Histología





Grades inventos: Histología

Histología, estudio microscópico de los tejidos —grupos de células similares interrelacionadas que cooperan para llevar a cabo una función biológica determinada— de animales y plantas. La biopsia proporciona una información científica valiosa a cerca de las enfermedades, mientras que los estudios histológicos que se efectúan después de la autopsia revelan los cambios tisulares que han conducido a la muerte.
El progreso de la histología ha sido lento hasta el siglo XIX, en el que el microscopio empezó a adquirir una forma parecida a la actual y el microtomo, un instrumento que permite realizar finos cortes de tejidos, fue inventado por el fisiólogo checo Jan Evangelista Purkinje. En 1907, el biólogo estadounidense Ross Granville Harrison descubrió que los tejidos vivos podían cultivarse, es decir, crecer fuera de su órgano original. El estudio de los tejidos fue facilitado por el desarrollo a principios del siglo XX del microscopio electrónico y por la introducción, en 1968, del microscopio electrónico de barrido, así como por el gran número de adelantos llevados a cabo en el diseño de los microscopios durante los últimos años.
En el cuerpo de un animal se distinguen cinco grupos principales de tejidos: el epitelio, que se encuentra en todas las superficies de revestimiento corporales y en las áreas de secreción, el tejido conjuntivo, que incluye los huesos, los cartílagos y otras estructuras de soporte; el tejido muscular, el tejido nervioso y los fluidos tisulares, sangre y linfa. Véase también Anatomía.

Fisiología





Grades inventos: Fisiología

Fisiología, estudio de los procesos físicos y químicos que tienen lugar en los organismos vivos durante la realización de sus funciones vitales. Estudia actividades tan básicas como la reproducción, el crecimiento, el metabolismo, la respiración, la excitación y la contracción, en cuanto que se llevan a cabo dentro de las estructuras de las células, los tejidos, los órganos y los sistemas orgánicos del cuerpo.
La fisiología está muy relacionada con la anatomía e históricamente era considerada una parte de la medicina. El gran hincapié que la fisiología hizo en la investigación de los mecanismos biológicos con la ayuda de la física y la química, convirtió a la fisiología en una disciplina independiente en el siglo XIX; sin embargo, hoy se tiende a la fragmentación y a la unión con la gran variedad de ramas especializadas que existen en las ciencias de la vida. Se reconocen tres grandes divisiones: fisiología general, relacionada con todos los procesos básicos que son comunes a todas las formas vivas; la fisiología y la anatomía funcional de los seres humanos y de otros animales, incluyendo la patología y los estudios comparativos, y la fisiología vegetal, que incluye la fotosíntesis y otros procesos de la vida de las plantas.
2
HISTORIA DE LA INVESTIGACIÓN FISIOLÓGICA
Parece probable que los primeros estudios sobre fisiología animal fueran realizados hacia el año 300 a.C. por el físico médico alejandrino Herófilo de Calcedonia, que viviseccionó los cuerpos de criminales. Hasta unos 1.900 años después no se llevaron a cabo muchos estudios fisiológicos.
2.1
Comienzos de la fisiología moderna
La fisiología animal moderna comenzó cuando el médico inglés William Harvey descubrió la circulación de la sangre en 1616. Poco después, el químico flamenco Jan Baptista van Helmont desarrolló el concepto de gas y sugirió la utilización de álcalis para el tratamiento de las alteraciones digestivas. El biofísico italiano Giovanni Alfonso Borelli publicó estudios sobre la motricidad animal en los que sugería que la base de la contracción muscular estribaba en las fibras musculares; el microscopista holandés Antoni van Leeuwenhoek realizó las primeras descripciones de eritrocitos y espermatozoides, y el histólogo italiano Marcello Malpighi demostró la existencia de los capilares y estudió la fisiología del riñón, el hígado y el bazo. El estudio de las glándulas se inició durante la segunda mitad de este siglo: el médico inglés Thomas Warton demostró la existencia de la secreción salivar, y el anatomista danés Nicolaus Steno la existencia de las glándulas lacrimales y salivares. El médico holandés Regnier de Graaf profundizó en los estudios sobre las glándulas mediante su descubrimiento de los folículos del ovario; también realizó estudios sobre los jugos pancreáticos y la bilis. El médico inglés Richard Lower fue el primero en transfundir sangre de un animal a otro, y el médico francés Jean Baptiste Denis administró una transfusión a un ser humano con éxito por primera vez.
En el siglo XVII se consiguieron progresos en el estudio de la respiración. El fisiólogo inglés John Mayow demostró que el aire no era una sustancia única, sino una mezcla de varias sustancias, de las cuales no todas eran necesarias para la vida. En el siglo XVIII, el químico británico Joseph Priestley demostró que la proporción de oxígeno esencial para la vida animal es idéntica a la proporción de oxígeno necesaria para permitir la combustión. Antoine Laurent de Lavoisier, un químico francés, aisló y dio nombre al oxígeno poco después, y demostró que el dióxido de carbono era un producto de la respiración.
2.2
La fisiología en los siglos XVIII y XIX
La fisiología moderna es deudora del trabajo realizado durante el siglo XVIII por el médico holandés Hermann Boerhaave y por su pupilo, el científico suizo Albrecht von Haller. Sus críticas a los iatroquímicos (que creían que la fisiología sólo incluía reacciones químicas) y a los iatrofísicos (que creían que sólo incluía reacciones físicas), pusieron las bases del estudio integrado de la fisiología. Haller fue el primer científico que estableció que toda la materia viva posee irritabilidad.
Durante la segunda mitad del siglo XVIII, el médico italiano Luigi Galvani demostró que era posible conseguir que los músculos de la pata de una rana se contrajeran estimulándolos con una corriente eléctrica, y el fisiólogo italiano Lazzaro Spallanzani investigó la actividad del jugo gástrico durante la digestión. Spallanzani también estudió la fecundación y la inseminación artificial en animales inferiores.
La figura principal de la fisiología animal del siglo XIX fue el fisiólogo francés Claude Bernard, que investigó el metabolismo de los hidratos de carbono en los seres humanos; también estudió el sistema nervioso autónomo y describió muchas de sus funciones. Su mayor contribución fue el establecimiento del principio de que los organismos vivos nunca están en reposo, sino que experimentan continuos cambios dinámicos cuyo objeto es mantener el equilibrio interno. La base de la salud, según Bernard, es el éxito del organismo en el mantenimiento de este equilibrio. Los principios de Bernard fueron ampliados durante la primera mitad del siglo XX por el fisiólogo estadounidense Walter Bradford Cannon, que al estado dinámico le asignó el nombre de homeostasis, y demostró que el cuerpo se podía adaptar para enfrentarse a peligros externos importantes. Cannon demostró procesos que tienen lugar en el cuerpo humano como la regulación interna de la temperatura corporal, la alcalinidad de la sangre y la preparación del cuerpo para la defensa mediante la secreción de adrenalina en las glándulas adrenales.
Durante el siglo XIX se dedicó mucha atención al estudio de la fisiología del sistema nervioso. El anatomista inglés Charles Bell describió las funciones de los nervios motores y sensitivos; el fisiólogo francés François Magendie describió las funciones de los nervios vertebrales e investigó los mecanismos de deglución y regurgitación; el fisiólogo francés Pierre Flourens investigó las funciones del cerebelo y fue pionero en la investigación fisiológica de la psicología animal, y el fisiólogo alemán Johannes Peter Müller demostró que las percepciones sólo estaban determinadas por el órgano sensorial que recibía el impulso sensorial. El fisiólogo alemán Ernst Heinrich Weber descubrió que el corazón humano era estimulado por dos tipos de nervios: los que activan los latidos del corazón y los que los inhiben. Fue uno de los primeros científicos en percibir que el sistema nervioso autónomo está constituido por dos sistemas nerviosos diferentes. Weber también investigó la mecánica de la percepción.
Durante el último cuarto del siglo XIX, el fisiólogo y psicólogo alemán Wilhelm Wundt fundó el primer laboratorio dedicado a la investigación de las bases fisiológicas de la psicología.
Durante los últimos años del siglo XIX y los primeros años del siglo XX, el ímpetu de la nueva ciencia denominada bacteriología condujo al estudio de la inmunidad. Las figuras más importantes en este campo fueron el naturalista ruso Iliá Mechnikov, que desarrolló la teoría de la fagocitosis e investigó sobre la destrucción de materiales extraños en la sangre, y el bacteriólogo y químico alemán Paul Ehrlich padre de una teoría sobre la formación de los anticuerpos.
Aproximadamente en la misma época, la fisiología de las glándulas endocrinas fue investigada por el fisiólogo británico Edward Albert Sharpey-Schafer, quien demostró que un extracto de las glándulas adrenales, después denominado adrenalina, elevaba la presión sanguínea cuando era inyectado. Varios años después, el fisiólogo británico William Maddock Bayliss y Ernest Henry Starling descubrieron que si se inyectaba un extracto intestinal, denominado secretina, se estimulaba el flujo de jugo pancreático. Propusieron el término hormonas para denominar las secreciones que podían actuar sobre otros órganos cuando se encontraban en el torrente sanguíneo. Los estudios posteriores sobre las hormonas proporcionaron información importante sobre la mecánica del crecimiento y la reproducción.
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AVANCES RECIENTES
Julius Axelrod
El bioquímico estadounidense Julius Axelrod obtuvo el Premio Nobel de Fisiología y Medicina en 1970. Sus estudios sobre la transmisión de los impulsos nerviosos examinaron los efectos de las drogas en el sistema nervioso.

Entre los avances más importantes conseguidos en el siglo XX se encuentran el desarrollo y descubrimiento de nuevas hormonas, el reconocimiento del papel de las vitaminas, el descubrimiento del grupo sanguíneo, el desarrollo del electrocardiógrafo y del electroencefalógrafo para registrar la actividad del corazón y del cerebro, el descubrimiento de la causa y del modo de curar la anemia perniciosa por los médicos estadounidenses George R. Minot, William P. Murphy y George H. Whipple, y el mejor conocimiento del metabolismo, del papel de las enzimas y del sistema inmunológico.
Joseph Erlanger
El fisiólogo estadounidense Joseph Erlanger obtuvo el Premio Nobel de Fisiología y Medicina en 1944. Las investigaciones de Erlanger sobre el modo en que las células nerviosas transmiten impulsos eléctricos condujo a un entendimiento más preciso de los diferentes tipos de fibras nerviosas.

La primera parte del siglo XX también fue testigo de grandes avances en el conocimiento del mecanismo de los reflejos, noción que fue elaborada por primera vez por el filósofo francés René Descartes como concepto filosófico, para distinguir los reflejos involuntarios de los animales de las reacciones más racionales de los seres humanos. Este concepto fue perfeccionado por el trabajo de zoólogos alemanes, que lo describieron en términos físicos y dividieron el comportamiento en sus componentes reflejos. El neurofisiólogo británico Charles Sherrington amplió los conocimientos sobre este tema al demostrar que los reflejos permiten al sistema nervioso funcionar como una unidad. El concepto de respuesta condicionada fue descrito por primera vez en el siglo XVIII por el fisiólogo escocés Robert Whytt, pionero en el estudio de la acción refleja, y culminó con los trabajos posteriores del fisiólogo ruso Iván Petróvich Pávlov y del neuropatólogo ruso Vladímir Bekhterev. Aunque no tuvo validez el intento de Pávlov de extender los principios del condicionamiento, el método por el cual pueden provocarse respuestas con más frecuencia o de forma más predecible mediante el refuerzo, a procesos mentales más complejos, su trabajo tuvo un gran impacto sobre la psicología y el aprendizaje. Fue una de las influencias principales para la aparición del behaviorismo, fundado por el psicólogo estadounidense John Broadus Watson. El trabajo del psicólogo estadounidense Burrhus Frederic Skinner sobre la instrucción programada, base de las denominadas máquinas de enseñanza, también se basó en la teoría del condicionamiento y del refuerzo.
El siglo XX también fue testigo de otros avances fundamentales en neurología. El fisiólogo británico Edgar Douglas Adrian midió y registró los potenciales eléctricos de las fibras nerviosas motoras y sensitivas. Sherrington investigó la acción integradora del sistema nervioso. Su trabajo fue seguido por el de los fisiólogos estadounidenses Joseph Erlanger y Herbert Spencer Gasser, que demostraron las diferencias funcionales entre las fibras nerviosas, y utilizaron un osciloscopio para registrar la variación de los impulsos eléctricos que tiene lugar en estas fibras. Posteriores investigaciones realizadas por el bioquímico estadounidense Julius Axelrod, por el fisiólogo sueco Ulf von Euler y por el médico británico Bernard Katz, demostraron la función de sustancias químicas determinadas en la transmisión de los impulsos nerviosos. Estas investigaciones fueron vitales para procesos tan básicos como el control de la presión sanguínea y la movilización de la fuerza para enfrentarse a una situación de urgencia.

Biofísica





Grades inventos: Biofísica

Biofísica, estudio interdisciplinario de los problemas y fenómenos biológicos mediante el uso de los principios y las técnicas de la física. La ciencia de la biofísica se desarrolló después de la II Guerra Mundial, favorecida por la aplicación de la física nuclear a los sistemas biológicos, incluyendo la investigación de los efectos de la radiación sobre la materia viva. En el curso de estos estudios los físicos colaboraron con biólogos y abordaron problemas de la biología, lo que determinó el desarrollo de la biofísica como un nuevo campo científico.

Hoy en día la biofísica está estrechamente relacionada con diversas disciplinas de la biología, entre las que se incluyen la bioquímica, la genética, la biología molecular, la microbiología, la fisiología, la neurobiología, la histología y la virología. La biofísica, prolongación de la física y la fisicoquímica, se basa en técnicas derivadas de la ciencia física, aunque centrada en problemas de índole biológica.

Un área importante de estudio de la biofísica abarca el análisis detallado de la estructura de las moléculas en los sistemas vivos. El descubrimiento más conocido a este respecto es el modelo del ácido desoxirribonucleico (ADN), el material que contiene la herencia genética (véase Ácidos nucleicos). Este modelo constituye la base del mayor logro de la biología molecular y de la genética en los últimos años, que se formula a partir de los datos de la cristalografía con rayos-x. Técnicas cristalográficas similares han demostrado ser de gran valor en la determinación de las estructuras de la mioglobina y la hemoglobina, pigmentos transportadores de oxígeno a los músculos y glóbulos rojos respectivamente, y de enzimas como la lisozima y la ribonucleasa.
Otro área importante de la biofísica ha sido el estudio de la transmisión de información en forma de impulsos en las células nerviosas de los organismos. Cada información se transmite en la forma de fenómenos discretos, llamados potenciales de acción, y está determinada por la frecuencia a la que son transmitidos y por las conexiones que cada célula establece con sus vecinas. Por ejemplo, el biofísico británico Alan Lloyd Hodgkin y el físico Andrew Fielding Huxley estudiaron las células nerviosas del calamar, cuyo gran tamaño permite la colocación de varios electrodos directamente en el interior de las células. Mediante una acertada combinación de la electroquímica, la electrónica moderna y los modelos matemáticos, fueron capaces de demostrar que el potencial de acción estaba producido por cambios selectivos en la permeabilidad de la membrana celular al sodio y al potasio. Desde entonces, se ha aplicado esta técnica con leves modificaciones a otros tejidos excitables, y en la actualidad constituye la base de todos los intentos de comprender el funcionamiento del sistema nervioso.
En la actualidad, el dominio de la biofísica abarca subsistemas biológicos tan reducidos que se estudian mejor con las técnicas de la mecánica cuántica. Puede ser aplicada también a sistemas biológicos más grandes y a sus interacciones, como las existentes entre varios órganos corporales, los cuales se pueden analizar verificando así la teoría.

Microbiología





Grades inventos: Microbiología

Salmonella
Las bacterias, descubiertas a finales del siglo XVII, constituyen, dentro de la microbiología, el objeto de estudio de la bacteriología. Muchos tipos de bacterias flageladas, como la Salmonella de la imagen, producen enfermedades en los animales y en las personas.

Microbiología, ciencia que estudia los organismos de tamaño microscópico, entre los que se incluyen las bacterias, los protozoos y los virus, así como ciertos hongos (levaduras) y algas unicelulares de pequeño tamaño.
La microbiología comprende un conjunto de disciplinas relacionadas, entre las que destacan la bacteriología, la virología y la parasitología. Esudia, no sólo la morfología de los microorganismos, sino también su modo de vida, su metabolismo, su estructura molecular, sus propiedades patogénicas y sus características antigénicas (aquellas que pueden provocar una respuesta del sistema inmunológico).

2
HISTORIA

2.1
Nacimiento de la microbiología
La microbiología surgió como ciencia tras el descubrimiento, gracias al perfeccionamiento del microscopio, de los microorganismos. El naturalista holandés Antoni van Leeuwenhoek fue el primero en describir, en 1683, estos organismos (a los que bautizó como “animálculos”), que observó con la ayuda de un microscopio construido por él mismo.

2.2
Desarrollo de la disciplina
Louis Pasteur
Pasteur hizo importantes contribuciones en el campo de la química orgánica a mediados del siglo XIX, desarrolló varias vacunas, incluida la de la rabia, y desautorizó la teoría de la generación espontánea. Se le considera fundador de la microbiología. Desarrolló la teoría de los gérmenes para determinar la causa de muchas enfermedades.

Fue a partir de la segunda mitad del siglo XIX cuando los conocimientos de la microbiología avanzaron de forma notable, gracias, por una parte a Louis Pasteur (considerado el padre de la microbiología moderna) y, por otra, a Robert Koch (descubridor del agente responsable de la tuberculosis o bacilo de Koch). Este desarrollo se vio particularmente estimulado por las implicaciones de la microbiología en el estudio de muchas enfermedades. De este modo, los trabajos de estos dos investigadores y de sus discípulos permitieron descubrir numerosos microorganismos patógenos, proporcionando las bases para el control diversas enfermedades.
Robert Koch
El bacteriólogo alemán Robert Koch obtuvo en 1905 el Premio Nobel de Fisiología y Medicina. Conocido como padre de la bacteriología moderna, Koch demostró que las enfermedades infecciosas están provocadas por microorganismos y elaboró técnicas para aislar e identificar bacterias patógenas.

Además, Pasteur, durante una conferencia pronunciada en la Sorbona en 1864, estableció un principio fundamental para el avance de las investigaciones: los microorganismos, como los restantes seres vivos, no aparecen de manera espontánea, sino a partir de “gérmenes” existentes en el medio (fue el final de la teoría de la generación espontánea que, durante 200 años, había generado una gran controversia). Pasteur describió también el origen bacteriano de los procesos de fermentación y de muchas enfermedades infecciosas.
2.3
El problema de la clasificación de los microorganismos
Tinción de Gram
La tinción de Gram se utiliza para identificar bacterias tratándolas con un tinte azul y observando cómo responden a esta coloración. La forma en que se colorean los distintos tipos de células depende de las variaciones de estructura de la pared celular. Las bacterias Gram positivas, como Lactobacillus acidophilus, retienen el tinte y se colorean de azul.

Cuando se descubrieron los organismos microscópicos, los científicos intentaron incluirlos en los dos reinos establecidos por Aristóteles (reino Animal y reino Vegetal): en efecto, aunque Leeuwenhoek los consideró a todos “animales pequeños”, pronto se confirmó que algunos poseían características vegetales (por ejemplo, actividad fotosintética). Sin embargo, la clasificación en uno los dos reinos se hacía imposible para cierto número de microorganismos que poseían a la vez características animales y vegetales. Fue a finales del siglo XIX cuando el biólogo alemán Ernst Haeckel agrupó a las bacterias en un reino aparte, el reino Móneras.
Por otro lado, diversas experiencias permitieron ampliar considerablemente los conocimientos sobre la estructura de las bacterias. Así, Hans Christian Joachim Gram (1853-1938) puso a punto el método de coloración que lleva su nombre y que permitió descubrir la existencia de dos grandes tipos de bacterias: bacterias Gram positivas (con una pared gruesa de peptidoglicanos) y bacterias Gram negativas (con una pared fina). Cuando se les aplica la tinción de Gram, las primeras aparecen de color púrpura mientras que las bacterias Gram negativas son incoloras o rojizas.

2.4
El siglo XX: los grandes avances
Virus
Los virus, como los responsables de la gripe, la varicela o el sarampión, son entidades orgánicas, compuestas de material genético (ADN o ARN) rodeado de una cápsula proteica protectora. Sólo son capaces de replicarse en el seno de células vivas. Los virus son responsables también de enfermedades como el SIDA, el resfriado común, el herpes, la rabia y la fiebre amarilla.

A finales del siglo XIX y comienzos del XX, diversos microbiólogos como el ruso Serguei Winogradsky, considerado el fundador de la ecología microbiana moderna, emprendieron las investigaciones sobre el metabolismo de las bacterias (estudios iniciados por Pasteur). Winogradsky estableció que las bacterias funcionan según dos modelos: la aerobiosis, que se basa en el consumo de oxígeno; y la anaerobiosis, que permite a las bacterias vivir en un ambiente desprovisto por completo de oxígeno. Winogradsky descubrió las bacterias quimiosintéticas, puso de manifiesto la participación de los microorganismos en el ciclo de la urea y fue uno de los primeros en estudiar las bacterias simbióticas.
El estudio de los virus se desarrolló especialmente en el primer tercio del siglo XX. En efecto, a pesar de que en el año 1905 varios microbiólogos habían demostrado que las enfermedades víricas conocidas se debían a agentes patógenos minúsculos y no a las toxinas, los virus siguieron siendo invisibles; y su naturaleza, desconocida, hasta la década de 1930. En 1935 el bioquímico estadounidense Wendell Stanley logró aislar y cristalizar un virus: el del mosaico del tabaco. En 1938 se observaron por primera vez los virus gracias a la invención del microscopio electrónico. Después, en las décadas de 1960 y 1970 se descubrieron numerosos virus y se determinaron sus características físicas y químicas.
Posteriormente, las investigaciones microbiológicas se sirvieron de diversas técnicas innovadoras, como el microscopio electrónico de barrido o las técnicas de secuenciación del ácido desoxirribonucleico (ADN). Gracias a todos estos avances, los microorganismos se clasificaron en función de su estructura molecular, incluyéndolos en tres reinos. De este modo, las bacterias forman el conjunto de los procariotas, es decir, organismos en los que el material genético, en forma de ADN, se encuentra libre en el citoplasma y no incluido en un núcleo: pertenecen al reino Móneras. Los restantes organismos unicelulares se clasifican como eucariotas (en los que el genoma está incluido en el núcleo celular). Entre estos eucariotas unicelulares se distinguen los que pertenecen al reino Protistas (grupo que engloba a los protozoos y algas unicelulares) y los que pertenecen al reino Hongos (las levaduras). Los virus constituyen un mundo aparte, ya que no pueden reproducirse por sí mismos, sino que necesitan parasitar una célula viva para completar su ciclo vital.
Por último, el descubrimiento de los priones por Stanley Prusiner y su equipo en 1982 ha abierto una vía de estudio dentro de la microbiología. Los priones, simples proteínas desprovistas de material genético, suscitan numerosos interrogantes sobre su funcionamiento y modo de transmisión.

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APLICACIONES
Fermentación alcohólica y fermentación láctica
En condiciones de ausencia de oxígeno (anaerobias), la fermentación responde a la necesidad de la célula de generar la molécula de NAD+, que ha sido consumida en el proceso energético de la glicolisis. En la glicolisis la célula transforma y oxida la glucosa en un compuesto de tres átomos de carbono, el ácido pirúvico, obteniendo dos moléculas de ATP; sin embargo, en este proceso se emplean dos moléculas de NAD+ que actúan como aceptores de electrones y pasan a la forma NADH. Para que puedan tener lugar las reacciones de la glicolisis que producen energía es necesario restablecer el NAD+ por otra reacción. Los dos tipos de fermentación que se ilustran aquí son particularmente importantes ya que, sus subproductos –ácido láctico en el primer caso y etanol en el segundo-, son utilizados en la industria alimentaria. La fermentación láctica también se verifica en el tejido muscular cuando, a causa de una intensa actividad motora, no se produce una aportación adecuada de oxígeno que permita el desarrollo de la respiración celular.

Existen numerosos campos de aplicación de la microbiología: la industria alimentaria, la agricultura, el medio ambiente o la medicina, entre otros. De este modo, resultan de gran utilidad las fermentaciones que realizan algunos microorganismos, como la fermentación alcohólica que realizan algunas levaduras; o la fermentación láctica, que llevan a cabo las bacterias del ácido láctico. Además, los microorganismos se han utilizado en la obtención de diferentes enzimas o por su capacidad de degradar o descomponer sustancias contaminantes, como el petróleo y otros hidrocarburos, presentes en la naturaleza. En general, la biotecnología (empleo de organismos vivos para la obtención de productos útiles) ha experimentado un gran avance en las últimas décadas.
En medicina, la microbiología estudia los mecanismos de infección, desarrollo y supervivencia de los agentes patógenos. Un conocimiento profundo de la estructura y fisiología de estos microorganismos permite, en la práctica, una lucha eficaz contra numerosas enfermedades. Desde que en 1928 Alexander Fleming descubriera la penicilina, derivada del hongo Penicillium notatum, se han obtenido gran variedad de antibióticos a partir de otros microorganismos. Las distintas técnicas empleadas en ingeniería genética han permitido “programar” microorganismos con objeto de obtener distintos compuestos útiles como la insulina, la hormona del crecimiento, el interferón o determinadas vacunas.
Además, las investigaciones basadas en los microorganismos han sido cruciales para comprender muchos procesos vitales comunes a todos los seres vivos, como la replicación del ácido desoxirribonucleico (ADN) o la expresión del material genético.

Zoología





Grandes inventos : Zoología

Zoología, rama de la biología dedicada al estudio del reino Animal (Animalia). Este artículo trata de la historia y los conceptos relativos a esta disciplina.
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HISTORIA
El viaje del Beagle
El 27 de diciembre de 1831, a los 22 años, Charles Darwin se unió a la tripulación del Beagle como naturalista. La expedición duró cinco años y recogió datos hidrográficos, geológicos y meteorológicos en Sudamérica y otros muchos lugares. Las observaciones de Darwin le llevaron a desarrollar la teoría de la selección natural.

La zoología puede describirse como una serie de esfuerzos encaminados a analizar y clasificar a los animales. Se conocen intentos de clasificación ya desde el año 400 a.C., a través de las obras de Hipócrates. Sin embargo, fue Aristóteles el primero en idear un sistema de clasificación de los animales, que tenía en cuenta los tipos de similitud básica entre los distintos organismos: según su modo de reproducción y su hábitat. Al observar el desarrollo de ciertos animales como el cazón, el pollo o el pulpo, comprendió que las estructuras generales aparecían antes que las estructuras especializadas. Asimismo, distinguía entre reproducción sexual y asexual. Su Historia animalium contiene descripciones precisas de animales existentes en Grecia y Asia Menor. Aristóteles se interesó también por la estructura y la forma de los organismos, y dedujo que diferentes animales pueden tener orígenes embrionarios similares, y que distintas estructuras pueden realizar una misma función.
En tiempo de los romanos, Plinio el Viejo dedicó cuatro volúmenes de su tratado de 37 tomos, Historia naturalis, a la zoología. A pesar de que fueron muy leídos durante la edad media, no son más que una recopilación de folclore, mitos y supersticiones. Una de las figuras más influyentes en la historia de la fisiología, el médico griego Galeno, diseccionó animales de granja, monos y otros mamíferos, y describió muchas de sus características de forma precisa, aunque algunas fueron aplicadas, erróneamente, al cuerpo humano. Sus ideas equivocadas, en particular las relativas a la circulación de la sangre, permanecieron inmutables durante cientos de años. En el siglo XVII, el médico inglés William Harvey, descubrió el verdadero mecanismo de la circulación sanguínea, aunque el médico español Miguel Servet había hecho importantes contribuciones a este asunto un siglo antes.
Hasta la edad media, la zoología fue sólo un conjunto de tradiciones del folclore, supersticiones, ideas falsas y meras descripciones de animales. Sin embargo, ya durante el siglo XII comenzó a emerger como ciencia. Quizás el naturalista más importante de esta época fue el erudito alemán San Alberto Magno, quien rechazó muchas supersticiones relacionadas con la biología y reintrodujo los trabajos de Aristóteles. Los estudios anatómicos de Leonardo da Vinci se adelantaron en gran medida a su época. Sus disecciones y comparaciones de la estructura, de seres humanos y de otros animales, le permitieron deducir importantes conclusiones. Se dio cuenta, por ejemplo, de que la disposición de las articulaciones y de los huesos de las patas de los caballos era similar a la de las piernas humanas. De esta forma, introdujo el concepto de homología (la similitud de partes equivalentes de diferentes tipos de animales, que sugieren un origen común). Este valioso trabajo, dentro de la anatomía, no fue apreciado en su tiempo. En su lugar, al médico belga Andrés Vesalio se le consideró el padre de la anatomía, al difundirse su obra en la que establecía los principios de la anatomía comparada.
Los esfuerzos encaminados a conseguir una clasificación de los animales, dominaron la zoología durante los siglos XVII y XVIII. El botánico sueco Carl von Linneo desarrolló un sistema de nomenclatura y clasificación que aún se usa en la actualidad (el sistema binomial de género y especie), y estableció la taxonomía como una disciplina científica. Linneo continuó los trabajos del naturalista inglés John Ray, relativos a la forma de los dientes y los dedos de diferentes mamíferos, y a la clasificación de las aves basada en la forma de sus picos. Otro destacado sistemático de esta época fue el biólogo francés Georges Leclerc, conde de Buffon. El estudio de la anatomía comparada fue difundido por hombres como Georges Cuvier, quien ideó una organización sistemática de los animales, basada en especímenes capturados por él mismo en todo el mundo.
Aunque la palabra célula fue introducida en el siglo XVII por el científico inglés Robert Hooke, no fue hasta 1839 cuando dos alemanes, Matthias Schleiden y Theodor Schwann, propusieron que la célula era la unidad estructural común de los seres vivos. El concepto de célula potenció el avance de la embriología, que inició el científico ruso Karl von Baer, al igual que la introducción del concepto de homeostasis (la estabilidad del medio interno de los organismos), propuesto porel francés Claude Bernard, que potenció el desarrollo de la fisiología animal.
La organización de expediciones científicas durante los siglos XVIII y XIX, dio a los observadores especializados oportunidad de estudiar la vida de las plantas y los animales a través de todo el mundo. La expedición más famosa fue el viaje del barco Beagle, a principios de la década de 1830. Durante este viaje, Charles Darwin observó la vida de las plantas y de los animales de América del Sur y de Australia, y desarrolló su teoría de la evolución mediante la selección natural. Aunque Darwin reconoció la importancia de la herencia en el conocimiento de los procesos evolutivos, ignoraba el trabajo de su contemporáneo, el monje austriaco Gregor Mendel, que fue el primero en formular el concepto de los factores hereditarios específicos (más tarde llamados genes). Los trabajos de Mendel permanecieron en el olvido hasta 1900.
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ESTUDIOS ACTUALES
Durante el siglo XX, la zoología se ha diversificado y ha rebasado los límites de la clasificación y de la anatomía. Al extender su ámbito de estudio a otras disciplinas como la genética, la ecología y la bioquímica, se ha trasformado en una ciencia interdisciplinaria que utiliza una gran variedad de técnicas para el conocimiento del reino Animal.
La zoología actual presenta dos centros de interés principales: el estudio de determinados grupos taxonómicos y el estudio de las estructuras y procesos comunes a muchos de los grupos.
Los estudios taxonómicos se concentran en las diferentes divisiones de la vida animal. La zoología de invertebrados estudia a los animales multicelulares sin columna vertebral, e incluye a la entomología (el estudio de los insectos) y a la malacología (el estudio de los moluscos). La zoología de vertebrados, es decir, el estudio de los animales con columna vertebral, se divide en: ictiología (peces), herpetología (anfibios y reptiles), ornitología (aves) y la mammalogía (mamíferos). La paleontología, o estudio de los fósiles, se subdivide por grupos taxonómicos. En cada una de estas ramas se investiga la clasificación, distribución, ciclo de vida y la historia evolutiva de un determinado animal o grupo de animales. Muchos zoólogos son también especialistas en una o más disciplinas de las descritas anteriormente.
La morfología, o estudio de las estructuras, incluye la morfología en sentido amplio, que hace referencia a las estructuras o sistemas completos, tales como los músculos o los huesos; la histología, que estudia los tejidos del organismo, y la citología, que se centra en el conocimiento de las células y de sus componentes. En los últimos años, muchos de los progresos de la citología se atribuyen al uso del microscopio electrónico y del microscopio electrónico de barrido. Se utilizan técnicas especiales de tinción y trazadores isotópicos radiactivos para distinguir detalles estructurales en el ámbito molecular. Asimismo, se han desarrollado métodos para conocer las conexiones neuronales entre las diferentes partes del cerebro, y para estimular y registrar impulsos originados en determinadas zonas, o en ciertas células nerviosas.
La fisiología, o estudio de las funciones, está estrechamente asociada con la morfología. Una importante subdivisión es la fisiología celular, que se relaciona con la biología molecular. Otra disciplina activa es la fisiología ecológica, que estudia las reacciones físicas de los animales ante su medio ambiente. Muchos de estos trabajos se refieren a animales que viven en los desiertos, en los polos o en los océanos, y que deben sobrevivir en condiciones extremas de temperatura o presión.
Los estudios sobre conducta animal se desarrollaron en dos líneas: la primera, la psicología animal, está relacionada con la psicología fisiológica, y se ha desarrollado utilizando técnicas de laboratorio como el condicionamiento; la segunda, denominada etología, tiene su origen en la observación de los animales en condiciones naturales, y estudia el cortejo, los agrupamientos en manadas y otros tipos de conductas sociales. En la actualidad, ambas disciplinas tienen grandes áreas comunes de investigación. De este modo, muchos científicos utilizan tanto observaciones de laboratorio como de campo, e incorporan a su trabajo técnicas experimentales tomadas de la neurología. Quizás el más importante de los avances recientes en este campo, proviene de la sociobiología, que se dedica al estudio de la conducta, la ecología y la evolución de los animales sociales, como las abejas, las hormigas, los peces que viven en cardúmenes, las aves que forman bandadas y los seres humanos. La sociobiología está aún en sus inicios y presenta facetas controvertidas, sobre todo, porque ha planteado de nuevo el antiguo dilema sobre si la conducta está o no determinada por la herencia biológica.
La embriología, o estudio del desarrollo de los organismos animales, investiga la forma en que se desarrollan las distintas partes del embrión y las interacciones que se producen en este proceso (por ejemplo, la interacción entre el tallo óptico y la epidermis durante el desarrollo del cristalino ocular). En el incipiente campo del desarrollo molecular, se aplican las técnicas de la biología molecular, incluso de la genética molecular, para investigar los detalles más recónditos de los embriones.
El estudio de las interacciones entre los animales y su medio ambiente se conoce como ecología. Su atención se centra en la investigación de los complejos patrones de relaciones establecidos entre las diversas especies que componen una comunidad. Durante los últimos veinte años, la ecología ha desempeñado un papel importante en el desarrollo del movimiento conservacionista y el control del medio ambiente. Los trabajos que provienen de esta disciplina han mostrado los efectos nocivos de los pesticidas y de los contaminantes industriales; asimismo, han proporcionado hallazgos de gran relevancia para gestionar explotaciones agrícolas, forestales y pesqueras.
La zoología evolutiva, relacionada con todos los campos antes mencionados, estudia los mecanismos por los que se producen los cambios evolutivos (especiación y adaptación), y la historia evolutiva de los grupos animales. En los estudios sobre evolución hay que destacar la sistemática, la filogenética, la paleontología y la zoogeografía. La sistemática se refiere a la delimitación y descripción de las especies animales, y de su clasificación. La filogenética se ocupa del desarrollo histórico de los grupos animales. La zoogeografía estudia, asimismo, la distribución geográfica de los animales, y se relaciona, de manera cercana, con la ecología y con la sistemática. Véase Distribución animal.

Enfermería





Grandes inventos : Enfermería

Enfermería, en general, se trata de la asistencia y cuidados de otro individuo. De modo más específico, la enfermería se refiere a los cuidados del enfermo y al trabajo relacionado con la prevención y la salud pública. Esto abarca las funciones y los deberes a cargo de quienes han recibido formación y preparación en el arte y ciencia de la enfermería, por lo general en la ayuda a los médicos, dentistas y otros profesionales sanitarios. En la mayoría de los países se considera la enfermería como profesión cualificada para la que se precisa un programa de formación previo al reconocimiento académico.
2
HISTORIA DE LA ENFERMERÍA
Florence Nightingale
Florence Nightingale estableció las bases de la enfermería moderna con su forma de tratamiento de los enfermos y heridos durante la guerra de Crimea (1853-1856). De vuelta a Londres después de la guerra, fundó Escuela y Hogar para Enfermeras Nightingale, con el dinero recibido como tributo a su labor.

En siglos pasados los cuidados de enfermería eran ofrecidos por voluntarios con escasa o ninguna formación, por lo general, mujeres de distintas órdenes religiosas. Durante las Cruzadas, por ejemplo, algunas órdenes militares de caballeros también ofrecían enfermerías, y la más famosa era la de los Caballeros Hospitalarios (también conocida por los Caballeros de san Juan de Jerusalén). En países budistas los miembros de la orden religiosa Shanga han sido tradicionalmente los encargados de los cuidados sanitarios. En Europa, y sobre todo tras la Reforma, la enfermería fue considerada con frecuencia como una ocupación de bajo estatus adecuada sólo para quienes no pudieran encontrar un trabajo mejor, debido a su relación con la enfermedad y la muerte, y la escasa calidad de los cuidados médicos de la época.
La enfermería moderna comenzó a mediados del siglo XIX. Uno de los primeros programas oficiales de formación para las enfermeras comenzó en 1836 en Kaiserswerth, Alemania, a cargo del pastor Theodor Fliedner para la Orden de Diaconisas Protestantes. Por aquel tiempo otras órdenes religiosas fueron ofreciendo también formación de enfermería de manera reglada en Europa, pero la escuela de Fliedner es digna de mención por haberse formado en ella la reformadora de la enfermería británica Florence Nightingale. Su experiencia en Kaiserswerth le brindó el ímpetu para organizar la enfermería en los campos de batalla de la guerra de Crimea y, más tarde, establecer el programa de formación de enfermería en el hospital Saint Thomas de Londres. La llegada de las escuelas de enfermería de Nightingale y los heroicos esfuerzos y reputación de Florence Nightingale transformaron la concepción de la enfermería en Europa y establecieron las bases de su carácter moderno como profesión formalmente reconocida.
3
FORMACIÓN DE ENFERMERÍA
La formación dura tres años y comprende formación general en medicina y experiencia práctica trabajando con pacientes bajo la supervisión de enfermeras veteranas. El nivel de la educación sanitaria requerida para una enfermera varía según los países. Al final de la formación, y antes de recibir la diplomatura o título, el estudiante de enfermería tiene exámenes ante los organismos sanitarios o consejos de enfermería, dependiendo de cada país. Una vez obtenida la diplomatura o título se es libre de ejercer la profesión en cualquier país que reconozca las titulaciones, aunque muchos sólo reconocen las propias.
4
FUNCIONES Y DEBERES
Muchas de las variadas obligaciones del personal de enfermería son de naturaleza técnica, desde la toma de la tensión arterial hasta el manejo de sistemas de soporte vital en unidades de cuidados intensivos. Además, el personal de enfermería debe ser maestro, consejero y administrador, preocupado por la promoción y mantenimiento de la salud de los pacientes, así como por proporcionar los cuidados necesarios cuando éstos se encuentran enfermos.
El personal de enfermería tiene funciones dependientes e independientes. Las primeras son aquellas que deben ser llevadas a cabo bajo las órdenes de un médico, e incluyen actividades como las de administrar medicación, vendar y curar heridas. Las funciones independientes son aquellas que el personal de enfermería lleva a cabo bajo su propio juicio profesional. Entre estas obligaciones se incluyen el lavado de los enfermos, las posturas de los pacientes para prevenir contracturas articulares, la educación a los pacientes para que aprendan a curarse ellos mismo y la asesoría nutricional.
Con la explosión del conocimiento técnico en el campo de la salud después de la II Guerra Mundial, el personal de enfermería ha comenzado también a especializarse en áreas particulares de asistencia sanitaria. Éstas incluyen áreas quirúrgicas, dentales, maternidad, psiquiatría y salud comunitaria. Dentro de cada una de estas especialidades se puede optar por una nueva especialización.

Ecología






Las ciencias: Ecología

Ecología. (De eco-1 y -logía). f. Ciencia que estudia las relaciones de los seres vivos entre sí y con su entorno. || 2. Parte de la sociología que estudia la relación entre los grupos humanos y su ambiente, tanto físico como social. || 3. Defensa y protección de la naturaleza y del medio ambiente. La juventud está preocupada por la ecología.

Ecología, estudio de la relación entre los organismos y su medio ambiente físico y biológico. El medio ambiente físico incluye la luz y el calor o radiación solar, la humedad, el viento, el oxígeno, el dióxido de carbono y los nutrientes del suelo, el agua y la atmósfera. El medio ambiente biológico está formado por los organismos vivos, principalmente plantas y animales.
Debido a los diferentes enfoques necesarios para estudiar a los organismos en su medio ambiente natural, la ecología se sirve de disciplinas como la climatología, la hidrología, la física, la química, la geología y el análisis de suelos. Para estudiar las relaciones entre organismos, la ecología recurre a ciencias tan dispares como el comportamiento animal, la taxonomía, la fisiología y las matemáticas.
El creciente interés de la opinión pública respecto a los problemas del medio ambiente ha convertido la palabra ecología en un término a menudo mal utilizado. Se confunde con los programas ambientales y la ciencia medioambiental (véase Medio ambiente). Aunque se trata de una disciplina científica diferente, la ecología contribuye al estudio y la comprensión de los problemas del medio ambiente.
El término ecología fue acuñado por el biólogo alemán Ernst Heinrich Haeckel en 1869; deriva del griego oikos (hogar) y comparte su raíz con economía. Es decir, ecología significa el estudio de la economía de la naturaleza. En cierto modo, la ecología moderna empezó con Charles Darwin. Al desarrollar la teoría de la evolución, Darwin hizo hincapié en la adaptación de los organismos a su medio ambiente por medio de la selección natural. También hicieron grandes contribuciones naturalistas como Alexander von Humboldt, profundamente interesados en el cómo y el por qué de la distribución de los vegetales en el mundo.

2
LA BIOSFERA
Biosfera terrestre
La biosfera terrestre contiene numerosos ecosistemas complejos que engloban, en conjunto, todos los organismos vivos del planeta. Esta perspectiva única de la Tierra permite apreciar la inmensidad y complejidad de la biosfera terrestre. En dirección a la Luna en diciembre de 1972, el Apolo 17 tomó esta imagen de la Tierra, en la que se ven la península de Arabia y el continente africano.

El delgado manto de vida que cubre la Tierra recibe el nombre de biosfera. Para clasificar sus regiones se emplean diferentes enfoques.

2.1
Biomas
Biomas o formaciones vegetales
Los ecólogos norteamericanos llaman biomas a los grandes grupos vegetales, que en Europa reciben el nombre de formaciones. Los biomas incluyen las comunidades animales asociadas a ellos y se ven influenciados por muchos factores como son: la latitud, la altitud, la humedad y la temperatura (las formaciones sólo incluyen la vida vegetal). Ambos términos toman su nombre de la forma de vida vegetal dominante.

Las grandes unidades de vegetación son llamadas formaciones vegetales por los ecólogos europeos y biomas por los de América del Norte. La principal diferencia entre ambos términos es que los biomas incluyen la vida animal asociada. Los grandes biomas, no obstante, reciben el nombre de las formas dominantes de vida vegetal.
Pradera
Las praderas forman una zona ecológica que se extiende entre los desiertos y los bosques templados, e incluyen gran variedad de comunidades vegetales. Propias, por lo general, del interior de los continentes, las praderas se componen de hierbas, vegetación herbácea perenne y gramíneas. Se cultivan y explotan como pastos. Si se sobreexplotan, el suelo puede quedar denudado y expuesto a la erosión, proceso llamado desertización.

Bajo la influencia de la latitud, la elevación y los regímenes asociados de humedad y temperatura, los biomas terrestres varían geográficamente de los trópicos al Ártico, e incluyen diversos tipos de bosques, praderas, monte bajo y desiertos. Estos biomas incluyen también las comunidades de agua dulce asociadas: corrientes, lagos, estanques y humedales. Los medios ambientes marinos, que algunos ecólogos también consideran biomas, comprenden el océano abierto, las regiones litorales (aguas poco profundas), las regiones bentónicas (del fondo oceánico), las costas rocosas, las playas, los estuarios y las llanuras mareales asociadas.
Pluvisilva, Costa Rica
Cada año, las talas y la agricultura destruyen una superficie de bosques tropicales equivalente a la de Bélgica, amenazando la supervivencia de los bosques tropicales húmedos en todo el mundo. Éstos son el hogar de miles de especies, conocidas o no, de animales y plantas. Su destrucción está eliminando, a un ritmo alarmante, a muchas de estas especies irremplazables.

Véase también Chaparral; Arrecife de coral; Estuario; Comunidades marinas; Pantanal; Turbera; Sabana; Comunidades de la zona intermareal; Tundra.

2.2
Ecosistemas
Niveles tróficos de un ecosistema
La ilustración representa los distintos niveles tróficos que pueden encontrarse en un ecosistema. Descomponedores, productores y consumidores establecen relaciones alimentarias entre ellos, ya que unos organismos se alimentan de otros y a su vez sirven de alimento a terceros. Haz clic en cada etiqueta para saber más de cada nivel trófico.

Resulta más útil considerar a los entornos terrestres y acuáticos, ecosistemas, término acuñado en 1935 por el ecólogo vegetal sir Arthur George Tansley para realzar el concepto de que cada ecosistema es un todo integrado. Un sistema es un conjunto de partes interdependientes que funcionan como una unidad y requiere entradas y salidas. Las partes fundamentales de un ecosistema son los productores (plantas verdes), los consumidores (herbívoros y carnívoros), los organismos responsables de la descomposición (hongos y bacterias), y el componente no viviente o abiótico, formado por materia orgánica muerta y nutrientes presentes en el suelo y el agua. Las entradas al ecosistema son energía solar, agua, oxígeno, dióxido de carbono, nitrógeno y otros elementos y compuestos. Las salidas del ecosistema incluyen el calor producido por la respiración, agua, oxígeno, dióxido de carbono y nutrientes. La fuerza impulsora fundamental es la energía solar. Por último, en un nivel de organización superior se encuentran las relaciones entre los diferentes elementos o partes del ecosistema.

2.3
Energía y nutrientes
Los ecosistemas funcionan con energía procedente del Sol, que fluye en una dirección, y con nutrientes, que se reciclan continuamente. Las plantas usan la energía lumínica transformándola, por medio de un proceso llamado fotosíntesis, en energía química bajo la forma de hidratos de carbono y otros compuestos. Esta energía es transferida a todo el ecosistema a través de una serie de pasos basados en el comer o ser comido, la llamada red trófica. En la transferencia de la energía, cada paso se compone de varios niveles tróficos o de alimentación: plantas, herbívoros (que comen vegetales), dos o tres niveles de carnívoros (que comen carne), y organismos responsables de la descomposición. Sólo parte de la energía fijada por las plantas sigue este camino, llamado red alimentaria de producción. La materia vegetal y animal no utilizada en esta red, como hojas caídas, ramas, raíces, troncos de árbol y cuerpos muertos de animales, dan sustento a la red alimentaria de la descomposición. Las bacterias, hongos y pequeños animales (generalmente invertebrados) que se alimentan de materia muerta se convierten en fuente de energía para niveles tróficos superiores vinculados a la red alimentaria de producción. De este modo la naturaleza aprovecha al máximo la energía inicialmente fijada por las plantas.
En ambas redes alimentarias el número de niveles tróficos es limitado debido a que en cada transferencia se pierde gran cantidad de energía (como calor de respiración) que deja de ser utilizable o transferible al siguiente nivel trófico. Así pues, cada nivel trófico contiene menos energía que el que le sustenta. Debido a esto, por ejemplo, los ciervos o los alces (herbívoros) son más abundantes que los lobos (carnívoros).
El flujo de energía alimenta el ciclo biogeoquímico o de los nutrientes. El ciclo de los nutrientes comienza con su liberación por desgaste y descomposición de la materia orgánica en una forma que puede ser empleada por las plantas. Éstas incorporan los nutrientes disponibles en el suelo y el agua y los almacenan en sus tejidos. Los nutrientes pasan de un nivel trófico al siguiente a lo largo de la red trófica. Dado que muchas plantas y animales no llegan a ser comidos, en última instancia los nutrientes que contienen sus tejidos, tras recorrer la red alimentaria de la descomposición, son liberados por la descomposición bacteriana y fúngica, proceso que reduce los compuestos orgánicos complejos a compuestos inorgánicos sencillos que quedan a disposición de las plantas.
2.4
Desequilibrios
Bosque dañado por la lluvia ácida
Los bosques, lagos, estanques y otros ecosistemas terrestres y acuáticos del mundo sufren graves daños ocasionados por la lluvia ácida. Ésta se origina por la combinación, con la humedad atmosférica, de los óxidos de azufre y nitrógeno que se emiten a la atmósfera, originando ácidos sulfúrico y nítrico. La lluvia ácida, además de quemar las hojas de las plantas también acidifica el agua de los lagos dejando sin vida muchos de estos ecosistemas acuáticos.

Los nutrientes circulan en el interior de los ecosistemas. No obstante, existen pérdidas o salidas, y éstas deben equilibrarse por medio de nuevas entradas o el ecosistema dejará de funcionar. Las entradas de nutrientes al sistema proceden de la erosión y desgaste de las rocas, del polvo transportado por el aire, y de las precipitaciones, que pueden transportar materiales a grandes distancias. Los ecosistemas terrestres pierden cantidades variables de nutrientes, arrastrados por las aguas y depositados en ecosistemas acuáticos y en las tierras bajas asociadas. La erosión, la tala de bosques y las cosechas extraen del suelo una cantidad considerable de nutrientes que deben ser reemplazados. De no ser así, el ecosistema se empobrece. Es por esto por lo que las tierras de cultivo han de ser fertilizadas.
Si la entrada de un nutriente excede en mucho a su salida, el ciclo de nutrientes del ecosistema afectado se sobrecarga, y se produce contaminación. La contaminación puede considerarse una entrada de nutrientes que supera la capacidad del ecosistema para procesarlos. Los nutrientes perdidos por erosión y lixiviación en las tierras de cultivo, junto con las aguas residuales urbanas y los residuos industriales, van a parar a los ríos, lagos y estuarios. Estos contaminantes destruyen las plantas y los animales que no pueden tolerar su presencia o el cambio medioambiental que producen; al mismo tiempo favorecen a algunos organismos con mayor tolerancia al cambio. Así, en las nubes llenas de dióxido de azufre y óxidos de nitrógeno procedentes de las áreas industriales, éstos se transforman en ácidos sulfúrico y nítrico diluidos y caen a tierra, en forma de lluvia ácida, sobre grandes extensiones de ecosistemas terrestres y acuáticos. Esto altera las relaciones ácido-base en algunos de ellos, mueren los peces y los invertebrados acuáticos y se incrementa la acidez del suelo, lo que reduce el crecimiento forestal en los ecosistemas septentrionales y en otros que carecen de calizas para neutralizar el ácido.
Véase Ciclo del carbono; Ciclo del nitrógeno.

3
POBLACIONES Y COMUNIDADES
Las unidades funcionales de un ecosistema son las poblaciones de organismos a través de las cuales circulan la energía y los nutrientes. Una población es un grupo de organismos de la misma especie que comparten el mismo espacio y tiempo (véase Especies y especiación). Los grupos de poblaciones de un ecosistema interactúan de varias formas. Estas poblaciones interdependientes forman una comunidad, que abarca la porción biótica del ecosistema.

3.1
Diversidad
La comunidad tiene ciertos atributos, entre ellos la dominancia y la diversidad de especies. La dominancia se produce cuando una o varias especies controlan las condiciones ambientales que influyen en las especies asociadas. En un bosque, por ejemplo, pueden ser dominantes una o más especies de árboles, como el roble o el abeto; en una comunidad marina los organismos dominantes suelen ser animales, como los mejillones o las ostras. La dominancia puede influir en la diversidad de especies de una comunidad porque la diversidad no se refiere solamente al número de especies que la componen, sino también a la proporción que cada una de ellas representa.
La naturaleza física de una comunidad queda en evidencia por las capas en las que se estructura, o su estratificación. En las comunidades terrestres, la estratificación está influida por la forma que adoptan las plantas al crecer. Las comunidades sencillas, como los pastos, con escasa estratificación vertical, suelen estar formadas por dos capas: suelo y capa herbácea. Un bosque puede tener varias capas: suelo, herbácea, arbustos, árboles de porte bajo, árboles de porte alto con copa inferior o superior, entre otras. Estos estratos influyen en el medio ambiente físico y en la diversidad de hábitats para la fauna. La estratificación vertical de las comunidades acuáticas, por contraste, recibe sobre todo la influencia de las condiciones físicas: profundidad, iluminación, temperatura, presión, salinidad, contenido en oxígeno y dióxido de carbono.

3.2
Hábitat y nicho
La comunidad aporta el hábitat, el lugar en el que viven las distintas plantas o animales. Dentro de cada hábitat, los organismos ocupan distintos nichos. Un nicho es el papel funcional que desempeña una especie en una comunidad, es decir, su ocupación o modo de ganarse la vida. Por ejemplo, el candelo oliváceo vive en un hábitat de bosque de hoja caduca. Su nicho, en parte, es alimentarse de insectos del follaje. Cuanto más estratificada esté una comunidad, en más nichos adicionales estará dividido su hábitat.

3.3
Tasas de crecimiento de la población
Las poblaciones tienen una tasa de nacimiento (número de crías producido por unidad de población y tiempo) una tasa de mortalidad (número de muertes por unidad de tiempo) y una tasa de crecimiento. El principal agente de crecimiento de la población son los nacimientos, y el principal agente de descenso de la población es la muerte. Cuando el número de nacimientos es superior al número de muertes la población crece y cuando ocurre lo contrario, decrece. Cuando el número de nacimientos es igual al de muertes en una población dada su tamaño no varía, y se dice que su tasa de crecimiento es cero.
Al ser introducida en un medio ambiente favorable con abundantes recursos, una pequeña población puede experimentar un crecimiento geométrico o exponencial. Muchas poblaciones experimentan un crecimiento exponencial en las primeras etapas de la colonización de un hábitat, ya que se apoderan de un nicho infraexplotado o expulsan a otras poblaciones de uno rentable. Las poblaciones que siguen creciendo exponencialmente, no obstante, acaban llevando al límite los recursos, y entran con rapidez en declive debido a algún acontecimiento catastrófico como una hambruna, una epidemia o la competencia con otras especies. En términos generales, las poblaciones de plantas y animales que se caracterizan por experimentar ciclos de crecimiento exponencial son especies con abundante descendencia y se ocupan poco de sus crías o producen abundantes semillas con pocas reservas alimenticias. Estas especies, que acostumbran a tener una vida corta, se dispersan con rapidez y son capaces de colonizar medios ambientes hostiles o alterados. Se conocen como especies generalistas o estrategas de la R, aunque a menudo reciben también el nombre de especies oportunistas, y se caracterizan por presentar altas tasas de reproducción, pocas exigencias ecológicas y no explotar con eficacia los recursos.
Otras poblaciones tienden a crecer de forma exponencial al comienzo y logísticamente a continuación, es decir, su crecimiento va disminuyendo al ir aumentando la población, y se estabiliza al alcanzar los límites de la capacidad de sustentación de su medio ambiente. A través de diversos mecanismos reguladores, tales poblaciones mantienen un cierto equilibrio entre su tamaño y los recursos disponibles. Los animales que muestran este tipo de crecimiento poblacional tienden a tener menos crías, pero les proporcionan atención familiar; las plantas producen grandes semillas con considerables reservas alimenticias. Estos organismos tienen una vida larga, tasas de dispersión bajas y son malos colonizadores de hábitats alterados. Suelen responder a los cambios en la densidad de población (número de organismos por unidad de superficie) con cambios en las tasas de natalidad y de mortalidad en lugar de con la dispersión. Cuando la población se aproxima al límite de los recursos disponibles, las tasas de natalidad disminuyen y las de mortalidad entre jóvenes y adultos aumentan. Se conocen como especies especialistas o estrategas de la K y se caracterizan por presentar menor fecundidad, mayores exigencias ecológicas y mejor aprovechamiento de los recursos.

3.4
Interacciones en la comunidad
Las principales influencias sobre el crecimiento de las poblaciones están relacionadas con diversas interacciones, que son las que mantienen unida a la comunidad. Estas incluyen la competencia, tanto en el seno de las especies como entre especies diferentes, la depredación, incluyendo el parasitismo, y la coevolución o adaptación.

3.4.1
Competencia
Cuando escasea un recurso compartido, los organismos compiten por él, y los que lo hacen con mayor éxito sobreviven. En algunas poblaciones vegetales y animales, los individuos pueden compartir los recursos de tal modo que ninguno de ellos obtenga la cantidad suficiente para sobrevivir como adulto o reproducirse. Entre otras poblaciones, vegetales y animales, los individuos dominantes se apoderan de la totalidad de los recursos y los demás quedan excluidos. Individualmente, las plantas tienden a aferrarse al lugar donde arraigan hasta que pierden vigor o mueren, e impiden que sobrevivan otros individuos controlando la luz, la humedad y los nutrientes del entorno.
Muchos animales tienen una organización social muy desarrollada a través de la cual se distribuyen recursos como el espacio, los alimentos y la pareja entre los miembros dominantes de la población. Estas interacciones competitivas pueden manifestarse en forma de dominancia social, en la que los individuos dominantes excluyen a los subdominantes de un determinado recurso, o en forma de territorialidad, en la que los individuos dominantes dividen el espacio en áreas excluyentes, que ellos mismos se encargan de defender. Los individuos subdominantes o excluidos se ven obligados a vivir en hábitats más pobres, a sobrevivir sin el recurso en cuestión o a abandonar el área. Muchos de estos animales mueren de hambre, por exposición a los elementos y víctimas de los depredadores.
La competencia entre los miembros de especies diferentes provoca el reparto de los recursos de la comunidad. Las plantas, por ejemplo, tienen raíces que penetran en el suelo hasta diferentes profundidades. Algunas tienen raíces superficiales que les permiten utilizar la humedad y los nutrientes próximos a la superficie. Otras que crecen en el mismo lugar tienen raíces profundas que les permiten explotar una humedad y unos nutrientes no disponibles para las primeras.

3.4.2
Depredación
Una de las interacciones fundamentales es la depredación, o consumo de un organismo viviente, vegetal o animal, por otro. Si bien sirve para hacer circular la energía y los nutrientes por el ecosistema, la depredación puede también controlar la población y favorecer la selección natural eliminando a los menos aptos. Así pues, un conejo es un depredador de la hierba, del mismo modo que el zorro es un depredador de conejos. La depredación de las plantas incluye la defoliación y el consumo de semillas y frutos. La abundancia de los depredadores de plantas, o herbívoros, influye directamente sobre el crecimiento y la supervivencia de los carnívoros. Es decir, las interacciones depredador-presa a un determinado nivel trófico influyen sobre las relaciones depredador-presa en el siguiente. En ciertas comunidades, los depredadores llegan a reducir hasta tal punto las poblaciones de sus presas que en la misma zona pueden coexistir varias especies en competencia porque ninguna de ellas abunda lo suficiente como para controlar un recurso. No obstante, cuando disminuye el número de depredadores, o estos desaparecen, la especie dominante tiende a excluir a las competidoras, reduciendo así la diversidad de especies.

3.4.3
Parasitismo
Una lamprea se fija sobre un pez
La lamprea marina, un vertebrado parásito, pertenece al grupo más primitivo de peces vivos, los agnatos o peces sin mandíbulas. En esta especie falta la mandíbula inferior y la superior está transformada en un disco chupador. El animal se alimenta de sangre taladrando un pequeño agujero en la piel del pez con su pequeña y musculosa lengua. Rara vez mata a su huésped, pero las heridas se infectan a menudo.

El parasitismo está estrechamente relacionado con la depredación. En él, dos organismos viven unidos, y uno de ellos obtiene su sustento a expensas del otro. Los parásitos, que son más pequeños que sus huéspedes, incluyen multitud de virus y bacterias. Debido a esta relación de dependencia, los parásitos no suelen acabar con sus huéspedes, como hacen los depredadores. Como resultado, huéspedes y parásitos suelen coevolucionar hasta un cierto grado de tolerancia mutua, aunque los parásitos pueden regular la población de algunas especies huéspedes, reducir su éxito reproductivo, modificar su comportamiento e incluso producir su muerte. Véase Parásito.

3.4.4
Coevolución
Mariposas virrey y monarca
Las aves y otros animales insectívoros rehúyen a la mariposa monarca (derecha), cuya dieta a base de asclepiadáceas le da un sabor amargo. Aunque la virrey (izquierda) carece de ese sabor, los depredadores, engañados por la similitud entre ambas, la rehúyen también.

La coevolución es la evolución conjunta de dos especies no emparentadas que tienen una estrecha relación ecológica, es decir, que la evolución de una de las especies depende en parte de la evolución de la otra. La coevolución también desempeña un papel en las relaciones depredador-presa. Con el paso del tiempo, al ir desarrollando el depredador formas más eficaces de capturar a su presa, ésta desarrolla mecanismos para evitar su captura. Las plantas han desarrollado mecanismos defensivos como espinas, púas, vainas duras para las semillas y savia venenosa o de mal sabor para disuadir a sus consumidores potenciales. Algunos herbívoros son capaces de superar estas defensas y atacar a la planta. Ciertos insectos, como la mariposa monarca, pueden incorporar a sus propios tejidos sustancias venenosas tomadas de las plantas de las que se alimentan, y las usan como defensa contra sus depredadores. Otros organismos similares relacionados con ella (véase Mariposa virrey) pueden adquirir, a través de la selección natural, un patrón de colores o una forma que imita la de la especie no comestible. Dado que se asemejan al modelo desagradable, los imitadores consiguen evitar la depredación. Otros animales recurren a asumir una apariencia que hace que se confundan con su entorno o que parezcan formar parte de él. El camaleón es un ejemplo bien conocido de esta interacción. Algunos animales que emplean olores desagradables o venenos a modo de defensa suelen exhibir también coloraciones de advertencia, normalmente colores brillantes o dibujos llamativos, que actúan como aviso adicional para sus depredadores potenciales. Véase Adaptación; Mimetismo.
Otra relación coevolutiva es el mutualismo, en el que dos o más especies dependen la una de la otra y no pueden vivir más que asociadas. Un ejemplo de mutualismo es el de las micorrizas, relación forzosa entre determinados hongos y las raíces de ciertas plantas. En uno de los grupos, el de las ectomicorrizas, los hongos forman una capa o manto en torno a las radicelas. Las hifas de los hongos invaden la radicela y crecen entre las paredes celulares, además de extenderse suelo adentro a partir de ella. Los hongos, que incluyen varias setas comunes de los bosques, dependen del árbol para obtener energía. A cambio, ayudan al árbol a obtener nutrientes del suelo y protegen sus raicillas de ciertas enfermedades. Sin las micorrizas, algunos grupos taxonómicos, como las gimnospermas y algunas angiospermas (aliso, árbol del paraíso), no pueden sobrevivir y desarrollarse. Por su parte, los hongos no pueden existir sin los árboles. El ejemplo más concluyente de simbiosis mutualista lo constituyen los líquenes: una asociación entre un hongo y un simbionte fotosintético, un alga, de cuya interacción se origina un talo estable con estructura y fisiología específicas. Véase Simbiosis.

3.5
Sucesión y comunidades clímax
Sucesión de las comunidades vegetales
Un campo devastado por el fuego o despejado para el uso agrícola recupera la vegetación con rapidez en ausencia de erosión. En los primeros años, surgen praderas, pobladas por especies oportunistas capaces de tolerar las condiciones ambientales. Después surgen arbustos y plantas más competitivas que no tardan en ser dominantes. Luego brotan los primeros árboles y, tras el primer siglo, un bosque de coníferas ocupa lo que fue una superficie sobreexplotada o calcinada. El bosque crea un nuevo entorno que, tras otro medio siglo, permite la competencia de otras especies de árboles que pueden llegar a reemplazar a las iniciales. En el ejemplo, la comunidad clímax está dominada por árboles caducifolios. La sucesión debida a cambios ambientales es un proceso recurrente e inacabable.

Los ecosistemas son dinámicos en el sentido de que las especies que los componen no son siempre las mismas. Esto se ve reflejado en los cambios graduales de la comunidad vegetal con el paso del tiempo, fenómeno conocido como sucesión. Comienza por la colonización de un área alterada, como un campo de cultivo abandonado o un río de lava recientemente expuesto, por parte de especies capaces de tolerar sus condiciones ambientales. En su mayor parte se trata de especies oportunistas que se aferran al terreno durante un periodo de tiempo variable. Dado que viven poco tiempo y que son malas competidoras, acaban siendo reemplazadas por especies más competitivas y de vida más larga, como ocurre con ciertos arbustos que más tarde son reemplazados por árboles. En los hábitats acuáticos, los cambios de este tipo son en gran medida resultado de cambios en el medio ambiente físico, como la acumulación de sedimentos en el fondo de un estanque. Al ir haciéndose éste menos profundo, se favorece la invasión de plantas flotantes como los lirios de agua y de plantas emergentes como las espadañas. La velocidad de la sucesión depende de la competitividad de la especie implicada; de la tolerancia a las condiciones ambientales producidas por el cambio en la vegetación; de la interacción con los animales, sobre todo con los herbívoros rumiantes, y del fuego. Con el tiempo, el ecosistema llega a un estado llamado clímax (estado óptimo de una comunidad biológica, dadas las condiciones del medio), en el que todo cambio ulterior se produce muy lentamente, y el emplazamiento queda dominado por especies de larga vida y muy competitivas. Al ir avanzando la sucesión, no obstante, la comunidad se vuelve más estratificada, permitiendo que ocupen el área más especies de animales. Con el tiempo, los animales característicos de fases más avanzadas de la sucesión reemplazan a los propios de las primeras fases.

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