Biología II

Transcripción

Biología II

Estímulos y respuestas
en los seres vivos
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NAP: 2.º Y 3.º AÑO (ES)
PBA: 3.º AÑO (ES)
CABA: 2º AÑO (NES)
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Silvia Blaustein
Marcela Gleiser
Sofía Martínez
SERIE
Fuera de
Biología II
Dirección editorial
Florencia N. Acher Lanzillotta
Coordinación editorial
Pablo Salomón
Edición
Ignacio Miller
Autoría
Silvia Blaustein
Marcela Gleiser
Sofía Martínez
Corrección
Carolina Calabrese
Preimpresión y producción gráfica
Florencia Schäfer
Novela gráfica
Idea: Milena Rosenzvit y Pablo Salomón
Guión y dibujos: Dante Ginevra
Color: Dante Ginevra y Patricio Plaza
Dirección de arte
Luciano Andújar
Cecilia Aranda
Asistencia de arte
Lucas Frontera Schällibaum
Diseño de tapa
Cecilia Aranda
Diseño de maqueta
Natalia Fernández y Cecilia Aranda
Diagramación
Verónica Trombetta y Silvia Prado (Estudio Golum)
Coordinación de documentación
Mariana Jubany
Documentación fotográfica
Anabella Ferreyra
Ilustraciones
Federico Combi
Camila Torre Notari
© 2015, Edelvives.
Av. Callao 224, 2º piso. Ciudad Autónoma de Buenos Aires
(C1022AAP), Argentina.
FOTOGRAFÍA
Biología II: Fuera de serie / Silvia Blaustein... [et.al.]; dirigido por Florencia
N. Acher Lanzillotta; edición a cargo de Ignacio David Miller; ilustrado
por Federico Combi y Dante Ginevra. - 1ª ed. - Ciudad Autónoma de
Buenos Aires: Edelvives, 2015.
216 p.; 27x21 cm.
ISBN 978-987-642-366-3
1. Biología. 2. Enseñanza Secundaria. I. Blaustein, Silvia II. Acher
Lanzillotta, Florencia N., dir. III. Miller, Ignacio David, ed. IV. Combi,
Federico, ilus. V. Ginevra, Dante, ilus.
CDD 570.712
Este libro se terminó de imprimir en el mes de septiembre de 2015,
en FP Compañía Impresora S.A., Buenos Aires, Argentina.
Reservados todos los derechos de la edición por la Fundación Edelvives. Queda rigurosamente
prohibida, sin la autorización escrita de los titulares del copyright, bajo las sanciones
establecidas en las leyes, la reproducción total o parcial de esta obra por cualquier medio o
procedimiento, comprendidos la reprografía y el tratamiento informático, y la distribución
de los ejemplares de ella mediante alquiler o préstamo público. Queda hecho el depósito que
dispone la ley 11.723.
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Fuera de
SERIE
Biología II
Estímulos y respuestas
en los seres vivos
Bloque I. La respuesta al medio
1. La función de relación en los seres vivos
¿Cómo percibimos el mundo que nos rodea? .......... 17
La relación con el medio ......................................................... 18
Los seres vivos como sistemas .............................................. 19
La relación con el medio y la ruta de la información ......... 20
La ruta de la información en los animales ........................ 21
La ruta de la información en las plantas, los hongos
y los microorganismos .......................................................... 21
La ruta de la información a nivel celular............................ 21
La recepción de estímulos ...................................................... 22
Rango de actuación de los receptores ................................. 23
Mientras tanto, en otro lugar. “Los secretos de la luz
ultravioleta”....................................................................................... 23
Notas de laboratorio N.º 1. ¿Hablarles a las plantas
estimula su crecimiento? ......................................................... 24
Notas de laboratorio N.º 2. ¿Los seres humanos
pueden detectar con el olfato la cantidad de grasa
de los alimentos? ...................................................................... 25
Mientras tanto, en otro lugar. “Un perfume inconfundible” . 26
El control y la regulación en los seres vivos ........................ 27
La homeostasis ......................................................................... 28
La osmorregulación ............................................................... 28
La termorregulación .............................................................. 29
El modelo estímulo-percepción-integración-respuesta ..... 30
El modelo EPIR en los animales ........................................... 30
El modelo EPIR en las plantas .............................................. 31
El modelo EPIR en los hongos............................................... 31
El modelo EPIR en los protistas ............................................ 31
El modelo EPIR a nivel celular .............................................. 31
Mientras tanto, en otro lugar. “Robots que aprenden
equivocándose, igual que los humanos”................................. 32
Actividades de repaso ............................................................... 33
Actividades de integración...................................................... 34
2. Estímulos y respuestas en los animales
¿Todos los animales perciben los mismos
estímulos? ............................................................................... 35
La percepción de estímulos y la elaboración
de respuestas en los animales ............................................... 36
Tipos de estímulos y de receptores...................................... 37
Los órganos de los sentidos .................................................. 37
Los estímulos físicos ................................................................ 38
Notas de laboratorio N.º 3. ¿Cómo reaccionan
los bichos bolita frente a la luz? .............................................. 38
La percepción de la luz y la visión ....................................... 39
Mientras tanto, en otro lugar. “Lo que ‘ven’ las serpientes
y las hormigas” .......................................................................... 40
Electrorrecepción y magnetorrecepción ............................. 41
Mientras tanto, en otro lugar. “Un largo viaje” ....................... 41
Termorrecepción.................................................................... 42
Mientras tanto, en otro lugar. “Cuando la temperatura
hace al sexo” .............................................................................. 42
Los estímulos mecánicos ........................................................ 43
La percepción del equilibrio y del movimiento .................. 43
La audición ............................................................................. 44
Mientras tanto, en otro lugar. “Adiestrador de perros
ultrasónico”................................................................................ 45
4
Mientras tanto, en otro lugar. “Un misterio ultrasónico” ...... 45
Ecolocalización ...................................................................... 46
Notas de laboratorio N.º 4. ¿Los murciélagos ‘ven’
con los oídos? ............................................................................ 46
Mientras tanto, en otro lugar. “Los cetáceos como
indicadores de la contaminación acústica acuática” ............ 47
Los estímulos químicos........................................................... 48
El sentido del olfato ............................................................... 49
Las feromonas........................................................................ 49
El lenguaje químico de las hormigas................................... 50
Mientras tanto, en otro lugar. “Historias de hombres
con ‘superpoderes’ olfativos” ................................................... 51
El sentido del gusto ............................................................... 52
Notas de laboratorio N.º 5. ¿Cuál es el papel de la saliva
en la percepción de los estímulos químicos que se
interpretan como sensaciones gustativas? ............................ 52
3. El comportamiento animal
¿Cómo se “construye” el comportamiento? .............. 57
El comportamiento como respuesta...................................... 58
Mientras tanto, en otro lugar. “León y león y nada más
que león” .................................................................................... 59
Los comportamientos innatos................................................ 60
Notas de laboratorio N.º 6. ¿El comportamiento de rodadura
del huevo de los gansos cenizos es un patrón innato?............ 60
El aprendizaje ........................................................................... 61
Habituación ............................................................................ 61
Impronta ................................................................................. 62
Mientras tanto, en otro lugar. “Títeres para la conservación
de los cóndores”......................................................................... 62
Aprendizaje asociativo y aprendizaje por imitación ......... 63
Notas de laboratorio N.º 7. ¿Cómo desarrolla su canto el
gorrión de corona blanca?........................................................ 64
Notas de laboratorio N.º 8. ¿La construcción del nido
de los periquitos es un comportamiento de acción fija? ...... 64
Comunicación intraespecífica ................................................ 65
Comportamiento y comunicación reproductivos ................ 66
Sistemas de apareamiento ................................................... 66
El cortejo ................................................................................. 67
El comportamiento social ....................................................... 68
Ventajas y desventajas de vivir en grupo ........................... 68
Agresión y dominancia ......................................................... 69
Territorialidad ........................................................................ 69
Sociedades altamente complejas ........................................ 70
Comportamiento humano .................................................... 71
La interacción interespecífica ................................................. 72
Depredación ........................................................................... 72
Parasitismo ............................................................................. 73
Estrategias de defensa .......................................................... 73
Polinización ............................................................................ 74
4. Estímulos y respuestas en las plantas
¿Cómo perciben las plantas los cambios
del ambiente?........................................................................ 77
Captación de estímulos en las plantas ................................. 78
Variedad de estímulos y receptores..................................... 79
Notas de laboratorio N.º 9. ¿Los receptores que captan
la señal lumínica se encuentran localizados en una zona
específica del tallo o en toda su superficie? ........................... 79
Variedad de respuestas ......................................................... 80
Tropismos y nastias ............................................................... 80
Notas de laboratorio N.º 10. ¿Cómo se transmite la señal
de un estímulo externo desde el lugar donde es detectada
hacia otros órganos de la planta? ........................................... 81
Los estímulos lumínicos ......................................................... 82
Fototropismo .......................................................................... 82
Heliotropismo ........................................................................ 83
Evitar la sombra..................................................................... 83
Ritmos circadianos ................................................................ 83
Notas de laboratorio N.º 11. ¿El ritmo circadiano
de las hojas responde a estímulos internos de la planta
o depende de factores externos, como la luz? ....................... 84
Fotoperiodicidad .................................................................... 85
Los estímulos mecánicos ........................................................ 86
Tigmotropismo ....................................................................... 86
Mientras tanto, en otro lugar. “¿Las plantas oyen?” ............... 86
Tigmonastia............................................................................ 87
El agua como estímulo ............................................................ 88
Hidrotropismo ........................................................................ 88
Hidronastia ............................................................................. 89
Gravitropismo ........................................................................... 90
El letargo y la temperatura ..................................................... 91
Estímulos químicos: nutrientes y sustancias tóxicas ........ 92
La comunicación entra las plantas ..................................... 92
Patógenos y carrera armamentista ..................................... 93
Respuesta al herbivorismo ................................................... 94
5. Percepción y respuesta a nivel celular
¿Cómo perciben estímulos las células? ...................... 97
La comunicación celular ......................................................... 98
Tipos de comunicación celular ............................................ 99
La membrana plasmática en la comunicación celular .... 100
Estructura de la membrana plasmática ........................... 100
Proteínas de la membrana plasmática ............................. 101
El transporte de sustancias a través de la membrana
plasmática ............................................................................... 102
Transporte pasivo ................................................................ 102
Tonicidad .............................................................................. 103
Notas de laboratorio N.º 12. ¿Cuál es el efecto
de la tonicidad en el desplazamiento del agua? .................. 103
Transporte activo ................................................................. 104
Exocitosis y endocitosis ...................................................... 104
Notas de laboratorio N.º 13. ¿Cómo se transmiten los
mensajes al interior de las células? ...................................... 105
Recepción de la señal ............................................................ 106
Los receptores intracelulares ............................................. 106
Los receptores de la membrana celular ............................ 107
Mientras tanto, en otro lugar. “Receptores de premios
Nobel” ....................................................................................... 108
Transducción: la transmisión al interior de la célula ....... 109
La respuesta celular............................................................... 110
La comunicación celular y la evolución.............................. 110
La comunicación celular en animales y plantas ............... 111
La comunicación celular durante el desarrollo
embrionario............................................................................. 112
Actividades de repaso ............................................................. 113
Actividades de integración.................................................... 114
Bloque II. Regulación e integración
de funciones en los seres humanos
6. El sistema nervioso
¿Cómo se procesan los estímulos que percibimos
a través de los órganos sensoriales? ....................... 119
Un sistema de regulación y control..................................... 120
Funciones del sistema nervioso........................................... 121
La evolución del sistema nervioso ...................................... 122
El desarrollo del sistema nervioso en invertebrados ....... 122
El desarrollo del sistema nervioso en vertebrados .......... 123
El tejido nervioso .................................................................... 124
Las neuronas ........................................................................ 124
Tipos de neuronas ............................................................... 125
Nervios, ganglios y células gliales...................................... 125
El impulso nervioso ............................................................... 126
La naturaleza del impulso nervioso .................................. 127
La sinapsis............................................................................... 128
Notas de laboratorio N.º 14. ¿Cómo se transmite
una señal entre una neurona y la célula contigua? ............ 128
Tipos de sinapsis .................................................................. 129
La organización del sistema nervioso humano ................ 130
El sistema nervioso central................................................... 131
El encéfalo ............................................................................ 131
Mientras tanto, en otro lugar. “Los mitos del cerebro”......... 132
La médula espinal ............................................................... 133
Los actos reflejos ................................................................. 133
El sistema nervioso periférico .............................................. 134
Las acciones voluntarias..................................................... 134
Las acciones involuntarias ................................................. 135
Mientras tanto, en otro lugar. “15 minutos de fama” ........... 136
El estudio del cerebro y las afecciones
del sistema nervioso .............................................................. 137
Las drogas y el sistema nervioso ......................................... 138
El efecto de las drogas en el organismo ............................ 138
Mecanismo de recompensa ................................................ 139
Memes, creatividad y cultura ............................................... 140
Actividades de repaso ............................................................. 141
7. El sistema endocrino y la regulación hormonal
¿Qué información transmiten las hormonas?........ 143
La regulación hormonal ........................................................ 144
Diferencias entre la regulación hormonal
y la regulación nerviosa ...................................................... 145
Tipos de glándulas ............................................................... 145
Tipos de hormonas .............................................................. 146
Notas de laboratorio N.° 15. ¿Qué sucede con las
características y el comportamiento de los gallos si se
trasplantan sus testículos a otra parte del cuerpo? ............ 146
La organización del sistema endocrino ............................ 147
La acción hormonal y la homeostasis ................................ 148
5
La regulación de la glucemia................................................ 148
La acción de la insulina y el glucagón............................... 149
La diabetes .............................................................................. 150
Notas de laboratorio N.° 16. ¿Existe una relación entre
el funcionamiento del páncreas y la diabetes? ................ 150
La diabetes tipo I y la diabetes tipo II ................................ 151
Mientras tanto, en otro lugar. “Súper engórdame”............. 151
El eje hipotálamo-hipófisis ................................................... 152
Hormonas de la neurohipófisis ............................................ 153
Mientras tanto, en otro lugar. “Las dos grandes pasiones
de mi vida” ............................................................................... 153
Hormonas de la adenohipófisis.......................................... 154
La somatotropina y la prolactina....................................... 154
La hormona estimulante de la tiroides
y las hormonas tiroideas .................................................... 155
Mientras tanto, en otro lugar. “Añadido de yodo a la sal
de mesa” ................................................................................... 155
Las hormonas sexuales y la madurez sexual ................... 156
El control hormonal y la formación de los gametos........ 157
La hipófisis en la regulación de la glucosa ........................ 158
Notas de laboratorio N.° 17. ¿Qué hormona hipofisaria
interviene en la diabetes? ...................................................... 158
La hormona adrenocorticotropa y los glucocorticoides .. 159
Mecanismos de retroalimentación
del eje hipotálamo-hipófisis ................................................. 160
El control hormonal de la concentración
de sales y líquidos.................................................................. 161
Integración de la respuesta nerviosa y endocrina ............ 162
Actividades de repaso............................................................ 163
Actividades de integración ................................................... 164
Bloque III. Proteínas y ADN
8. Las proteínas
¿Qué tipo de estructuras son los receptores
de las células del olfato? .............................................. 169
Las proteínas en los seres vivos .......................................... 170
Funciones de las proteínas ................................................... 171
Las proteínas como polímeros de secuencia ..................... 172
Los aminoácidos .................................................................. 172
Clasificación de las proteínas ............................................... 173
La primera proteína secuenciada ...................................... 174
Notas de laboratorio N.° 18. ¿Una determinada proteína
tiene una secuencia variable de aminoácidos o siempre
es la misma? ............................................................................ 174
La estructura de las proteínas.............................................. 175
Estructura primaria ............................................................. 175
Estructura secundaria......................................................... 175
Estructura terciaria ............................................................. 176
Estructura cuaternaria........................................................ 176
Importancia biológica de la estructura ............................. 177
Desnaturalización de las proteínas ..................................... 178
Proteínas y evolución............................................................. 179
Notas de laboratorio N.° 19. ¿Todos los geles presentan
el mismo comportamiento frente al calor? ......................... 179
Las enzimas ............................................................................ 180
Desnaturalización enzimática ........................................... 181
Enzimas del hígado ............................................................. 181
6
Las enzimas de los alimentos ............................................ 182
Notas de laboratorio N.° 20. ¿Todas las frutas tienen
actividad proteasa? ................................................................. 183
Mientras tanto, en otro lugar. “El mapa de la maquinaria
celular humana”...................................................................... 184
9. El ADN
¿Dónde se guarda la información hereditaria
de los seres vivos? ............................................................ 187
El ADN como portador de la información hereditaria ...... 188
La identificación del ADN ................................................... 188
Los ácidos nucleicos .............................................................. 189
El ácido desoxirribonucleico............................................... 189
El ácido ribonucleico ........................................................... 189
Otras funciones de los nucleótidos ................................... 189
El experimento de Griffith..................................................... 190
Notas de laboratorio N.° 21. ¿Es posible conseguir una
vacuna para la neumonía mezclando cepas bacterianas
virulentas y no virulentas? .................................................... 190
El ADN es la molécula de la herencia ................................. 191
Notas de laboratorio N.° 22. ¿Qué molécula les transmiten
los bacteriófagos a las bacterias cuando las infectan? ....... 191
La estructura del ADN ........................................................... 192
La replicación del ADN .......................................................... 193
Genes y proteínas ................................................................... 194
Notas de laboratorio N.° 23. ¿Los genes portan
la información para la síntesis de las enzimas? .................. 195
El flujo de la información: los tipos de ARN....................... 196
El proceso de transcripción ................................................ 196
El código genético ................................................................ 197
La maduración del ARN ...................................................... 197
Traducción del ARN: la síntesis de proteínas ................... 198
Las etapas de la traducción ................................................ 199
El Proyecto Genoma Humano ............................................... 200
¿Qué son las mutaciones?..................................................... 201
Mutaciones y evolución ...................................................... 201
La tecnología del ADN recombinante ................................. 202
Enzimas de restricción ........................................................ 202
La multiplicación del fragmento de interés...................... 202
La obtención del gen ........................................................... 203
La obtención de un organismo transgénico ..................... 203
Aplicaciones forenses de la ingeniería genética ............... 204
Mientras tanto, en otro lugar. “Genética para la identidad” .. 205
La biotecnología ..................................................................... 206
Microorganismos de diseño ................................................ 206
Animales transgénicos........................................................ 207
Plantas transgénicas ........................................................... 207
¿Cómo se produce una planta resistente a insectos? ..... 208
Notas de laboratorio N.° 24. ¿Se puede transferir un gen
de una bacteria a una planta? ............................................... 208
¿Cómo es
este libro?
Una novela gráfica que plantea varios enigmas en
los que la biología tiene mucho para aportar...
En un pueblo de la Patagonia, una adolescente
puede identificar personas sin verlas, con la única
ayuda de su extraordinario olfato. ¿Un poder
sobrenatural? Cerca de allí, decenas de perros se
tiran a un precipicio por causas desconocidas.
¿Qué los empuja a saltar a una muerte segura?
¿Se animan a acompañar a los protagonistas para
resolver el misterio?
¡El libro está lleno de recortes de
diarios, revistas, folletos y libros!
Sobre el margen de las páginas encontrarán anotaciones que acompañarán
y guiarán la lectura.
En birome se incluyen aclaraciones sobre
palabras desconocidas, propuestas para
revisar otras partes del libro e ideas
clave sobre los contenidos de la página.
Mientras tanto, en otro lugar
Porque no hay una única fuente de
información que sea válida para
comprender un tema, el libro incluye
propuestas para el análisis de los
contenidos científicos a través de
la óptica de los medios masivos de
comunicación, el cine, la literatura y
otros productos culturales.
En lápiz van a encontrar preguntas
y actividades que los ayudarán a
comprender el tema.
Notas de laboratorio
Propuestas de trabajo para el desarrollo de
competencias experimentales genuinas.
Invita a reproducir experiencias históricas o
actuales.
¿Quién dijo que solo se aprende a imaginar e
interpretar experimentos en el laboratorio?
Cada vez que encuentren una imagen como
esta, preparen el celu, la tablet o la netbook.
Estos códigos les permiten acceder a los
contenidos audiovisuales con solo apuntar
con la cámara de sus dispositivos.*
Al finalizar cada capítulo, van a encontrar
variedad y riqueza de actividades de
repaso e integración que desarrollan sus
competencias cognitivo-científicas. ¡Ayudan
a desarrollar el pensamiento científico!
* Para tener más información sobre el uso
de
los códigos QR, visiten la siguiente direc
ción:
http://bit.ly/EDVB2007
Conclusiones que vinculan
el enigma de la apertura con
los contenidos del capítulo.
De este modo, se aplican los
aprendizajes en el análisis de
casos concretos. ¡Buenísimo!
7
8
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11
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15
16
¿Cómo percibimos el mundo que nos rodea?
¿De qué forma nos relacionamos con el
medio? ¿Cómo responde el organismo a
cada uno de los estímulos que percibimos?
Continuará en la página 35.
17
Bloque I
1
La función de relación
en los seres vivos
La relación con el medio
Frente a una situación de
peligro, el armadillo puede
enrollarse y protegerse
dentro de su caparazón,
uniendo su cabeza y su cola,
y formando una “bola”.
Irritabilidad: capacidad de
r
percibir los cambios y elabora
.
sta
pue
una res
Señales externas o internas
=
estímulos
18
Una de las características que comparten todos los seres vivos es la capacidad de recibir información, interpretarla y elaborar una respuesta. Por ejemplo,
cuando nuestra mano se acerca a una llama percibimos el calor, y si este es
demasiado intenso, se genera una sensación de dolor, frente a la cual respondemos rápidamente alejando la mano del fuego; por su parte, las plantas captan
la dirección de la cual proviene la luz y crecen orientándose hacia ella, mientras
que los animales detectan la presencia de un depredador, y en función de eso
desarrollan una respuesta de huida.
La capacidad de los seres vivos de percibir los cambios del medio y de reaccionar a ellos recibe el nombre de irritabilidad. La irritabilidad les permite a los
individuos relacionarse con el ambiente y asegurar, así, su supervivencia.
La irritabilidad no se limita al medio externo: también comprende la relación
que el propio organismo establece entre sus diversos componentes. Además de
los cambios externos, los seres vivos pueden registrar los cambios internos y desarrollar las respuestas adecuadas a esos cambios; por ejemplo, tras un ayuno
más o menos prolongado, nuestro cuerpo detecta la necesidad de comer, lo que
se manifiesta en la sensación de hambre, que nos lleva a buscar y a incorporar
alimento. A través de la percepción de las señales del organismo y la elaboración de las respuestas a esas señales, los seres vivos logran mantener el equilibrio interno, con las condiciones óptimas para su vida.
Las señales que captan los seres vivos, tanto del medio externo como del
medio interno, reciben el nombre de estímulos. Las características de los estímulos que detecta cada especie son diferentes; los elefantes, por ejemplo, pueden
escuchar ondas infrasonoras, inaudibles para el oído humano, y los perros pueden detectar una variedad más amplia de olores y a una mayor distancia que
nosotros (por eso un perro es capaz de reconocer la llegada de su dueño, aun
antes de verlo).
Así como los estímulos varían de una especie a otra, las respuestas también son distintas y dependen del grado de complejidad de cada organismo. De
esta manera, los seres vivos unicelulares elaboran respuestas sencillas, como la
aproximación a una fuente de alimento, el alejamiento de una sustancia tóxica
o la división de la célula que los constituye; en cambio, los organismos pluricelulares, como las algas y los hongos pluricelulares, y las plantas y los animales,
desarrollan respuestas más complejas, que involucran la participación de varias
estructuras internas. Algunas de estas respuestas, como las relacionadas con
el crecimiento de los órganos (por ejemplo, el crecimiento de las raíces de las
plantas en dirección a una fuente de agua), se realizan a lo largo de un período
de tiempo más o menos prolongado y, en ese sentido, son lentas; otras, como
las que se observan en los animales frente al alimento (por ejemplo, el león que
persigue a una gacela) son mucho más acotadas y veloces.
La función de relación en los seres vivos
Los seres vivos como sistemas
A los fines de estudio, los seres vivos pueden ser considerados sistemas. Un
sistema es una agrupación de componentes que se relacionan entre sí y actúan
de manera coordinada. Un ejemplo habitual de sistema es la computadora: ya
se trate de una notebook, de una tablet o de una computadora de escritorio, cualquier computadora está formada por muchas partes, entre ellas, un procesador,
un monitor, un teclado y un disco rígido. Cada una de esas partes cumple una
función determinada: el procesador ejecuta los programas, el monitor permite
visualizar los textos y las imágenes, el teclado posibilita el ingreso de datos y el
disco rígido almacena la información y la interpreta. Para que la computadora
pueda funcionar correctamente, todas sus partes deben actuar de manera integrada y coordinada. De la unión e interrelación entre ellas, derivan una serie de
propiedades que caracterizan a la computadora en su conjunto. Dichas propiedades, que no son el mero resultado de la suma de las propiedades de cada uno
de los componentes, se denominan propiedades emergentes del sistema.
Los sistemas se delimitan de forma artificial de acuerdo con aquello que se
quiera estudiar. Por ejemplo, esta página puede considerarse en sí misma un
sistema, integrado por palabras e imágenes relacionadas entre sí, con un orden
y un sentido determinados; a la vez, también se puede definir como una parte
de otro sistema más amplio: el libro. Todo aquello que queda fuera de lo que se
define como sistema se denomina ambiente o universo.
De acuerdo con el intercambio que llevan a cabo con el ambiente, los sistemas se pueden clasificar en abiertos, cerrados o aislados. Los sistemas abiertos
intercambian materia y energía; por ejemplo, una fogata encendida es un sistema abierto, ya que libera gases que resultan de la combustión de la madera
(materia), y mediante el intercambio de calor con el medio que lo rodea le transmite energía a este. Los sistemas cerrados solo intercambian energía; un tubo de
luz es un sistema cerrado, ya que no puede tomar ni perder materia, pero emite
energía lumínica. Finalmente, los sistemas aislados no intercambian materia ni
energía; un recipiente térmico cerrado herméticamente, por ejemplo, es un sistema aislado. En el caso de los seres vivos, se trata de sistemas abiertos, debido
a que incorporan alimentos, agua y gases del medio, eliminan desechos e intercambian energía con el ambiente.
Capítulo 1
Sistema abierto:
intercambio de materia
y energía
vaso abierto
Sistema cerrado:
intercambio de energía
solamente
vaso tapado
Sistema aislado:
sin intercambio de
materia ni de energía
termo
Los seres vivos intercambian
información con el entorno.
¿Será una forma de intercambio de
energía o de materia?
Una casa puede considerarse un sistema. Los
materiales con los que está
construida son los componentes. La relación entre
los materiales determina
propiedades nuevas (por
ejemplo, la creación de un
espacio tridimensional), que
esos materiales no tenían de
forma aislada.
19
Bloque I
la respuesta al medio
Percepción del estímulo
Procesamiento de la
información
Ejecución de la respuesta
¿Tendrá que ver con el "poder"
de Maitén, el personaje de la
historia?
¿Cuál será la diferencia entre
los estímulos que perciben las
plantas y los animales? ¿Y los
hongos? ¿Y los organismos
unicelulares?
La relación con el medio y la ruta
de la información
En los seres vivos, la información aportada por las señales sigue una suerte
de ruta o recorrido, a lo largo del cual se pueden distinguir diversas etapas que
involucran distintas estructuras.
1. El estímulo “se presenta”, por decirlo así, al individuo —si se trata de un cambio externo—, o llega a una célula de su organismo —si el cambio es interno—. El estímulo puede ser físico, como las ondas sonoras, o químico, como la
cercanía de alguna sustancia (un nutriente o una toxina).
2. El estímulo se capta a través de estructuras específicas llamadas receptores.
En muchos animales, los receptores de los estímulos externos forman parte
de los órganos sensoriales, como los ojos o la piel. Por su parte, los receptores
que detectan los cambios internos se encuentran en el interior de ciertas vísceras y en otras estructuras, como las articulaciones y los huesos.
3. La señal detectada por los receptores se transmite y viaja hacia otras partes
del organismo, donde se procesa la información, se la interpreta y se elaboran nuevas señales que, a su vez, viajan por el organismo para desencadenar
una respuesta. En la mayoría de los animales, esta tarea es realizada por el
sistema nervioso. Por ejemplo, ante la presencia de ciertas sustancias químicas, los receptores situados en la nariz generan una señal que nuestro cerebro interpreta como un olor; si este olor resulta desagradable, se desencadenará una respuesta de alejamiento de la fuente de olor. Además del sistema
nervioso, los animales poseen otro sistema, el sistema endocrino, que actúa
en conjunto con aquel. Este sistema puede percibir e interpretar estímulos,
sobre todo internos, y generar respuestas a través de la producción y liberación de sustancias llamadas hormonas.
4. Por último, la información de la respuesta llega a las estructuras u órganos
efectores, que son los encargados de ejecutar la respuesta. La respuesta puede ser externa, como el movimiento de alguna parte del cuerpo, o interna,
como la liberación a la sangre de alguna sustancia. El conjunto de respuestas
que elabora un ser vivo frente a los estímulos conforma lo que se conoce
como comportamiento.
La disminución del volumen de la sangre o el aumento de la
concentración de sales constituyen para nuestro organismo
estímulos. Estos son captados por receptores internos y, luego
de ser transmitidos e interpretados, desencadenan la sensación de sed e inducen el comportamiento de ingerir agua.
20
Los receptores presentes en la nariz detectan la presencia
de una sustancia química. Esta señal es transmitida y luego
interpretada como un olor desagradable. Así, se desencadena una respuesta veloz, que lleva a la persona a mover su
mano y taparse la nariz.
Capítulo 1
La ruta de la información en los animales
Ya se ha indicado que casi todos los animales poseen algún tipo de sistema
nervioso. Como se estudiará en el capítulo 6, la unidad estructural de este sistema es la neurona, un tipo de célula especializada en la recepción y la transmisión de información, en forma de señales electroquímicas.
En los animales de organización más sencilla, el sistema nervioso forma una
red difusa; en los invertebrados más complejos y en los vertebrados, se distingue entre un sistema nervioso central, donde se encuentra el cerebro, y un sistema nervioso periférico, constituido por nervios. En cualquier caso, el recorrido de
la información es, básicamente, el mismo: los receptores detectan los estímulos,
la información se interpreta e integra, y se elabora y ejecuta una respuesta. En su
forma más elemental, esta respuesta consiste en el acercamiento o el alejamiento del estímulo, lo que se conoce con el nombre de tactismo o taxia. El tactismo
es positivo cuando el animal se acerca al estímulo, o negativo si se aleja de él. Por
ejemplo, las polillas tienen fototactismo positivo, debido a que se ven atraídas
por la luz; por eso se acercan a las lámparas encendidas.
La ruta de la información en las plantas, los hongos
y los microorganismos
Las plantas no poseen sistema nervioso, pero ello no implica que carezcan
de estructuras para captar estímulos y transmitir e interpretar señales. Ciertas
respuestas de las plantas (como el crecimiento de algunos de sus órganos en dirección a la luz o al agua) son movimientos realizados en función de la dirección
de un estímulo; tales movimientos se conocen como tropismos. Otras respuestas
(como el cierre de las hojas al entrar en contacto con algún objeto, que se observa en algunas plantas) pertenecen a la clase de movimientos no direccionados,
denominados nastias. La mayoría de ambas clases de respuestas son reguladas
por la acción de hormonas vegetales o fitohormonas.
De manera similar a las plantas, los hongos responden a factores tales como
las variaciones de luz, temperatura y humedad modificando sus patrones de
crecimiento; por ejemplo, algunos hongos crecen en dirección a la luz y, en la
mayoría de ellos, la presencia de una fuente de alimentos estimula la reproducción y el crecimiento. En los organismos unicelulares (entre ellos, algunos
hongos, como las levaduras) las respuestas se circunscriben a diversos tactismos, como alejarse de alguna sustancia nociva o acercarse al agua o a algún alimento. En la recepción de los estímulos intervienen muchas veces estructuras
anexas de estos organismos, como flagelos o cilios.
Así como las polillas tienden
a acercarse a la luz (fototactismo positivo), las cucarachas tienden a alejarse de
ella (fototactismo negativo).
Sobre tropismos y nastias
Ver capítulo 5,
páginas 80 y
siguientes.
Los paramecios son organismos unicelulares que
pueden desplazarse en
dirección hacia el alimento.
La ruta de la información a nivel celular
Si se tiene en cuenta que cada célula de los organismos pluricelulares puede
estudiarse como un sistema, en ellas también es posible analizar el recorrido de
la información. En la membrana de las células hay moléculas que actúan como
receptores, capaces de detectar distintos tipos de estímulos, provenientes tanto
del medio en que se halla la célula como de su interior. Los estímulos desencadenan señales que determinan una respuesta por parte de la célula. Por ejemplo,
los linfocitos son células del sistema inmunológico que, ante una señal específica,
comienzan a fabricar y liberar anticuerpos, que atacan al agente patógeno.
La ruta de la información es
parecida en todos los seres vivos.
¿Cómo se integrará la
información en una única célula?
21
Bloque I
La recepción de estímulos
Aunque el estímulo impacte
sobre un receptor, si la
información no se interpreta,
no hay respuesta.
Estímulo
Señal
nerviosa
Receptor
primario
Receptor
secundario
Receptor primario
(táctil, olfativo)
Receptor secundario
(auditivo, del equilibrio,
gustativo, visual)
Los receptores primarios
detectan el estímulo y desencadenan directamente la
respuesta nerviosa que viaja
al cerebro, mientras que los
receptores secundarios son
células que detectan los
estímulos, pero que activan
terminales nerviosas.
Los receptores son la vía de ingreso de la información. Si bien los estímulos actúan sobre los receptores y, por lo tanto, estos constituyen una condición
imprescindible para que un individuo se relacione con el medio, es importante
señalar que si la información no puede ser interpretada, no hay percepción. En
este sentido, la ruta que realiza la información en los seres vivos puede ser comparada con un circuito y analizada como un sistema, en el que cualquier falla
en alguno de sus componentes repercute en la totalidad.
Las células contienen receptores formados por una o varias proteínas. Los
receptores celulares son específicos para los estímulos que detectan; por lo general, estos consisten en sustancias químicas. Como se dijo ya en la página anterior, la unión del receptor con el estímulo desencadena una señal que lleva a
la elaboración de una respuesta por parte de la célula. Por ejemplo, la hormona
insulina es una sustancia que, cuando se une a su receptor específico (presente
en la membrana de todas las células de nuestro cuerpo), desencadena una señal
que genera, entre otras cosas, una respuesta para que se pueda incorporar la
glucosa del medio.
En los animales, los receptores, tanto externos como internos, desencadenan
una señal nerviosa, que viaja hacia el sitio donde esa señal será analizada e interpretada. Muchos receptores son directamente terminales del sistema nervioso, por lo que reciben el nombre de receptores primarios. Por ejemplo, los bulbos
de Krausse y los bulbos de Ruffini, que detectan las variaciones de temperatura
(el frío y el calor, respectivamente), y los corpúsculos de Paccini, que reaccionan
frente a la presión, son receptores primarios que se encuentran en la piel. Otros
receptores son células enteras que se conectan con terminales nerviosas; por
eso, se los llama receptores secundarios. Los conos y los bastones, que detectan la
luz en los ojos de los vertebrados, son ejemplos de este tipo de receptores.
Retina
Conos
Bastones
Los conos y los bastones son células receptoras lumínicas. Los conos permiten distinguir los
colores durante el día, mientras que los bastones, más sensibles a la luz, permiten la visión
nocturna, aunque solo en blanco y negro.
22
Capítulo 1
Rango de actuación de los receptores
Los receptores no solo detectan un tipo de señal en particular —por ejemplo,
las ondas sonoras—, sino que, además, lo hacen dentro de un rango de valores.
De este modo, las señales ubicadas por debajo y por encima de ciertos valores
no son detectadas.
El rango dentro del cual actúa un receptor varía de una especie a otra. Por
ejemplo, los receptores auditivos situados en el oído humano pueden detectar
las ondas sonoras que se producen en un intervalo de frecuencias * determinado, y no pueden captar aquellas ondas que están por fuera de ese intervalo.
Sabemos que muchos animales pueden percibir sonidos de frecuencias menores a las que detecta el oído humano, así como otros pueden detectar sonidos
de frecuencias mayores. Lo que ocurre con el sonido también sucede con otros
fenómenos, como la luz, el calor, el sabor y el olor. De allí que lo que percibe un
ser vivo puede ser diferente a lo que percibe otro.
Lo que los seres vivos perciben
depende del tipo y de la cantidad
de receptores que poseen.
* Frecuencia: número de veces
que se repite una vibración
en
cier to lapso. La frecuencia
de las
vibraciones sonoras se mide
en
Hertz (Hz).
1 her tz = 1 vibración por seg
undo.
PARA REPASAR LO VISTO HASTA ACÁ: PÁGINA 33, ACTIVIDADES 1 Y 2.
Campo auditivo humano
Infrasonidos
0
20
Ultrasonidos
20.000
40.000
160.000
Frecuencias (Hz)
¿Existe una “verdadera”
percepción del mundo?
elefante, topo
gato, perro
murciélago, delfín
Como puede apreciarse en
este gráfico, el rango de frecuencias de ondas sonoras
audibles no es el mismo en
todos los animales.
LOS MEDIOS
LOS SECRETOS DE LA LUZ ULTRAVIOLETA
D
esde el año 1924 se sabe que las abeũĂƐƟĞŶĞŶƌĞĐĞƉƚŽƌĞƐƋƵĞůĞƐƉĞƌŵŝƚĞŶ
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En la página 79
hay una
foto de una flor
vista
con luz ultravio
leta.
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1. ¿A qué estructuras se deben las diferencias entre la percepción
del ojo humano y del ojo de las abejas?
2. Averigüen si lo que ocurre con las abejas y las flores rojas de
la amapola sucede también con otras flores y otros agentes
polinizadores.
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23
Bloque I
RATORIO
NOTAS DE LABO
EXPERIENCIA N.° 1
¿Hablarles a las plantas estimula su crecimiento?
Cazadores de mitos (en inglés, MythBusters) es un programa de televisión de divulgación científica estadounidense y australiano, en el que se ponen a prueba distintas
creencias populares a través de experimentos realizados con rigurosidad científica.
En el programa emitido el 29/11/04, se mostró un experimento con el que se intentó
comprobar si hablarle a las plantas favorecía o no su crecimiento.
Hipótesis: hablarles de forma cariñosa a las plantas favorece su crecimiento.
Predicción: las plantas que reciban un estímulo sonoro agradable crecerán más que
las plantas que estén en un ambiente silencioso o que reciban un estímulo sonoro
desagradable.
Materiales: caños y telas de plástico para la construcción de siete invernaderos; 70
macetas; 70 semillas de arvejas; 6 reproductores de discos compactos; discos compactos con música clásica, con música heavy metal y con palabras pronunciadas de
diferente manera; equipo de riego automático.
Procedimiento: se construyeron siete invernaderos independientes. En cada invernadero se colocaron diez macetas con la misma cantidad de tierra, y en cada una de
ellas se plantó una semilla de arveja. Las plantas de cada invernadero se expusieron
a diferentes condiciones sonoras: 1: sin sonido; 2: con música clásica; 3: con música
heavy metal; 4 y 5: con reproducción de palabras agradables; 6 y 7: con reproducción
de palabras desagradables.
Tanto la música como las palabras se reprodujeron de forma continua. Todas las
plantas recibieron la misma cantidad de agua a través de un sistema de riego automático. Las plantas fueron controladas durante dos meses, una vez por semana. Cuando
finalizó el experimento, se midió la longitud de las plantas germinadas y la cantidad de
vainas producidas. También se observó el aspecto de las plantas y de las arvejas dentro de las vainas. Finalmente, se extrajeron las plantas de las macetas, se las limpió y
se pesó cada una.
Resultados: aunque el experimento tuvo que interrumpirse antes de lo previsto por
una falla en los controladores de riego, pudieron obtenerse los siguientes resultados:
las plantas que alcanzaron un mejor desarrollo fueron las que estuvieron expuestas
a la música (en particular, a la música heavy metal). En segundo lugar se ubicaron las
plantas que estuvieron expuestas a las palabras, independientemente de si habían sido
agradables o no. Los peores resultados se observaron en las plantas del invernadero
donde no había sonido.
1. El invernadero en silencio se considera
que tiene la función de control del experimento. ¿Qué información brinda? ¿Es
necesario?
2. ¿Cuál es el motivo por el que todas las
plantas debían recibir el mismo riego?
3. ¿Por qué el sonido debía emitirse de
manera continua?
24
4. ¿Hay algún factor que los investigadores no controlaron durante la experiencia y que pudo haber influido en los
resultados?
5. Si fuera posible concluir fehacientemente que las plantas responden al sonido,
¿qué deberían tener las plantas para
percibir dicho estímulo?
Para ver el episodio de
"Cazadores de mitos"
donde se muestra la
experiencia, ingresar a:
http://bit.ly/EDVBII024
Capítulo 1
RATORIO
NOTAS DE LABO
EXPERIENCIA N.° 2
¿Los seres humanos pueden detectar con el olfato la cantidad de grasa
de los alimentos?
Durante un estudio realizado en el Centro Monell de los Sentidos Químicos, ubicado en
Filadelfia (Estados Unidos), se realizó una serie de experimentos para comprobar
si los seres humanos distinguían, a través del olfato, alimentos que contenían más o
menos cantidad de grasa.
Consideraciones previas:
1. Experimentos realizados con anterioridad habían demostrado que los seres humanos podían detectar niveles elevados de grasa pura en forma de ácidos grasos, pero
no se habían efectuado pruebas experimentales en un entorno más realista,
es decir, con alimentos.
2. La grasa es un nutriente que tiene un alto valor energético, ya que aporta muchas
calorías. Se considera que la capacidad de detectar fácilmente la presencia de dicho
nutriente representó una ventaja adaptativa para obtener más energía, y que ello
tuvo importancia a nivel evolutivo.
Hipótesis: los seres humanos pueden distinguir la presencia de grasa en los alimentos
a través del olfato.
Predicción: si a diferentes personas con los ojos vendados se les hace oler alimentos
con diverso contenido de grasa, podrán determinar cuáles de los alimentos tienen más
grasa y cuáles tienen menos grasa a través del olfato.
Materiales: se trabajó con tres tipos de leche de consumo habitual: descremada (con
un 0,125 % de grasa); semidescremada (con un 1,4 % de grasa); entera (con un 2,7 %
de grasa).
Procedimiento: se llevaron a cabo tres pruebas, en cada una de las cuales participó un
grupo diferente de personas:
Experimento 1: 30 individuos de peso normal, del área de Filadelfia.
Experimento 2: 18 individuos de peso normal, del área de Wageningen, en los Países
Bajos (que no suelen consumir productos con alto contenido graso).
Experimento 3: 60 individuos, tanto de peso normal como con sobrepeso, del área de
Filadelfia.
A todos los participantes se les vendaron los ojos y se les hizo oler leche de tres recipientes distintos. Dos frascos tenían leche con el mismo porcentaje de grasa y el otro
tenía una cantidad diferente. Se les pidió a los participantes que reconocieran cuál era
el que tenía una cantidad diferente de grasa.
¿Dónde se encuentran los
receptores que detectan la
presencia de grasa a través
del
olfato? ¿Serán específicos?
Resultados: en los tres experimentos, los participantes pudieron identificar la leche
que tenía una proporción de grasa diferente utilizando su olfato. No hubo diferencia
entre los resultados de los individuos de peso normal en Filadelfia y los Países Bajos.
Tampoco hubo diferencia entre los resultados de los individuos de peso normal y los
individuos con sobrepeso.
Los resultados del estudio se
publicaron en la revista de
acceso abierto PLoS ONE el
22/01/14. Pueden consultarlos
aquí (en inglés):
http://bit.ly/EDVBII025
1. En esta serie de experimentos, ¿hay un componente que 2. ¿Con qué otros alimentos se podría realizar la experiencia?
funcione como control, como el invernadero que se man- 3. ¿Cómo se podría determinar si existe alguna relación
tuvo sin sonidos en la experiencia de la página anterior?
entre la percepción y la edad?
25
Bloque I
El Mundo
28 de mayo de 2014
UN PERFUME INCONFUNDIBLE
La ciencia demostró que el olfato es clave en las primeras horas de vida.
C
uando nace un bebé, inevitablemente surge la búsqueda de parecidos físicos. “Tiene un aire al tío o
al papá”, se suele decir, y tal vez muy
pronto se reconozca que posee un
“aroma de familia”.
Curiosamente, diversas investigaciones demuestran que el recién
nacido se deja guiar por su olfato para
identificar a su mamá. “A las pocas
horas de vida, el niño reconoce el aroma de la leche de su madre. Solo se
da vuelta ante ese olor y no con otro”,
revela la doctora María Rosa García
Medina, del laboratorio de investigaciones sensoriales de la Universidad
de Buenos Aires.
Diversos experimentos demuestran el efecto sedante que produce en
pequeños de tres a diez días de vida el
acercar a sus narices una prenda impregnada con el aroma del pecho de la
madre. En cambio, continúan inquietos cuando la ropa pertenece a otra
parturienta, según revela Richard Porter del departamento de Psicología y
Desarrollo humano de la Universidad
de Vanderbilt, Estados Unidos.
“La mamá tarda un poco más en
reconocer a su hijo por el olor”, indica
García Medina. Un experimento, por
ejemplo, reveló resultados sorprendentes: 42 flamantes madres, divididas en grupos, debían descubrir por
medio del aroma cuál era la bata de
sus propios hijos, entre cuatro prendas
idénticas pertenecientes a distintos
niños. Las mujeres del primer grupo,
a las cuales solo se les permitió un contacto con sus bebés de apenas nueve
minutos antes del test, no mostraron
altos niveles de reconocimiento. Sin
embargo, el 90 % de aquellas que estuvieron entre diez y sesenta minutos a
solas con sus recién nacidos, respondieron correctamente. Las que pudieron estar con sus pequeños durante
más de una hora antes de comenzar las
pruebas no se equivocaron en ningún
caso. “Probablemente —concluyeron
los investigadores—, el estrés que
produce el contar con apenas nueve
minutos para estar con sus hijos incidió en forma negativa en las madres.
En ese corto período, el olor del hijo
podría quedar enmascarado por otros
aromas del ambiente hospitalario”.
Varias madres reconocieron también que el aroma seleccionado como
el de su bebé se parecía al de otro
miembro de la familia; por lo general,
al de algún otro hijo.
Pero ¿realmente existe un aroma
de familia? La pregunta despertó la
curiosidad de los científicos, que de
inmediato diseñaron otro experimento. Esta vez, personas elegidas al azar
debían poner sus narices en remeras
que habían sido vestidas por distintos
chicos. El objetivo era hallar, aroma
mediante, el parecido con las prendas
de las madres. Los aciertos superaron
el nivel estadístico. "Si bien los olores
pueden parecer similares entre familiares directos, no son idénticos", indica la especialista argentina.
El olor de los bebés es característico. Pero ¿qué sucede cuando una
madre encuentra un aroma atípico o
inesperado en el hijo que acaba de dar
a luz? El cuerpo humano es, en cierto
modo, una combinación de sustancias
químicas que despiden olores. Esa
combinación, de una u otra manera,
puede alterar el aroma. Las variaciones orgánicas producidas por algunas
enfermedades pueden ser percibidas
a través del olfato. Tal es el caso de la
fenilcetonuria, un mal que puede
ocasionar retraso mental de por vida
si no es detectado a tiempo mediante
un análisis de sangre. Los chicos que
padecen esta enfermedad producen
un aroma característico. "Entonces,
las madres dicen oler en sus hijos
algo extraño —continúa la investigadora—. Es que, en realidad, perciben elementos que no les resultan
familiares”. Se efectúan los análisis de
rigor y se confirma la dolencia. Por
supuesto, también queda demostrado que el olfato de una madre no se
FRVJWPDBr
Cecilia DRAGHI, en La Nación, Buenos
Aires, 26/04/97 (adaptación).
1. ¿Qué estímulos se mencionan en el artículo?
2. ¿Cómo reaccionan los bebés y sus madres antes esos estímu
los: de manera parecida, diferente u opuesta?
3. ¿Qué conclusiones pueden extraerse de los experimentos
descriptos en el artículo?
26
Capítulo 1
El control y la regulación en los seres vivos
Los seres vivos reciben estímulos externos e internos y elaboran respuestas
continuamente. Así, por ejemplo, a medida que ustedes leen esta página, los
ojos captan la información visual, y el cerebro interpreta la imagen y el significado de las palabras y de las oraciones. Al mismo tiempo, en el organismo ocurren, de modo involuntario, diversos procesos, como la respiración, la digestión
de los alimentos ingeridos hace un rato, el registro de la posición de los músculos y los huesos (necesario para mantener el equilibrio), y el establecimiento de
la concentración de la sangre y la temperatura corporal, entre muchos otros. El
desarrollo simultáneo de todas las actividades es posible gracias a una serie de
mecanismos de control y regulación.
Como vimos, en los animales vertebrados hay dos sistemas de órganos involucrados en el control y en la regulación: el sistema nervioso y el sistema endocrino.
Ambos sistemas participan en la ruta de la información (percepción, interpretación y respuesta) y controlan la duración y la intensidad de las respuestas. El
sistema nervioso actúa de forma veloz; su efecto suele ser temporario y, por lo
general, sus respuestas, transmitidas en forma de señales electroquímicas, son
ejecutadas por los músculos. A diferencia del sistema nervioso, la acción del sistema endocrino es más lenta y duradera; sus respuestas se realizan a través de la
liberación de hormonas elaboradas por diversas glándulas. Este sistema regula y
controla, por ejemplo, los procesos de crecimiento y desarrollo.
Al igual que los animales, las plantas también llevan a cabo muchas actividades de manera simultánea: incorporan y eliminan gases del ambiente, toman agua a través de las raíces y la conducen por todas las partes de la planta,
realizan el proceso de fotosíntesis, distribuyen las sustancias fabricadas en los
tejidos fotosintéticos, sintetizan proteínas y crecen. Si bien las plantas carecen
de órganos que cumplan una función nerviosa, tienen mecanismos de control y
regulación. Como se recordará, estos mecanismos dependen de la producción y
la acción de hormonas vegetales. En los hongos, la regulación y el control también está mediado por hormonas, de manera similar a las plantas.
A pesar de lo que la simplicidad de su estructura podría hacernos suponer,
los organismos unicelulares, como el resto de los seres vivos, controlan la realización de las diversas funciones vitales. Por ejemplo, algunas bacterias, frente a
condiciones ambientales adversas, forman una estructura de resistencia contra
la desecación, llamada espora, en la que pueden sobrevivir por mucho tiempo en
un estado de latencia.
Célula bacteriana en
estado de latencia
Cuando un animal está en
peligro, los sistemas nervioso y endocrino actúan
de forma simultánea; en el
cuerpo, se activa un mecanismo que acelera diversos
procesos (como las frecuencias cardíaca y respiratoria), de modo de generar
condiciones óptimas para la
huida o el ataque.
La realización de muchas
actividades simultáneas es
posible debido a que los seres
vivos tienen mecanismos que
controlan y regulan todos sus
procesos.
Los organismos unicelulares,
como los paramecios y las
bacterias, ¿tendrán mecanismos
de control y regulación?
Célula bacteriana en
estado de latencia
En estas microfotografías se observan dos bacterias envueltas en esporas.
27
Bloque I
La homeostasis
* Sal: compuesto químico
de
formado por cationes (iones
s
one
ani
a
dos
uni
a)
itiv
carga pos
a).
ativ
neg
ga
car
con
(iones
Todos los seres vivos requieren ciertas condiciones óptimas para su desarrollo; cuando se produce algún cambio, en el organismo se desencadenan mecanismos de regulación que llevan a recuperar y mantener el equilibrio interno,
lo que se conoce como homeostasis (del griego omoio-, ‘parecido’, y stásis, ‘estabilidad’). Entre los mecanismos que intervienen en la homeostasis presentes en
muchos seres vivos, se encuentran la osmorregulación y la termorregulación. La
osmorregulación determina el control de la concentración adecuada de sales* y
agua, mientras que la termorregulación permite el mantenimiento de la temperatura óptima del organismo.
La osmorregulación
La regulación de los líquidos y las sales en un organismo depende del modo
en que dichos componentes se mueven entre el medio interno y el medio externo. Las sustancias tienden naturalmente a desplazarse desde la zona donde se
encuentran en mayor concentración hacia la zona donde están en menor concentración, hasta igualar las concentraciones en ambas zonas. Este fenómeno
RÓBALO
se denomina difusión; la difusión del agua a través de una membrana semiperToma de gran
Pérdida de agua a meable (como, por ejemplo, la membrana celular) recibe el nombre de ósmosis.
cantidad de agua
través de la piel
La ósmosis se observa cuando en el agua se hallan uno o más solutos con diferente concentración a uno y otro lado de la membrana. En el caso de una célula y su entorno, si la concentración de sales disueltas en el agua es más elevada
fuera de la célula, el agua tenderá a salir de ella, y si la concentración salina es
Orina
concentrada
mayor dentro de la célula, el agua tenderá a entrar.
Excreción de iones a
través de las branquias
En los animales, la concentración de sales y agua se regula, principalmente,
a través del sistema excretor; en particular, mediante la eliminación de la orina.
Las características de la orina y el empleo de otros mecanismos de excreción
LUCIOPERCA
Absorción de iones a
Absorción de agua a están muchas veces relacionados con el ambiente en el que viven los animales.
través de las branquias través de la piel
Por ejemplo, los peces se enfrentan de forma continua con la necesidad de osmorregular, ya que su cuerpo está en contacto continuo con un medio acuoso
que tiene una concentración salina diferente a la interna. En los peces de agua
salada, la concentración de sales de su cuerpo es menor que la del agua; por eso,
tienden a perder líquido y a incorporar sales. Para compensar esto, beben agua
en gran cantidad y liberan una orina muy concentrada. En los peces de agua
Orina diluida
Toma de poca cantidad
dulce sucede lo contrario: la concentración salina es mayor en su cuerpo que en
de agua
el agua; por este motivo, tienden a acumular mucho líquido y a perder sales. En
Movimiento de las sales
compensación, excretan una orina diluida, con abundante agua.
Movimiento del agua
En las plantas, la osmorregulación se lleva a cabo a partir del control en la absorción de agua y sales y en la cantidad de agua que se evapora. El agua ingresa
En los peces de agua salada
por
ósmosis a las células de la raíz, debido a que estas tienen una concentración
(arriba), el agua tiende a salir,
de sales elevada. En los suelos muy salinos, puede suceder que la relación se inpor lo que deben eliminar
el exceso de sales, mienvierta, y que la concentración salina en las raíces sea menor que la del agua del
tras que en los peces de
terreno. Esto hace que disminuya la capacidad de absorción de las raíces, y las
agua dulce (abajo), el agua
plantas terminen secándose. Por su parte, el vapor de agua sale al ambiente a
tiende a acumularse en el
organismo, por lo que deben
través de los estomas, unos poros que se ubican fundamentalmente en las hojas;
expulsarla para perder meestos se abren o se cierran de acuerdo con la turgencia de las células (es decir, su
nos sales.
abultamiento o hinchazón debido a la cantidad de agua que poseen).
28
Capítulo 1
La termorregulación
El mantenimiento de la temperatura corporal es clave para los organismos,
puesto que muchos de los procesos químicos, que ocurren internamente, solo
pueden producirse dentro de ciertas temperaturas.
En los animales, existen dos estrategias básicas para la regulación de la temperatura. Una de ellas, la ectotermia (del griego ektós, ‘fuera’ y termós, ‘caliente’),
consiste en la obtención del calor del ambiente. La otra estrategia, la endotermia
(del griego endo-, ‘dentro’, y termós), es la utilización del calor generado por la
actividad metabólica del propio organismo.
Los peces, los reptiles, los anfibios y la mayoría de los invertebrados son ectotermos. Debido a que estos animales dependen de la temperatura externa para
regular la temperatura de su cuerpo, muchos modifican su comportamiento en
función de las condiciones ambientales, y, así, se exponen al sol o a la sombra,
según sus necesidades.
Las aves y los mamíferos son animales endotermos. En estos animales, el
aprovechamiento del calor interno va unido a otros mecanismos destinados a
regular la temperatura, como el enfriamiento por evaporación cuando la temperatura aumenta. Por ejemplo, en los días calurosos, los caballos liberan sudor,
que cubre toda la superficie de la piel; la evaporación del sudor favorece la pérdida del calor. La constricción y la dilatación de los vasos sanguíneos superficiales también participan en la termorregulación. Por ejemplo, cuando corremos
nos ponemos “colorados”, debido a que los vasos se dilatan, lo que acelera el
desplazamiento de la energía térmica desde la sangre hacia el exterior. Por el
contrario, cuando hace frío, los vasos sanguíneos se constriñen; además, se contraen los músculos que producen el erizamiento de los pelos (lo que se conoce
como “piel de gallina”), y entre los pelos erizados queda retenida una película de
aire, que actúa como aislante.
Algunos insectos, como las polillas y las abejas, constituyen un caso particular de endotermia. Estos animales tienen la capacidad de mantener la temperatura torácica durante el vuelo; de este modo, evitan que el cuerpo se caliente por
un exceso de trabajo de los músculos que regulan su desplazamiento en el aire.
En las plantas, el intercambio térmico se realiza a través de los estomas. Cuando los estomas se abren, se libera el exceso de calor, mediante la transpiración.
Para sobrevivir a las condiciones de frío, algunos mamíferos que viven en zonas
con estaciones bien diferenciadas hibernan durante el
invierno. Así, disminuyen su
metabolismo y se mantienen
en un estado de letargo hasta
la primavera.
PARA REPASAR LO VISTO HASTA ACÁ: PÁGINA 33, ACTIVIDADES 3, 4, 5 Y 6.
Estoma
Los estomas (que aquí se
muestran tal como se los
puede observar a través de
un microscopio) se distribuyen, principalmente, en
el envés de las hojas de las
plantas. Cada estoma está
formado por dos células
que, al abrirse o cerrarse,
regulan la pérdida de agua
de la planta.
La dilatación de los vasos
sanguíneos superficiales
reduce el flujo sanguíneo
y, de este modo, favorece
la liberación de calor del
organismo al exterior. Esta
acción es controlada, fundamentalmente, por el sistema
nervioso.
29
Bloque I
El modelo
estímulo-percepción-integración-respuesta
Estímulo
Estructura receptora
Transmisión de la señal
ción
Procesamiento de la informa
Elaboración de la respuesta
Ejecución de la respuesta
La “ruta” de la información
(página 20) coincide con el
modelo estímulo-percepciónintegración-respuesta.
Como se ha visto a lo largo del capítulo, todos los seres vivos tienen mecanismos que le permiten relacionarse con el medio, mantener sus condiciones
óptimas de vida, y controlar y regular sus procesos internos. Estos mecanismos
no son iguales en los distintos grupos de organismos: mientras que los animales
vertebrados cuentan con complejos sistemas de recepción y procesamiento de
la información, las plantas solo poseen mecanismos químicos de control. Por
su parte, los organismos unicelulares deben mantener su homeostasis con sus
estructuras celulares.
A pesar de estas diferencias, es posible señalar ciertos rasgos comunes a los
diversos grupos de seres vivos. Así, todos poseen estructuras receptoras a través
de las cuales detectan estímulos, transmiten la señal detectada al interior, la
interpretan, elaboran una respuesta y envían una señal para que esta se ejecute.
A los fines de simplificar el análisis, se puede establecer un modelo general de la
función de relación: el modelo estímulo-percepción-integración-respuesta (EPIR). Este
modelo no solo explica la ruta de la información en los organismos pluricelulares y unicelulares, sino que también se puede aplicar al estudio de la función de
relación en cada célula de los organismos pluricelulares.
El modelo EPIR en los animales
Los receptores en los animales están íntimamente vinculados con el sistema
nervioso, que se encarga de conducir la señal al sitio de integración, integrar la
respuesta y llevar la señal hasta los órganos o estructuras efectoras. Por ejemplo, cuando una persona se pincha un dedo, el estímulo del pinchazo activa receptores del tacto presentes en la piel. La señal se conduce a lo largo de nervios
sensitivos y llega al sistema nervioso central, en el que la información se integra
y se elabora la señal para la respuesta. Esta señal de respuesta viaja por nervios
motores hacia los órganos efectores (en este caso, los músculos del dedo y de la
mano), donde se ejecuta la respuesta (el alejamiento de la mano del objeto punzante). Esta secuencia se puede graficar de la siguiente manera.
1
3
2
En los animales, ¿siempre
las respuestas frente a los
estímulos son movimientos?
4
Modelo EPIR en animales. 1 Estímulo: pinchazo. 2 Receptor: receptores de la piel. 3
Integración: transporte de la señal por nervios sensitivos, interpretación de la señal en el
sistema nervioso central y generación de una señal de respuesta que se envía por nervios
motores. 4 Respuesta: movimiento de los músculos de la mano y del dedo, y alejamiento
de la mano del objeto punzante.
30
Capítulo 1
El modelo EPIR en las plantas
En las plantas los receptores están formados por proteínas que cumplen funciones similares a los receptores de los animales. La aplicación del modelo EPIR
a las plantas puede ejemplificarse mediante el modo en que reaccionan a la luz.
La luz es un factor imprescindible para la vida de las plantas, ya que la necesitan para realizar el proceso de fotosíntesis. Si la fuente de luz proviene de alguna dirección en particular, se desencadena una señal que lleva a la modificación
permanente de la curvatura del tallo hacia el estímulo lumínico.
La luz se percibe por fotorreceptores (receptores sensibles a la luz) presentes
en el ápice (es decir, en el extremo) de la planta. Las células del ápice responden
a este estímulo fabricando y liberando una hormona vegetal hacia los vasos de
conducción. Esta hormona lleva la señal a las células del tallo y provoca, así, su
curvatura.
¿Los receptores de las plantas
podrán ser terminales nerviosas?
Levaduras
El modelo EPIR en los hongos
Al igual que el resto de los seres vivos, los hongos también responden al mismo esquema básico de la función de relación. Por ejemplo, las levaduras son
hongos unicelulares que tienen la capacidad de fermentar, es decir, liberar la
energía de los azúcares sin necesidad de oxígeno. Estos hongos son muy utilizados en la industria alimenticia para fabricar bebidas alcohólicas fermentadas,
como la cerveza, o para levar masas, como la masa de pan o la de pizza. Cuando
las levaduras están en un ambiente con escasa cantidad de oxígeno, se desencadena una señal química que lleva a la realización de la fermentación.
El modelo EPIR en los protistas
Los protistas (y también las bacterias) poseen receptores en la membrana
y en el interior de la célula que los constituye. La llegada del estímulo a los receptores desencadena una señal dentro de las células, que provoca finalmente
una respuesta. Por ejemplo, las euglenas son microorganismos acuáticos fotosintéticos capaces de moverse gracias a la presencia de un flagelo. Poseen una
organela, denominada mancha ocular, que contiene un receptor a través del cual
se detecta la luz. Así, se desencadena una señal intracelular que, finalmente,
produce el movimiento del flagelo, y le permite al organismo dirigirse hacia la
fuente de luz.
El modelo EPIR a nivel celular
Todas las células poseen estructuras receptoras, tanto en la membrana como
en el citoplasma, formadas por una o más proteínas, que son capaces de reconocer específicamente ciertas sustancias químicas. La unión entre los receptores y las sustancias genera una señal dentro de la célula, que desencadena una
respuesta. Por ejemplo, los mastocitos son unas células pertenecientes al sistema inmunológico de los animales, que intervienen en los procesos de alergia. La
sustancia que produce la alergia constituye el estímulo. Este es captado por una
proteína ubicada en la membrana del mastocito, que genera una señal, la cual
se transmite al interior de la célula. Como resultado, se origina una respuesta,
que consiste en la activación de las vesículas que contienen sustancias acumuladas, las cuales liberan esas sustancias al exterior.
PARA REPASAR LO VISTO HASTA ACÁ: PÁGINA 33, ACTIVIDADES 7 Y 8.
Como resultado del proceso
de fermentación, se originan
etanol y dióxido de carbono.
Durante la preparación del
pan, el dióxido de carbono, que es gaseoso, queda
atrapado dentro de la masa
que contiene las levaduras
(arriba). En consecuencia,
tiene lugar el leudado de la
masa (abajo).
31
Bloque I
Buscar...
Por Jorge Lázaro.
Robots que aprenden equivocándose, igual que los humanos
que permitirán a los robots aprender nuevas haInvestigadores de la Universidad de California han desarrollado algoritmos
que utilizan los seres humanos en su aprendizaje,
bilidades motrices con el método de ensayo y error. El proceso es similar al
.
lo que supone un hito en el desarrollo de sistemas de inteligencia artificial
Los robots son máquinas muy interesantes, pero tienen
una incapacidad básica: solo funcionan bien haciendo
aquellas cosas para las que están programados. Para
VXSHUDUHVWHSXQWRORVFLHQWtÀFRVWUDWDQGHHQVHxDUOHV
a aprender por sí mismos.
Recientemente, un equipo de investigadores de la
Universidad de California, en Berkeley (EE. UU.), ha
dado un paso importante, que podría suponer un hito
HQ HO SURJUHVR GH VLVWHPDV GH LQWHOLJHQFLD DUWLÀFLDO
han desarrollado algoritmos* que permitirán a los robots aprender nuevas habilidades motrices con el método de ensayo y error, de manera similar a como lo
hacen los seres humanos.
El primer robot que utiliza este sistema responde al
nombre de BRETT (Berkeley Robot for the Elimination
of Tedious Tasks, o ‘Robot Berkeley para la Eliminación
de Tareas Tediosas’). Los investigadores demostraron
que BRETT era capaz de completar algunas tareas (colgar ropa, montar un avión de juguete o desenroscar un
tapón) sin que se le hubieran ingresado datos sobre su
HQWRUQR3DUDORJUDUHVWDKD]DxD%5(77WXYRTXHVHU
programado con una serie de algoritmos que aplica noFLRQHVGHXQDUDPDGHODLQWHOLJHQFLDDUWLÀFLDOLQVSLUD
da en las conexiones neuronales del cerebro humano,
denominada aprendizaje profundo. El objetivo del
aprendizaje profundo es crear una robótica de mayor
autonomía intelectual, que no tenga que ser programada con tanta asiduidad y que pueda mejorar su desHPSHxRSRUVtPLVPD/RVLQYHVWLJDGRUHVGH%HUNHOH\
tenían claro que no bastaba con que el robot reconociera estímulos, sino que estos tenían que llevarlo a
una respuesta práctica.
A BRETT se le plantearon tareas motrices reguladas con
un sistema de puntuación: si sus acciones lo acercaban
a la solución del problema, los puntos aumentaban. Los
resultados de la puntuación se guardan en la “red neuronal” del robot; así, el algoritmo que controla su programación le permite aprender para completar nuevas
tareas en apenas diez minutos, si conoce la ubicación
de los objetos, y en tres horas, si tiene que hacer uso
de sus propios sistemas de visión para encontrarlos.
Para Pieter Abbeel, uno de los investigadores, los
avances que se verán con este proceso serán enormes
y estarán ligados al aumento de datos que pueda procesar el robot. Aunque se muestra optimista con los
resultados iniciales, destacó que aún queda un largo
camino antes de que los robots puedan “limpiar una
casa o lavar la ropa”.
Tendencias21 (www.tendencias21.net), 27/05/15 (adaptación).
*Algoritmo: conjunto de
a
instrucciones ordenadas par
ma
ble
pro
un
de
ción
hallar la solu
ad.
ivid
act
una
r
o realiza
32
20:58
01.11.2015
1. ¿Cuál es la característica que distingue al robot BRETT de otros robots?
deben superar los robots?
2. Según los investigadores de la Universidad de Berkeley, ¿cuál es el mayor desafío que
¿De qué manera intentan superarlo?
spuesta explicado
3. ¿Puede aplicarse a la conducta de BRETT el modelo estímulo-procesamiento-integración-re
ar?
ejemplific
podría
se
en las páginas anteriores? En caso afirmativo, ¿cómo
seres vivos
Bloque 2
Actividades de repaso
1. Expliquen cuál es la ruta que sigue la información en las
siguientes situaciones.
4. *OEJRVFOTJMBTTJHVJFOUFTBmSNBDJPOFTTPODPSSFDUBT$
P
JODPSSFDUBT*
+VTUJmRVFOTVTFMFDDJPOFT
a. En todos los seres vivos, la información se integra en el
sistema nervioso.
b. Todos los seres vivos perciben los estímulos a través de
receptores.
c. Todos los seres vivos perciben los mismos estímulos.
d. Las respuestas a los estímulos siempre son motoras.
e. Las plantas tienen mecanismos de control y regulación.
f. Los organismos unicelulares no tienen órganos sensoriales.
g. Las células son sistemas abiertos.
5. Teniendo en cuenta que en las plantas el vapor de agua
sale al exterior a través de los estomas y que estos se
encuentran principalmente en las hojas, propongan una
explicación acerca de cómo controlan la pérdida de agua
las plantas del desierto.
6. Determinen la relación entre la termorregulación en las
mariposas y el hecho de que muchas de ellas vuelen y
aleteen durante el día, mientras que por la noche permanecen inactivas y cierran sus alas.
2. Discutan: así como hay olores, colores y sonidos que no
percibimos, ¿habrá gustos que no detectamos?
3. Indiquen cuál es el motivo por el que durante un día caluroso se siente más sed que durante un día frío. ¿Cómo se
relaciona esta situación con la homeostasis?
Organismo
Estímulo
7. Señalen las principales similitudes y diferencias de la función de relación en los animales, las plantas, los hongos y
los organismos unicelulares.
8. Completen el siguiente cuadro (tengan presente que, en
algunos casos, hay más de una posibilidad válida).
Receptor
Integración
Respuesta
Música
Crecimiento de la raíz
Fotorreceptor
Sistema nervioso
Ave
Proteína
Ingreso de sales
33
Actividades de integración
1. Lean la siguiente información. Luego, resuelvan las
consignas.
Los perros tienen un
sentido del olfato muy agudo. Gracias a esta capacidad,
pueden ser entrenados (y de
hecho, se los entrena) para
que reconozcan específicamente algún olor, a través de
un método de adiestramiento
no agresivo, que utiliza un sistema de premios.
Teniendo en cuenta la gran capacidad olfatoria de los
perros, se han realizado algunas investigaciones acerca de
la posible capacidad que tienen los perros entrenados de
detectar pacientes con cáncer. En una experiencia, se recolectó el aire espirado por distintas personas, entre las cuales había pacientes sanos y enfermos. Los perros pudieron
reconocer las muestras de pacientes enfermos con bastante
sensibilidad y especificidad. Se espera que en el futuro sea
posible aislar las sustancias volátiles que el paciente enfermo libera y estas puedan ser percibidas por los perros.
b. Averigüen en qué consiste la técnica de adiestramiento no agresivo que utilizaron en la investigación.
Pueden consultar, entre otras fuentes, un trabajo
de investigación realizado en la Universidad de La
Salle (Bogotá, Colombia), disponible en http://bit.ly/
EDVBII034a.
c. ¿Qué utilidad puede tener el adiestramiento de perros para detectar a personas con cáncer?
2. Lean el artículo “Entrenan abejas para que puedan
detectar minas explosivas”, disponible en el sitio web
del diario La voz del interior: http://bit.ly/EDVBII034b.
¿Qué similitud hay entre el entrenamiento de abejas y
el adiestramiento de perros? ¿Las abejas y los perros
perciben los mismos aromas? ¿Cuál es la “ventaja” de
utilizar abejas y no perros en la detección de minas?
3. De acuerdo con lo que estudiaron en el capítulo, ¿los perros percibirán lo mismo que los seres humanos? ¿Puede ser que perciban algo distinto debajo del puente, que
para los seres humanos sea imperceptible?
4. ¿Qué sistemas y órganos determinan la respuesta que
tienen los perros en el puente?
a. Consideren sus conocimientos previos sobre la evolución de los seres vivos y piensen una explicación
posible para el desarrollo del sentido del olfato en
los perros. ¿Qué ventaja adaptativa tendría para estos animales contar con un olfato tan sensible?
¿Por qué Maitén tiene un olfato tan sensi
ble?
Posibles causas:
- Tiene súper poderes. Mmm.
- Hay "algo" en los receptores de su nariz
que le
permite reconocer olores que otras personas
no
sienten. ¡¿Qué?! (Ver subrayado de página
20).
- Su cerebro interpreta las señales de los
receptores de forma "especial". ¿Por qué?
- Otras. ¿Cuáles?
34
5. ¿Cuál es la ruta que sigue la información que hace que
Maitén reconozca al chico que le gusta por su aroma?
6. ¿En qué se modifica la ruta de la información cuando
Maitén lo reconoce porque lo ve?
Sistema
Función de relación
Estímulo
Respuesta
Receptor
Percepción
nen mejor
¿Por qué los perros tie
s? Hacer
olfato que los humano
les
una lista con tres posib
explicaciones.
Homeostasis
en:
Ver síntesis del tema
34c
II0
http://bit.ly/EDVB
¿Todos los animales perciben
los mismos estímulos?
Viene de la página 17.
¿Cuáles son los órganos de los sentidos en los
animales?
¿Qué estímulos se observan en esta página?
¿Cómo responden los organismos de la escena a
cada estímulo?
¿Las personas ven colores y objetos igual que
el resto de los animales?
Continuará en la página 55.
35

Biología II

Transcripción

Documentos relacionados