ORGANISMOS AUTÓTROFOS, HETERÉTROFOS Y FOTOSÍNTESIS EN EL FLUJO DE ENERGÍA.
Organismo
Se denomina organismo al grupo formado por los órganos de un ser viviente, con las leyes que organizan su funcionamiento y sus interrelaciones. De manera extensiva a este significado, organismo puede usarse como sinónimo de ser vivo.
Organismo autótrofo
Organismo autótrofo es la calificación que recibe un ser vivo que puede crear materia propia a través de elementos inorgánicos. Por ejemplo, los vegetales que requieren a la fotosíntesis para obtener energía a partir de la luz forman parte del grupo de los organismos autótrofos. Lo mismo puede decirse de aquellas bacterias que recurren a la acción de oxidar ciertas materias inorgánicas para generar la energía que necesitan. Dentro del grupo de organismos autótrofos a su vez podemos encontrar los fotoautótrofos, que son aquellos que usan la luz para lograr la síntesis de los componentes orgánicos, y los organismos quimioautótrofos, que desarrollan distintas reacciones de tipo químico con el mismo objetivo. Debido a su capacidad de transformar algo inorgánico en orgánico, los organismos autótrofos constituyen un eslabón clave en la cadena alimentaria, ya que su metabolismo permite el desarrollo propio y de otros seres vivientes.
Organismo heterótrofo
Organismo heterótrofo es un adjetivo que se aplica al ser vivo que no puede tomar una sustancia inorgánica y crear materia orgánica para sí mismo, lo que lo obliga a alimentarse de otros seres vivientes. Los organismos heterótrofos, por lo tanto, son aquellos que se nutren de otros organismos para obtener la materia orgánica ya sintetizada porque no cuentan con un sistema de producción de alimentos independiente. Todos los animales y los hongos forman parte del conjunto de los organismos heterótrofos. Esta característica de su nutrición hace que los heterótrofos dependan siempre de otro ser vivo para su subsistencia, ya que obtienen su energía a partir de una fuente exterior de materia orgánica. Muchos organismos heterótrofos (como una vaca) se alimentan de organismos autótrofos (como los pastizales). No obstante, muchas veces puede ocurrir que un organismo heterótrofo (como un león) se alimente de otro organismo de iguales características (como una cebra). Generalmente cuando se habla de organismos heterótrofos se menciona a los animales; esto es sencillo de comprender porque es una de las características que los diferencian claramente de las plantas. No obstante, dentro de este grupo también se halla el grupo de los fungis, los hongos. A diferencia de las plantas, los hongos no tienen clorofila por lo que no pueden desarrollar su propio alimento a partir de la energía de la luz y las sustancias del suelo (fotosíntesis); por esta razón, se ubican dentro de la clasificación de organismos heterótrofos.
Fotosíntesis en el flujo de energía
La fotosíntesis es un proceso metabólico que llevan a cabo algunas células de organismos autótrofos para sintetizar sustancias orgánicas a partir de otras inorgánicas. Para desarrollar este proceso se convierte la energía luminosa en energía química estable (Figura 4). Concretamente este proceso es llevado a cabo por los seres vivos que están conformados en gran medida por la clorofila. De ahí que podamos establecer que la fotosíntesis es realizada por algas, bacterias y plantas de diversa tipología. La fotosíntesis es imprescindible para la vida en nuestro planeta ya que, al partir de la luz y la materia inorgánica, logra sintetizar materia orgánica. El proceso permite fijar el dióxido de carbono (CO2) de la atmósfera y liberar oxígeno (O). También es muy importante la fotosíntesis en nuestra vida porque a través de ella se consigue el equilibrio perfecto entre los seres heterótrofos y autótrofos, se libera oxígeno y es la clave para que exista la diversidad de vida que hay en la Tierra.
Figura 4. Fotosíntesis.
REPRODUCCIÓN SEXUAL Y ASEXUAL.
Reproducción
La reproducción es un proceso biológico que permite la creación de nuevos organismos, siendo una característica común de todas las formas de vida conocidas. Las modalidades básicas de reproducción se agrupan en dos tipos, que reciben los nombres de asexual o vegetativa y de sexual o generativa.
Reproducción asexual
La reproducción asexual es aquella en la que no intervienen dos organismos de la misma especie, se caracteriza por la presencia de un único progenitor, el que en parte o en su totalidad se divide y origina uno o más individuos con idéntica información genética. En este tipo de reproducción no intervienen células sexuales o gametos (espermatozoides y óvulos), y casi no existen diferencias entre los progenitores y sus descendientes. Un claro ejemplo de reproducción asexual lo encontramos en la bipartición, muy común en las bacterias, la gemación, en levaduras y la esporulación en plantas y hongos (Figura 5). Algunos animales, también llevan a cabo la reproducción asexual, como por ejemplo la estrella de mar, la cual se reproduce a través de la fragmentación.
Figura 5. Reproducción asexual de diferentes organismos
Reproducción sexual
Es aquella en la que intervienen dos organismos de la misma especie, pero de sexo distinto (masculino y femenino) y necesita de la unión de aparatos reproductores (cópula) y células sexuales (Figura 6). La reproducción sexual es común en los animales, las plantas y los hongos.
La reproducción asexual como solo requiere un organismo, se ahorra energía en conseguir pareja (evita el cortejo) le es útil a los organismos que habitan en zonas despobladas donde no es fácil hallar pareja, una desventaja importante es que los hijos o descendientes son una copia idéntica de los progenitores, heredando sus debilidades o enfermedades. La reproducción sexual tiene la desventaja de que se invierte energía en la producción de células sexuales y en los ritos de cortejo, pero presenta un beneficio, los descendientes no son copias de los progenitores lo que permite que haya diversidad de características que les puede dar ventaja o desventaja ante ciertas enfermedades o condiciones ambientales.
Figura 6. Ejemplo de reproducción sexual.
HERENCIA
Conceptos genéticos
Alguna vez te has preguntado, ¿Por qué tu hermano mayor se parece tanto a tu mamá? o ¿Por qué tú te pareces más a tu abuelo en comparación con tus primos? la respuesta está en la herencia.
La herencia se refiere a la transmisión de características de padres a hijos, y esto no sólo aplica para los seres humanos, también los demás organismos presentan este proceso. La forma en la cual se transmiten estas características es a través de los genes. Los genes son las unidades hereditarias de los seres vivos. Los hijos heredan un conjunto de genes del padre y otro de la madre, los cuales a través de diferentes combinaciones resultan en características propias de cada individuo. Los genes también pueden proveer información acerca de ciertas condiciones de salud.
La información que se almacena en nuestros genes se conoce como genotipo, mientras que el fenotipo son los rasgos físicos de un organismo, desde su aspecto hasta cómo actúa. Algo importante de recordar es que el fenotipo de un organismo está determinado por su genotipo. Los genes son secciones de moléculas de ADN que determinan como se desarrollará el cuerpo de un organismo. Los organismos heredan dos genes para cada característica de sus padres: una copia de su padre y una copia de su madre. Estos genes vienen en pares, los cuales se conocen como alelos y no son idénticos. Las diferentes combinaciones de alelos crearán diferentes fenotipos.
La selección natural afecta el fenotipo porque la reproducción diferencial y la supervivencia dependen de él, de esta manera los mecanismos evolutivos seleccionarán el genotipo mediante la selección del fenotipo. Los seres vivos con más probabilidad de heredar su genotipo son quienes tengan un fenotipo mejor adaptado al ambiente.
Los seres humanos poseemos dos copias de cada cromosoma (estructuras formadas por proteínas y moléculas de ADN) y dos copias de cada gen. Cada uno de los genes que codifican rasgos se llaman alelos. Si un organismo tiene dos copias idénticas de un gen se llama homocigoto. Si el par de genes que posee un organismo son diferentes entre sí se le llama heterocigoto.
En las familias podemos observar que hay rasgos que se repiten de generación en generación, por ejemplo, el color de los ojos; y hay otros que aparecen de forma esporádica. Esto se debe a los genes dominantes y recesivos. Los genes dominantes y recesivos se refieren al patrón de herencia de cierto rasgo fenotípico.
Un gen dominante es aquél que predomina en el fenotipo y oculta la expresión de un gen recesivo. Éste último suele presentarse con menos frecuencia.
Recordemos que cada uno de los genes que codifican rasgos se llaman alelos. Los alelos se representan usando letras. La letra mayúscula es para el alelo dominante y la letra minúscula es para el alelo recesivo. Las personas con alelos homocigotos dominantes (AA) y alelos heterocigotos (Aa) expresarán el rasgo dominante, mientras que las personas con alelos homocigotos recesivos (aa) no lo expresarán.
Cromosoma
El genoma es el conjunto de información genética que un organismo lleva en su ADN.
Con el avance científico se descubrió que los genes son las unidades portadoras de la información genética de los organismos y que éstos a su vez están formados de moléculas de ADN.
Los cromosomas son estructuras formadas por proteínas y moléculas de ADN. Cada cromosoma contiene cientos o miles de genes (Figura 7). El término locus se refiere a la posición que ocupa un gen en el cromosoma.
La molécula de ADN o ácido desoxirribonucleico es un ácido nucleico en forma de hélice con una doble cadena formado por unidades llamadas nucleótidos que a su vez están constituidos por tres componentes básicos: un grupo fosfato, una base nitrogenada y un azúcar de 5 carbonos llamado Desoxirribosa.
Figura 7. Estructura de un cromosoma.
Leyes de Mendel
Gregorio Mendel, fue un monje austríaco, conocido como el padre de la herencia, por su contribución al campo de la genética. Este personaje desarrolló los principios de la herencia al realizar experimentos con plantas de guisantes (chícharos).
Primera ley de Mendel: Ley de la uniformidad
“Al cruzar dos razas puras, la descendencia será heterocigótica y dominante”
Cuando se cruzan dos razas puras (individuos homocigotos), cada uno de los híbridos de la primera generación tendrá un gen del padre dominante y otro del recesivo, por lo que toda la descendencia tendrá el fenotipo del padre con el alelo dominante (Figura 8).
Figura 8. Representación de la Primera ley de Mendel: Ley de la uniformidad
Segunda ley de Mendel: Ley de la segregación
“Principio de distribución independiente”
Esto se refiere a que un alelo debe de heredarse de forma separada para que pueda existir este fenómeno de genes recesivos y dominantes (Figura 9).
Figura 9. Representación de la Segunda ley de Mendel: Ley de la segregación
Tercera ley de Mendel: Ley de la independencia de los caracteres
“Principio de la independencia de los caracteres”
Existen rasgos que pueden heredarse independientemente de otros rasgos (el color de la semilla del chícharo es independiente de la forma). Esta ley se cumple en los genes que no están ligados, es decir ocupan locus separados en el genoma (Figura 10).
Figura 10. Representación de la Tercera ley de Mendel: Ley de la independencia de los caracteres
Herencia ligada al sexo
Los cromosomas sexuales determinan el sexo del individuo. Existen características determinadas por genes que se encuentran en cualquiera de los dos cromosomas sexuales: X o Y. Por esta razón, las proporciones que se obtienen en la descendencia, así como los mecanismos por los cuales se heredan, cambian respecto de los genes que se encuentran en los cromosomas somáticos o autosómicos. Este tipo de herencia se denomina Herencia Ligada al Sexo y ha sido estudiada ampliamente en varios organismos como la mosca de la fruta (Drosophyla melanogaster) y en el hombre (Figura 11). Los cromosomas sexuales tienen genes como cualquier otro cromosoma. En la especie humana los cromosomas sexuales tienen una porción homóloga que se aparea durante la meiosis y una porción no homólogo donde se ubican los genes ligados al sexo.
Figura 11. Cruza de las moscas de la fruta (macho y hembra) donde se puede mostrar el patrón de herencia ligada al sexo.
Respiración aerobia y anaerobia
Las células llevan a cabo diversos procesos para mantener su funcionamiento normal, muchos de los cuales requieren energía. La respiración celular es una serie de reacciones mediante las cuales la célula degrada moléculas orgánicas para producir energía. A continuación, se presenta un resumen químico del proceso:
6O2 + C6H12O6 → 6CO2 + 6H2O + Energía
La respiración celular se divide en pasos y sigue distintas rutas en presencia o ausencia de oxígeno. En presencia de oxígeno sucede respiración aeróbica y en ausencia de oxígeno sucede respiración anaeróbica.
Respiración aerobia
Es un tipo de metabolismo energético en el que los seres vivos extraen energía de moléculas orgánicas, como la glucosa, por un proceso complejo en el que el carbono es oxidado y en el que el oxígeno procedente del aire es el oxidante empleado.
Respiración anaerobia
Es el tipo de respiración que no necesita oxígeno. Es llevada a cabo por células procariotas y algunas levaduras y en el ser humano puede realizarse en el músculo cuando tiene una demanda elevada de energía. La principal vía de la respiración anaerobia es la glucólisis.