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Un(?)cambio de paradigma(s): la Taxonomía y su aproximación al estudio de la Biodiversidad Dr. Marcelo Arana Departamento de Ciencias Naturales Facultad de Cs. Exactas, Físico-Químicas y Naturales UNIVERSIDAD NACIONAL DE RIO CUARTO E-mail: marana@exa.unrc.edu.ar ¿Qué es la biodiversidad? Tratemos de no hacer como Mafalda… ¿será…? “Biodiversidad” “Ambiente” “Es el conjunto de componentes físicos, químicos, biológicos y sociales, capaces de afectar de forma directa o indirecta, en un plazo corto o largo, a los seres vivos y sus actividades” (Naciones Unidas, 1972). “Planeta Tierra” Planeta Tierra del latín Terra, deidad romana equivalente a Gea o Gaia (γαῖα) diosa griega de la tierra que brinda la fecundidad. Tercer planeta del Sistema Solar y el quinto mayor de los ocho planetas del Sistema Solar. Mayor de los cuatro terrestres, formado por la atmósfera, hidrosfera, litosfera y soporta a la biosfera. “la vida se adapta a las condiciones planetarias existentes, la vida y el planeta evolucionaban de forma separada, la primera sobre el segundo”. Entidad dinámica compuesta por los océanos, las rocas de la superficie, la atmósfera y los seres vivos, formando un sistema que posee una autorregulación climática y química y evoluciona como un unidad, la biota y su ambiente conforman un solo proceso evolutivo auto-regulador. Sistema GAIA Declaración de Ámsterdam (2001) “Meta-organismo” Gaia posee distintos procesos homeostáticos (auto-reguladores) a nivel planetario: ✓ la regulación de la temperatura global atmosférica. ✓ La concentración de oxígeno atmosférico es mantenida en un nivel estable a través de miles de años, sin importar que el oxígeno sea uno de los elementos más reactivos que se conocen. ✓ De la misma forma, a pesar del constante flujo de partículas y compuestos salinos que encuentran su camino hacia los océanos, la salinidad oceánica se ha mantenido constante a través del tiempo. ✓ El dióxido de carbono y su ciclo, desde su origen volcánico a la atmosfera, pasando por organismos fotosintetizadores, suelos, rocas, bacterias, ríos, hasta los océanos y magma, constituye también uno de los principales circuitos homeostáticos planetarios. Sistema GAIA Biodiversidad •propiedad emergente del Sistema Gaia, es el conjunto de formas de vida que existen en nuestro planeta, a partir de un antepasado común, comprendida como el resultado de la historia de la vida sobre la tierra, expresada en los cambios de los atributos de los seres vivos, a través del espacio y el tiempo. ¡¡¡CUIDADO!!! "la gran escala del ser" de Aristóteles. Sostiene que hay organismos más perfectos que otros y organiza los seres en una escala, colocando en la parte superior a Dios y en la escala más inferior a los minerales. El hombre está ubicado a mitad de la escalera, justo debajo de los ángeles y por encima de los animales. Debido a la influencia de "la gran cadena del ser" se ha generado la creencia que hay organismos "más evolucionados" o “más perfectos” que otros. ¿Cómo podemos lograr la comprensión de la biodiversidad? Por intuición…. Taxonomía Taxonomía Nombres Científicos Palabras Impronunciables Nombres difíciles Latín ¿Para qué? Memorización Sistemática Clasificación http://www.google.com.ar/imgres?imgurl=http://2.bp.blogspot.com/_DR7JJPyPgmc/TA_IztvmPAI/AAAAAAAAAVA/XaVHVJnfGRk/s1600/manolito2021.jpg&imgrefurl=http://consulibrito.blogspot.com/&usg=__hGnHy8SXuUxMKJI4JzmFt3wTHf4=&h=591&w=363&sz=30&hl=es&start=16&zoom=1&itbs=1&tbnid=oIE5DTs4AISjMM:&tbnh=135&tbnw=83&prev=/images?q=manolito&hl=es&gbv=2&tbs=isch:1 Desde la antiguedad el ser humano ha tratado de comprender el mundo que lo rodea y ha intentado ordenar y clasificar los objetos y organismos de su entorno. El primer intento de una clasificación que se tiene registrado es el de Éuritos de Taranto (475 a.C.), quien intentó asignar números a las especies. A partir de allí, se hicieron varios intentos para clasificar la diversidad conocida: Platón (428 a. C.), Aristóteles (384 a. C.), Linneo (1707- 1778) y Lamarck (1744-1829). La visión más típica de un biólogo dedicado a la taxonomía es la de una persona (en especial anciana), que trabaja dentro de un museo colocando a los ejemplares en cajones, luego de identificarlos, describirlos y ponerles una etiqueta. creencia de que la Taxonomía es simplemente un trabajo únicamente técnico y descriptivo, con un valor limitado para el avance de la investigación en biodiversidad (¡¡¡“sólo queremos el nombre”!!!). Con esta creencia, los nombres son “cosas” que hay que memorizar, inmutables….algo caprichoso de acuerdo al autor que lo ponga, sin relación con nada de la morfología, anatomía, fisiología, ecología… Un “mal necesario” para la ciencia de la biología…. Taxonomía proviene del griego: taxis que significa conjunto o división/ordenación y nomos que significa ley/medir/regular, por lo que la Taxonomía podría entenderse como la ley de los conjuntos o de las divisiones/que regula la ordenación. La clasificación biológica incluye una serie de niveles o rangos denominados categorías taxonómicas, sin relación entre sí, que se denominan taxones. Reino Plantae Animalia División/ Phylum Charophyta Chordata Clase Embryopsida Mammalia Subclase Magnoliidae Theria Orden Fabales Primates Familia Fabaceae Hominidae Género Erythrina Homo Epíteto específico crista-galli sapiens Nombre científico Erythrina crista-galli L. Homo sapiens L. Nombre vulgar “ceibo” “ser humano” La biodiversidad debe ser comprendida como el resultado de la historia de la vida en la tierra, expresada en los cambios de los atributos de los seres vivos, a través del espacio y el tiempo, en conjunto con cambios en los ambientes. EVOLUCIÓN •propiedad inherente de los seres vivos, conjunto de transformaciones o cambios a través del tiempo que ha originado la diversidad de formas de vida que existen en nuestro planeta, a partir de un antepasado común. •Se definía clásicamente como un cambio en la frecuencia de los alelos de una población a lo largo de las generaciones. Este cambio podía ser causado por diferentes mecanismos, tales como la deriva genética, la mutación, la migración o flujo genético y la incorporación de genomas. Neodarwinismo Solo parte de la historia…. La incorporación de genes de otros genomas o la de organismos enteros pueden modificar el genoma y la habilidad de los organismos para adaptarse (endosimbiosis). La interacción dentro del ecosistema modifica la tasa de selección. El proceso es filtrado por la selección Darwiniana (“natural”). Metadarwinismo Neodarwinismo Endosimbiosis e interacciones ecológicas Somos y pertenecemos, a GAIA Por lo tanto, la Taxonomía es “la síntesis del conocimiento de los seres vivos” Taxonomía El reconocimiento de que la diversidad es fruto de la evolución, a partir de Charles Darwin, generó buscar una clasificación estrictamente basada en el parentesco, por ejemplo, en plantas la clásica se la debe a Adolf Engler (1954). El entomólogo alemán Willi Hennig (1950), propuso su teoría de la sistemática filogenética (cladismo), que introducía explícitamente el concepto de evolución en taxonomía (sistemática). Esto ha provocado una revolución en las clasificaciones, que ya no se limitan a catalogar, sino que se convierten en explicación de la diversidad, y en la más rica fuente de información para todas las disciplinas de la Biología. AHORA podemos definir la Taxonomía como la disciplina encargada de la clasificación de los organismos en un sistema de categorías jerárquicas, basado en caracteres informativos, que intentan reflejar las relaciones filogenéticas (es decir, evolutivas) que existen entre ellos. la Taxonomía integra técnicas morfológicas, ecológicas, etológicas, moleculares y biogeográficos para responder a múltiples preguntas. Dentro de estemarco conceptual, la tarea actual de un taxónomo consiste en: “interpretar y generar una hipótesis binomial de las relaciones de una especie con el resto de los elementos de un determinado taxón, especialmente con aquellos más cercanos filogenéticamente, utilizando diferentes tipos de caracteres informativos”. Homo sapiens L. Género, que en latín quiere decir ‘hombre’ Epíteto específico, quiere decir “que sabe” Sigla, abreviatura del apellido de Linneo, que en el año 1758 puso nombre a nuestra especie. El nombre científico de un ser vivo se escribe en latín y se compone de dos palabras, como establece la nomenclatura binomial elaborada en el siglo XVIII por Carl von Linneo, un naturalista sueco, más la sigla. Por ejemplo el nombre científico de nuestra especie: A medida que el conocimiento en genética, evolución, anatomía, fisiología y otras disciplinas aumenta, debemos reorganizar el sistema de clasificación para que refleje fidedignamente la filogenia, constituyendo los nombres científicos, hipótesis de las relaciones evolutivas entre los organismos, síntesis de todo el conocimiento acerca de ese organismo. ¿Por qué cambian los nombres? “El inicio de la sabiduría es llamar las cosas con su nombre correcto.” Confucio - 475 a.C. ¿Por qué es importante la Taxonomía? Ahora volvamos: ¿La Taxonomía es una simple herramienta de las ciencias naturales? NO! Posee una importancia transversal a lo largo de un gran número de ramas teóricas y aplicadas de las ciencias naturales. Juega un papel fundamental en muchísimas áreas (si no todas!): en ecología y evolución, los análisis forenses, el estudio y generación de nuevas medicinas, la estructuración de estrategias de conservación, los proyectos de ingeniería forestal y mejora agrícola o la organización y manejo de colecciones biológicas. La falta de la taxonomía o una taxonomía deficiente compromete seriamente el avance de todas estas disciplinas y con ello, gran parte, sino todo, el cuerpo teórico de las ciencias naturales. Estudios de evolución y filogenia. El principal aporte de la taxonomía respecto a los estudios evolutivos, es la definición de las unidades básicas sobre las que se cimientan los análisis filogenéticos, y con ello, las inferencias evolutivas que se derivan de ellos. Elaboración de inventarios a diferentes escalas. El estudio de los patrones de diversidad a diferentes escalas espacio- temporales requiere de inventarios basados en unidades taxonómicas delimitadas e identificadas correctamente bajo un sistema en el que sea posible hacer comparaciones, permitiendo el estudio de las variaciones de la diversidad. Una especie… ¡¡¡Tres especies!!! Estudios sobre la distribución geográfica de la biodiversidad. La correcta identificación de las especies también es clave para el estudio de la distribución de la biodiversidad. Una Taxonomía inexacta puede no sólo ofrecer estimas erróneas de los rangos de distribución de las especies, sino también sobre la diversidad y la composición de las comunidades, comprometiendo tanto los estudios en biogeografía como la identificación de áreas prioritarias de la conservación. Estudio de interacciones bióticas. En estudios relacionados con interacciones bióticas, imprecisiones en la determinación taxonómica pueden dar lugar, por ejemplo, a estimaciones erradas, lo que a su vez podría afectar la medición de propiedades de las redes de interacción o de los modelos de estabilidad ecológica y persistencia de las comunidades. ¿Ahora cómo organizamos la biodiversidad? Dominio (o Superreino) PROKARIOTA Dougherty, 1957. (del griego πρό, pro: antes de; casi y κάρυον, karyon: núcleo). Organismos con ribosomas en el mismo compartimento que el cromosoma circular. Reino BACTERIA Cohn, 1870. (del griego βακτήριον= bacterion, bastón pequeño). Organismos unicelulares o coloniales con cromosoma único, circular, no rodeado por una membrana (Nucleoide). ADN bicatenario circular, cerrado covalentemente. Spirulina, una cianobacteria Reino FUNGI Linnaeus, 1753. (fungi, plural del latín fungus, hongo). “HONGOS” Organismos que realizan una Digestión Externa, efectuada mediante la secreción de enzimas que permiten posteriormente la incorporación de moléculas orgánicas simples (esta forma de alimentación se conoce como Osmotrofía orgánica). Las células poseen paredes celulares y tabiques internos de quitina. Importantes en el rol de descomponedores en el ecosistema. El hábitat natural de los hongos es muy variado, materiales en descomposición, pero también pueden hallarse en el suelo, o bien desarrollarse como parásitos en plantas o en la piel de los animales. División Ascomycota (hongos en polvera, levaduras, relaciones simbióticas: líquenes, micorrizas). División Basidiomycota (hongos en sombrero y en estante). Dominio EUKARYOTA Chatton, 1925. (del griego εὖ eu: “verdadero” y κάρυον karyon: “núcleo”). Organismos que presentan núcleo (ADN+ membrana), sistema de endomembranas citoplasmático y citoesqueleto. En general con mitocondrias derivadas de una bacteria α- proteobacteria simbionte. Estructura básica de un hongo de sombrero (basidiomicete) Ejemplos regionales Ramalina celastri Physcia undulata Calvatia cyathiformis Reino PROTOZOA Owen, 1858. (griego πρώτο (proto), primero, y ζώο[ν] (zoo[n]), animal). Organismos unicelulares, plasmodiales, coloniales, o formas multinucleadas que se reproducen por esporas y visibles a simple vista (mohos muscilaginosos). heterotróficos que incorporan nutrientes a través de fagocitosis (son fagotróficos) o mixotróficos (fotosíntesis) como los euglenozoos, en donde los cloroplastos están rodeados siempre por tres membranas y surgieron por endosimbiosis con alguna clorofita (alga verde), ya que contienen clorofila a y b, betacaroteno y xantófilas. Los protozoos poseen dos flagelos (por lo menos ancestralmente), los que no poseen flagelos se desplazan por flujo interno del citoplasma que produce prolongaciones celulares denominadas seudopodios. Incluye varias formas de vida libre, terrestres, de agua dulce o marinas, así como unas pocas formas parásitas importantes, como el agente causal de la amebiasis (Entamoeba histolytica), de la enfermedad de Chagas-Mazza (Tripanosoma cruzi) y la giardiasis (Giardia intestinalis). Giardia EuglenaPlasmodiophora brassicae //upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/7/72/Knolvoet_bij_bloemkool_%28Plasmodiophora_brassicae_on_cauliflower%29.jpg Reino CHROMISTA Cavalier-Smith, 1981. (Griego χρῶμα:chroma, color). Este reino incluye organismos eucariotas unicelulares o simplásticos, que pueden o no realizar la fotosíntesis. Los autótrofos poseen cloroplastos inmersos en el retículo endoplasmático rugoso, originados por endosimbiosis secundaria (organismo que incorporó como endosimbionte a un alga roja, con clorofila a y c), rodeados por cuatro membranas, una en común con el núcleo. En la etapa móvil poseen dos flagelos, uno con mastigonemas tubulares (ramificaciones perpendiculares del flagelo). Las sustancias de reserva son la laminarina o leucosina. Incluye organismos como las algas pardas y doradas (crisofitas, feofitas), las diatomeas (bacilariofitas), los mohos acuáticos (oomicetos), los alveolados (ciliados como Paramecium, dinoflagelados como Ceratium y apicomplexos de importancia en medicina por producir enfermedades como la malaria, causada por cuatro especies del género Plasmodium). Nassula Diatomeas Undaria pinnatifida Reino ANIMALIA Linnaeus, 1758. (Latín animalis: “que respira”). El reino más diverso, incluye organismos pluricelulares con células rodeadas de una matriz extracelular compuesta por colágeno. Ésta puede calcificarse para formar estructuras como conchas, huesos y espículas. El metabolismo es aerobio (con oxígeno) y nutrición heterótrofa por ingestión. Las células poseen dos juegos de ADN (mitocondrias y núcleo) La reproducción es con gametos de tamaño muydiferente (anisogamia) y el desarrollo es mediante un embrión y hojas embrionarias. Los animales son los encargados de transferir la energía química a través de las diferentes etapas tróficas de los ecosistemas. Incluye seis grandes linajes evolutivos (Porifera, Placozoa, Ecdysozoa, Lophotrochozoa Platyzoa y Deuterostomia). Los animales con simetría bilateral (el organismo posee un cuerpo con dos mitades especularmente idénticas) son los más abundantes. Incluye cuatro de los seis grupos: Uno que incluye a animales que tienen un esqueleto externo que los protege, la cutícula. No crecen en forma continua, sino por medio de mudas del exoesqueleto. Ejemplos de grupos más abundantes: Artrópodos y Nemátodos. Superphylum Deuterostomia Son animales en los que a partir del blastoporo embrionario, se forma el ano en el individuo adulto y la boca del adulto es de neoformación. Los filos que incluye este grupo son: Echinodermata, Hemichordata, Chordata, Chaetognatha, Brachiopoda, Phoronida, Bryozoa y Pogonophora. Phylum: Chordata Subphylum: Vertebrata Infraphylum: Gnathostomata Superclase: Tetrapoda Clase: Mammalia Subclase: Theria Infraclase: Placentalia Superorden: Euarchontoglires Orden: Primates Suborden: Haplorrhini Infraorden: Simiiformes Superfamilia: Hominoidea Familia: Hominidae Subfamilia: Homininae Género: Homo Especie: Homo sapiens L. Los cordados poseen una eje rígido que es la base del esqueleto ¿Qué es una Planta? organismos pluricelulares, adaptados a la vida terrestre, con células de tipo eucariota, cloroplastos y pared celular (célula vegetal), organizadas de forma que las células posean al menos cierto grado de especialización de trabajo (“tejidos”). Reino PLANTAE Haeckel, 1866. (latín: plantae, plantas). Organismos simplásticos que poseen cloroplastos siempre en el citosol, con clorofila a, originados por endosimbiosis primaria (los cloroplastos están rodeados por dos membranas, derivadas de las membranas externa e interna de la cianobacteria Gram negativa endosimbionte). Su simplasto está rodeado por celulosa, (“pared celular”) que puede tabicar internamente al citoplasma, pero estos tabiques son incompletos dejando durante su formación poros (plasmodesmos), que permiten la comunicación y transferencia de organelas y contenido citoplasmático entre los diferentes compartimentos o “células”, que en consecuencia no son independientes entre sí. Estados transicionales de tabicación interna del cuerpo de las plantas, A: cenocito en Codium (Codiaceae-Chlorophyta); B: compartimentos multinucleados en Cladophora (Cladophoraceae-Chlorophyta); C: compartimentos uninucleados en Spongomorpha (Ulotrichaceae-Chlorophyta). Plantas terrestres La evolución de la complejidad de la vida en la Tierra es el resultado del cambio genético aleatorio, pero también de la coevolución, de incorporaciones físicas y biológicas y de las interacciones en redes ecológicas dinámicas, en diferentes momentos de tiempo-espacio. El planeta es un sistema geobiótico que evoluciona en el tiempo, en donde la diversidad biológica es un fenómeno espacio-temporal y somos parte de ella. Entidad dinámica en donde la biota (conjunto de seres vivos) y su ambiente conforman un único proceso evolutivo auto-regulante. los organismos no solo se adaptan a su ambiente sino que también lo influencian, y más aún, conforman parte de un solo proceso. Sistema GAIA Al intentar estudiar el planeta como un todo, es necesario un enfoque multi-disciplinar en el que diferentes ramas de la ciencia (Ej. ecología, geología, biología, etc.) se unen y participan para proponer alternativas de acción para hacer frente a la crisis ecológica planetaria actual (“el todo es más que la suma de las partes”). “Tierra y vida evolucionan juntas” León Croizat Esto nos permite entender a la biodiversidad desde otra perspectiva y generar información importante para la conservación, ya que comprendemos que somos parte de ella. El Cuidado del Ambiente: ¡¡¡un Deber de Todos!!! Cada persona tiene diferentes aspiraciones, pero existen algunas comunes a todos: vivienda digna, alimentación adecuada, educación, atención de la salud, un trabajo de acuerdo a las propias capacidades y momentos de recreación. Hoy agregamos otra: vivir en un ambiente sano y equilibrado ecológicamente. Es necesario que el proceso de desarrollo de los países tenga en cuenta todos los elementos que forman el entorno humano. Necesitamos: ➢ un modelo de desarrollo en el que el aprovechamiento de los recursos naturales no provoque daños irreparables ➢ una forma de progreso económico y social que favorezca la sana convivencia ➢ un modelo basado en el comportamiento de la naturaleza, es decir, que considere su ciclo de recuperación ¿Por qué? Regulación de la Temperatura Captura de Carbono Generación de oxigeno Salud Ambiental Provisión de agua en calidad y cantidad Amortiguamiento dei impacto de los fenómenos naturales Protección y recuperación de suelos Barrera contra ruidos Biodiversidad Paisaje y recreación “contribuir con acciones concretas a mejorar el arbolado y el saneamiento de los espacios verdes de las ciudades”, forestando con especies nativas. Al siglo XXI se lo conoce como el siglo de la Biología y uno de los éxitos más ampliamente conocidos de la biología actual es el principio unificador de la teoría evolutiva. En estos momentos, nunca fue mayor la necesidad de la sociedad por los resultados de la investigación biológica. Las soluciones a muchos de los problemas más apremiantes de la humanidad: ✓ alimentar a la población mundial frente al cambio climático, ✓ la preservación de los ecosistemas y la biodiversidad, ✓ la curación y la prevención de las enfermedades. Dependen de la investigación biológica y la interacción de los biólogos con todas las disciplinas para lograr promover mejoras, cambios e innovaciones en el medio natural, tecnológico y social. ¿Por qué es importante construir (=Aprender) los conceptos Biológicos? ➢ La teoria evolutiva ayuda a explicar nuestros origenes, historia y la forma en que funcionamos e interactuamos con otras formas de vida y el ambiente, que es crucial para comprender y construir nuestro futuro. ➢ Este impacto de la biologia evolutiva se está Extendiendo en la Investigación biomédica y disciplinas no biológicas Tales como la ingeniería, informática e incluso el sistema de justicia penal. Sistema de referencia y síntesis del conocimiento biológico Estas ideas han generado una nueva biología, con una visión holística- integrativa (teoría organísmica del simplasto, fitoneurobiología, endosimbiosis, teoría GAIA), que se ha centrado en cuatro grandes desafíos: ➢ Desarrollar sustentablemente producciones para mejorar la calidad de vida ➢ Entender y mantener las funciones de los ecosistemas y la biodiversidad en un mundo cambiante ➢ Ampliar las fuentes alternativas de energia sustentable ➢ Comprendernos como sistema parte de otro mayor. ¿Cómo fomentar la observación y construcción de conocimiento (complejización de redes mentales)? Generando conflictos cognitivos (dudas en la red de conceptos) basados en la cotidianeidad, se propone: ➢ Observaciones de fenómenos tanto de su propio cuerpo como del entorno ➢ Análisis de noticias periodísticas del entorno inmediato ➢ Observación de audiovisuales (películas, documentales, cortos, videoclips) ➢ Intercambio de roles ➢ viajes La ciencia es la mejor herramienta de que disponemos para explicarnos y explicar el mundo; son preguntas que generan preguntas, es la duda permanente, es la búsqueda continua para explicar la realidad cada vez un poco mejor, cada vez un poco más. A partir de la situación presentada, se analiza, se reelabora y enuncia el problema individualmente (ZDP), con posterior socialización de lo elaborado •explorar y observar la información •relacionar con conocimientosprevios, generando imágenes mentales para determinar lo que se debe resolver •elaborar en forma oral y escrita el problema de acuerdo a las imágenes mentales generadas. Se realiza una vinculación permanente de conceptos previos con actuales (cada uno es consciente del problema y lo hace propio). Durante este proceso se realiza permanentemente la reflexión acerca de que, cuando, cómo, por qué y para qué (METACOGNICIÓN). Se intenta hacer conciente el conocimiento interno para poder abordar el externo y de este modo generar pensamientos, sentimientos y acciones que se puedan manejar interrelacionadamente para reconstruir las visiones propias de su ser y lograr su autonomía. Se identifican y propagan los aciertos logrados y se trabaja con aquellas variables que perjudiquen, transformándolas en favorables (trabajo con el error). Así, se puede trasladar el conocimiento interno al entorno, cambiando la visión y tomar una posición crítica y reflexiva que tienda a generar un cambio de su realidad por medio de acciones creativas, proponiendo mejoras. Atahualpa Yupanqui Cerro Colorado, Córdoba ¡¡¡MUCHAS GRACIAS!!! E-mail: marana@exa.unrc.edu.ar “Nomina si nescis, perit et cognitio rerum” Linnaeus (1755) Taxonomía
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