resorte
4. Efímera
5. Libélula
6. Mosca de piedra
7. Grillo cebollero
8. Langosta
9. Insecto palo
10. Cucaracha
11. Tijereta europea
12. Hilandero

171. Un Sistema Moderno de Clasificación 166
13. Termita
14. Zoráptero
16. Piojo masticador
17. Piojo
15. Piojo de árbol
18. Chinche arlequín
19. Pulgón
20. Trípido
21. Crisopa
22. Mosca alacrán
23. Mariposa
monarca
24. Gusano de paja
25. Mosca verde 26. Pulga

172. Un Sistema Moderno de Clasificación 167
















Pseudechiniscus suillus, osito
acuático

Phylum Tardigrada, osito acuático.
(Del latín tardus lento + gradus paso)
Los tardígrados son organismos acuáticos diminutos que pueden
permanecer durante largos periodos en temperaturas b ajas y
lugares secos. Sus gordos cuerpos cilíndricos con cuatro pares de
patas están cubiertos por una delgada cutícula.


Peripatus

Phylum Onychophora , onicóforos.
(Del griego onych garras + phoros portar)
Estos organismos están representados típicamente por peripatus,
que combinan las características de los anélidos y art rópodos.
Tienen pequeñas patas con garras, un par de antenas y una
delgada cubierta de cutícula.


Terebratalia, almeja

Phylum Brachiopoda, almejas.
(Del latín brachio brazo + pod pie)
Estos organismos marinos se parecen mucho a los moluscos , a tal
grado que fueron considerados largo tiempo, erróneamen te como
moluscos. Todos poseen un pequeño tallo adherido al sustr ato y
tentáculos para tomar su alimento del agua.

27. Avispa
28. Escarabajo
29. Insecto de alas
entrelazadas

173. Un Sistema Moderno de Clasificación 168


Asterias rubens, estrella de mar

Cucumaria frondosa, pepino de mar

Centrostephanus longisphinus, erizo de mar
Phylum Echinodermata, equinodermos.
(Del latín echin espina + del griego derma piel)
Los organismos de piel con espinas están incluídos
en este phylum. Por ejemplo, la estrella de mar, el
erizo de mar y el pepino de mar. Todos los
miembros de este grupo son marinos y viven
principalmente en el fondo del mar.

Phylum Chordata, cordados.
(Del latín chorda cuerda)
Este extenso phylum instruye organismos muy variados , desde la jeringa marina, los anfioxos hasta el
hombre. La característica más sobresaliente de los cordados es la presencia, en algún período de su
vida, de una nosocorda – una columna flexible, ya sea de cartílago o de hu eso. En los cordados
superiores – aquellos del subphylum Vertebrata – la nosocorda existe sólo en ciertas etapas
embrionarias y posteriormente, se transforma en column a vertebral o espina dorsal. El phylum se
divide en tres subphyla: Urochordata, Cephalochordata y Vertebrata.

Ciona intestinalis, jeringa de mar

Subphylum Urochordata . Ascidia (tunicado). Los tunicados o
jeringas de mar, cuando son adultos se vuelven estaci onarios.
Presentan un cerebro primitivo y se supone que este subphylum
dio lugar a los otros dos subphyla, que se encuentran a la
derecha.

174. Un Sistema Moderno de Clasificación 169

Amphioxus, lanceta

Subphylum Cephalochordata . Las lancetas anfioxos tienen el
cuerpo aplanado y puntiagudo. La nosocorda recorre todo su
cuerpo. La boca tiene una malla de pelos sensitivos y el cuerpo
está perforado por muchas branquias.


Sciurus vulgaris, ardilla

Subphylum Vertebrata. Los vertebrados reciben este nombre
debido a los gruesos o vértebras cartilaginosa es que poseen. En
las siguientes páginas se examinarán las siete clas es de
vertebrados.
Phylum Chordata
Peces
Durante mucho tiempo todos los peces fueron considerados como miembros de una sola clase de
vertebrados. Sin embargo, actualmente han sido divididos en tres clases, por considerar las grandes e
importantes diferencias que presentan. Las tres clases son: Peces sin mandíbula (Clase Agnatha);
peces cartilaginosos (Clase Chondrichthyes); y peces óseos (Clase Osteichthyes).

Lamprea de mar

Clase Agnatha, peces sin
mandíbulas


Tiburón

Manta raya

Quimera
Clase Chondrichthyes, peces cartilaginosos

175. Un Sistema Moderno de Clasificación 170

Clase Osteichthyes, peces con huesos





















Ajolote

Salamandra

Sapo americano
Clase Amphibia, anfibios.
Las ranas, ajolotes y salamandras son anfibios. Se caracterizan por poseer una piel lisa y húmeda y por
tener que depositar sus huevos en el agua, de la cual dependen, porque en ciertos períodos respiran
por medio de branquias. El corazón de estos animales está dividido en tres cavidades.
Celacanto
Bichir del Nilo
Esturión
Arenque
Salmón
Macarela

176. Un Sistema Moderno de Clasificación 171


Tuatera

Tortuga

Lagartija

Cocodrilo

Serpiente
Clase Reptilia, reptiles.
Todos los reptiles tienen la piel
seca, cubierta por unas placas
córneas o escamas. Los reptiles
son de respiración pulmonar y al
igual que los anfibios, son de
sangre fría. El corazón de los
reptiles también es de tres
cavidades.

Phylum Chordata
Clase Aves, pájaros.
Las características que distinguen a los pájaros de los demás animales son: Sus miembros anteriores
modificados en alas; su cuerpo cubierto de plumas; c arecen de dientes; su corazón tiene cuatro
cavidades. Los pájaros de las imágenes representan sus 27 órdenes. Los primeros cinco son incapaces
de volar; la facultad de volar no es una característica esencial de las aves. De todas las órdenes de
pájaros el más pequeño es el llamado zorzal.
1. Pingüino
2. Avestruz
3. Casuario
4. kiwi
5. Ñandú
6. Tinamú
7. Somorgujo
8. Colimbo
9. Petrel, albatros
10. Pelícano, bubia, corvejón
11. Cigüeña, garza, flamingo
12. Pato, cisne, ganso
13. Halcón, águila, zopilote
14. Faisán, quails, guajolote
15. Grulla, Lingplains, ave zancuda
16. Avefría, gallineta, gaviota
17. Paloma, pichón
18. Perico, guacamaya, periquito
19. Coucal, cuclillo
20. Búho, lechuza
21. Chotacabras americana
22. Colibrí, vencejo
23. Pájaro ratón
24. Trogón
25. Martín pescador, cálao
26. Tucán, pájaro carpintero
27. Zorzal, alondras, calandrias

177. Un Sistema Moderno de Clasificación 172
1. Pingüino 2. Avestruz
3. Casuario 4. Kiwi
5. Ñandú
6. Tinamú
7. Somorgujo
10. Pelícano
12. Pato
13. Halcón
14. Faisán
15. Grulla
8. Colimbo
9. Petrel
11. Cigüeña

178. Un Sistema Moderno de Clasificación 173




































17. Paloma
18. Perico
19. Coucal
20. Búho
21. Chotacabras
22. Colibrí
23. Pájaro ratón
25. Martín pescador
16. Avefría
26. Tucán
27. Zorzal
24. Trogón

179. Un Sistema Moderno de Clasificación 174
Phylum Chordata
Clase Mammalia, mamíferos.
Los mamíferos alimentan a sus hijos con leche cuando son pequeños y casi todos – una excepción es la
ballena – tienen el cuerpo cubierto de pelo. La mayoría tiene dientes y todos tienen corazón con cuatro
cavidades; son de sangre caliente. Los diferentes órdenes de los mamíferos están en la lista de abajo y
se representan por las imágenes de la derecha.
1. Monotremas – ornitorrinco, esquidnas
2. Marsupiales – canguro, tlacuache (zarigüeya)
3. Insectívoros – musaraña, topo
4. Dermápteros – colugo, vampiro
5. Quirópteros – murciélago
6. Primates – lémur, mono, simio y hombre
7. Desdentados – perezoso
8. Folidotos – pangolino
9. Lagomorfos – liebre, conejo
10. Roedores – rata, ratón, ardilla
11. Cetáceos – delfín, ballena
12. Carnívoros – lobo, gato, foca
13. Tubulidentados – cerdo hormiguero
14. Proboscídeos – elefante
15. Hiracoideos – damán
16. Sirénidos – vaca marina
17. Perisodáctilos – cebra, rinoceronte
18. Artiodáctilos – cerdo, venado, antílope









5. Murciélago
4. Colugo
3. Topo
7. Perezoso
8. Pangolino
6. Gorila
1. Ornitorrinco 2. Canguro

180. Un Sistema Moderno de Clasificación 175















9. Liebre
10. Rata noruega
11. Orca
12. Ocelote
13. Cerdo hormiguero
14. Elefante
15. Damán
16. Vaca marina
17. Cebra
18. Gacela

181. 176

Parte II
Modelos de Estructuras y Función en los Organismos
Tres funciones básicas – transformación de energía, regulación y reproducción – se efectúan dentro
de la célula. Pero, ahí son huéspedes de otras funcio nes que también se efectúan dentro de los
organismos, siempre que las tres funciones básicas co ntinúen normalmente. Estas “otras” funciones
junto con sus estructuras asociadas, forman el contenido que se va a estudiar en la Parte II.
Las funciones de “transporte” son un grupo de funciones vitales dentro de los organismos. Cuando
la energía se transforma en la mitocondria de células heterótrofas, puede estar presente el oxígeno.
¿Cómo llegó ahí? Sabes cómo comenzó su viaje hasta la célula de un organismo como el tuyo. Es
inhalado de la atmósfera por las funciones combinadas de la respiración, músculos asociados y
conductos pulmonares. Pero eso es solamente el comien zo. El oxígeno pudo ser absorbido por la sangre
y transportado, “sondeando el sistema”, hasta llegar al medio ambiente inmediato de la célula.
Entonces se mueve desde el ambiente exterior de la célula, cruza la membrana celular y entra en la
mitocondria. Esto es efectivamente un viaje y en cas o que algunas de las funciones se perturben,
impedirá el transporte de esta materia vital y cesará la transformación de la energía. El resultado es un
completo desorden, es decir, la muerte.
Hay otros tipos de funciones tan importantes, tales como las funciones de transporte. Las funciones
de la digestión preparan grandes cantidades de moléculas de comida para que puedan ser absorbidas y
transportadas por las células. Muchas funciones importantes están complicadas en la comunicación de
miles, millones o billones de células que componen los organismos multicelulares. Muchas de estas
funciones se efectúan por células especializadas de un sistema nervioso. Otras funciones transmisoras
son efectuadas varios mensajeros químicos, tal como el sistema endócrino productor de hormonas.
También hay funciones de defensa y reparación, las cuales permiten al organismo expulsar a los
invasores exteriores y reparar el daño causado por cada uno de ellos.
Haciendo caso omiso de lo bien que se efectúan todas es tas funciones vitales y cómo se efectúan
en cada organismo individual, sede que no lo manten drán vivo indefinidamente. Morir es destino final
de todo organismo por lo tanto, algún otro grupo genera l de funciones, de reproducción y desarrollo,
capacitan al organismo para perpetuarse antes que las fuerzas del desorden lo destruyan. De todas las

182. 177
funciones, al del desarrollo es una de las más complejas y escasamente entendida. El desarrollo es el
proceso por el cual un individuo, organismo multicelular, se origina de una sola célula.
La naturaleza del organismo individual depende de la función interacción de los genes con el medio
ambiente. El ambiente del individuo varía, pero el gen complementario de los padres es heredado en
cantidades limitadas por cada nuevo individuo. Por consiguiente, en cierto modo, la naturaleza de un
nuevo individuo es predecible cuando el gen complement ario, llevado por cada padre se conoce. Un
conocimiento básico de genética – ciencia que procura entender la función e interacción de los genes y
el medio ambiente – proporciona un remate ideal para l os otros conocimientos de funciones básicas
vistas en esta Parte II.

183. 178
Unidad Cuatro
La Vida en sus Formas más Simples
En el siglo XVII, Leeuwenhoek descubrió un hecho import ante sobre la vida en la Tierra: La mayor
parte es invisible. Cuando examino sus raspaduras d entales al microscopio halló que, “todas las
personas que viven en la Unión de Países Bajos no son tan numerosos como los animales que viven y
transporto cada día en mi propia boca”.
1

Desde los hallazgos de Leeuwenhoek, la microbiología ha progresado como una importante rama de
la biología. De esta unidad entenderá por qué el estudio de los microbios es importante primero, se
estudiará el campo de los virus, partículas diminutas que representan “el umbral de la vida”. Las
investigaciones con virus han originado conocimientos m édicos de gran valor y nos han ayudado a
comprender el control de los mecanismos celulares de importancia fundamental en todos los campos de
la biología.
Después de los virus, estudiará las bacterias y otr os organismos unicelulares. Estos
microorganismos son importantes por sí mismos; más desde el punto de vista experimental, porque su
estructura celular se adapta directamente a cualquier circunstancia que el investigador desee crear.
Verá como los microbios han ayudado a que los biólogos com prender los procesos celulares, como los
que se efectúan en los organismos más complejos.
1
Leeuwenhoek. Clifford Dobell, ed. y trad. Antony van Leeuwenhoek and “His Little Animals” . Harcourt, Brace &
World, Inc., Copyright 1932, p. 243.

184. El Umbral de la Vida 179

Esta máquina compleja se usa para analizar la “capa ” proteica de los virus.
… la vida de los virus se encuentra ataviada con sus máximas
desnudeces esenciales. 1
R.S. Edgar
Capítulo 12
El Umbral de la Vida
Este capítulo trata de los virus. A menudo este término hace pensar a la gente en
“chinches” muy pequeñas o gérmenes que causan epide mias de sarampión o influenza.
Hasta cierto punto es una apreciación lógica. Los virus son sumamente pequeños y son la
causa de enfermedades eruptivas, gripales e infecci osas. Para los biólogos, el virus
representa algo más que un agente de enfermedades. En dos décadas, los investigadores
han obtenido nuevas informaciones acerca de los virus. Este conocimiento muestra que el
virus es la única forma de vida que está literalmente “en el umbral de la vida”, puesto que el virus tiene
características de materia no viviente, así como de materia viviente (la célula). Este “umbral” natural de
los virus permite el biólogo ver la vida en su nivel más simple. En este capítulo veremos cómo el
estudio de los virus ha ayudado extraordinariamente a un mejor conocimiento de la célula.
Naturaleza de un Virus
¿Qué es un virus? ¿Qué hacen? Los primeros hombres q ue se hicieron estas preguntas fueron
médicos interesados en el dominio de enfermedades prod ucidas por virus. Los resultados de sus
investigaciones atrajeron a físicos, bioquímicos y bi ólogos que tenían intereses más amplios.
Actualmente, la virología, el estudio de los virus, es de los campos más conocidos y amplios de la
investigación biológica. Veamos por qué.
12-1 La primera enfermedad viral es vencida. Edward Jenner, médico rural inglés, observó que
cualquier ordeñador hubiese contraído una infección “vacuna” no contraía la viruela. La “vacuna” es una
enfermedad semejante a la viruela, pero mucho más at enuada. Deliberadamente, Jenner inoculó a su
propio hijo el pus de la llaga de una “vacuna” que tomó de la mano de una ordeñadora. Le salieron al
niño grandes costas pero le fueron desapareciendo. Nu evamente fue inoculado muchas veces con pus

185. El Umbral de la Vida 180
de las llagas de las viruelas sin contraer nunca la enfermedad. El niño estaba inmunizado. Este proceso
de inmunización o llamado vacunación. Probablemente todos tenemos una cicatriz de vacuna , por la
aplicación del descubrimiento de Jenner.
Los experimentos de Jenner ayudaron a dominar la vir uela que en Europa
causaba la muerte a una de cada 10 personas. El desc ubrimiento de 1796 marcó
el camino para que otros científicos con la adopción de métodos semejantes
dominaran otras enfermedades.
A pesar del éxito, Jenner no tuvo la menor idea sobre que causaba la
“vacuna” o la viruela. Como otros médicos de su época pensó que el origen de
esas enfermedades procedía del pus, materia líquida que se producía en las
llagas. Antes del experimento de Jenner, cierto líquido producido por una herida
había sido llamado “virus” que literalmente significa “veneno”. Ahora sabemos
que la causa de ambas enfermedades – “vacuna” y vir uela – se debe a unas
partículas sumamente pequeñas de materia que se enc uentran suspendidas en el
líquido. La partícula misma y no el líquido es lo que ahora se llama “virus”.
12-2 De los virus filtrables a los virus cristaliza dos. Louis Pasteur y sus
contemporáneos reconocieron la importancia de “virus” co mo un agente de
enfermedades. A diferencia de las bacterias que siempre fueron encontradas en
ciertas enfermedades, las partículas de materia en las enfermedades producidas
por virus nunca se pudieron descubrir con el microscopio. Más aún, los filtros de
porcelana finos que se usaban para separar las bacte rias de los líquidos no
sirvieron para retener los virus. Éstos pasaban fácilmente a través de los filtros
sin ser retenidos. Todavía a principios de la década de 1930, cuando los
investigadores se referían a estos agentes desconocidos de enfermedades, los
llamaban virus filtrables.
En la década de 1930 dos descubrimientos clave ayudar on a comprender la misteriosa naturaleza
de los virus filtrables. El primero fue en 1931 cuando el científico inglés, Dr. William Elford, ideó unos
filtros con pequeñísimos orificios. Con estos filtros pudo separar el agente infeccioso de los líquidos,
llegando a la conclusión que los virus eran partículas sólidas. Otros científicos que había observado en
células enfermas unas partículas diminutas no conoci das todavía, se preguntaron si el virus sería
realmente un organismo viviente extraordinariamente p equeño. Esta última conjetura se contradijo
pronto con los resultados del segundo descubrimiento importante de esa década, la cristalización de un
tipo de virus hecha por el Dr. Wendell Stanley en 1935.
El Dr. Wendell Stanley, bioquímico estadounidense, estaba
perplejo con la misteriosa naturaleza de esos fluídos que eran
capaces de producir efectos tan poderosos en los organismos.
Dijo:
Me pareció… que la actividad biológica representada u n
virus dado, debía pertenecer a alguna entidad tangi ble
y… que por métodos químicos sería posible purificarla,
concentrarla y finalmente aislar esta entidad.
2

Específicamente, Stanley creyó que el virus es una
molécula proteica. Usando técnicas similares a las qu e
antiguamente usaron los químicos para purificar las enzimas (proteínas), emprendió la purificación del
virus que causa una enfermedad en las hojas de la p lanta del tabaco. Afortunadamente, este virus,
llamado virus del mosaico del tabaco (VMT) era muy estable y por esta razón, resistió los rigores del
tratamiento químico de Stanley. Después de un trabaj o intenso, Stanley redujo alrededor de una
tonelada de plantas de tabaco infectadas a menos de una cucharada de polvo cristalino blanco. Ante el
asombro e incredulidad de algunos de sus colegas, demos tró que los cristales eran unas 1,000 veces
más infecciosos que el líquido tomado de una planta infectada.
Los trabajos de Stanley fueron confirmados por otros químicos. Más tarde, no hubo ya duda alguna
que los virus eran realmente partículas de materia sumamente pequeñas. Después, en esa misma
década, otros científicos aprendieron a usar el microsc opio electrónico, recientemente inventado.

Figura 12.1 la escultura de
arriba muestra a Jenner
aplicando el pus de la “vacuna”
en unos rasguños hechos en el
brazo de su propio hijo. Fue una
hazaña valerosa, que tanto a él
como a su método de
inmunización los hizo famosos en
el mundo.
Wendell M. Stanley ganó el
Premio Nóbel en 1946 por su
trabajo en la cristalización de
la proteína del virus del
mosaico del tabaco. Desde
1948 está en el personal
directivo del Laboratorio de
Virología en la Universidad de
California en Berkeley. Es el
jefe de este departamento
desde 1958.

186. El Umbral de la Vida 181
Algunas micrografías, “velludas y distorsionadas”, revelaron la forma de vara o esférica de ciertos virus.
Por otra parte, algunos virus más grandes fueron obse rvados con el microscopio óptico. Éstas
observaciones despertaron la curiosidad de varios cie ntíficos estaban interesados en los virus. La
pregunta ¿qué son los virus? permaneció casi sin respuesta.
12-3 Virus bacterial es ayudar a confirmar la impor tancia del DNA.
Cuando un químico hace la pregunta ¿cuál? Generalment e preguntan, ¿cuál
es la naturaleza molecular de la sustancia? La naturaleza molecular de los
virus fue parcialmente determinada en los años de 1 930. Después se
descubrió, como Stanley lo había predicho, que los virus contenían proteínas.
Pero eso no era todo. Siempre uno de los dos ácidos nucleicos – DNA o RNA
– esta presente, aunque en cantidad menor que las pr oteínas. Los
investigadores se interesaron más en el papel correspondiente a la parte de
ácidos nucleicos de los virus, especialmente después de los descubrimientos
de Avery, MacLeod y de McCarthy. En el Capítulo 6 vimos que en 1944 estos
científicos anunciaron al DNA como agente transformador de bacterias.
En 1952 dos virólogos, A.D. Hershey y Martha
Chase, publicaron los resultados de sus
experimentos que ayudaron a contestar la
pregunta: ¿Qué hacen los virus? Efectuaron sus
experimentos en una cepa del virus que ataca y destruye la bacteria llamada
E. coli. Siendo E la abreviatura del largo nombre Escherichia*, género al que
esta bacteria pertenece. Es una bacteria común que se encuentran intestino
grueso o colon de los animales. La cepa particular d e virus que se usó –
conocida como T2 – pertenece al grupo general llamado virus bacteriales o
bacteriófagos. Los virus bacteriales tienen un DNA central. Muchos tienen
una “capa” de un tipo especial de proteína que da lo s virus una forma
semejante a la de un renacuajo (véase la Fig. 12.3).
*Escherichia, de Escherich, bacteriólogo quien prim ero descubrió este tipo de
bacteria. N. del T.
Hershey y Chase trataron de descubrir qué ocurría exactamente cuando
el virus T2 infecta la célula bacteriana. ¿El virus penetra entero en la célula?
Los primeros experimentos habían revelado que bajo cier tas condiciones, el
virus T2 expulsa su DNA central dejando la cubierta proteica. ¿Podría suceder
lo mismo con el virus infecta la célula?
Para descubrir lo que ocurría, estos científicos cultivaron E. coli en un
medio que contenía azufre y fósforo radioactivos. El átomo de azufre es un componente de ciertos
aminoácidos. De este modo, el “cálido” azufre (radiactivo) se incorpora rápidamente a muchas de las
proteínas bacteriales. Debe recordar que el fósforo es un átomo que se encuentren los nucleótidos de la
molécula DNA. Hershey y Chase encontraron que los vi rus T2 que infectaban las células E. coli
radiactivas se reproducían dentro de ella y se “marcaban” a sí mismos. Las cubiertas proteínicas de los
virus quedaron marcadas con azufre reactivo y su DNA con fósforo radiactivo.
Después de haber marcado los virus
T2 de esta manera, Hershey y Chase
transfirieron éstos virus a cultivos no
radiactivos de bacterias E. coli. Se
separaron del cultivo muestras de
bacterias y se mataron a intervalos
después de exponerlas al T 2 radiactivo.
Así, la interesante pregunta podría ser
contestada. Si ambos, la proteína y el
DNA del virus T 2 se introducían en la
célula de la bacteria, tanto el azufre
radiactivo como el fósforo radiactivo deberían de encontrarse en la célula. Si solamente la porción DNA
del virus entraba en la célula, el fósforo radiactivo estaría presente. Cómo encontraron fósforo

Figura 12.2 En forma de vara
apareció el virus del mosaico del
tabaco en las primeras fotografías
tomadas con el microscopio
electrónico.

Figura 12.3 Este bacteriófago T 2
tiene una cabeza característica que
contiene DNA y una cola tubular, por
medio de la cual se une a la célula
huésped. La bacteria a la que
particularmente ataques de virus es
E. coli. Una gran parte del
conocimiento de los virus, la
bioquímica y la genética, ha sido
aprendida por los experimentos en
esta bacteria.

Heinz Fraenkel-Conrat nació y se educó en
Alemania. Hijo de un médico famoso e investigador;
como su padre, estudió medicina. Más tarde obtuvo
el doctorado en bioquímica en la especialidad,
química de las proteínas. Al principio de su carrera
sobresalió con trabajos sobre proteínas encontradas
en el veneno de la víbora de cascabel, enzimas
digestivas en plantas y hormonas de la pituitaria. Su
trabajo posterior con VMT le ha permitido realizar
importantes contribuciones a la investigación del
código genético.

187. El Umbral de la Vida 182
radiactivo, pero casi nada de azufre radiactivo dentro de las células, se vio claramente que era el núcleo
DNA del virus T2 el que invadía la célula. La capa de proteína permaneció fuera.
12-4 Experimentos con VMT confirman el papel de los ácidos
nucleicos en los virus. Los experimentos de Hershey y Chase
establecieron la importancia del DNA en las infecciones virales. ¿Los virus
que contienen RNA se comportan de la misma manera que los que
contienen DNA? En el laboratorio del Dr. Stanley en l a Universidad de
California varios investigadores continuaron trabajando con el virus del
mosaico del tabaco. Los análisis químicos y el microscop io electrónico
mostraron este virus como una vara larga y delgada, co n una cubierta de
proteína que constituye el 95% de su estructura total . Dentro de la
cubierta, un delgado hilo de RNA constituye el 5% restante. Hacia 1956 el
Dr. Fraenkel-Conrat, realiza experimentos que demostra ron la importancia
del RNA central.
Fraenkel-Conrat es un químico especializado en las proteínas. Cuando
se publicaron los experimentos de Hershey y Chase, se sentía escéptico de
que la fracción de RNA del núcleo del virus fue el único agente infeccioso.
Más bien, le parecía lógico que la capa de proteínas del virus tuviera un
papel en la infección viral. Con otros científicos encontró la manera de
separar la capa proteica del núcleo del VMT. Pudo probar, separadamente,
cada componente sobre plantas de tabaco para ver su ef ecto. Normalmente, las hojas de la planta de
tabaco mostraron manchas después de que se les apli có el virus en su superficie. Pero, la proteína que
fue extraída del VMT nunca causó infección en el área donde fue aplicada. Las dosis normales de RNA
tampoco causaron infección. Aun cuando RNA fue aplicad o en dosis masivas sólo se obtuvieron
infecciones pequeñísimas. Éste resultado es pensar a Fraenkel-Conrat que algunas partículas intactas
de virus habrían podido permanecer accidentalmente, en la preparación de RNA y ellas, no el RNA
aislado, eran las causantes de la infección.
Una mejor explicación resultó de un
interesante descubrimiento que Fraenkel-Conrat
hizo mientras “jugaba” con la proteína del VMT y
el RNA. Con sus propias palabras, “sólo como
diversión” él y su ayudante decidieron mezclar la
proteína y el RNA para ver si los dos podrían
combinar y para deleite de los científicos así
sucedió. Las micrografías electrónicas mostraron
virus intactos eran idénticos a los virus
normales. Probaron en hojas de tabaco que los
virus que combinados eran exactamente tan
infecciosos como el VMT normal. Con este
descubrimiento, Fraenkel-Conrat estuvo en
posibilidad de proyectar un experimento con la
esperanza de que podría indicar los papeles
correspondientes a la proteína del VMT y el RNA.
Usó dos cepas diferentes de VMT. Una cepa (A) causaba manchas grandes en las hojas de tabaco y otra
(B) causaba manchas mucho más pequeñas. Mezcló la pro teína de la cepa A con el RNA de la cepa B y
frotó las hojas con el virus recién formado. Inversamente, mezcló la proteína de la cepa B con el RNA
de la cepa A y trató otras hojas de tabaco con el mismo virus.
Después de tres días Fraenkel-Conrat había demostrad o que el RNA central del virus era el agente
infeccioso. En cada caso, las características de la enfermedad fueron proporcionadas por el RNA del
virus y no por la capa proteica (véase la Fig. 12.5). Desde que se anunció este experimento en 1956,
los ácidos nucleicos que componen numerosos virus han sido aislados; se ha llegado a la conclusión que
estos virus aislados son los verdaderos agentes infecciosos.
Repaso
1. ¿Qué significa “umbral” natural de los virus? ¿Por qué es importante para los científicos?

Figura 12.4 las manchas en esta hoja
de tabaco muestran los resultados de
una infección de VMT.

Figura 12.5 en el experimento de Fraenkel-Conrat, las características de
la enfermedad fueron producidas por el RNA y no por la proteína.

188. El Umbral de la Vida 183
2. ¿Cómo ayudó a los científicos el VMT al conocimiento de los virus?
3. ¿Cómo se aplica la técnica inmunizante de Jenner contra la viruela en la medicina?
4. ¿Por qué pasó tanto tiempo desde las observaciones de Jenner, hasta que los científicos
descubrieran la naturaleza de los virus?
5. ¿El marcador radiactivo es útil para el científico? ¿Ayudó a conocer los virus?
Estructura y Función de los Virus
¿Cómo inyectan los virus sus componentes de ácidos nuc leicos en las células? ¿Qué hace el ácido
nucleico una vez que se encuentra dentro? ¿Todos los virus causan daño dentro de la célula? Hay
cientos de preguntas más que excita la imaginación d e los investigadores acerca de cómo surgió la
verdadera naturaleza de los virus. Por otra parte, el interés de los biólogos a mediados de la década de
1950 coincidió con el de otros biólogos que trataban de comprender los papeles del DNA y del RNA en
la célula normal. En sus laboratorios se usaron los virus para investigar sobre el control celular. Mucho
de lo que ahora conocemos sobre el funcionamiento de los virus es el resultado de la investigación con
E. coli y la cepa del virus de la infecta. Veamos cuanto se ha aprendido acerca de las estructuras y
funcionamiento de los virus.
12-5 Los virus presentan una amplia línea de caract erísticas estructurales.
Estudios recientes usando la difracción de rayos X y el microscopio electrónico han
proporcionado con mayor claridad la estructura de los virus. No hace mucho era
correcto escribir un virus como un “trozo de ácido nucleico dentro de una cubierta
proteica”, expresión comúnmente oída a mediados de la década de 1950. Si bien es
cierto que el material proteico en general rodea al ácido nucleico, esta relación física
no es de una envoltura como se pudiera suponer. Además , hay en los virus
estructuras especializadas que pueden contener otro s tipos de moléculas, por
ejemplo, grasas.
Todos los virus presentan alguno de los tres
tipos de simetría. El tipo llamado simetría helicoidal,
lo presenta el virus del mosaico del tabaco. El VMT
ha sido el virus que se ha estudiado con más
intensidad, tanto en su estructura como en sus
efectos. Estudie el diagrama del VMT en la Fig.
12.6. Note que la “cubierta” del VMT es un racimo
de subunidades proteicas (capsómeros) alrededor
del RNA en forma de espiral. Las subunidades
proteicas que parecen física y químicamente
idénticas, proveen un tipo único de “paquete” o
cápside que encierra y protege a la banda en espiral
del RNA. Sin embargo, el RNA no determina
necesariamente la forma del virus. Bajo ciertas
condiciones y sin el RNA las subunidades agrupan y forman varas
siendo ésta la forma normal del VMT.
El segundo tipo de simetría pueden tener los virus se llama
simetría cúbica. Estos virus son poliedros regulares con 4, 12 ó 20
caras. El modelo de estos virus es el adenovirus representado en la Fig.
12.7. En contraste con el modelo en forma de espiral, el modelo cúbico
muestra un número menor de subunidades de proteína para envolver la
mayor cantidad de DNA o RNA. Más aún, muestra un áre a superficial
mínima en relación al volumen total, Este hecho puede dar a estos
virus una oportunidad mayor de supervivencia ante productos químicos antivirales.
El tercer tipo de simetría que presentan los virus es la simetría compleja. Ciertos tipos T de vidrios
bacteriales son ejemplos de esta simetría compleja. La Fig. 12.8 muestra dos ilustraciones del virus T2.
La cabeza es de forma simétrica (se define como un prisma hexagonal bipiramidal). Está formado por
subunidades proteicas que encierran una banda de DNA . Unida a la cabeza del virus se encuentra una
cauda que comprende una delgada vaina hueca y fibras caudales (flagelo) colocadas en forma de

Figura12.6 Este diagrama
moderno del VMT muestra
que la “capa” proteica está
realmente formada de
numerosas subunidades
proteicas que se encuentran
unidas a la molécula
helicoidal el RNA.

Figura 12.7 Este virus ilustra la simetría
cúbica. Las subunidades proteicas están en
grupos de 10 en cada cara del poliedro. Una
gran cantidad de ácido nucleico quedó
envuelta en una menor área superficial
expuesta.

189. El Umbral de la Vida 184
penacho; están formados de proteínas, aunque todavía no está claro cómo es exactamente la
ordenación de las moléculas. Uno de los rasgos más ma rcados del virus T2 (y de otras variedades T) es
su capacidad para contraer su vaina. Se supone que ésta coincide con la inyección del DNA a la célula
huésped.
Aún más complejos son los virus de las enfermedades
“eruptivas”; muchos de ellos son lo suficientemente g randes
para poder ser vistos con el microscopio óptico; al igual que los
virus de otros grupos están rodeados por una envoltura d e
materia grasa (véase la Fig. 12.9). A pesar de que estos virus
son más grandes que los VMT y T 2, se sabe mucho menos de la
disposición del ácido nucleico y de las subunidades de proteína
que lo rodean. También se conoce muy poco acerca de la s
estructuras en forma de espiga y de otras capas y mem branas
que se han observado en los virus de las enfermedade s
eruptivas.
12-6 Una definición de virus.
Dos autoridades modernas han
dado una adecuada definición de
un virus. Han dicho: “Un virus es
un paquete aislado de información
genética”.
3
Cuando pensamos en
el virus como paquete aislado de información genética podemos contestar
la pregunta, ¿qué hacen los virus? Cuando menos podemo s dar una
contestación teórica. Con este modelo se explica cómo la información
genética se traduce y convierte en proteínas que, a su vez, controlan la
célula. Especialmente, el código DNA en el núcleo celular es trasladado por
el RNA mensajero que lo conduce hacia el citoplasma. Ahí sirve como molde
o soporte, sobre el cual los ribosomas construyen polipéptidos al unir los
aminoácidos en un orden específico. Estos polipéptidos se unen para formar
proteínas, algunas de las cuales son enzimas que controlan la célula.
Vamos a describir el ácido
nucleico de un virus después
que a penetrar en la célula.
Usando los nucleótidos están en la célula, el ácido
nucleico viral puede copiarse muchas veces. En suma , él
lleva su propio código genético que puede ser traducido
en la misma forma que la célula lo hace con su propio
código. Específicamente, el RNA del virus invasor parece
que al actuar como banda competidora del RNA
mensajero, sirve como molde sobre el cual dos ribosomas
de las células infectadas fabricarán los polipéptidos que el
código viral especifique. Aunque el mecanismo puede ser
diferente con los virus DNA, el resultado es el mismo. Los DNA o RNA virales originan en la célula su
propia maquinaria de síntesis proteica para producir polipéptidos y proteínas; éstas son especificadas
por el código genético del virus. ¿Cuáles son estas proteínas y que hacen?
Algunas proteínas se agrupan alrededor de las nuevas copias de bandas de DNA o RNA. Estas
cubiertas proteicas protegen al ácido nucleico y dan al virus su forma externa. El ácido nucleico viral
también acarrea el código de información de otras prot eínas. Algunas son enzimas que ayudan a la
reproducción del ácido nucleico viral. Otras enzimas ayudan a la formación y agrupación de la
subunidades de la cubierta proteica. Aun otras enzimas pueden ser producidas, esto depende de la
cantidad de información genética en el ácido nucleico viral, que varía bastante en los diferentes virus
que han sido estudiados.
12-7 El destino de una célula invadida. Una célula que ha sido invadida por DNA o RNA virales es
como un edificio condenado: Está perdida. Muchas bacter ias normales después de ser invadidas por el

Figura 12.8 El virus “T”, en la fotografía izquierda, ha
contraído su vaina tubular. Compárelo con el virus de la
Fig. 12.3. La fotografía del modelo T, derecha, muestra
la simetría de la cabeza del virus “T”.

Figura 12.9 Envoltura de grasa que
rodea a la proteína y ácido nucleico de
un virus gigante de enfermedades
virales eruptivas. La envoltura de grasa
puede hacer que el virus sea más
resistente a las defensas del organismo.

André Lwoff, del Instituto Pasteur
de Francia, ha tenido una brillante y
larga carrera de investigador. Sus
múltiples contribuciones a la
microbiología y virología fueron
reconocidas cuando tuvo en 1965 el
Premio Nóbel de fisiología y
medicina. Su descubrimiento más
importante mostró que los virus
pueden infectar las células y
permanecer allí por muchas
generaciones sin causar la
destrucción de la célula.

190. El Umbral de la Vida 185
DNA del virus T4 son destruidas completamente en menos de 25 minutos. En este lapso se han formado
aproximadamente 200 virus T 4 nuevos. Cuando se rompe la célula estos virus nuevos se derraman por
sus alrededores y están listos para infectar nuevas células (véase la Fig. 12.10).
Los estudios con virus bacteriales mostraron que la destrucción de la
célula pudo ser pospuesta – casi indefinidamente. En algunas células
bacteriales el DNA invasor es ignorado por los ribosomas de la célula con
los ribosomas están prevenidos para traducir en alguna forma el mensaje
del invasor. Algunas veces, el DNA viral se une al p ropio DNA de las
células bacteriales. Cuando la célula bacteriana se divide, el DNA viral se
puede reproducir junto con el DNA celular. Las siguientes generaciones de
células infectadas contienen DNA viral. Las células hace infectadas se les
llama lisogénicas. Esto significa que con el tiempo pueden ser lisiadas,
destruidas, si el DNA viral se “rompe y libera”, com enzando a
reproducirse a sí mismo. Esto es lo que pasa cuando la s células
lisogénicas se someten a ciertos tipos de tratamiento físico o químico; por
ejemplo, los tratamientos con luz ultravioleta, rayos X o con ciertos
productos químicos.
Al lado de las bacterias
lisogénicas, ¿en qué grado están
nuestras células? Esta pregunta ha
despertado en todo el mundo el
interés de los investigadores. Gran
número de enfermedades
misteriosas, incluyendo el cáncer, podrían ser expli cadas como
resultado de las investigaciones de las células lisogénicas. Como lo
han indicado algunos estudios, ciertas clases de virus DNA o RNA
pueden unirse en forma semipermanente a un DNA de un a célula,
reforzando así la información genética propia de la célula. En tal
caso, la infección viral podría ser una “ayuda” para la célula en
lugar de una sentencia condenatoria. Ya se especula s obre la
“confección” del virus que se podrían usar algún día para alterar o
reforzar código genético individual. Sin embargo, debe indicarse
que el hueco entre esa especulación y la realidad es, por ahora,
muy grande.
Repaso
1. ¿Cuáles son los componentes básicos de un virus?
2. Describa los tres tipos de simetría que presentan los
virus.
3. ¿Cuál es la función del RNA o del DNA virales?
¿Cómo dañe esta función a la célula huésped
(invadida)?
4. ¿En qué forma se podría alterar o reforzar el código
genético de un organismo para ser benéfico al
hombre? ¿En qué forma podría ser perjudicial?
Control de Enfermedades Causadas por Virus
Los biólogos esperan que un mejor conocimiento de la estructura y función de los virus permitirá
controlar las enfermedades virales. Se ha adelantado mucho, sin embargo, el hombre está aún muy
lejos de la meta. ¿Qué se ha logrado? ¿Qué nos reserva el futuro? Consideremos estas dos preguntas.
12-8 Las vacunas son más efectivas contra las enfer medades virales. Edward Jenner estableció
una técnica de vacunación que fue una usada con éxito en el control de ciertas enfermedades causadas
por virus; en aquella época nadie sabía lo que era un virus. La técnica es como sigue: Desarrolle una
cepa atenuada del virus que pueda ser inoculada en el cuerpo de un individuo. Esto hará que el virus,
inoculado, estimule la formación de anticuerpos contra el virus (los anticuerpos son proteínas que

Francois Jacob (izquierda) y Jacques
Monod (derecha), compartieron en 1965
el Premio Nóbel con André Lwoff. Cuando
trabajaban en el Instituto de París
concibieron el papel del RNA mensajero
en el modelo de la síntesis proteica. Son
coautores del modelo “operón” para
explicar cómo el DNA se puede regular
asimismo. Además, han hecho
importantes aportaciones a la
microbiología.


Figura 12.10 Pueden verse bacteriófagos T 2
(arriba), dentro y fuera de una célula E. coli. Los
mismos bacteriófagos (abajo) han lisado la célula y
están listos para invadir otra. El diagrama de la
siguiente página muestra cómo se realiza proceso.

191. El Umbral de la Vida 186
ayudan a destruir los microorganismos invasores; su na turaleza específica y su actividad serán
estudiadas en el Capítulo 19). Estos anticuerpos permanecen mucho tiempo después de que el virus
inicial fue introducido. Más tarde, el individuo podrá ser infectado con formas más potentes del mismo
virus y los anticuerpos estarán listos para resistir al invasor.

Desafortunadamente, la explicación anterior no ha qui tado el pesar y el dolor de cabeza a los
virólogos que han pasado años tratando de encontrar vac unas efectivas. Uno de los problemas más
difíciles ha sido la manera de cultivar cepas del virus específicas para ser usadas en vacunas. Las
bacterias son generalmente fáciles de cultivar en tubos o cajas Petri con medios nutritivos. Pero, los
virus sólo pueden multiplicarse dentro de células viv ientes. Algunas de las primeras técnicas
comprendían la transferencia de fluídos virales de un animal infectado a otro sano. Usando esta técnica
en conejos, Louis Pasteur pudo desarrollar cepas atenuadas del virus de la rabia para que pudieran ser
empleadas para la inmunización.
12-9 Los virus son cultivados en embriones de pollo y en
tejidos. Hay muchos problemas relacionados con el mantenimie nto
de un cultivo de virus en una población de animales vivos. Uno de los
principales problemas es la dificultad para obtener suficientes virus
necesarios para una producción de vacuna en gran esca la. Fue hasta
la década de 1930 cuando se perfeccionaron las nueva s técnicas del
cultivo del virus que pueden agregarse a las de los pioneros Jenner y
Pasteur. El mayor descubrimiento en virología, por esos años, fue el
perfeccionamiento de la técnica en embrión de pollo. Con esto, los
virus fueron cultivados en huevos de gallina fecundados que habían
sido incubados de 5 a 12 días. Esta técnica tiene, además, la ventaja
de que luego por sí mismo es un receptáculo estéril muy conveniente
y además, los virus pueden ser inyectados en los tejidos que ofrezcan
las condiciones más favorables para su reproducción. La técnica del
embrión de pollo es ahora usada en la producción masiva de virus
para las vacunas de la viruela, fiebre amarilla, influenza y otras
enfermedades.

Figura 12.11 En la técnica de cultivos en
embrión de pollo los virus se cultivan en
huevos fecundados. Esta técnica ha permitido
la producción en masa de vacunas virales.

192. El Umbral de la Vida 187
Otra técnica del cultivo de virus, llamada técnica del cultivo en
tejidos, ha sido extremadamente útil en el avance de las va cunas. Lo
vemos en la producción de la vacuna contra la polio, temible
enfermedad que estaba matando y lisiando a miles de jóvenes hace dos
décadas. Con esta técnica, los virus fueron cultivad os en tejidos
obtenidos de animales y conservados en soluciones nutri tivas. En el
caso del virus de la polio, las células vivas cultivadas en tejidos de riñón
de mono probaron ser ideales para la reproducción de lo s virus. De
hecho, la técnica del cultivo en tejidos fue usada en gran escala hasta el
final de la década de 1940, aun cuando se había desa rrollado antes la
técnica en embriones de pollo. El problema era que el cultivo aislado
estaba constantemente expuesto a la contaminación ba cteriana y
podría tener numerosos efectos peligrosos. Con la aparición de algunos
antibióticos, tales como la penicilina y la estreptomicina, fue cuando la
técnica se pudo adoptar en gran escala. Los antibióti cos evitan la
contaminación bacterial de los cultivos en tejidos sin afectar a las
células o a los virus, que en ellas se están reproduciendo.
12-10 Una llamada de atención. En este punto de nuestra explicación
deberemos aclarar un hecho. De la misma manera que u n antibiótico no
afecta a un virus en un cultivo de tejidos, tampoco lo hace cuando está
multiplicándose en las células de nuestro propio cuer po. En otras
palabras, una enfermedad producida por virus en nuestro cuerpo no se
controla con la administración de antibióticos, usados actualmente
contra las enfermedades bacteriales. Se da por descontado que un
médico pueda administrar un antibiótico cuando dude sobre si la causa
de la enfermedad es debida a una bacteria o un virus . También, se
administra un antibiótico en el caso de una enfermedad causada por un
virus acompañada de una infección bacteriana. Pero, ha sta ahora lo
cierto es que un antibiótico no combate un virus.
Se aprecia porque los virus son difíciles de controlar si consideramos
su estructura y su función. Cuando está fuera de un a célula el ácido
nucleico, relativamente sensible, está rodeado de una capa resistente de
proteína y quizá por otra capa de material graso. En estas condiciones,
el virus es más difícil de destruir que las células bacteriales que tienen
un nivel más alto de organización y son más suscepti bles de dañarse.
Más aún, si el ácido nucleico viral se encuentra la c élula, ¿cómo se
puede destruir este ácido sin dañar el de la célula? Por esto es muy difícil
desarrollar sustancias capaces de destruir el DNA o el RNA virales
cuando se encuentran en la célula (véase la Fig. 12.13).
En el campo de las investigaciones se busca la manera de controlar
las enfermedades causadas por virus. En Inglaterra, por 1957, el Dr.
Alick Isaacs y sus colaboradores encontraron una proteína producida por
células que fueron infectadas con un virus. Esta proteína interfería en la propagación de la infección
viral. Apropiadamente llamaron a esta proteína interferón. De algún modo, el interferón producido por
una célula infectada se disemina en otras células. Estas células, a su vez, son estimuladas para producir
otra proteína y bloquear la reproducción de los virus cuando se esparcen después de la ruptura de la
célula. Muchos investigadores confían en que un mayor conocimiento del interferón y su manera de
reaccionar darán el primer paso importante para controlar las enfermedades causadas por virus.
Repaso
1. Después de leer el capítulo, ¿de qué manera la técnica de vacunación de Jenner ha sido
utilizada en la medicina moderna?
2. ¿Por qué es difícil controlar los virus?
3. ¿Cómo ayuda el estudio de los virus a tener más conocim ientos de las células y de la
organización biológica en sus más altos niveles?

Figura12.12 Cuando el virus de la polio
ataca a las células nerviosas que controla la
contracción muscular, causa la parálisis. Aquí
el virus de la polio se encuentra empleado
60,000 veces.

Figura 12.13 El Symmetrel, compuesto
recientemente desarrollado, puede ser la
primera droga antiviral. En esta fotografía,
el disco oscuro del centro del disco ha sido
impregnado con Symmetrel. El disco
contiene células de embrión de pollo que
han sido inoculadas con el virus de la
influenza. Cerca del centro de la caja Petri
donde el Symmetrel tiene poca densidad,
unas manchas blancas (placas) indican la
multiplicación de colonias virales.

193. El Umbral de la Vida 188
4. ¿Qué controlan los antibióticos?
5. ¿Qué es el interferón?

Figura 12.14 Un modelo del virus de la influenza.
Resumen
El nombre de “virus” data de algunos cientos de años, cuando los médicos asociaron los virus con
líquidos infecciosos secretados de las llagas y otras lesiones. En el siglo 19 y a principios del actual, el
término virus era aplicado a una sustancia desconocida que se deslizaba a través de los filtros más finos
conocidos entonces. Luego, con la obtención de filtros má s finos se encontró que el virus era una
partícula extremadamente pequeña. A esto siguió el trabajo de Wendell Stanley; demostró que el virus
podría ser cristalizado y aun así, mantener sus propiedades infecciosas.
El conocimiento de la naturaleza de los virus resulta de los experimentos que revelan su estructura
química y las funciones de las partes que lo constituye. La partícula viral es la unión de proteína y ácido
nucleico DNA o RNA, según el tipo de cada virus. La proteína y el ácido nucleico complejo pueden tener
una de las tres clases básicas de simetría. Además, pueden ser incluídas dentro de la partícula otras
sustancias tales como materias grasas. El componente infeccioso de un virus es el ácido nucleico. Éste
invade la célula donde se reproduce y su código es tr aducido por la maquinaria de síntesis de las
proteínas de la célula. Las proteínas específicas de la “cubierta” son sintetizadas, así como un número
variable de enzimas. Después de corto tiempo, algunas moléculas de proteínas se agrupan alrededor de
bandas del ácido nucleico viral. Esto da lugar a virus de formación reciente y a la muerte de la célula
invadida. No todas sucumben inmediatamente a las acom etidas de la molécula. Los experimentos con
células bacteriales han demostrado que algún DNA vira l puede ser retenido dentro de la célula sin
reproducirse ni causar daño. Esas células lisogénicas pueden ser destruidas cuando ciertos agentes
físicos hacen que el ácido nucleico viral se torne activo.
El control de las enfermedades virales ha sido el objetivo de los virólogos. El desarrollo de vacunas del
virus se detuvo por la falta de técnicas adecuadas de cultivos, pero con el desarrollo de las técnicas en
embriones de pollo y de cultivos de tejidos y más tarde , en unión de los antibióticos bacteriales se
desarrollaron vacunas para la mayor parte de las enfermedades virales.
Preguntas de Repaso
1. ¿Qué compuesto forma la mayor parte del virus?

194. El Umbral de la Vida 189
2. ¿Cuál es la parte del virus que invade la célula? ¿Cuáles son las dos clases de virus que se usaron
en estos experimentos?
3. Los experimentos de Fraenkel-Conrat probaron que el RN A del virus del mosaico del tabaco, por sí
mismo, no puede infectar a las células de las hojas del tabaco. Explíquelo.
4. ¿Por qué los trabajos del Dr. Wendell Stanley causaron conmoción en la comunidad científica?
5. Cuando el RNA invade una célula, ¿con cuáles moléculas de la célula tiene que competir?
6. ¿Cuáles son las proteínas que se encuentran codificadas en el ácido nucleico de un virus?
7. ¿La cubierta proteica que rodea al ácido nucleico vir al es semejante al abrigo que usamos?
Explíquelo.
8. ¿Cuál principio ha servido de base para el desarrollo de la mayor parte de las vacunas del virus?
9. ¿Puede un doctor administrar un antibiótico, por ejem plo penicilina, en una enfermedad viral?
Explíquelo.
10. ¿Cuáles técnicas de cultivos ayudaron al desarrollo de vacunas que controlan las enfermedades
virales?
Análisis y Aplicación
11. ¿Por qué los virus interesan a los biólogos y no sólo a un grupo de investigadores interesados por la
capacidad de los virus en causar enfermedades?
12. En el Capítulo 9 vimos que, Lamarck creyó que las características adquiridas por un individuo podían
ser heredadas por su descendencia. No había pruebas p ara apoyar esta idea. ¿Qué hecho reciente
podría inducir a que los biólogos rectificaran sus puntos de vista, acerca de la hipótesis de Lamarck?
13. ¿Es impropio decir que los virus constan de un núcleo d e DNA o RNA rodeado por una capa de
proteína?
14. Algunos cánceres en animales han sido causados por tra tamientos de fuertes dosis de luz
ultravioleta, rayos X y ciertos compuestos químicos. ¿Cómo podría asociarse este hecho con la
hipótesis de que los virus son los causantes del cáncer?
15. ¿De qué forma sería posible beneficiar al hombre si el biólogo lograra sintetizar virus con un código
específico en su DNA o RNA?
Obras de Consulta
de Kruif, Paul. Microbe Hunters (libro de bolsillo). Pocket Books, 1959. Historia de los primeros
científicos en la Microbiología. Problemas, éxitos y fracasos.
Dubos, René. Pasteur and Modern Science (libro de bolsillo). Doubleday, 1960. Excelente biografía
escrita por un renombrado bioquímico y microbiólogo.
Riedman, Sarah R. Shots Without Guns, the Store of Vaccination . Rand McNally, 1960. Historia del
desarrollo de las vacunas como medicina preventiva. Se incluyen las biografías de Jenner, Koch,
Pasteur y Salk.
Stainer R.Y., M. Doudoroff y Evans G. Valens. Virases and the Nature of Life (libro de bolsillo). Dutton,
1961. Una serie de ensayos de los problemas que se encuentran en el estudio de los virus.
Weidel, W. Viruses (libro de bolsillo). University of Michigan Press, 1959.
Revistas
Scientific American
Andrews, Christopher Howard. “The Viruses of the Common Cold”. Diciembre 1960. Historia de los
intentos para seguir la pista y aislar el virus que causa la enfermedad más común en el hombre.
Horne, R.W. “The Structure of Viruses”. Enero 1963. El microscopio electrónico ha revelado las tres
formas de simetría de los virus. Este artículo trata de cómo fueron descubiertas estas formas y el
significado que ellas tienen.
Kellenberger, Edouard. “The Genetic Control of the Sha pe of a Virus”. Diciembre 1966. La “cubierta”
proteica de un virus es un conjunto de subunidades. E n algunos virus, estas subunidades pueden
determinar la forma de la cubierta.

195. El Umbral de la Vida 190
Maramorosch, Karl. “Friendly Viruses”. Agosto 1960. El concepto común acerca de los virus es que
todos son dañinos y destructivos para la humanidad. Pero esto no es cierto. Algunos son benéficos, por
ejemplo, los que dan como resultado el agradable rayado del pigmento de los tulipanes.
Singer, S.J. “The Specificity of Antibodies”. Octubr e 1957. Un anticuerpo es extremadamente
específico; solamente reaccionará con el antígeno para el cual se hizo. Los anticuerpos sólo pueden
diferenciarse uno de los otros en su reacción con los antígenos.
Wood, William B. y R.S. Edgar. “Building a Bacterial Virus”. Julio 1967. Los componentes virales del
virus T4 han sido combinados en tubos de ensayo, en un intento por conocer cómo los genes controlan
la construcción de estructuras biológicas.
Life
Bradbury, Hill y Alberta Rosenfeld. “The All-out Assault on Leukemia". Noviembre 18, 1966.
Campbell, Robert y Nancy Genet. “The Virus Enemy". F ebrero 1966. Muchos de los más recientes
avances hechos en la historia de los virus. Están incluídos los modelos de las estructuras de varios
virus.
Rosenfeld, Albert. “Breakthrough by DuPont: A Drug that Block Viruses”. Febrero 10, 1967. Historia del
descubrimiento del primer medicamento antiviral: Symmetrel.
Referencias Bibliográficas
1
R.S. Edgar y R.H. Epstein. “The Genetics of Bacteri al Virus”. Scientific American, febrero 1965,
Copyright ©1965 por Scientific American, Inc., Derechos reservados, p. 71.
2
Adaptado con permiso de Alfred A. Knopf, Inc. y Hutc hinson & Co. (editores) Ltd., de Virus Hunters
por Greer Williams, Copyright ©1959 por Greer Williams, p. 97.
3
Edgar y Epstein. Obra citada, p. 71.

196. La Vida en las Células más Simples 191

Las bacterias y hongos están casi en todas partes. Las colonias de la imagen
son bacterias y hongos llevadas por el aire.
… los animálculos microscópicos que vi eran tantos… que, de acuerdo
con mi propio juicio, debo decir que parece increíble hubiera tantos
miles de ellos en una sola gota de agua.
1

Antony van Leeuwenhoek
Capítulo 13
La Vida en las Células más Simples
Leeuwenhoek fue el primero estudió y valoró el amplio reino de la vida microscópica que
existe en nuestra biosfera. Sus primeros estudios los hizo con lentes que le ayudaron a
iniciar la ciencia de la biología. Actualmente, unos 300 años después, el estudio de los
microorganismos es uno de los más dinámicos y product ivos en el campo de la
investigación biológica. Los microbiólogos modernos ya n o necesitan esforzarse para
realizar sus estudios, como lo hizo Leeuwenhoek. Ahora e studiar microorganismos es un
placer. Unos los estudian por su estructura simple y por la rapidez con que efectúan su reproducción,
ya que ésta es muy fácil de observar en todas sus etapas. Los conocimientos obtenidos son aplicados a
células de animales o plantas, ya que su observación y estudio resulta mucho más difícil. Otra razón
importante para estudiar los microorganismos es que permiten hallar interesantes relaciones entre ellos
y otras poblaciones de la biosfera. Como ejemplo, podemos indicar que la mayoría de las poblaciones
incluyendo el hombre, no pueden vivir sin los productos resultantes de la actividad de estos
microorganismos. En este capítulo estudiaremos las act ividades y las relaciones de algunos
microorganismos.
Transporte: Una Actividad Básica
Ya hemos estudiado algo acerca de las “fábricas de AT P” en las células – los cloroplastos y las
mitocondrias. Sin la energía de enlace, que es posi ble utilizar gracias a estas fábricas de ATP, no

197. La Vida en las Células más Simples 192
podrían mantenerse ni la estructura altamente organizada ni la actividad celular. Pensemos ahora en
las necesidades de los cloroplastos y de las mitocondr ias. Como en cualquier fábrica, no pueden
trabajar sin materia prima. Las materias primas par a los cloroplastos son el agua y el bióxido de
carbono; y para las mitocondrias, las moléculas alime ntarias y el oxígeno. También, como en las
fábricas, tienen material de desperdicio que se debe eliminar. En los cloroplastos el desperdicio es el
oxígeno, en las mitocondrias el agua y el bióxido de carbono que son los dos productos que se deben
eliminar.
El problema del movimiento de la materia prima
y del desperdicio, hacia adentro y hacia fuera de la
célula, se llama problema de transporte. Este
problema es complicado debido a que las células
están completamente rodeadas por la membrana
celular, a través de la cual deben pasar las
sustancias.
13-1 La difusión es el mecanismo básico. La
difusión no requiere, por parte de la célula, ningún
gasto de energía, ésta se debe al constante
movimiento de las moléculas y de los iones de todas
las sustancias. Cuando las moléculas chocan unas con
otras o con alguna superficie sólida rebotan en
diferentes ángulos sin perder velocidad, por lo que
continúa su movimiento indefinidamente. Las
moléculas de los gases se mueven más rápidamente
y con mayor libertad. Las moléculas de los líquidos están más unidas y por tanto chocan más y se
mueven más lentamente, lo mismo pasa con las moléculas y los iones estén en él. Se puede hacer que
las moléculas se muevan más rápidamente calentándolas , a si se aumenta su energía; se puede hacer
que se muevan más lentamente extrayéndoles calor. S in embargo, las moléculas continúan su
movimiento, aun en la temperatura más baja que haya en la tierra, sólo detienen su movimiento a
llegar al cero absoluto (273.16 °C) (véase la Fig. 13.1).

Antony van Leeuwenhoek fue el primero en ver un organismo microscópico unicelular,
que se estudia en este capítulo. Pasó sus 90 años en la pequeña comunidad holandesa de
Delft. Leeuwenhoek construyó sus propias lentes y l ogró formar su microscopio muy
simple. A pesar de vivir en un medio académico y ca recer de una educación formal, fue
elegido miembro de la Real Sociedad de Londres y de la Academia Francesa de Ciencias.
Siempre mostró, con gusto, a sus visitantes sus “an imálculos”. Fueron muchos los que
tuvieron esa oportunidad, entre ellos se pueden contar la reina de Inglaterra y Pedro “El
Grande” de Rusia.
Aunque la difusión es el resultado del movimiento mole cular, no todo movimiento molecular es
difusión. La difusión se efectúa solamente cuando hay más moléculas moviéndose en un sentido que en
sentido contrario o expresado en otra forma, cuando hay un movimiento neto de las moléculas hacia un
lado. Esto puede suceder cuando la concentración molecular de una sustancia es mayor en un lado que
en otro adyacente. Si se pone una gota de perfume en un extremo del tubo de vidrio y aproximamos la
nariz en el extremo opuesto, después de que ha trans currido cierto tiempo se empieza a percibir el
aroma del perfume. Las moléculas del perfume se difu ndieron en el tubo de vidrio y luego el dolor fue
percibido. Si se trata el extremo abierto del tubo, continúa la difusión hasta que se evapora la gota de
perfume y la concentración molecular es la misma en todo el tubo. Aunque en este momento se detiene
la difusión, note que las moléculas siguen moviéndose . Ese movimiento no se debe considerar un
movimiento neto de un lugar a otro. En tanto que la concentración de las moléculas de una sustancia
en la región A es mayor que en la región B, serán más moléculas de A que se dirigen hacia B que las de
B hacia A, de ahí que en cada instante irá aumentando la concentración en B hasta llegar el momento
en que la concentración de A y de B es la misma, entonces se detiene la difusión, no así el movimiento
de las moléculas (véase la Fig. 13.2).
13.2 Difusión en una célula viva. Vamos a estudiar la célula de un microorganismo que necesita
oxígeno para respirar. La respiración se reduce a la concentración del oxígeno dentro de la célula, de
ahí que el oxígeno del agua exterior penetrará en la célula por difusión. Continuará la difusión mientras

Figura 13.1 La temperatura es una medida promedio de la energí a
cinética de las moléculas. Las moléculas de las sus tancias más
calientes viven más.

198. La Vida en las Células más Simples 193
la concentración del oxígeno dentro de la célula sea menor que en el exterior. Como en la respiración se
está produciendo bióxido de carbono, la concentración de este es mayor en el interior de la célula que
en el exterior; entonces, este gas sale de la célula por difusión. Con esto se aclaran tres puntos
importantes de la difusión: (1) La difusión de dos sustancias diferentes se puede efectuar al mismo
tiempo y en la misma célula en sentido contrario.
Sin embargo, hay otras
sustancias en la célula que pueden
no difundirse. Un ejemplo es el
gas nitrógeno, los
microorganismos no lo pueden
fijar. Es decir, los microorganismos
no lo consumen ni lo producen, así
que la concentración de nitrógeno
es la misma dentro y fuera de la
célula. Debido a que las moléculas
de nitrógeno se mueven tanto
hacia adentro como hacia fuera de
la célula y van de un lado hacia
otro, no se considera difusión.
Otro ejemplo de difusión en la célula. Si el agua que rodea una bacteria contiene azúcar, que pueda
ser usada por la bacteria, las moléculas de azúcar se difundirán hacia dentro de la célula. Esta difusión
se efectuará en tanto que la concentración de azúcar dentro de la célula disminuye por el uso de esta
sustancia durante la respiración o en cualquier otra actividad. La difusión seguida verificándose si es
convertido el azúcar por la bacteria en otro tipo de azúcar, debido a que cada sustancia se difunde
tomando como base su propia concentración.
Así como los gases y sustancias disueltas o
solutas, las moléculas de agua se pueden difundir si
la concentración de agua es mayor en un lugar que
en otro. La concentración del agua se reduce por la
presencia de partículas disueltas en ella. Hay más
moléculas de agua en 1 ml de agua pura, que en 1 ml
de una solución de azúcar en agua. Si se pusieran en
contacto las dos, las moléculas se difundirían del
agua pura hacia la solución de azúcar, donde la
concentración de agua es menor y las moléculas de
azúcar se difundirían en sentido opuesto. Finalmente,
cuando la concentración de agua y azúcar sea
uniforme, la difusión cesa. Como generalmente hay
más partículas de soluto en el agua de las células que
en el agua que las rodea, el agua se difundirá hacia adentro de las células. Note que las sustancias se
pueden difundir de una a otra parte de una célula y también hacia adentro como hacia fuera de ella.
13-3 La membrana plasmática es como una barrera par a el transporte. Puesto que la
membrana plasmática rodea completamente la célula, es evidente que las sustancias que se difunden
hacia adentro o hacia fuera de la célula deben pasar a través de ella. Sin embargo, algunas moléculas
pueden pasar y otras no a través de la membrana. A es tas membranas se les llama membranas
semipermeables o membranas permeables selectivas. Lo que hace que la membrana sea
semipermeable es que está constituida por dos capas d elgadas de proteínas y que entre ellas hay una
capa delgada de grasa. La membrana, aparentemente, tiene aberturas o poros muy pequeños, algunos
demasiado pequeños para ser vistos con el microscopio. Estos poros son lo suficientemente grandes
para permitir que las moléculas pequeñas pasen a través de ellos, pero no lo suficiente para permitir el
paso de moléculas grandes (véase la Fig. 13.3). Así, la membrana es permeable a las moléculas
pequeñas, tales como las de agua, oxígeno, bióxido de carbono, azúcares simples, como la glucosa; y a
iones de sales minerales, ácidos y bases. Es imperme able a las moléculas más grandes, como por
ejemplo las de almidones, proteínas, grasas, ácidos nucleicos y aun azúcares como la sacarosa. Sin
embargo, algunas moléculas grandes pueden pasar a tr avés de la membrana, siempre que sean
Figura 13.2 En la figura se representan
con puntos rojos y azules las moléculas de
dos gases, para que de esta manera pueda
representarse más fácilmente la difusión
que se realiza. Cuando el porcentaje
relativo de ambos gases es el mismo en
ambos recipientes cesa la difusión. Esto
significa que cese el movimiento neto de
las moléculas, aunque en realidad las
moléculas continúan moviéndose a través
de la barrera que separa los dos
recipientes. Sin embargo, se considera que
esos movimientos hechos al azar se
compensan.


Figura 13.3 Un esquema de la membrana plasmática.

199. La Vida en las Células más Simples 194
solubles en grasas, ya que se supone que al disolverse en la capa grasa de la membrana pasan a través
de ésta, no por los poros.
El hecho de que la membrana plasmática sea semiperme able es muy
importante para la vida de las células. Si ésta fuer a completamente
permeable, muchos de los constituyentes esenciales d e la célula se podrían
difundir fuera de ella y no sobreviviría. Debido a esto existe en las células una
alta concentración de materiales disueltos y por lo tanto, una concentración
baja de agua interna y como resultado, el agua puede continuar difundiéndose
hacia adentro de la célula. Esto no sólo provee agua p ueda ser usada en
varios procesos, como en la fotosíntesis y en la digestión sino que además
conserva la turgencia celular o hinchazón. Una célula que no esté turgente y
sin un adecuado contenido de agua no puede funcionar bien (véase la Fig.
13.4).
13-4 Ósmosis. El término ósmosis se aplica a la difusión de agua (o de
cualquier solvente) a través de la membrana semiper meable. Sin embargo,
este término no se debe aplicar a la difusión del material disuelto, como por
ejemplo, el azúcar, las sales y los gases a través de la membrana semipermeable. La diferencia es que
la difusión de agua puede crear una presión turgente – puede hacer turgente a la célula. La membrana
debe ser semipermeable para que esto ocurra así; ya que si fuera completa mente permeable, el
material disuelto se difundiría hacia fuera, de la misma manera que el agua se difunde hacia adentro y
no se desarrollaría la presión.

Figura 13.5 Para demostrar la ósmosis se colocó la membrana
semipermeable sobre un embudo de vidrio, que se llena con una solución de
azúcar en agua colorada. Se sumerge el embudo en el vaso, que sólo
contiene agua, ésta empieza a difundirse a través de la membrana. En la
foto de la derecha, el tenue color del agua en el vaso demuestra que el
agua se ha difundido a través de la membrana del embudo al vaso. También
notaremos que el agua ha subido en el embudo. La co ncentración en el
embudo era originalmente menor que en el otro lado de la membrana. Así,
mientras se va estableciendo el equilibrio en ambos lados de la membrana,
la mayor cantidad de agua se difundirá hacia el interior del embudo.
Generalmente la concentración de agua es mayor en el exterior que en el interior de la célula y se
corre el riesgo de que se difunda más agua de la necesaria hacia adentro. Si esto sucediera, la célula
crecería de volumen, la membrana plasmática al dilat arse se podría romper y causar la muerte de la
célula. En algunos protozoos, Amiba y Paramecio, se evita esto por la formación de unas vacuolas
contráctiles, éstas recogen el agua y se rompen a intervalos regulares descargando al exterior el agua
que contienen (véase la Fig. 13.6). En las bacterias, algas y en general, en las plantas, las células están
contenidas en una pared celular relativamente rígida. Esta pared restringe la turgencia de la célula de la
misma manera que una cubierta de neumático evita la dilatación del tubo de hule interno. Así, las
plantas pueden tener una elevada presión turgente sin que sus células se rompan.

Figura 13.4 La célula turgente de
una planta, tiene una presión interna
que le permite conservar su
turgencia.

200. La Vida en las Células más Simples 195
La difusión del agua hacia el interior de una célula vegetal se
detiene antes de que se igualen las concentraciones del interior y
del exterior. La razón es que la presión de la pared celular origina
un aumento de actividad en las moléculas de agua del interior de la
célula. Aunque estas moléculas no alcancen la concen tración del
exterior se mueven con mayor fuerza. Así, a determin ada presión
turgente, ocurre como si las moléculas de agua se est uvieran
moviendo en el interior, de la misma manera que se es tán
moviendo fuera de la célula y por consiguiente, se det iene la
difusión. Note también que las paredes celulares en contraste con
las membranas de las células son, generalmente, per meables a
todas las moléculas.
En general el agua se difunde hacia dentro de la célula en
determinadas condiciones, la concentración interior d el agua es
mayor que la del exterior, dando lugar a que el agua se difunda
hacia fuera. Esto sucede generalmente cuando organismos de agua
dulce se colocan en agua salada. El mismo resultado se obtiene si
se agregan al agua, que rodea la célula, sustancias químicas y no
se permeabiliza rápidamente la membrana. La difusión del agua
hacia fuera de las células causa una disminución en el volumen o
plasmólisis en éstas. Las células plasmolizadas en general pueden
recobrar su tamaño normal sin sufrir daños cuando se les coloca, lo antes posible, en una solución con
mayor concentración de agua. Pero si se prolonga la plasmólisis ésta muere por falta de agua (véase la
Fig. 13.7). ¿Puede imaginar de qué manera el hombre ha matado microorganismos usando soluciones
concentradas de sal o de azúcar?
13-5 La corriente como medio de transporte. La
difusión de los gases es muy rápida. La de líquidos y
partículas de solutos es lenta. En este medio no es efectivo
el transporte excepto para distancias muy cortas, como el
de una célula y su medio ambiente o de una célula a otra
adyacente. Si se coloca un cristal de una sustancia
coloreada en el fondo de un tubo delgado de 1 m de largo,
lleno de agua, tomará unos meses para que las molécul as
de estas sustancias se difundan en el agua, lo que indica
que el transporte en distancias grandes es más rápid o y
efectivo por corriente que por difusión.
El flujo es un
movimiento en masa de un líquido o gas. En éste, las moléculas se
mueven como una unidad, como resultado de alguna fuente de
energía exterior, no con movimiento individual, por su propia
energía, como en la difusión. El fluir del agua, en un tubo de un
sistema, se efectúa por bombeo o por gravedad, ésta es también la
responsable de que fluye el agua en un arroyo. Podemos citar,
además, el flujo de gases de la atmósfera que notamos cuando hace
viento. Podríamos comparar la difusión con el caminar de la gente
que sale de un estadio de fútbol, donde cada persona se mueve
independientemente por su propia fuerza. El flujo se puede comparar
a un autobús lleno de gente, que la transporta como unidad, debido
a una fuente de energía exterior. El movimiento de la gente, como
difusión, es un medio efectivo de desplazamiento pa ra distancias
cortas, pero el autobús, como el flujo, es más efectivo tratándose de
grandes distancias.
El flujo ocurre dentro y fuera de las células. Dentro, el citoplasma fluye constantemente; fuera, el
flujo de un arroyo o del océano cambia constantemente el agua que está en contacto con la célula. Esto
es importante, ya que en agua estancada la concentrac ión de las sustancias que hay en disolución y

Figura 13.6 El paramecio distribuye el exceso de
agua por medio de sus vacuolas contráctiles.
Periódicamente, cada vacuola se va llenando con el
agua recogida en exceso. Luego la vacuola se abre
y suelte el agua al exterior de la célula y empieza
otra vez el proceso.

Figura 13.7 Células vegetales normales (izquierda) y
plasmolizadas.

Figura 13.8 El tallo de Vorticela puede
encogerse como se muestra en la fotografía.
¿Qué sucede cuando se desenrolla el tallo?

201. La Vida en las Células más Simples 196
que el microorganismo está absorbiendo, se puede llegar a reducir alrededor de la célula. Por esto, la
difusión en la célula y haciendo más lenta. Las sustancias que se difunden fuera de la célula pueden
producir una gran concentración alrededor de ella y así reducir su difusión. La corriente de agua que
pasa por una célula ayuda a mantener una alta velocid ad de difusión de las sustancias que entran o
salen de ella. Hay algunos microorganismos, como la vorticela de la Fig. 13.8, que creen su propio flujo
de agua por el golpeteo rítmico de sus cilios. Otras células que pueden nadar por medio de sus cilios o
por otros medios, se ponen en contacto con nuevas áreas de agua. Recientes investigaciones indican
que en la ósmosis se puede incluir tanto el flujo de agua a través de las membranas de la célula como
su difusión, ya que parece que así entra más rápidamente el agua.
13-6 Transporte activo. Los iones de sales minerales
entran en las células aunque su concentración interi or
sea mayor que en el exterior. Esto sería imposible si sólo
interviniera el proceso de difusión. Los iones se mueven
por medio del transporte activo. Este requiere energía de
la célula. Varios experimentos han mostrado que si se
reduce la velocidad de respiración, también se reduce la
del transporte activo a través de la membrana. Parece
que la energía para efectuar el transporte activo la
proporciona el ATP de la respiración, pero aún no está tan
claro como para saber cómo actúa el ATP; es posible que
alguna especie de molécula “transporte” ayuda a los
iones a cruzar la membrana celular. Si una célula muere
los iones que se habían acumulado en ella, por transporte
activo, inmediatamente se empiezan a difundir hacia
fuera.
La concentración de algunos iones es mayor que la
de otros. Por ejemplo, los iones de potasio, calcio,
magnesio y cloro, generalmente se encuentran en mayor
concentración dentro de la célula que fuera de ella. En
cambio, los iones de sodio, en general, están menos
concentrados dentro de la célula que fuera. Cuando esto
sucede, se usa energía para mover esos iones hacia fuera
de la célula, más que para moverlos hacia adentro. Este
mecanismo se llama bomba de sodio (véase la Fig. 13.9).
Es posible que los azúcares y otros solutos sean introducidos a la célula, a veces, por transporte
activo más bien que por difusión. Esto no es muy segur o. De vez en cuando los biólogos aportan
evidencias sugiriendo que el agua puede ser absorbida por el transporte activo, pero lo más probable es
que el agua entre a la célula en general (no siempre) por ósmosis, más bien que por la energía de la
respiración.
Repaso
1. ¿Qué se entiende por “problemas de transporte” en biología celular?
2. ¿Qué es la difusión?
3. ¿Qué es el gradiente de concentración?
4. ¿Cuál es la función de una membrana permeable selec tiva?
5. ¿Qué es la ósmosis?
La Digestión: Otra Actividad Básica
Para los microorganismos totalmente autótrofos, el transporte de las sustancias hacia adentro y
hacia fuera de la célula es un proceso relativamente simple. Las moléculas de bióxido de carbono, agua
y oxígeno son lo suficientemente pequeñas para que pu edan difundirse directamente a través de la
membrana plasmática. Pero, ¿y los microorganismos hete rótrofos que deben tomar sus moléculas
alimentarias del medio ambiente? Son muy pocas las mol éculas alimentarias del medio ambiente que
sean lo suficientemente pequeñas para que puedan di fundirse directamente a través de la membrana
plasmática. Por eso microorganismos heterótrofos, además del problema del transporte tienen otro

Figura 13.9 Este diagrama representa la bomba de sodio, que
es un mecanismo posible para la explicación del transporte de
los iones de sodio y potasio a través de la membrana celular.

202. La Vida en las Células más Simples 197
nuevo problema, ya que deben ser capaces de romper q uímicamente las grandes masas alimentarias
(en ocasiones todo un organismo) a moléculas orgánica s más pequeñas, para que puedan difundirse a
través de la membrana del plasma. Este nuevo proceso recibe el nombre de digestión.
13-7 Digestión extracelular. Muchos microorganismos son
capaces de secretar enzimas digestivas a su medio externo. Estas
enzimas desintegran los alimentos, a un grado tal, qu e las
moléculas individuales puedan difundirse directamen te a través
de la membrana del plasma. Este modelo general de di gestión se
llama digestión extracelular.
La digestión extracelular es un proceso común entre la s
bacterias, un grupo de microorganismos grande y divers o.
Resulta fácil demostrar este método de digestión con b acterias.
Esta demostración se puede ver en la Fig. 13.10. Las bacterias
del recipiente de la derecha han segregado enzimas q ue
convirtieron el almidón del maíz (un polisacárido) en glucosa.
Estas moléculas más pequeñas se difunden en las célu las
bacteriales. Las bacterias del recipiente de la izq uierda no
pudieron producir estas enzimas.
13-8 Digestión intracelular. La digestión que se efectúa dentro
de la célula se llama digestión intracelular. Sin embargo,
estrictamente hablando, este proceso no se lleva a ca bo
directamente en el citoplasma de la célula, aunque parezca
contradictorio. Analicemos cómo se efectúa.
En la
Fig. 13.11 se muestra con una serie de
fotografías como una amiba se alimenta de otro
organismo. El alimento es rodeado por un
seudópodo hasta que la célula lo ha “fagocitado”
completamente. Cuando esto ocurre, ¿el
alimento está suspendido libremente en el
citoplasma? El hecho de que la partícula
alimentaria esté completamente rodeada por la
célula, no significa que ha pasado a formar parte
de su medio celular interno. En las fotografías se
puede ver cómo el organismo que parece estar
“en” la amiba, en realidad está “rodeado por la
membrana externa”, aislándolo del interior
celular. El organismo primero permanece aislado
dentro de una estructura, a manera de burbuja,
llamada vacuola. Investigaciones recientes han
demostrado que la digestión se realiza en el
interior de la vacuola; realizada ésta, las
partículas más pequeñas se difunden a través de
la membrana de la vacuola al citoplasma. ¿Por
qué es inadecuado el término “digestión
intracelular” para describir este proceso?
13-9 La fuente de enzimas. Aunque el proceso básico de la digestión interna se conoce desde hace
muchos años, los biólogos han obtenido hasta hace poco la clave de cómo se efectúa el proceso. Una
pregunta que por mucho tiempo no había podido ser conte stada es: Si las partículas de alimento son
digeridas mientras se mueven a través de la célula, ¿de dónde proceden las enzimas que pueden llevar
a cabo esta función? No parecía razonable pensar en las enzimas digestivas se encontraran esparcidas
por todo el citoplasma. Si fuera así, las células se podría autodigerir. El primer paso trascendental para
contestar esta pregunta fue dado en 1949, en los laboratorios del bioquímico belga Christian de Duve.
Este biólogo llevó a cabo experimentos con células de hígado, que habían sido separadas en capas por

Figura 13.10 Se llenaron los placas de Petri con un
medio nutritivo y se puso, además, almidón en
suspensión. En ambas placas se sembraron, en
estría, bacterias que se dejaron en incubación
durante 48 horas. Después se cubrieron con yodo.
La especie de bacterias de la placa izquierda no
segregó enzimas que desintegran el almidón, esta
es la razón del color púrpura uniforme en toda la
placa. Las bacterias de la placa de la derecha si
segregaron enzimas que digieren el almidón. Esto se
comprueba por la zona clara que rodea a los
bastones de bacterias.

Figura 13.11 En esta serie de fotografías se puede ver cómo un
seudópodo de amiba puede fagocitar una partícula alimentaria.

203. La Vida en las Células más Simples 198
ultracentrifugación. En una de ellas encontró unas estructuras intactas, que contenían todas las
enzimas necesarias para digerir los diferentes materiales nutritivos.
Después de llamar lisosomas a estas
estructuras, que significa “cuerpo divisor”, de
Duve solicitó ayuda de otros científicos para una
investigación visual de esas estructuras usando
el microscopio electrónico. Pronto se vieron
recompensados sus esfuerzos. En 1955 fueron
aislados los lisosomas por primera vez y
pudieron ser observados. Es entonces se han
descubierto lisosomas en diferentes células,
inclusive en la amiba.
Los lisosomas probablemente funcionan
como un depósito de enzimas digestivas – al
menos en algunas células (las vegetales pueden
ser una excepción). El diagrama de la Fig. 13.12
muestra el proceso de digestión por medio de
los lisosomas.
13.10 Los lisosomas tienen aplicaciones en
medicina. El descubrimiento de los lisosomas
ha acrecentado el interés de muchos
investigadores, particularmente entre los
médicos, que se han interesado por las
enfermedades y las condiciones anormales del
cuerpo humano. La razón de su interés se
enfoca en el hecho de que las colecciones de
enzimas, potencialmente peligrosas, están separadas del citoplasma solamente por una membrana muy
delgada. Los investigadores se sorprendieron al ver que el lisosoma es una “bolsa mortífera” en
potencia dentro de la célula. Según evidencias actuales parece posible, que cualquier cosa que pudiera
causar la ruptura de la membrana del lisosoma podría causar un serio peligro a la célula.
Repaso
1. ¿Qué son dos seudópodos?
2. ¿Cuál es la diferencia entre la digestión intracelular y la extracelular?
3. ¿Cómo dispone el paramecio del exceso de agua que hay en la célula?
4. ¿Qué es un lisosoma?
5. ¿Cómo se demuestra la digestión extracelular en las bacterias?
La Importancia de los Microorganismos
Ahora que estamos estudiando las actividades de tran sporte y digestión de los microorganismos,
resulta adecuado tener en cuenta algunas de las comp licaciones importantes producidas por estas
actividades. Los microorganismos son importantes al ma rgen de su proporción en relación al tamaño y
organización. El hecho de que sea de pequeño tamaño y carezca de organización, están más que
compensado por su número y sus diversas capacidades. El número de estos microorganismos es mayor
que el de todos los demás organismos juntos. Su número es tan grande que sobrepasa la imaginación.
Son innumerables los que residen dentro y sobre nuest ro cuerpo. Son millones los que contiene una
azada llena de tierra fértil. Vamos a ver cómo estas grandes poblaciones afectan al hombre y a otros
organismos.
13-11 La descomposición orgánica y los microorganis mos. El tema de la digestión de los
microorganismos, cuando se consideró en sí mismo, pudo h aber parecido que no tiene importancia.
Pero este tema no sólo se refiere al éxito o fracaso de un grupo de organismos simples, sino que la
puso de relieve Otto Rahn, una autoridad en la materia.
Si la hierba de una pradera no se descompusiera desp ués de secarse y de que en invierno
ha sido batida por las lluvias y la nieve, la producción de un año cubriría su superficie hasta

Figura 13.12 Cuando las enzimas de un lisosoma se funden con el
alimento que se encuentra en las vacuolas digestiva s, se efectúa la
digestión. Después, las sustancias no digeridas son excretadas de las
células.

204. La Vida en las Células más Simples 199
una altura de unos cuatro centímetros. En 100 años, el pastor muerto tendría una altura
mayor a la de las espigas más altas. En los bosques, si las hojas muertas y las ramas caídas
cada año, no se pudrieran, en 500 años su acumulación sería más alta que los árboles. Si el
estiércol del ganado de un rancho no se pudriera y de sapareciera, en 200 años se habría
acumulado lo suficientemente para hacer más alto que las cabezas de ganado.
Sin embargo, la capa de hierba muerta en las prader as, ha permanecido aproximadamente
igual durante siglos. No hay aumento en la acumulación de hojas muertas en los bosques o
de estiércol en los patios de los ranchos…
La desaparición es casi completa debido a las bacterias y a sus aliados, los hongos y las
levaduras. Si todas las bacterias de la hierba, hoja s, madera o animales muertos
desaparecieran, todo ese material no se les compondría jamás.
2

Todo organismo muerto será, por consiguiente, descompu esto. En esta descomposición las enzimas
digestivas de las bacterias y de otros microorganismos jueguen su mejor papel y como se sugirió en los
párrafos anteriores, nos libran de ser enterrados por organismos muertos o partes de esos organismos.
Esta es, solamente, la parte más evidente del relato. El valor trascendental, de estos organismos de
descomposición, será más evidente cuando veamos lo q ue sucede a todo material orgánico que resulta
de sus esfuerzos digestivos.
13-12 Los microorganismos y el
bióxido de carbono. Se vio que la
atmósfera sólo tiene un pequeño
porcentaje de bióxido de carbono,
0.03%. Se menciona este hecho para
poner de relieve lo rápidamente que
este valioso gas podría ser totalmente
consumido por organismos
fotosintetizadores, de no ser
reemplazado. Se ha calculado que esto
podría suceder en unos 20 ó 30 años.
Afortunadamente, esto no ha ocurrido ni
ocurrirá. El bióxido de carbono lo
producen, constantemente, la
respiración de las plantas, animales y
microorganismos. La actividad de
descomposición de ciertos
microorganismos y la combustión,
proporcionan a la atmósfera más bióxido
de carbono.
El bióxido de carbono también
puede tomar el camino indirecto para
llegar a la atmósfera. Los
microorganismos pueden tomar
alimento, éste se puede incorporar la
célula o desintegrarse y utilizarse en la
manufactura del ATP. En ambos casos,
la mayor parte del bióxido de carbono
regresará finalmente a la atmósfera ya
que al morir los microorganismos
vendrá inmediatamente su proceso de descomposición. De bido a que el camino del carbono (la
molécula del bióxido de carbono) forma un ciclo en la naturaleza – de la atmósfera a los organismos y
de éstos a la atmósfera – los biólogos llaman a este camino del carbono, ciclo del carbono (véase la Fig.
13.13).
13-13 Los microorganismos y el nitrógeno. A pesar del 80% de la atmósfera es nitrógeno, este
elemento es tan pequeña proporción en las células y tejidos de los organismos. Como recordará
(Capítulo 3) el nitrógeno es uno de los cuatro elementos indispensables en todos los aminoácidos; sin

Figura 13.13 El ciclo del carbono.

205. La Vida en las Células más Simples 200
éstos los organismos no pueden sintetizar sus proteínas , lo cual significa sin ellos los organismos
morirían. Es sorprendente que cualquier organismo teng a poco nitrógeno siendo tan abundante en la
atmósfera. La razón es muy sencilla, la mayoría de los organismos carecen de enzimas, que son las que
pueden incorporar el nitrógeno (gas) a cualquier tip o de molécula, ya que sólo pueden utilizar el
nitrógeno cuando forma parte de otros compuestos nitrogenados.
¿De dónde obtienen estos compuestos nitrogenados la mayoría de los
organismos? Algunos lo tienen comiéndose a otros organi smos. Nosotros y muchos
organismos más, tenemos el nitrógeno de esta manera, esos organismos ¿de dónde
lo obtienen? Al buscar la fuente de nitrógeno para cualquier animal o vegetal en su
cadena alimentaria, se encuentra que ciertos microorg anismos poseen la
“maquinaria” necesaria de enzimas, para qué nitrógeno atmosférico sea utilizable. A
este proceso se le llama fijación de nitrógeno. La mayor parte de los
microorganismos capaces de efectuar este útil proceso, son las bacterias o las algas
verde azuladas. Por esta razón reciben el nombre de fijadoras de nitrógeno (véase la
Fig. 13.14).
De igual importancia
para producir nitrógeno
aprovechable, son ciertas
especies de bacterias que
descomponen la materia
orgánica para que regrese el nitrógeno a la
atmósfera. Este proceso anaerobio, se llama
desnitrificación; se efectúa en los sueldos que
contienen poco oxígeno. La desnitrificación es
una actividad esencial, debido a que si las
pequeñas partes del gas nitrógeno contenidas
en los cadáveres y los desechos de los
organismos no fueran devueltos a la atmósfera,
los fijadores de nitrógeno acabarían finalmente
con esta materia prima. Tanto los fijadores de
nitrógeno como los desnitrificantes forman
parte del ciclo del nitrógeno (véase la Fig.
13.15). Todas las formas de vida dependen de estos microorganismos.
13-14 Relaciones microorgánicas. En la biosfera hay muchos
ejemplos donde se ve que dos o más clases de organismo s han
asumido una relación física entre sí, más o menos ce rcana y
permanente. Esta relación se llama simbiosis, significa bien común y a
los organismos que forman parte de esta relación se les llama
simbiontes. En los simbiontes, los efectos de interrelación son
variables. En un extremo está el parasitismo, en el cual un organismo,
el parásito, vive sobre o dentro de otro organismo, el huésped. En la
relación parásito-huésped, el parásito subsiste a exp ensas del
huésped. Por un período de tiempo la actividad del pa rásito no es
necesariamente nociva para el huésped. En el otro ex tremo,
encontrándose el mutualismo. En este tipo de relación cada simbionte
contribuye con algo beneficioso para el otro. En algu nos tipos de
mutualismo, los simbiontes dependen tanto el uno del otro, que solos
no pueden sobrevivir (véase la Fig. 13.16).
Las relaciones simbióticas se encuentran, con mayor frecuencia en los microorganismos, más que
ningún otro grupo de seres. Excepto en animales “libr es de gérmenes”, que han crecido condiciones
estériles, un biólogo nunca podrá encontrar una planta o animal que no hubiera establecido una o más
relaciones sin bióticas con otros microbios (véase la Fig. 13.17).
13-15 Muchos de los organismos parásitos causan enf ermedades. Un microorganismo parásito
que cause enfermedades se llama patógeno. Muchos de estos patógenos crean, directa o

Figura 13.14 Las bacterias
del género Rhizobium
cuando se introducen en las
raíces de ciertas legumbres,
tienen la capacidad de fijar
el nitrógeno.

Figura 13.15 El ciclo del nitrógeno.

Figura 13.16 El liquen es un ejemplo de
relación simbiótica entre un alga y un hongo.

206. La Vida en las Células más Simples 201
indirectamente, desórdenes en los organismos que los reciben como resultado de las enzimas digestivas
que producen. Un ejemplo de este tipo de organismos, son los patógenos del género Plasmodium. Estos
patógenos invaden el cuerpo humano por medio de una “p icadura” de ciertas especies de mosquitos.
Una vez en el torrente sanguíneo humano estos protozoos p enetran en los glóbulos rojos y utilizan sus
enzimas para digerir la hemoglobina, la proteína transportadora de oxígeno que abunda en este tipo de
células. Así alimentado el microbio, crece, se reproduce y finalmente, romper los glóbulos rojos. La
enfermedad que origina esta clase de patógenos se ll ama malaria. Es la más común y grave de las
enfermedades infecciosas del hombre que se presenta, especialmente, en las regiones cálidas de la
tierra (véase la Fig. 13.18). El ciclo de vida del Plasmodium se trata en la Sección 14-11.
Muchas de las bacterias patógenas que causan las enf ermedades lo
hacen destruyendo células y tejidos, segregando toxinas y significan
“venenos”. Algunas toxinas bacterianas son más peligros as que otras. Un
método para determinar su efecto (sin producir infección) es hacer que la
bacteria se desarrolle en un medio que sea representativo del huésped.
13-16 Una variedad de relaciones mutualistas. Anteriormente
mencionamos a los microorganismos que se encuentran como simbiontes
en una relación mutualista esencial. Entre ellos hay bacterias fijadores de
nitrógeno. Estas bacterias, después de invadir los pelos de las raíces de la
familia de las leguminosas – chícharo, frijol, alfalfa y trébol – estimulan el
crecimiento de pequeñas protuberancias o nódulos, en las propias raíces
de esas plantas (véase la Fig. 13.19). Las bacterias crecen y se reproducen
dentro de las células de estos nódulos, por medio de una adecuada
nutrición proporcionada por la planta, al mismo tiempo que estas bacterias
convierten el nitrógeno gaseoso en forma aprovechable por la planta. Ya
hemos mencionado al principio de nuestra definición de mutualismo, que
cada uno de los simbiontes aporta un beneficio para el otro.
Se examina cuidadosamente el tracto digestivo de cual quier animal, con ayuda de un microscopio
(excepto los animales libres de gérmenes, en condiciones estériles) esté seguro que encontrará una o
varias clases de microbios. Aun cuando no está definido el papel de estos microorganismos los biólogos
han encontrado evidencias de una función mutualista.

Figura 13.18 Las áreas en color representan las distintas partes de la Tierra en las cuales todavía la
malaria no ha sido erradicada.

Figura 13.17 En el quirófano aislado las
operaciones se llevan a cabo en un medio
ambiente completamente libre de
gérmenes.

207. La Vida en las Células más Simples 202
Un ejemplo lo tenemos en los termes que se
alimentan de la madera (véase la Fig. 13.20). En las
últimas partes del tracto digestivo de los termes, se
pueden observar un gran número de bacterias y
flagelados. Estos flagelados son organismos
estrictamente anaerobios, sólo pueden obtenerse
energía por respiración anaerobia, ya que no
pueden sobrevivir en presencia de concentraciones
relativamente altas de oxígeno. Si se somete a los
termes a una presión alta de oxígeno, aunque sólo
sea por un período de tiempo reducido, todos los
flagelados son destruídos. A los pocos días de la
destrucción de los flagelados, empiezan a morir los
termes. ¿Por qué? Se supone que los termes
mueren de inanición. La madera, que constituye su
dieta se compone principalmente de celulosa. En el
Capítulo 3 vimos que la celulosa es un polisacárido de la glucosa, que difícilmente es digerida por la
mayoría de los organismos. Los termes en realidad no pueden digerir la celulosa, los que la digieren son
los flagelados que habitan en su tracto digestivo. Al morir los flagelados, todo el tracto digestivo de los
termes se llena de madera no digerida. Probablemente, la mayoría de los animales que se alimentan de
plantas, también dependen de ciertos microorganismos, que están en su aparato digestivo, encargados
de desintegrar los polisacáridos.
Los termes son un ejemplo de animales cuya vida
depende de una población microbiana. Los animales
que se alimentan de vegetales, como el ciervo, la oveja,
el alce, el ganado vacuno y los caballos – animales
domésticos – dependen de poblaciones bacterianas.
Pero se tienen que hacer aún muchas investigaciones
antes de llegar a conocer el papel de éstos y otros
simbiontes en el aparato digestivo de los animales. La
actividad de estos microorganismos, incluso en el
hombre, probablemente el más importante de lo que
suponemos.
Repaso
1. ¿Cómo hacen su utilísimo trabajo los microorganismos que
descomponen las sustancias orgánicas?
2. ¿Qué camino sigue el bióxido de carbono para volver a la
atmósfera?
3. ¿Por qué hay más caminos diferentes en el ciclo del
carbono que en el del nitrógeno?
4. ¿Cuáles son los patógenos? Mencione algunos ejemplos.
5. ¿Cómo se puede usar el conocimiento del mutualismo
para el control de los termes?
Resumen
Los microorganismos brindan al biólogo la oportunidad d e estudiar la
vida en las formas más simples. Los procesos de que se valen los
microorganismos para digerir y transportar los materiales a su medio y
en su medio, son de gran interés en la investigación biológica. Los microorganismos son importantes
por las relaciones que, dentro de la biosfera tienen con otros organismos.
Todo organismo, unicelular o pluricelular debe ser capaz de intercambiar sustancias con su medio
ambiente. Además, debe ser capaz de mover las susta ncias necesarias hacia las áreas donde se
precisen. Éste se llama problema de transporte. El proceso de difusión es el mecanismo principal con el
que los organismos más simples resuelven el problema d e transporte. También se toma en cuenta el

Figura 13.19 Estas raíces son de una planta de garbanzo (izquierda)
y de trébol (derecha) que muestran una formación típica de nódulos,
debido a la presencia de las bacterias fijadoras de nitrógeno. Tanto las
plantas como las bacterias tienen beneficios de estas relaciones. ¿Qué
nombre damos a este tipo de relaciones?

Figura 13.20 Un terme obrero (izquierda) y un soldado
(derecha).

Figura 13.21 La Trichonympha, flagelado
que habita el tracto digestivo de los termes,
convierte la celulosa en carbohidratos
solubles que puede utilizar el terme.

208. La Vida en las Células más Simples 203
transporte por flujo. Todas las células están rodeadas por una membrana citoplásmica semipermeable
que controla la entrada y salida de los materiales de todas las células.
Muchos microorganismos toman de su medio ambiente sus s ustancias alimentarias. Éstas, en muchos
casos, se deben desintegrar en compuestos químicos más simples para que se puedan transportar
utilizar por la maquinaria celular. Este proceso se llama digestión. Los microorganismos, efectúan su
digestión de dos maneras: a) La digestión extracelul ar, las enzimas son secretadas en el medio
ambiente para digerir el alimento fuera de la célula; b) la intracelular, los alimentos son digeridos en
vacuolas que se mueven en la célula. El cómo funciona n las enzimas es la célula ha sido parcialmente
resuelto al investigar los lisosomas.
Los microorganismos son muy importantes a pesar de su tamaño y grado de organización. Su trabajo
ayuda a regenerar el bióxido de carbono de la atmósfe ra. El papel de los microorganismos en el ciclo
del nitrógeno, es el de proporcionar moléculas nitrogenadas, tanto los animales como los vegetales. Las
relaciones bióticas son variadas y abundantes. Muchas de las relaciones bióticas de estos diminutos
organismos aún no son totalmente conocidas.
Preguntas de Repaso
1. ¿Qué es el gradiente de concentración y cómo está relacionado con el problema del transporte en
los microorganismos?
2. ¿Qué le sucedería un microorganismo colocado en una solución concentrada de sal? Explíquelo.
3. ¿Qué es lo que causa un aumento de velocidad de difus ión en los microorganismos en el interior y
exterior de la célula?
4. ¿Por qué se dice que la membrana citoplásmica es sem ipermeable?
5. ¿Es el tamaño el único factor que determina si una mo lécula puede uno pasar a través de la
membrana citoplásmica? Explíquelo.
6. ¿Cómo resuelve el paramecio el problema del gradiente de concentración acuosa de su interior?
7. ¿Por qué se dice que la digestión intracelular no se efectúa dentro del citoplasma celular?
8. ¿Por qué se acrecentó el interés en la investigación médica por el descubrimiento de los lisosomas?
9. ¿Cuál es el papel que juegan los microorganismos en el ciclo del carbono?
10. ¿Cuáles son las dos formas, por las cuales los microorga nismos utilizan el nitrógeno, que
aprovechan tanto los animales como las plantas?
11. Hay dos tipos de simbiosis que pueden presentar los microorganismos. Dé un ejemplo de cada uno.
Análisis y Aplicación
12. El tamaño de las moléculas o partículas alimentarias es importante en la determinación de la
entrada y salida de sustancias a través de la membrana celular. Sin embargo, vemos que pueden
entrar o salir otras moléculas más grandes. Aplicando lo que hemos aprendido acerca de la digestión
extracelular, ¿por qué suponemos esto es cierto?
13. Las bacterias que desenlace los compuestos de nitrógeno y produce nitrógeno libre que va hacia la
atmósfera son principalmente anaerobia es, es decir, crecen y se multiplican con poco oxígeno o sin
él; ¿cómo se relaciona este hecho con el de que las tierras del fondo (riveras) de los ríos, no son a
menudo fértiles, a pesar de que el desbordamiento per iódico pueda depositar buenas tierras
fértiles?
14. Los glóbulos rojos de la sangre humana y del plasma que los rodea contiene una concentración
salina de 0.85%. ¿Qué efecto ocasionaría en los globos rojos, si se pusiera agua destilada en lugar
del plasma? Explíquelo.
15. Los pequeños propietarios a veces entusiasman demasia do y ponen mucho fertilizante en sus
prados. Cuando esto ocurre su pasto se “quema”, se vuel ve pardo y nueve. Explique la razón de
este fenómeno con ayuda de sus conocimientos en ósmosis y gradiente de concentraciones. Una vez
que el propietario se haya dado cuenta de su error, ¿habrá modo de corregir el problema?
Obras de Consulta
Dobell, Clifford, ed. y trad. Antony van Leeuwenhoek and His “Little Animals” (libro de bolsillo). Dover,
1962.
Dubos, René, Maya Pines y los editores de Life. Health and Disease. Life Science Library, Time, Inc.,
1965.

209. La Vida en las Células más Simples 204
Farb, Peter y los editores de Life. Ecology. Life Nature Library, Time, Inc., 1963. El Capítulo 5 trata la
relación parásito-huésped e incluye una explicación acerca de la malaria.
McElroy, W.D. Cell Physiology and Biochemistry (libro de bolsillo). 2ª ed., Prentice-Hall, 1964.
Pelczar, Michael J. y R.D. Reid. Microbiology. 2ª ed., McGraw-Hill, 1965. Un libro de referencias
generales.
Stainer, Roger, M. Doudoroff y E.A. Adelberg. The Microbial World. 2ª ed., Prentice-Hall, 1963.
Wyss, Orville, O.B. Williams y E.W. Gardner. Elementary Microbiology. John Wiley & Sons, 1963.
Revistas
Scientific American
Alvarado, Carlos A. y L.J. Bruce-Chwatt. “Malaria”. Mayo, 1962. Historia de la enfermedad desde hace
3,000 años. Describe el ciclo de vida de unos Plasmodium y los intentos para dominar y erradicar esta
enfermedad.
de Duve, Christian. “The Lysosome”. Mayo, 1963.
Holter, Heinz. “How Things Get Into Cells”. Septiembre, 1961. Hay diferentes maneras de obtener el
material en la célula: Por movimiento pasivo a través de la membrana celular, por el transporte activo y
por pinocitosis.
Lamb, I. MacKenzie. “Lichens”. Octubre, 1959.
Rustad, Ronald C. “Pinocytosis”. Abril, 1961.
Solomon, Arthur K. “Pores in the Cell Membrane”. Dici embre, 1960. Los finos poros de la membrana
celular permiten el paso de las moléculas y de los iones a través de ella. El tamaño de estos poros ha
sido determinado experimentalmente, porque son de un t amaño tan pequeño que ni con el microscopio
electrónico es posible verlos.
Referencias Bibliográficas
1
Leeuwenhoek. Clifford Dobell, ed. y trad. Antony van Leeuwenhoek and His “Little Animals”. Harcourt,
Brace & World, Inc., Copyright ©1962, p. 154.
2
Otto Rahn. Microbes of Merit. The Ronald Press Company, Copyright ©1945, pp. 93-9 4.

210. Los Organismos Simples se Reproducen 205

Las células de Spirogyra forman un tubo que las une antes de la reproducción sexual.
Pensando que un animálculo engendra 8 nuevos organism os y cada
uno de éstos procrea otros 8, la producción de dichos organismos en…
9 días será de 262,144 animálculos a partir de uno sol o… Estas
criaturas se multiplican tanto que el hecho me sumer gió en gran
confusión.
1

Antony van Leeuwenhoek
Capítulo 14
Los Organismos Simples se Reproducen
Podemos encontrar una gran una gran variedad de organis mos sencillos en cualquier
medio ambiente. No obstante su gran variedad todos part icipan de una característica
común: Tienen gran facilidad para reproducirse. Ind udablemente, Leeuwenhoek fue el
primero al que este hecho le impresionó extraordinariam ente. Aún hoy (recordemos la
marea envenenada del Capítulo 4) los biólogos se queda n atónitos y “sin habla” ante esta
gran capacidad reproductora de los microorganismos.
¿Cómo se reproducen los microorganismos? Este es el tema principal estudiaremos ahora. Si existe
una gran variedad microorganismos, debemos también com prender que presentan una gran variedad
de modelos básicos de reproducción. En este capítulo sólo podremos estudiar unos cuantos.
Reproducción de Bacterias y Algas Azul-Verdes
Las teorías y las algas azul-verdes presentan algunas características que dan lugar a que se les
clasifique separadamente del resto de los microorganism os. La característica más importante es que
carecen de un núcleo definido, ya que en lugar de éste tienen “material nuclear”. Esta frase significa
que grupos de DNA y de proteínas asociadas se encuent ran esparcidas en la célula (véase la Fig. 14.1).
La carencia de un núcleo organizado es, en parte, responsable de que las formas de reproducción, en
estos organismos, sean tan diferentes a todas las demás.
14-1 La reproducción bacteriana ilustra el modelo b ásico. Prácticamente toda la reproducción
bacteriana es de tipo asexual. Esta reproducción se llama escisión binaria; significa literalmente
“división en dos”. Debido a la carencia de cromosomas el proceso de la mitosis no se efectúe
normalmente. Si nos fijamos en los capítulos anteriores, ahora nos preguntamos cómo envían las

211. Los Organismos Simples se Reproducen 206
bacterias la transmisión exacta de su DNA a las células hijas. Los biólogos aún no han descubierto, de
manera exacta, como se efectúa este proceso. Sea como fue re, el mecanismo es maravillosamente
eficiente. Las bacterias, a menudo, se reproducen en menos de 30 minutos (véase la Fig. 14.2).

Las bacterias tienen gran variedad de formas. El coccus es una bacteria de
forma redonda; el bacillus presenta una forma de bastón; y el spirillum tiene
forma de filamento en espiral. Además, el plano de la división celular a menudo
forman modelos diferentes por medio de los cuales se pueden reconocer grupos
de bacterias cuando se observan con el microscopio. Por ejemplo, si la división
de los cocci se hace en un plano y las células resultantes permanecen juntas,
se produce un filamento o cadena. Pero si la división se alterna en dos o tres
planos se desarrollarán modelos cúbicos o rectangulares . Por último, si la
división es al azar se forman grupos irregulares (véase la Fig. 14.3).
14-2 Enlace con plantas superiores. Las bacterias y las algas son
semejantes a las células de las plantas superiores por su rígida pared celular,
compuesta principalmente de celulosa. Durante la divi sión celular, la pared
crece y origina la separación de dos células hijas. Los factores que controlan
esta fase de la división celular se desconoce.
Ciertas bacterias presentan una reproducción
asexual diferente: La gemación y la reproducción por
esporas. Se debe aclarar la palabra “espora” ya que
puede crear confusión a menos que se conozca el
sentido en que se usa al estudiar bacterias. En el
Capítulo 7 dijimos que una espora reproductora es una c élula especializada
capaz de convertirse en un organismo. Ciertas ramific aciones, formas
coloniales de bacterias, producen este tipo de espora. Existen otros tipos de
bacterias unicelular es que producen las endosporas.

Diplococos

Estafilococos

Estreptococos

Bacilos

Espirilos
Figura 14.3 Las bacterias adoptan
algunas de estas formas: Esféricas,
bastones o espirales; los cocci
pueden formar grupos
característicos. Así, las bacterias
redondas se pueden unir por pares
para formar los diplococos; a las
bacterias que se unen de una
manera irregular se les llama
estafilococos y las bacterias
redondas que forman largas
cadenas son los estreptococos.
El término “endospora” se ha reducido a “espora”. La s endosporas no son células reproductoras,
sólo son una etapa en la vida de una bacteria. En ocasiones y baj o condiciones adversas, los
componentes más importantes de la célula bacteriana s e reducen y cubren con una chapa protectora
que se desarrolla en el interior de la célula. La pared celular original se descompone y queda libre la
endospora, la cual puede sobrevivir en condiciones de sfavorables. Cuando éstas son otra vez
favorables, la cubierta de la endospora se abre y la misma bacteria emerge. Note que la endospora no

Figura 14.1 P or la micrografía
electrónica se puede comprobar que
las algas azul-verdes no tienen
núcleos. Las algas azul-verdes,
junto con las bacterias, son los
únicos organismos que carecen de
estructura y por consiguiente, se
cree que ellas son formas de vida
más primitivas.

Figura 14.2 La reproducción de las
bacterias se efectúa fisión.

212. Los Organismos Simples se Reproducen 207
produjo otra bacteria; solamente le ayudó a sobrevivir bajo condiciones que normalmente la hubieran
destruído (véase la Fig. 14.4).
14-3 Algunas bacterias se reproducen por mecanismos
sexuales. Durante muchos años se creyó que no existía la
reproducción sexual en las bacterias. Sin embargo, ya se ha visto en
cultivos realizados en laboratorios, que hay diferent es formas de
reproducción sexual en las bacterias.
En el Capítulo 7 vimos los hechos que distinguen la reproducción
sexual así como su principal ventaja: La información genética, DNA,
de dos células diferentes que se combinan en la nueva célula y forman
únicamente un nuevo individuo. La ventaja de la reproducción sexual
es que permite, en una nueva población, la combinación de genes
diferentes. Esta recombinación de genes produce una ma yor variedad
que ayuda a la población a sobrevivir, a pesar de los cambios del
medio ambiente. Vamos a ver cómo las poblaciones bact erianas
cultivadas en laboratorio han producido nuevas combin aciones de
DNA.
Griffith hizo las primeras observaciones sobre nuevas
combinaciones de genes en las bacterias y fue el primero en estudiar la transformación del neumococo.
Crío una cepa de neumococos sin cápsula en medio de cul tivo que contenía células muertas con
neumococos productores de cápsulas. El cultivo produjo ne umococos con una nueva propiedad: Las
bacterias sin cápsula llegaron a ser productoras de cápsulas. Experimentos subsecuentes condujeron al
anuncio hecho en 1944 por Avery, MacLeod y McCarty, s obre la nueva cepa que se había producido
como consecuencia de la entrada del DNA de las célula s muertas a las células vivas. El DNA de las
células muertas actuó como “información suplementaria” que permitía, a estas células, sintetizar los
materiales de la cápsula. Este fenómeno general, la entrada del DNA de las células bacteriales muertas
a las células bacteriales vivas y producir allí el cambio indicado, se le llama transformación.
14-4 Un segundo método para obtener nuevas combinac iones de genes.
Por el método de conjunción, dos bacterias se unen físicamente con un puente
citoplásmico (véase la Fig. 14.5) al estar así unidas transfieren su material
genético de una a otra. El resultado de la transferencia de DNA es sorprendente.
La bacteria receptora (y sus descendientes) adquiere inmediatamente las
características de la bacteria donadora.
Los investigadores han realizado una serie de ingeniosos experimentos con
cepas de E. coli bacterial. Dejaron dos cepas juntas por etapas de tiempo variado
para que se efectuara la conjugación; rompían el puen te citoplásmico
sometiendo al cultivo a una rápida vibración. Por medio de este experimento se
comprobó que los genes eran transferidos a través del puente citoplásmico en un
tipo especial de cromosomas. Se descubrió que los gene s estaban dispuestos de
un extremo a otro a manera de rosario. Rompiendo a tiemp o este rosario de
cromosomas y observando los resultados que se tenían en las bacterias
receptoras, ha sido posible dibujar mapas que puntualizan en forma específica la
localización de algunos genes. Aunque no está confirma do, parece ser que la
conjugación se efectúa bajo condiciones naturales. Los biólogos piensan que éste
es un sistema bien organizado y podría ser usado en las poblaciones naturales.
14-5 Nuevas combinaciones de genes y virus. Las bacterias pueden adquirir
una nueva combinación genética como resultado de una i nfección viral. En el capítulo 12 vimos que en
una invasión viral el DNA o RNA pueden reproducirse junto con su “cubierta proteica” y en esta forma
destruir la célula. Los ácidos nucleicos invasores pueden adherirse al DNA bacterial y asumir una
posición permanente o semipermanente. Tales bacterias se dice que son lisogénicas. Algunas bacterias
lisogénicas tienen ciertas capacidades que no tienen las cepas no infecciosas. Es decir, el ácido nucleico
viral acarrea información genética que es transcrita y usada dentro de la célula bacterial. Así ha surgido
un tercer mecanismo, por el cual puede producirse la n ueva combinación de genes en las bacterias.
Este mecanismo se llama transducción (véase la Fig. 14.6). Algunos biólogos piensan que lo s virus

Figura 14.4 Clostridium tetani, es la bacteria
que causa el tétanos en el hombre. Se
muestren su forma de población. Las
endosporas son las estructuras redondas que
aparecen en los extremos del bastón.

Figura 14.5 Esta micrografía
electrónica nos muestra una
delicada fibra que está
conectando dos bacterias. Esta
fibra es el puente citoplásmico.
La fotografía fue tomada por
Francois Jacob.

213. Los Organismos Simples se Reproducen 208
“hechos a la medida” podrán ser usados, algún día, como suplemento en la información genética de las
células. Éste sería un poderoso método para alterar los caracteres hereditarios de los organismos.

Figura 14.6 Tres mecanismos por los que las
bacterias tienen combinaciones de genes son:
Transformación, conjugación y transducción. En la
transformación al romperse la célula expulsa su
material genético; algunos de estos genes logran
entrar en alguna otra célula. En la conjunción, el
material genético pasa directamente de una célula
bacteriana a otra. La transducción consiste en que
un virus actúa como agente infeccioso llenando el
material genético de una célula a otra.
14-6 Reproducción de las algas azul-verdes. Las algas azul-verdes son organismos unicelulares
como las bacterias. En algunas formas pueden permanece r unidas a las células después de la división
celular y formar así filamentos o colonias multicelulares. El nombre “azul-verde” se refiere a la única
mezcla de pigmentos que contiene la célula (véase la Fig. 14.7). A veces confunde, ya que algunos de
sus individuos son negros, rojos, amarillos y púrpura. A pesar de su nivel de organización relativamente
simple, las algas azul-verdes son tan prósperas como cualquier otra clase de organismos. Se
encuentran en todos los medios donde exista humedad y luz, tanto en las aguas termales de diversas
partes del mundo como en las aguas congeladas de las regiones polares. Muchas de estas algas viven
en relación simbiótica con otros organismos.
No se ha observado en estas algas
reproducción sexual. La reproducción asexual se
efectúa principalmente por división binaria. Como
en el caso de las bacterias, no se conoce cómo se
duplica el material genético para que pase a las
células hijas, ya que algunos miembros se
reproducen por medio de esporas. Y no se ha
observado la reproducción sexual en este tipo de
organismos, porque es una de las pocas
excepciones de un modelo casi universal. Los
biólogos tienden al escepticismo respecto a este
punto, piensan que también las bacterias fueron
consideradas como una excepción. Continuando
las investigaciones se podrían conocer los mecanismos por los cuales las algas azul-verdes puedan
producir nuevas combinaciones de genes.
Repaso
1. ¿Cuál característica común es más importante de las bacterias y las algas azul-verdes?
2. ¿Qué significa “división binaria”?
3. Son tres las formas más comunes en las bacterias. ¿Cuáles son?
4. ¿Qué es una “endospora”?

Figura 14.7 Oscillatoria (izquierda) y Nostoc (derecha) son algas azul-
verdes comunes. Ambos organismos se ven más de colo r verde que
azul. Tienen el pigmento típico de las algas azules -verdes: La
ficocianina.

214. Los Organismos Simples se Reproducen 209
5. Describa dos formas por las que se pueda producir la nueva combinación de los genes en
las bacterias.
Reproducción de Algas y Hongos
Los hongos y las algas son considerados como las plantas más primitivas. Con excepción de las
algas azules-verdes el resto de las algas tienen clo roplastos bien organizados. Los cloroplastos
funcionan igual que en las células de las plantas verdes superiores. La mayoría tiene una pared gruesa
de celulosa que también es característica de las células de las plantas superiores. Los hongos tienen
alguna semejanza con las algas; sin embargo, tienen una diferencia altamente significativa; los hongos
no tienen cloroplastos. Son organismos heterótrofos que ne cesitan obtener su alimento de otros
organismos.
14-7 Reproducción de la Chlamydomonas . La
Chlamydomonas es un alga verde unicelular que nada en el
agua por medio de dos flagelos. Muchas algas “verdes” se
reproducen alternativamente por el método sexual y ase xual.
La reproducción asexual es por mitosis celular.
Específicamente, el interior de la célula Chlamydomonas
empieza a dividirse produciendo dos o cuatro copias
pequeñas de la célula original. Finalmente, se rompe la
célula; las células hijas crecen y luego repetirán lo mismo.
En cierta etapa del ciclo de la Chlamydomonas, la división
celular aumenta considerablemente y se produce un gr an
número de pequeñas células. Estas células parecen se r
gametos porque al ser liberadas dos de ellas se fusion an y
dan lugar a una célula más grande: El cigoto. Se formó un nuevo individuo por reproducción sexual.
Poco después de la fecundación (la fusión de los dos ga metos) el nuevo siglo todo formó una pared
exterior dura que lo rodea. Sirve para proteger a la célula en condiciones adversas al medio y de este
modo ayuda a la supervivencia de la población. Dentro de la cubierta, el sin costo que tiene un doble
juego de cromosomas sufre una meiosis. De esto resultan cuatro células presentando cada una un
juego de cromosomas. Son liberadas en el agua, ya lib res continúan reproduciéndose asexualmente
hasta que vuelven a producir gametos, con lo que se inicia de nuevo la fase sexual de la reproducción.
La Fig. 14.8 resume el ciclo vital la Chlamydomonas.
14-8 Reproducción de Spirogyra. Si bien hay una ligera diferencia
en los detalles, en términos generales, la reproducción es muy parecida
entre la Chlamydomonas y otra alga verde común – Spirogyra.
Normalmente se reproduce asexualmente por división mi tósica celular.
Aunque en el caso especial de esta alga, cada célula nueva permanece
adherida a la célula original formando un filamento largo de células, tal
como se ve en la Fig. 14.9. Ocasionalmente, el filamento se romperá y
al repetirse la división celular crecerán más filamentos. La reproducción
por este método se efectúa abundantemente en los meses de verano,
produciendo la “lama” que se ve en los pequeños charc os. Durante el
otoño (como resultado de algún factor del medio) alguna s células de
filamentos adyacentes empiezan a desarrollar protuber ancias en sus
paredes celulares. Éstas, finalmente, se convierten en puentes entre los
filamentos, a través de los cuales se va deslizando el contenido de una
célula a otra. Durante la conjugación los núcleos se f usionan y
producen cigotos (véase la Fig. 14.10). Poco después, cada cigoto
produce una capa exterior que sirve para protegerlo y a la vez, ayuda en la supervivencia de la
población de Spirogyra. Antes de que germine el cigoto, experimenta dos divi siones meióticas
resultando cuatro esporas con un solo juego de cromosomas cada una de ellas. Sólo una sobrevive y se
reproduce.
14-9 Reproducción de Rhizopus. El hongo común del pan, Rhizopus, ilustra el modelo de
reproducción de los hongos. Modelo reproductivo común de especies de hongos que crecen en la

Figura 14.8 Ciclo vital de la Chlamydomonas.

Figura 14.9 La Spirogyra es un alga verde
filamentosa.

215. Los Organismos Simples se Reproducen 210
materia orgánica muerta. Sin embargo, es necesario hac er resaltar que los hongos pueden presentar
varios y complejos ciclos de vida. Esto es notable en muchos hongos parásitos.
Si se observa el crecimiento de Rhizopus en el pan o en las
frutas se verá como una masa de filamentos blancos. Si se mira con
cuidado nos daremos cuenta de que existen pequeñas e structuras
negras, dispersadas a través de la masa de filamentos. Éstas son las
hifas que representan el cuerpo principal del organismo. Las
estructuras negras son los esporangios o recipientes de esporas que
se desarrollan en el extremo de ciertas hifas. En u n examen
microscópico de estas hifas podemos ver una de las muc has
excepciones de la naturaleza que impiden las genera lizaciones. Las
hifas no son cadenas de células como los filamentos de Spirogyra.
Por el contrario, las hifas son tubos largos (a veces separados por
paredes porosas); contienen muchos núcleos esparcidos en el
citoplasma. Evidentemente esto una excepción parcial de la teoría
celular.
Rhizopus se producía asexualmente, por esporas que se
desarrollan en el esporangio. En una época determinada se reproduce por medios sexuales. Cuando se
juntan las hifas de dos cepas de Rhizopus se efectúa una forma de conjugación. Las hifas que s e
encuentran frente a frente desarrollan tubos que cons tituyen el puente que conectará a los dos
filamentos. En la parte interna de estos tubos (progametangios) se forman paredes perpendiculares a
las de los tubos, mismos que separan sendas porciones de protoplasma (gametangios) (véase la Fig.
14.11). Produce el mismo efecto en los gametos, porque luego se disuelve la pared que hay entre ellos
y se fusionan los núcleos de los gametangios. Después, el cigoto produce una cubierta gruesa resistente
a las condiciones severas del medio ambiente. La mei osis tiene lugar produciendo esporas que de
nuevo tienen sólo un juego de cromosomas. Bajo condiciones favorables se rompe la cubierta gruesa y
las esporas se desarrollan en nuevas hifas.

Figura 14.11 El diagrama muestra la secuencia de los acontecimientos al fusionarse dos hifas de
Rhizopus. La fotografía muestra los cigotos formados por la fusión.
Repaso
1. ¿Cuál es la diferencia estructural básica entre las algas y los hongos?
2. Describa la conjugación en Spirogyra.
3. ¿Qué clase de organismos es Rhizopus?
4. ¿Qué estructuras dan el color distintivo al hongo común del pan?
5. ¿Cuál es la forma general reproductiva de los organismos estudiados en esta sección?



Figura 14.10 Esta es
la etapa final en la
conjugación de la
Spirogyra. Los cigotos
pueden verse en el
margen izquierdo. Hay
que notar la cubierta
que rodea a cada uno
de los cigotos. La
pared celular que los
recubre se desintegra.
¿Estos cigotos son
monoploides o
diploides?

216. Los Organismos Simples se Reproducen 211
Reproducción de Protozoarios
El término protozoario lo usan muchos biólogos para referirse a los
microorganismos que son similares a los animales. En los ensayos de
clasificación, los protozoarios representan algunas categorías mayores
o phyla de microorganismos. Muchos protozoarios se mueve n
activamente. Algunos carecen de cloroplastos y son h eterótrofos. No
tienen la pared gruesa característica de las algas y los hongos. Vamos
a estudiar los modelos reproductores de dos protozoarios – una forma
viviente libre, común en agua dulce y un parásito que tiene su morada
alternativamente en el hombre y en el mosquito.
14-10 Reproducción del Paramecium . El Paramecium es de los
microorganismos mejor conocidos. Puede encontrarse en ag uas
estancadas. Al microscopio aparece como un organismo en f orma de
sandalia, deslizándose y rodando dentro y fuera del campo visual como
resultado del movimiento que produce a partir los cilios que cubren su
cuerpo (véase la Fig. 14.12).
La forma de reproducción del paramecium es algo diferente a la de
los microorganismos que hemos estudiado hasta ahora. E n la Fig.
14.12 se puede ver que hay dos tipos de núcleos difer entes en este
organismo. Cuando es paramecium se reproducía asexua lmente, por
división celular, el macronúcleo no parece dividirse por mitosis;
simplemente parece hendirse en dos partes más o menos iguales. Los
micronúcleos se dividen por mitosis; el número exacto d e ellos
depende del tipo de paramecium. Sin embargo, el proc eso difiere
ligeramente de la mitosis ordinaria. La membrana nucl ear permanece
intacta durante el proceso, debido a que el huso se forma dentro del
micronúcleo. Durante la mitosis se observan pares de cromosomas.
Esto indica que el paramecium tiene dos juegos de crom osomas. Esta
condición diploide es notablemente diferente a la de los organismos
que habíamos considerado previamente.
Un tipo de reproducción sexual muy interesante se rea liza en el
paramecium. Sigamos la descripción con el diagrama de la Fig. 14.13.
Ocasionalmente, dos miembros de una población se unir án entre ellos para formar una especie de
puente citoplásmico. Es un tipo de conjugación no muy corriente.
A. En el primer paso, los micronúcleos (sólo uno de ellos se ha
dibujado para mayor claridad) de cada célula sufren l a
meiosis.
B. Del proceso resultan cuatro micronúcleos en cada célula con
un solo juego de cromosomas cada uno.
C. Tres de los micronúcleos de cada célula comienza a
desintegrarse.
D. El micronúcleo restante experimenta mitosis. Inmediatamente
uno de los micronúcleos hijos de cada célula pasa a través del
puente citoplásmico hacia la otra célula.
E. Dos micronúcleos monoploides se funden y crean la con dición
diploide.
F. Al mismo tiempo, los macronúcleos empiezan a desintegra rse
y se separan las dos paramecia.
G. Más tarde, el micronúcleo diploide experimenta numeros as
divisiones por mitosis. Dependiente de la clase de paramecia
un número determinado de micronúcleos se unirán para
formar el nuevo macronúcleo. Durante este último período la célula se divide en dos.

Figura 14.12 Este es un diagrama idealizado
de Paramecium caudatum , una de las
especies más comunes del género
paramecium.

Figura 14.13 Reproducción sexual del
paramecium.

217. Los Organismos Simples se Reproducen 212
Normalmente, el micronúcleo es lo único que se intercambia durante la
conjugación. Una excepción ha sido descubierta en ci ertas cepas de
Paramecium. Se encontró que una cepa segrega una sustancia en el medio
externo, la cual puede matar a otras cepas de Paramecium, pero jamás
mata a ninguna de su propia clase. Las que producen d icha sustancia se les
llama matadoras; a las que mata se les llama sensitivas. Más tarde se
descubrió que la cepa matadora contiene en su citoplas ma cuerpos
pequeños denominados partículas Kappa. Numerosos experimentos con
paramecia conjugantes han demostrado que las partícu las kappa son
transferidas a través del puente citoplásmico. Los r eceptores de las
partículas kappa se convierten en matadores y son ins ensibles a la
secreción. Los biólogos están interesados en las partículas kappa porque
ofrecen un ejemplo más de una característica hereditaria; se transmite por
información genética y no está asociada con los cromosoma s. Se mencionó
en el Capítulo 7, que la reproducción de los organo ides podría algún día
relacionarse al DNA no cromosómico. Investigaciones en la estructura de la
partícula kappa sugieren la probabilidad de que lleve información genética,
por medio de un código de DNA o RNA (véase la Fig. 14.1 4). Algunos
biólogos sospechan que las partículas kappa podrían ser parásitos intracelulares.

Figura 14.15 La hembra anopheles es la portadora del plasmodium; que causa la malaria. El ciclo inicia cuando el mosquito pica
a la persona y las esporas son succionadas convirtiéndose en espermatozoides (a) y óvulos (b) se lleva a cabo la fecundación (c)
formándose el cigoto (d) se enquistan (e) y forman el esporocito (f) que viaja a las glándulas salivales del mosquito. Cuando éste
pica a una persona el endoparásito llega al hígado (g) donde infecta las células hepáticas (h) ahí se divide asexualmente en forma
de anillo (i) o amiboidea (j) finalmente causan la ruptura de la célula (k) y las esporas infectan otros glóbulos rojos (l) o se
desarrollan sexualmente (m) y se inicia otra vez el ciclo.
14-11 Reproducción del Plasmodium. El género plasmodium incluye muchas especies que son los
más difundidos parásitos del hombre. Son cuatro las especies responsables de la malaria, enfermedad
que ha sido uno de los principales azotes de la humanidad. El modelo reproductivo de un plasmodium
es parecido al de otros parásitos. Durante el ciclo completo de su vida, un plasmodium debe pasar por

Figura 14.14 Paramecium aurelia,
“matador”, con partículas kappa que
aparecen como pequeñas marcas
oscuras en la célula.

218. Los Organismos Simples se Reproducen 213
periodos alternativos de reproducción sexual y asexual. En suma, el parásito debe pasar gran parte de
su vida en dos organismos diferentes o huéspedes.
El huésped principal o primario, para el parásito es el mosquito anopheles. Mientras del
plasmodium se encuentran el cuerpo del mosquito se ve rifica la fase sexual de reproducción. El hombre
es el huésped intermediario para especies que infectan. Mientras se encuentra en el interior del
huésped intermediario el parásito se reproduce asexualmente.

Figura 14.16 En estas tres fotos se demuestra gráficamente la cantidad de sangre que extrae un mosquito de su huésped.
Para seguir el ciclo de vida de una de las especies de plasmodium que infecta al hombre,
supongamos que un mosquito infectado aplicado la piel d e algún huésped intermediario (véase la Fig.
14.15). Esporas monoploides son invitadas en la sangre a través de la salida del mosquito. Estas
esporas normalmente fluyen a través del torrente sang uíneo hasta llegar al hígado o al bazo, donde
permanecen aproximadamente 12 días. Vuelven al torre nte sanguíneo y penetran en los glóbulos rojos.
Dentro de éstos se multiplican a sexualmente por divi sión celular, destruyendo en el proceso los
glóbulos rojos. A intervalos, las esporas rompen los glóbulos rojos en los cuales se han multiplicado,
procediendo a infectar otras células. Este período de ruptura de los glóbulos rojos es, en principio,
responsable de la alta fiebre y escalofríos que sufren los enfermos de malaria.
La fase sexual del sitio se inicia cuando el mosquito anopheles extrae la sangre de un huésped
intermediario infectado. Algunas de las esporas que han sido solucionadas hacia el estómago del
mosquito son capaces de desarrollarse en gametos. Se producen gametos muy pequeños semejantes a
espermatozoides que fertilizan a otros más grandes. El cigoto resultante sufre una división rápida,
resultando numerosas esporas que emigran a las glándu las salivales del mosquito listas para continuar
el ciclo.
Este ciclo complejo ofrece al hombre numerosas formas para controlar este parásito. En el caso del
plasmodium, lo más simple ha sido eliminar o reducir lo más posible la población del huésped primario:
El mosquito anopheles. Secando o destruyendo de alguna manera las áreas donde ellos se crían, se ha
encontrado un decrecimiento en la incidencia de la malaria.
Hemos delineado los métodos de reproducción de diferent es microorganismos, a través de los
organismos mencionados en este capítulo. Habiéndose vis to su reproducción sexual y asexual. Veremos
en los siguientes capítulos de los principios fundamentales que acabamos de estudiar están presentes,
con modificaciones, en el mundo viviente.
Repaso
1. ¿Qué organismos son clasificados como protozoarios?
2. ¿Qué significa el término “condición diploide?
3. ¿Qué son las partículas kappa?
4. ¿En dónde fase sexual del plasmodium?
5. ¿Cuál es el género de mosquito, que es el huésped primario del plasmodium que causa la
malaria?
Resumen
Los organismos simples ofrecen una oportunidad única p ara estudiar los mecanismos de la
reproducción. Las bacterias y las algas azul-verdes carecen de un motivo bien definido y la división de
sus células no se lleva a cabo por la mitosis; se reproducen sexualmente – por la escisión de la célula.