UNIDAD 1

Un ser vivo es resultado de una organización muy precisa; en su interior se realizan varias actividades al mismo tiempo, estando relacionadas éstas actividades unas con otras, por lo que todos los seres vivos poseen una organización específica y compleja a la vez, las cuales están reflejadas, según la teoría celular, en la cualidad de que todo ser vivo conocido está conformado por células.

Podemos reconocer a los seres vivos porque tienen en común las siguientes características:

• Nacen: Todos los seres vivos proceden de otros seres vivos.

• Se alimentan: Todos los seres vivos necesitan tomar alimentos para crecer y desarrollarse, aunque cada uno tome un tipo de alimento diferente.
• Crecen: Los seres vivos aumentan de tamaño a lo largo de su vida y a veces, cambian de aspecto.
• Se relacionan: Los seres vivos son capaces de captar lo que ocurre a su alrededor y reaccionar como corresponda.
• Se reproducen: Los seres vivos pueden producir otros seres vivos parecidos a ellos.
• Mueren: Todos los seres vivos dejan de funcionar en algún momento y dejan, por tanto, de estar vivos.

A estas características le llamamos el ciclo de vida

NIVELES DE ORGANIZACIÓN DE LA VIDA

La biología se ocupa de analizar jerarquías o niveles de organización que van desde la célula a los ecosistemas. Este concepto implica que en el universo existen diversos niveles de complejidad.

Por lo tanto es posible estudiar biología a muchos niveles, desde un conjunto de organismos (comunidades) hasta la manera en que funciona una célula o la función de las moléculas de la misma.

En orden decreciente mencionaremos los principales niveles de organización:

Biosfera: La suma de todos los seres vivos tomados en conjunto con su medio ambiente. En esencia, el lugar donde ocurre la vida, desde las alturas de nuestra atmósfera hasta el fondo de los océanos o hasta los primeros metros de la superficie del suelo (o digamos mejor kilómetros sí consideramos a las bacterias que se pueden encontrar hasta una profundidad de cerca de 4 Km. de la superficie). Dividimos a la Tierra en atmósfera (aire), litosfera (tierra firme), hidrosfera (agua), y biosfera (vida).

Ecosistema: La relación entre un grupo de organismos entre sí y su medio ambiente. Los científicos a menudo hablan de la interrelación entre los organismos vivos. Dado, que de acuerdo a la teoría de Darwin los organismos se adaptan a su medio ambiente, también deben adaptarse a los otros organismos de ese ambiente.

Comunidad: Es la relación entre grupos de diferentes especies. Por ejemplo, las comunidades del desierto pueden consistir en conejos, coyotes, víboras, ratones, aves y plantas como los cactus. La estructura de una comunidad puede ser alterada por cosas tales como el fuego, la actividad humana y la sobrepoblación.

Especie: Grupo de individuos similares que tienden a aparearse entre sí dando origen a una cría fértil. Muchas veces encontramos especies descriptas, no por su reproducción (especies biológicas) sino por su forma (especies anatómicas).

Poblaciones: Grupos de individuos similares que tienden a aparearse entre sí en un área geográfica limitada. Esto puede ser tan sencillo como un campo con flores separado de otro campo por una colina sin flores.

Individuo: Una o más células caracterizadas por un único tipo de información codificada en su ADN. Puede ser unicelular o multicelular. Los individuos multicelulares muestran tipos celulares especializados y división de funciones en tejidos, órganos y sistemas.

Sistema: (en organismos multicelulares). Grupo de células, tejidos y órganos que están organizados para realizar una determinada función, p.ej. el sistema circulatorio.

Órganos: (en organismos multicelulares). Grupo de células o tejidos que realizan una determinada función. Por ejemplo el corazón, es un órgano que bombea la sangre en el sistema circulatorio.

Tejido: (en organismos multicelulares). Un grupo de células que realizan una determinada función. Por ejemplo el tejido muscular cardíaco.

Célula: la más pequeña unidad estructural de los seres vivos capaz de funcionar.

EVOLUCION DE LAS PLANTAS

En nuestro planeta la vida comenzó en los océanos hace unos cuatro mil millones de años cuando se formaron las primeras moléculas con las propiedades que se le asignan a la materia viva (ver ‘El origen de la vida, Ciencia Hoy, Vol. 3 N° 17: 58-64, 1992). Cuando entre estas moléculas apareció la clorofila, se tornó posible aprovechar la energía de la radiación solar para formar azúcares a partir del agua y del dióxido de carbono de la atmósfera mediante el proceso llamado fotosíntesis, durante el cual también se libera oxígeno a la atmósfera (ver ‘Agua, carbono, luz y vida, Ciencia Hoy, Vol. 5 N° 27: 41-55, 1994). Los azúcares permitieron que las primeras células vegetales engrosaran su membrana y acumularan reservas alimenticias. Estas células fueron las antecesoras de las algas y de todas las plantas verdes. El oxígeno generado por la fotosíntesis actuó como veneno para los seres más primitivos que cubrían sus necesidades de energía mediante la fermentación (proceso que transcurre en ausencia de oxígeno) los que para sobrevivir se refugiaron en medios no oxigenados, como el cieno del fondo de ríos, lagos y mares, donde permanecen todavía. Solo las algas verdes poseen clorofila la que es mucho más estable que los pigmentos de las algas pardas y rojas. Por eso únicamente las primeras pudieron generar descendientes que fueron los ancestros de todas las plantas terrestres mientras que las algas pardas y las rojas sobrevivieron restringiéndose a medios a los que no llega la radiación solar.

Las primeras plantas con hojas fueron los musgos a los que la evidencia fósil asigna un origen muy antiguo. Los musgos no evolucionaron, no se adaptaron a la vida aérea y si bien poseen lignina (componente esencial de la madera a la que le proporciona su rigidez), no supieron utilizarla. Los musgos, junto a las coníferas y las plantas con flores, constituyen la primera civilización vegetal que abandonó el medio marino para conquistar la tierra. Las primeras plantas que ‘aprendieron’ a aprovechar la madera fueron los helechos, los que constituyeron así la primera gran civilización vegetal adaptada a la vida terrestre. Hace cuatrocientos millones de años, después de una terrible sequía que asoló la tierra, surgieron las primeras plantas erectas como la Rhinia. Las primeras plantas provistas de madera proliferaron en la Era Primaria inicialmente como hierbas y luego como árboles cada vez más grandes, que formaron los enormes bosques del Carbonífero, desaparecidos en la actualidad transformados en los yacimientos de hulla. Estos yacimientos indican la existencia de inmensos bosques pantanosos, constituidos por equisetos gigantes (de los que actualmente solo quedan algunas especies), helechos con semilla y árboles con óvulos primitivos que, surgiendo de los pantanos, formaban un extraño paisaje vegetal. Helechos, equisetos y selaginelas (plantas con notoria separación de sexos) pertenecen a tres grandes líneas vegetales que desde el comienzo de la Era Primaria han evolucionado paralelamente. Esa evolución concluyó con el desarrollo, hace unos trescientos millones de años del óvulo, un nuevo órgano propio de las plantas con semilla. La semilla es un óvulo fecundado, donde se desarrolla el embrión, este permanece en un estado de vida latente; acumula reservas de alimentos para reanudar su crecimiento en el momento de su germinación.

Se acepta que la formación de metabolitos secundarios, o de productos del metabolismo especial, mencionado en el texto central como principal fuente de sustancias con efectos biológicos, se produjo a partir de la aparición de las plantas con óvulos y que su máxima expresión se logró con las Angiospermas(plantas con flores), cuya aparición en el curso de la evolución es muy posterior a la de las plantas con óvulos.

Las primeras plantas provistas de óvulos han desaparecido dejando como rastro solo algunos fósiles. Únicamente el Ginkgo, verdadero fósil viviente, proporciona alguna idea de lo que fueron los primeros óvulos. El Ginkgo es el más antiguo de los árboles; existen dos clases de individuos: machos y hembras, reconocibles por su aspecto diferente. A pesar de su característica de fósil viviente perdido en la evolución, Ginkgo biloba L. es capaz de adaptarse rápidamente al medio como lo demuestra en el ejemplo de Hiroshima y Nagasaki mencionado en el texto central. Este árbol se mantiene merced al cuidado de los seres humanos. En el lejano Oriente se lo considera como sagrado y se lo cultiva alrededor de templos y pagodas, en donde forman verdaderas reservas naturales, que conservan ejemplares muy viejos. Se le atribuía al Ginkgo la capacidad de alejar los incendios. Esta creencia cobró nuevo vigor cuando el gigantesco incendio que acompañó al terremoto que destruyó Tokio en 1923, no afectó a un templo que estaba rodeado por numerosos Ginkgos. También se lo cultiva en jardines botánicos y a lo largo de las calles. Para fines decorativos solo hay que usar árboles masculinos, porque los óvulos no fecundados de los femeninos, al caer al suelo generan un olor sumamente desagradable. El Ginkgo resiste bien la contaminación, los gases tóxicos emitidos por los motores de combustión interna y la sequedad del ambiente urbano. En nuestro país se lo encuentra frecuentemente en plazas públicas (las fotos ilustran dos ejemplares de Ginkgo situados en Figueroa Alcorta y Tagle.

Los helechos también son fósiles vivientes conservados hasta nuestros días y que testimonian cómo habrá sido la vegetación en la Era Primaria (los Ginkgos son fósiles sobrevivientes de los bosques de la Era Secundaria, con óvulos, sin semillas y sin frutos). Las primeras plantas con semillas fueron Coníferas (pinos, abetos, sequoias, cedros, cipreses, araucarias, etc.) que aparecieron en la Era Secundaria cientos de miles de siglos después iniciando una nueva gran civilización vegetal. Luego de una expansión inicial, las Coníferas retrocedieron por efecto de la presión evolutiva de la última gran civilización vegetal constituida por las plantas con flores, las cuales poseen ovario y producen frutos. Estas se expandieron con un empuje irresistible que empezó hace cien millones de años y que no ha cesado de aumentar estableciendo nuevas relaciones, en beneficio mutuo, entre los animales y las plantas.

APARICIÓN DE LAS PRIMERAS PLANTAS VASCULARES

El fósil vegetal de la primitiva planta vascular Cooksonia, constituye la primera evidencia que ubica la época en que aparecieron las plantas terrestres al final del periodo Ordoviciano y comienzo del Silúrico, de la era Paleozoica, hace unos 450 a 470 millones de años; pero, la colonización de la tierra por las plantas, seguramente ocurrió millones de años antes de su aparición. El origen de las plantas terrestres coincide con un periodo de glaciación y extinción de masas. Es posible que en esa época los niveles de carbón atmosférico fueran más altos que los de hoy, y que los de de oxígeno y ozono fueran casi equivalentes a la concentración actual.

El fósil de Cookstonia, se caracteriza por los siguientes rasgos: planta de pocos centímetros de altura, ramificación dicótoma, tallos sin hojas pero con esporangios en posición apical de los tallo. Su generación gametófita se desconoce. La región periférica del tallo (esteroma), se componía de un tejido resistente compuesto de paredes celulares gruesas orientadas longitudinalmente, posiblemente con función de soporte; el sistema vascular pobremente desarrollado, conformado por traqueidas escasas y relativamente pequeñas; sobre la epidermis, llevaba estomas típicos. La presencia de tejidos vasculares y estomas indica que Cookstonia estaba adaptada para mantener un nivel de equilibrio de hidratación de sus tejidos. La condición homeohídrica, es el atributo principal de la generación esporófita de las plantas vasculares terrestres. El esporangio contenía pequeñas esporas con paredes resistentes, adaptación evidente para la dispersión por el viento en el hábito terrestre seco y las esporas tenían cicatrices triletes, evidencia de que se generaron por meiosis. Aunque no se ha probado químicamente la presencia de esporopolenina, uno de los biopolímeros más resistentes en la naturaleza en las paredes de las esporas fósiles, su alta resistencia a la degradación química y microbial es una evidencia indirecta (Graham, 1993).

Raven (1984) señala una posible secuencia de adquisión de características de plantas vasculares como sigue:

• Origen de alternancia heteromórfica de generaciones, con un esporófito multicelular erecto, cuticularización de la generación esporófito. 
• Evolución del xilema. 
• Desarrollo de espacios aéreos intercelulares con poros en la epidermis. 
• Origen de la actividad estomática de los poros. 
• Evolución de la endodermis y transporte de fotosintetizados a largas distancias vía floemael floema, simultáneamente con la evolución del floema o más tarde. 

El sugiere que la primera función de la lignina fue antimicrobial debido a que sustancias similares se presentan en plantas no vasculares. Esta preadaptación más tarde formó la base para comprender la resistencia y el soporte estructural.

Aunque la inversión de las plantas vasculares en tejidos estructurales y en biosíntesis de lignina es energeticamente costoso, el subsecuente logro de la homeohidria condujo a mayores tasas de crecimiento.

Estudios estructurales comparativos de las células axilares, conductoras de agua en el Devoniano inferior, conocidos como Sennicaulis hippocrepiformis y Gosslingia breconensis, constituyen evidencia adicional de la importancia de los briófitos a la evolución de las plantas vasculares. Las células conductoras de agua tipo Gosslingia (tipo G), son similares a los elementos del protoxilema de algunos pteridófitos modernos. En contraste las células conductoras de agua tipo Sennicaulis (tipo S), combinan engrosamientos vasculares característicos de las traqueidas, con paredes lignificadas delgadas penetradas por numerosos microporos. No se sabe que láminas de lignina, con microporos continuos formados sobre las paredes internas de los tejidos conductores de las plantas vasculares existentes, sin embargo, numerosos poros derivados de los plasmodesmata, se presentan en las paredes de células conductoras de ciertas hépaticas y musgos. Se desconoce si son homólogas con las paredes microporadas de células conductoras tipo S, pero las células tipo S, podrían representar un intermediario evolutivo entre las células conductoras más primitivas y las traqueidas. Entonces Sennicaulispresenta un nivel de organización del sistema de conducción que cae entre esos de los briófitos modernos y las plantas vasculares Graham, (1993).

LA PARED CELULAR Y ESTRUCTURAS DE LAS PLANTAS

La pared celular es una capa rígida que se localiza en el exterior de la membrana plasmática en las células de plantas, hongos, algas, bacterias y arqueas. La pared celular protege el contenido de la célula, y da rigidez a ésta, funciona como mediadora en todas las relaciones de la célula con el entorno y actúa como compartimiento celular. Además, en el caso de hongos y plantas, define la estructura y otorga soporte a los tejidos y muchas más partes de la célula.

La pared celular se construye a partir de diversos materiales, dependiendo de la clase de organismo. En las plantas, la pared celular se compone, sobre todo, de un polímero de carbohidrato denominado celulosa, un polisacárido, y puede actuar también como almacén de carbohidratos para la célula. En las bacterias, la pared celular se compone de peptidoglicano. Entre las archaea se presentan paredes celulares con distintas composiciones químicas, incluyendo capas S de glicoproteínas, pseudopeptidoglicano o polisacáridos.

Los hongos presentan paredes celulares de quitina, y las algas tienen típicamente paredes construidas a partir deglicoproteínas y polisacáridos. No obstante, algunas especies de algas pueden presentar una pared celular compuesta por dióxido de silicio. A menudo, se presentan otras moléculas accesorias integradas en la pared celular.

La pared celular vegetal es una estructura u orgánulo complejo que, aparte de dar soporte a los tejidos vegetales, tiene la capacidad de condicionar el desarrollo de las células.

Estructura

La pared celular vegetal tiene tres partes fundamentales:

Pared primaria. Está presente en todas las células vegetales, usualmente mide entre 100 y 200 nm de espesor y es producto de la acumulación de 3 o 4 capas sucesivas de microfibrillas de celulosa compuesta entre un 9 y un 25 % de celulosa. La pared primaria se crea en las células una vez que está terminando su división, generándose el fragmoplasto, una pared celular que dividirá a las dos células hijas. La pared primaria está adaptada al crecimiento celular. Las microfibrillas se deslizan entre ellas produciéndose una separación longitudinal, mientras el protoplasto hace presión sobre ellas. 

Pared secundaria. Cuando existe, es la capa adyacente a la membrana plasmática. Se forma en algunas células una vez que se ha detenido el crecimiento celular y se relaciona con la especialización de cada tipo celular. A diferencia de la pared primaria, contiene una alta proporción de celulosa, lignina o suberina. 

Laminilla media. Es el lugar que une las paredes primarias de dos células contiguas; es de naturaleza principalmente péctica, pero a menudo, en las células más viejas se lignifica. Composición

La composición de la pared celular vegetal varía en los diferentes tipos celulares y en los diferentes grupos taxonómicos. En términos generales la pared celular vegetal está compuesta por una red de carbohidratos, fosfolípidos y proteínas estructurales embebidos en una matriz gelatinosa compuesta por otros carbohidratos y proteínas.