Title: Unidad 1
Course: Ciencias Naturales Cultiva 8 EGB

Propiedades y organización de los seres vivos

Unidad 1

Propiedades y organización de los seres vivos

En esta unidad conoceremos las características, organización y propiedades de todos los seres vivos, como una introducción a su complejidad y organización. También estudiaremos las particularidades de la materia orgánica e inorgánica en diferentes compuestos, con ello, lograremos profundizar nuestro entendimiento sobre los niveles de organización de la materia viva.

Finalmente, realizaremos un viaje por la vida desde los organismos unicelulares hasta el ser humano con el fin de comprender qué es lo que caracteriza a los seres vivos.

 La complejidad de la vida se refleja en cada ser y en cada instante. Día y noche nuestro planeta es un gran laboratorio donde la vida se abre paso en cualquiera de sus inimaginables manifestaciones.

Objetivos

OG.CN.1. Desarrollar habilidades de pensamiento científico con el fin de lograr flexibilidad intelectual, espíritu indagador y pensamiento crítico; demostrar curiosidad por explorar el medio que les rodea y valorar la naturaleza como resultado de la comprensión de las interacciones entre los seres vivos y el ambiente físico.

O.CN.1.1. Observar y describir la materia inerte natural y creada y los seres vivos del entorno, para diferenciarlos según sus características.

O.CN.1.2. Explorar y describir las características y necesidades de los seres vivos, desde sus propias experiencias.

Ministerio de Educación, (2016).

Propiedades de los seres vivos

Tema 1

Propiedades de los seres vivos

Saberes previos

¿Qué cualidad del carbón lo hace útil para hacer una parrillada?

Desequilibrio cognitivo

¿Qué es lo que distingue a un ser vivo de un ser no vivo?

Glosario

taxónomo. Profesional que estudia la clasificación de los seres vivos.

ornitólogo. Profesional que estudia las aves.

Los seres vivientes son aquellos organismos con complejidad, que están formados por una o más células y que poseen la facultad de realizar las funciones básicas de la vida.

Estas “funciones básicas” que determinan la complejidad de los seres vivos son: el ciclo vital (nacer, crecer,alcanzar la capacidad para reproducirse y morir), la función de nutrición y la función de relación.

Veamos un poco más profundo esta singularidad: ¿cómo podemos distinguir a los seres que tienen vida? Por ejemplo, si trituras piedras, tierra, insectos muertos y hojas muertas, y los observas por microscopio, ¿se verán todos igual? Según dos grupos diferentes de científicos, existen dos respuestas para esta pregunta. Los mecanicistas o fisicistas, entre ellos Descartes (Francia, 1596-1650), afirmaban que los organismos vivos no son diferentes a la materia inanimada. Mientras que los vitalistas, entre ellos Pasteur (Francia, 1822-1895), afirmaba que los organismos vivos tenían características ausentes en los elementos no vivos.

Los seres vivos están organizados de acuerdo con su complejidad en varios niveles, desde los unicelulares hasta los multicelulares.

Ernst Mayr (Alemania, 1904-2005) fue un destacado biólogo evolutivo; además fue un acreditado taxónomo y ornitólogo naturalista, dedicado a comprender el mundo vivo.

Mecanicistas o vitalistas, ¿quiénes tenían la razón?

Según el biólogo evolutivo alemán, Ernst Mayr (1904-2005), los dos grupos tienen razón, aunque también se contradicen. Los mecanicistas o fisicistas acertaron al afirmar que no existe una “fuerza vital” como componente de la vida y que, a nivel molecular, la vida puede ser interpretada a través de fundamentos de la física y la química. Pero también el razonamiento de los vitalistas era que, pese a todo, los seres vivos no son como la materia inerte, ya que tienen muchas propiedades únicas, como diseños genéticos complicados y macromoléculas o moléculas complejas (ácidos nucleicos, proteínas), cuyo propósito es el crecimiento y funcionamiento de un ser vivo.

Si bien los organismos vivientes están formados por átomos y moléculas, al igual que los seres no vivos, también son sistemas estructurados y organizados en varios aspectos distintos al mundo inanimado. En efecto, tienen una gama de características que les dan cualidades que no están en las estructuras inanimadas y que, de acuerdo con la bióloga estadounidense Audesirk y el alemán Mayr, son las siguientes:

Glosario

roca sedimentaria. Aquella que se forma por la compactación de partículas, como resultado de procesos físicos o químicos.

combustible. Sustancia que al entrar en contacto con el oxígeno reacciona y libera energía en forma de calor y luz.

- Capacidad de adquirir energía y materiales del exterior y transformarlos.
- Capacidad de crecer y desarrollarse, de acuerdo con un programa genético.
- Capacidad de responder a alteraciones en el medio circundante.
- Capacidad de reproducirse a partir de una molécula llamada ADN.
- Capacidad de autorregulación.
- Una estructura organizada compleja.

Los niveles de organización de los seres vivos, desde el nivel subatómico hasta la biósfera. En cada nivel la complejidad aumenta.

Laboratorio casero

Realiza una salida de observación a un lugar cercano a tu entorno, como un parque o las calles de tu barrio. Enlista los seres vivos y no vivos que encuentres.

¿Hay diferencias entre un parque y una calle? ¿Cómo logras distinguir efectivamente a los sere vivos de los que no lo están? ¿Encontraste un ser vivo que ya no lo está? Discute tu experiencia en clase.

Organización compleja

Acorde con la descripción previa, los seres vivos se componen de átomos y moléculas, igual que la materia inerte. Sin embargo, las principales sustancias encargadas del desarrollo y funcionamiento de un ser de naturaleza viva son las moléculas complejas, que no existen en la sustancia no viva.

El término “materia viva” se utiliza para designar el tipo de materia de la que están formados todos los seres vivos. Por eso, el concepto no se opone al de “materia muerta”, sino, más bien, al de “materia no viva”, es decir, a aquella que constituye el resto de los elementos naturales, además de los seres vivos.

Los organismos vivos son estructuras complejas y adaptadas de manera jerárquica. En orden de complejidad creciente, esta organización incluye: macromoléculas, organelos, células, tejidos, órganos, sistemas de órganos, organismos, poblaciones, comunidades, ecosistemas, biomas y biósfera.

Cada nivel está integrado por todos los elementos correspondientes al nivel inferior; sin embargo, las propiedades de cada uno no son simplemente la suma de las propiedades de sus componentes, sino que en cada nivel surgen nuevas propiedades debido a la interacción entre todos los componentes. Estas propiedades que surgen en cada nivel de complejidad son conocidas como propiedades emergentes .

¿Cómo entendemos estas propiedades emergentes? Podemos decir que son atributos de una comunidad que no aparecen en los individuos o poblaciones aisladas.

TIC

Observa este video que describe las características de los seres vivos:

www.mayedu.ec/nat8/p12

¿Qué característica te parece la más precisa para definir a un ser vivo?

Dentro de este orden de ideas, para comprender las propiedades emergentes, se establece que las especies interactúan en conjunto dentro de una escala espacial, formando estructuras ecológicas y procesos que concretan oportunidades funcionales particulares a cada comunidad. Esta coexistencia se consigue gracias a las propiedades emergentes.

Nivel | Propiedades emergentes
Individuo | - Las propiedades emergentes son fáciles de distinguir en organismos individuales y son parte del ciclo vital antes mencionado.
Población
- Tamaño: número de organismos
- Densidad: número de individuos por unidad de superficie
- Patrón de distribución: orden de ubicación de los organismos en una población.
- Parámetros demográficos: natalidad, mortalidad inmigración, emigración.
- Tasa de crecimiento poblacional: cambios de la población como resultado de los parámetros demográficos.
- Estructura poblacional: composición de la población por tipos como edad, sexo, color o tamaño.
Comunidad
- Riqueza de especies: número de especies de una comunidad.
- Composición: grupo de especies de una comunidad.
- Estructura: forma en que están organizadas las comunidades.
- Fisionomía: aspecto visual de las especies (características morfológicas).
- Diversidad: multiplicidad de organismos que forman una comunidad.
- Dominancia y rareza: proporción de especies escasas y abundantes en una comunidad.
- Fenología: comportamiento estacional.
- Estado sucesional: grado de desarrollo de una comunidad en el proceso de recuperación.
- Tasa de recambio de especies: velocidad de extinción local y migración de especies.
Ecosistema
- Productividad primaria.
- Productividad secundaria.
- Velocidad y patrón de movimiento de la materia.
- Velocidad y patrón de movimiento de la energía.
- Estructura trófica.
- Tasa de descomposición.
- Eficiencias ecológicas.
- Biomas en pie.
- Especies clave.

Ya conoces sobre la organización y complejidad que tenemos los seres vivos, desde una pequeña célula hasta los grandes mamíferos. Ahora estudiaremos otras propiedades.

El metabolismo es una compleja serie de reacciones químicas que ocurren en el organismo de todos los seres vivos, donde existen productos que entran y productos que salen.

Metabolismo

¿Podrías sobrevivir sin comer ni tomar agua? Todos los seres vivos necesitamos ingerir alimento y agua del medioambiente para obtener energía, y luego desechar lo que no nos sirve.

Es decir, intercambiamos materia y energía con el medio que nos rodea de forma permanente. ¿Cómo conviertes tu desayuno en energía? La comida, agua, medicinas que ingieres ingresa a un sistema de reacciones químicas para degradarse (romperse) en sustancias simples y fáciles de ingerir. Los seres vivos tomamos estos materiales y energía del medio externo y los transformamos en moléculas propias. Estas transformaciones implican reacciones químicas que son indispensables para los procesos esenciales. El conjunto de todas estas reacciones se conoce como metabolismo.

El metabolismo permite al organismo nutrirse, crecer y repararse cuando ha sufrido daño o alguna enfermedad, además de regenerar las células que se pierden o mueren. En el metabolismo hay dos tipos de reacciones químicas: las reacciones de anabolismo que unen moléculas sencillas para obtener moléculas complejas (como en la fotosíntesis); y las reacciones de catabolismo por aquellas que separan o degradan moléculas complejas a simples (esto implica la ruptura de enlaces y se libera energía, como por ejemplo en la respiración celular).

Homeostasis o autorregulación

Etimológicamente, homeostasis proviene de dos vocablos griegos: homos = semejante y stasis = estabilidad. Es decir que todos los organismos necesitan mantener su medio interno estable, incluso al cambiar las condiciones externas. Tu presión baja cuando algo no funciona dentro del organismo y, por tanto, este se “resetea” (por ejemplo, hay un desmayo) para regularse de nuevo. El equilibrio interno de los seres vivos es la “homeostasis”. La conservación de la temperatura interna del cuerpo, la regulación hormonal y el hambre son modelos de mecanismos homeostáticos.

La ciencia que se ocupa de investigar los mecanismos que permiten a los seres vivos conservar la homeostasis se denomina fisiología.

El mecanismo de la homeostasis mantiene en equilibrio y balance el organismo.

¿Cómo funciona el mecanismo homeostático?

Observa el diagrama adjunto sobre cómo se regula la temperatura del cuerpo cuando hay fiebre o frío. Cuando la temperatura del cuerpo se incrementa sobre su nivel normal (desbalance por estímulo), células nerviosas detectan la temperatura de la sangre (receptor), que llevan la información a unas células específicas en el cerebro que actúan como un termostato (centro de control). Estas células mandan impulsos nerviosos a las glándulas sudoríparas (efector) que aumentan la salida de sudor. Este humecta la superficie del cuerpo y, así, disminuye la temperatura del cuerpo y le devuelve su homeostasis.

Al contrario, cuando la temperatura del cuerpo disminuye de su nivel normal (desbalance), el cerebro (centro de control) realiza estímulos que comprimen los vasos sanguíneos de la piel (efector), y se reduce así la pérdida de calor a través de la superficie.

¿Por qué se tirita cuando hace frío? Si la temperatura corporal desciende, el cerebro comienza a mandar estímulos nerviosos hacia los músculos, estimulando espasmos musculares que se conocen como “escalofríos”, el resultado de este proceso es la generación de calor.

Desarrollo del embrión y el feto humano.

Crecimiento y desarrollo

Generalmente, los organismos atraviesan diferentes etapas a lo largo de su vida, un ciclo vital durante el cual crecen y se desarrollan.

Todos los seres crecen y se desarrollan, incluso los microscópicos, aunque estos procesos son más evidentes en los organismos superiores, entre ellos, el ser humano, que comienza su existencia muy pequeño y a lo largo del ciclo de vida, incrementa su tamaño.

Obviamente el desarrollo sucede a la par del crecimiento, pues no se refiere solo a un incremento de volumen, sino también a las transformaciones en la apariencia corporal. Por ejemplo, el desarrollo embrionario humano y la metamorfosis de la mariposa.

Glosario

estímulo. Agente externo a un cuerpo u órgano que estimula o activa su respuesta o reacción.

respuesta. Reacción ante un estímulo.

Irritabilidad y respuesta ante estímulos

Todos los organismos tienen la capacidad de detectar y responder ante los cambios del medio, ya sea interno o externo. Este proceso supone la capacidad de recibir un estímulo y elaborar una respuesta.

TIC

Observa este video que describe las propiedades de los seres vivos:

www.mayedu.ec/nat8/p16

¿Cuál es la importancia de las propiedades de los seres vivos para el mantenimiento de la vida en la Tierra?

Glosario

tropismo. Movimiento o crecimiento de la planta que responde a un estímulo.

Es probable que retires tu mano al sentir una aguja pinchar tu piel. Esa sería tu respuesta al estímulo doloroso. Esta reacción y toda aquella que sea provocada por algún estímulo del medio interno (fiebre) o externo (aguja) corresponden a la irritabilidad. Habitualmente, los seres con vida poseen irritabilidad y responden a cambios físicos y químicos, tanto en el medio externo como en el interno. La irritabilidad es la capacidad homeostática que tienen los seres vivos para dar respuesta a estímulos que los afectan.

El cuerpo de los seres vivos posee un sistema complejo que se encarga de la recepción de los estímulos externos y la respuesta que el organismo realiza. En organismos unicelulares, es toda la célula; los animales, en cambio, poseen un sistema nervioso; y las plantas tienen células especializadas para detectar estímulos.

Los organismos inferiores y las plantas responden al calor y al frío, a ciertas sustancias químicas y a la luz, acercándose o alejándose. En las plantas, esta respuesta se llama tropismo. Reaccionan a la luz, la gravedad, el agua y otros estímulos, para que las diferentes partes que las componen crezcan. El tallo de las plantas se curva hacia la luz, las raíces crecen hacia abajo y las hojas se retraen en la noche.

Los animales han evolucionado órganos de los sentidos y sistemas musculares que les facultan la identificación y respuesta a estímulos físicos y químicos tanto externamente como al interior de su cuerpo.

Las plantas utilizan diversos mecanismos para reproducirse.

Reproducción

Los seres vivos poseen la facultad de reproducirse, de originar copias de sí mismos. Esto ocurre en todos los niveles de organización: las células se dividen para generar nuevas células y los organismos se reproducen para generar nuevos organismos. La reproducción incluye la facultad de los individuos de transmitir información genética a su descendencia y así crear nuevos seres vivos con las mismas características. Los procesos para producir descendientes son variados, pero los resultados son los mismos.

Adaptación y evolución

Los organismos son el resultado de 3 800 millones de años de evolución y todas sus características reflejan esta historia. La estructura genética de un individuo es exactamente la misma a lo largo de su ciclo de vida, pero la genética de la población de una especie se transforma a lo largo de varias generaciones, o sea, hay evolución. La selección natural es la fuerza primaria en la evolución.

Una ranita se confunde con la hojarasca para evitar ser atrapada; esto es un ejemplo de camuflaje y adaptación.

Para que una especie sobreviva en un mundo cambiante, necesita adaptarse a su ambiente. Las adaptaciones son transformaciones que aumentan la facilidad de un ser para amoldarse a un ambiente determinado.

CN.4.1.1. Indagar y explicar las propiedades de los seres vivos e inferir su importancia para el mantenimiento de la vida en la Tierra.

Características de la materia orgánica e inorgánica en diferentes compuestos

Tema 2

Características de la materia orgánica e inorgánica en diferentes compuestos

Saberes previos

¿Qué materia orgánica e inorgánica puedes distinguir en el salón de clases?

Desequilibrio cognitivo

¿Qué características comparte la materia orgánica y la inorgánica?

La materia está formada por átomos, que son las unidades más pequeñas de la materia. Hay algo que diferencia a la materia orgánica de la inorgánica y es la presencia de carbono, entre otras características y excepciones. Veamos más profundamente las características de estos tipos de materia.

Cristales de borato de sodio vistos al microscopio bajo luz polarizada

Glosario

luz polarizada. Está formada por fotones individuales, cuyas línea de campo eléctrico están todas alineadas en la misma dirección.

grupo funcional. Conjunto de átomos enlazados de una forma específica, con una estructura y propiedades físico-químicas determinadas que caracterizan a los compuestos orgánicos que los contienen.

reactividad química. Es la capacidad de una especie química para reaccionar en presencia de otras sustancias químicas o reactivos.

Materia inorgánica

¿Qué tienen en común las rocas en un río, la sal de mesa y algún compuesto químico cristalizado? Todos son seres no vivos, no están dentro de la constitución de los organismos vivientes, aunque algunos poseen átomos de carbono (como el CO_2). Pero otros compuestos inorgánicos solamente se consiguen mediante reacciones químicas, incluso dentro de nuestro organismo, y algunos están en forma natural, pero no son sintetizados.

Todos los seres vivos estamos compuestos por una combinación de materia orgánica e inorgánica. Las dos son importantes para la vida, pues ejercen un rol esencial en el metabolismo. La materia inorgánica no contiene carbono en su estructura y se obtiene a través de reacciones químicas. Se compone de moléculas pequeñas y simples, y algunos ejemplos son: la cal la sal de cocina, el ácido de las baterías, entre otros.

Las rocas tienen diferentes compuestos, de ahí la variedad de colores y su dureza.

La ciencia que estudia la composición y las propiedades de la materia y las variaciones que esta experimenta sin que se alteren los elementos que la forma se llama química inorgánica, (o química mineral); es parte de la química que estudia los cuerpos simples y los compuestos que no contienen carbono en sus moléculas.

Propiedades de la materia inorgánica

Al igual que los compuestos orgánicos, los átomos d los elementos se combinan con otros de acuerdo con su número de electrones. Sin embargo, la mayoría se mezcla con oxígeno e hidrógeno y forman diferentes grupos funcionales que definen las propiedades particulares y la reactividad química de las moléculas.

Glosario

comburente. Sustancia que provoca o favorece la combustión de otras sustancias.

ión. Es una partícula cargada eléctricamente, constituida por un átomo o molécula que no es eléctricamente neutro.

Por otro lado, en contradicción a la materia orgánica, muchas sustancias inorgánicas se encuentran como elementos puros, un ejemplo son los metales, como el zinc (grapas), el cobre (utilizado en electricidad, monedas) y el mercurio (termómetros). La materia inorgánica tiene funciones importantes en el suelo con los ciclos de nutrientes y pueden formar pequeñas moléculas.

El zinc existe en muchos objetos cotidianos como las grapas o los techos de casas solariegas.

Los compuestos inorgánicos son iónicos

Los átomos de los compuestos inorgánicos se unen por medio de enlaces iónicos mediante la transferencia de electrones del elemento metálico al elemento o átomo no metálico. La materia inorgánica se forma, en su mayoría, a partir de las reacciones entre elementos metálicos y no metálicos. Por ejemplo, la sal de mesa o el bicarbonato de sodio son sales minerales formadas por átomos de sodio que pierden electrones con el cloro o carbono, que los atraen formando así enlaces iónicos.

Punto de ebullición

El punto de ebullición del agua a nivel del mar es de 100 ºC; sin embargo, hay compuestos inorgánicos que se diluyen en agua y esto provoca que aumente el punto de ebullición de estas disoluciones.

El cobre es muy utilizado en electricidad por su conductividad.

Punto de fusión e inflamabilidad

La sal, por ejemplo, absorbe el agua, por lo que se requieren temperaturas muy altas para fundirla. De igual manera ocurre con los metales, ya que su estructura atómica es tan compacta, que necesitan temperaturas aún más elevadas para derretirlos. Para prenderlos se requiere mucho calor, excepto con el oxígeno gaseoso, que es un gas comburente natural.

No son volátiles

¿Qué sucede si dejas un vaso de agua con sal en la mesa por varios días? Si hay un cambio de temperatura considerable, es posible que el agua se evapore, y la sal cristalizada permanezca en el vaso. Esto indica que la sal no es volátil; por tanto, la materia inorgánica en estado líquido tampoco lo es. Ya que la mayoría de la materia inorgánica se encuentra en estado sólido, es necesario someterla a temperaturas muy altas para convertirla. Entonces podemos decir que la materia inorgánica es estable y no padece grandes modificaciones.

El mercurio es el único metal líquido del planeta; se usa en termómetros y es sumamente tóxico.

Buenos conductores de electricidad

En general, el agua, al igual que los elementos metálicos que son inorgánicos, forman iones, lo que significa que transportan con facilidad la electricidad y el calor. Por eso, se utilizan los metales como el cobre para hacer aparatos eléctricos.

TIC

Observa este video explicando los tipos de enlaces químicos:

www.mayedu.ec/nat8/p20

¿Cuanto tipos de enlaces existen?

¿Qué funciones tienen los diversos tipos de picos en los pinzones?

Propiedades de la materia orgánica

El principal elemento de la materia orgánica es el carbono, y junto con otros átomos, forma las moléculas que son los ladrillos básicos de la materia orgánica. En general, la materia orgánica se compone principalmente de los elementos CHONPS (carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno, fósforo y azufre).

El carbono

El carbono (C) a la vez que se encuentra en los organismos vivos, tiene infinidad de aplicaciones industriales importantes. Es responsable de que ciertas sustancias se quemen, ya que el producto final de la combustión de la materia orgánica es el carbono. Por esta razón, es único.

Interdisciplinariedad

Zoología y transporte náutico

El movimiento coordinado de los cilios, de las patas de los milpiés o de los poliquetos (gusanos cilíndricos con muchas patitas) ha servido como inspiración para mejorar la propulsión de embarcaciones que se movilizan a remo.

El movimiento coordinado de los cilios, de las patas de los milpiés o de los poliquetos (gusanos cilíndricos con muchas patitas) ha servido como inspiración para mejorar la propulsión de embarcaciones que se movilizan a remo.

Está distribuido de manera amplia en la naturaleza aunque no es un elemento especialmente abundante; es el duodécimo elemento en orden de abundancia en la corteza terrestre y constituye el 0,032 % de esta.

Pero ¿por qué es un elemento tan especial? Al igual que otros no metales, este necesita ocho electrones para completar su último nivel. Por consiguiente, forma cuatro enlaces con otros átomos, cada uno de estos representa a uno de los electrones de carbono y uno de los electrones del átomo que se enlazan. Esto significa que comparte electrones hasta con cuatro átomos diferentes, lo que se denomina enlace covalente.

El átomo de carbono es versátil, principalmente por esa facilidad de formar varios enlaces, lo que posibilita la presencia de una variedad enorme de moléculas orgánicas y de gran tamaño que a su vez, permite la diversidad de estructuras de los organismos simples e, incluso, de las células individuales.

Si bien el componente principal de las moléculas orgánicas es el carbono, estas son algo más que estructuras complicadas de átomos de carbono. Al esqueleto del carbono se unen grupos de átomos llamados grupos funcionales, los que definen las características particulares y la reactividad química de las moléculas. Estos grupos son mucho menos estables que las cadenas de carbono y es más probable que participen en las reacciones químicas. Por eso, nuestro metabolismo es un conjunto de reacciones químicas, pues todas las moléculas biológicas son de tipo orgánico: proteínas, ácidos nucleicos, carbohidratos y lípidos.

El carbono tiene el número atómico 6; es decir, posee 6 electrones distribuidos en todo el átomo. ¿Recuerdas dónde se encuentran los electrones que participan en la formación de compuestos? En el último nivel, el carbono tiene 4 electrones, lo que le otorga una gran versatilidad.

El carbón y el diamante son otra forma en la que se encuentra el carbono en la naturaleza.

Propiedades del carbono

El carbono tiene la capacidad de enlazarse con otros átomos de carbono para formar cadenas lineales, ramificadas y cíclicas. Al parecer, no hay límites en el número de estructuras que este elemento puede formar, ya que, además de formar varios enlaces con diversos elementos, también forma enlaces simples, dobles o triples.

El azúcar es una molécula con carbono. Forma anillos, es decir, es cíclica.

El almidón de la papa es una molécula cíclica y ramificada.

Glosario

combustión. Acción y resultado de un cuerpo que arde o se quema.

polímero. Son macromoléculas (generalmente orgánicas), formadas por la unión de una o más unidades simples llamadas monómeros, a través de enlaces covalentes.

Tipos de enlace que puede formar el carbono

El carbono puede formar tres tipos de enlaces.

El grafito también es una forma de carbono y se utiliza en la mina de los lápices.

El carbono está en la naturaleza de muchas formas: diamante, grafito, carbón mineral, coque (tipo de carbón más poroso). Es una sustancia inerte e insoluble en agua, que tiene la capacidad de arder en presencia de un comburente (oxígeno en la mayoría de casos).

A altas temperaturas, se une con el oxígeno y estructura monóxido (CO) o dióxido de carbono (CO_2 ). El segundo es un gas atmosférico que utilizan las plantas durante la fotosíntesis para fabricar alimento; mientras que el CO es un gas producto de la combustión incompleta del dióxido de carbono, por lo que una larga exposición a este es tóxica para los seres vivientes.

Petróleo crudo.

Importancia del carbono

La gasolina que se usa en los automóviles y el gas de uso doméstico pertenecen al grupo de los hidrocarburos, es decir, a grupo más simple de compuestos orgánicos formados por átomos de carbono e hidrógeno. Este combustible es un producto de uso común y proviene del petróleo crudo que se forma por la descomposición y acumulación de restos de seres vivos durante millones de años. ¿En qué otros productos utilizamos el carbono?

Fibras de celulosa vistas al microscopio.

En la industria

El carbono forma parte de una gran variedad de compuestos.

- Celulosa: carbohidrato complejo que se encuentra en la pared celular de las células vegetales. Se utiliza en la elaboración de tejidos de algodón, lino y cáñamo, así como en la confección de papel.
- Plásticos: se producen a partir de polímeros sintéticos de carbono. Actualmente, el plástico biodegradable se fabrica con materias primas orgánicas que proceden de fuentes renovables como plátano, yuca y ciertas legumbres.
- Grafito: es una de las formas elementales del carbono. Se combina con arcilla para elaborar diferentes tipos de mina. El grafito también se utiliza como lubricante, pigmento, material para la fabricación de vidrio y materia prima de electrodos para pilas o baterías.

El policarbonato es una fibra sintética de carbono muy resistente. Se utiliza en construcción.

- Carbón vegetal: empleado para asar a la parrilla. ¿Conoces el lápiz carboncillo? Es un lápiz que proviene del carbono.
- Carbón activado: carbón vegetal poroso que se utiliza como absorbente en los filtros de las máscaras de gas, en los purificadores de agua y en las campanas extractoras de cocina.
- Pastillas de carbón: utilizadas en medicina para absorber las toxinas del sistema digestivo y como remedio para la flatulencia.
- Diamante: compuesto muy apreciado en joyería, sea como adorno o como herramienta para perforar, cortar o pulir otras piedras preciosas.
- Dióxido de carbono sintético: usado en extintores de fuego y en la fabricación de bebidas gaseosas. En estado sólido es el famoso hielo seco.

El hielo seco es CO2 en estado sólido.

En los seres vivos

Todos los seres vivos estamos hechos de carbono; este constituye la materia orgánica. Las moléculas que estructuran cada célula, tejidos y órganos tienen carbono. Al combinarse con hidrógeno (H) y oxígeno (O) –y en ocasiones, azufre, fósforo y nitrógeno– forman las moléculas biológicas u orgánicas que son proteínas, ácidos nucleicos, carbohidratos y lípidos, y que se conocen como macromoléculas o biomoléculas.

Así, la capacidad que tiene el carbono para formar polímeros lo hace un elemento capaz de unirse con moléculas que generan la vida.

TIC

Observa este video que describe la naturaleza del carbono y sus aplicaciones:

www.mayedu.ec/nat8/p24

¿Cómo es posible que un solo elemento forme parte de miles de compuestos, incluyendo a los seres vivos?

¿Qué disciplina estudia exclusivamente la química del carbono?

Otros elementos de la materia orgánica

Aparte del carbono, tenemos los otros elementos que pueden formar parte de la materia orgánica y de los seres vivos.

Hidrógeno (H)

Es el elemento químico más abundante del universo; se encuentra en forma de gas y, unido a otros elementos, produce muchos compuestos como el agua (H_2O) y la mayor parte de la materia orgánica.

Glosario

fotosíntesis. Proceso que las plantas realizan para fabricar sus propios alimentos a partir de CO_2, luz del sol y agua. Como producto, obtienen azúcar y desechan oxígeno.

alcaloides. Sustancias nitrogenadas de ciertos vegetales. Son estimulantes y algunas se emplean en medicina.

ADN. Ácido desoxirribonucleico. Contiene las instrucciones genéticas para el desarrollo y funcionamiento de todos los organismos vivos y algunos virus; es responsable de la transmisión hereditaria.

ARN. Ácido ribonucleico. Participa en la síntesis de proteínas.

ATP. Adenosín tri fosfato es un nucleótido fundamental en la obtención de energía celular.

Oxígeno (O)

Es un elemento químico gaseoso, incoloro, inodoro e insípido. Abunda en la corteza terrestre (constituye la quinta parte del aire atmosférico en su forma molecular O_2 ) y los océanos. Es fundamental para la vida porque los animales lo utilizan en la respiración. Se cumple así un ciclo natural: nosotros respiramos el oxígeno y exhalamos CO_2 como residuo. Este producto es usado por los vegetales para realizar la fotosíntesis.

Nitrógeno (N)

Es un gas que constituye uno de los elementos principales para la vida. Las plantas y muchos organismos dependen de formas inorgánicas del nitrógeno (nitratos, amonio). Los animales necesitan nitrógeno orgánico obtenido directa o indirectamente de las plantas. Junto con el potasio (K) y el fósforo (P) es parte esencial de las plantas. Se encuentra en los aminoácidos, por lo tanto, forma parte de las proteínas. Además está en la clorofila, las hormonas, las vitaminas, los alcaloides y los ácidos nucleicos.

Fósforo (P)

Es un elemento abundante en la naturaleza pero no en estado puro, sino en forma de fosfatos (en estado puro es venenoso y brilla en la oscuridad). Forma parte de los huesos, del ADN, ARN y ATP, y participa en el equilibrio celular. Es necesario para que el cuerpo produzca proteína a fin de repararse y crecer.

Azufre (S)

Es el elemento responsable de mantener el aporte necesario de oxígeno en nuestro cerebro. Ayuda al hígado en la secreción biliar. Interviene con las vitaminas del grupo B en la actividad de los nervios.

Laboratorio casero

Aplica tus conocimientos y analiza una colección de objetos de tu entorno, en los que puedas reconocer los elementos de los que están formados (por ejemplo: un lápiz, una hoja de papel o de un árbol, un vaso con agua, una piedra, etc.). ¿Qué elementos puedes reconocer en estos objetos? Compara tus resultados con los del resto de la clase.

CN.4.3.16. Diseñar una investigación experimental para analizar las características de la materia orgánica e inorgánica en diferentes compuestos, diferenciar los dos tipos de materia según sus propiedades e inferir la importancia de la química.

Niveles de organización de la materia viva

Tema 3

Niveles de organización de la materia viva

Saberes previos

¿De qué niveles de organización está conformado tu cuerpo?

Desequilibrio cognitivo

¿Qué diferencia en nivel de complejidad existe entre un ser humano y una bacteria?

¿Conoces las muñecas rusas o matrioskas? Son una serie de figuras que contienen una cada vez más pequeña; son comparables al nivel de organización de los seres vivos.

Esta propiedad de los seres vivos se estudia como una escala de su organización, que sigue un criterio de menor a mayor complejidad y de menor a mayor organización. Cada uno de los niveles de organización de la materia engloba a los anteriores, así como las muñecas rusas encajan una dentro de la otra.

TIC

Observa este video que describe las propiedades de los seres vivos:

www.mayedu.ec/nat8/p26

¿Puedes describir los niveles de organización de una fruta como la papaya?

Similar a una matrioska, el nivel superior contiene a todos los niveles inferiores.

Asimismo, la materia viva se organiza en diferentes niveles de complejidad creciente. Cada nivel de organización proporciona a la materia propiedades que no se encuentran en los niveles inferiores. Los sistemas vivos tienen bases químicas, pero la cualidad de vida por sí misma surge del nivel celular, pues el nivel básico de los seres vivos es la célula. En general, todos los niveles de organización de los seres vivos están resumidos en tres: químicos, biológicos y ecológicos.

Nivel subatómico: protones y neutrones forman el núcleo del átomo; los electrones forman los orbitales.

Nivel atómico.

Niveles químicos

Corresponden a los primeros niveles, presentes también en la materia no viva:

1. Nivel subatómico

La gasolina que se usa en los automóviles y el gas de uso doméstico pertenecen al grupo de los hidrocarburos, es decir, a grupo más simple de compuestos orgánicos formados por átomos de carbono e hidrógeno. Este combustible es un producto de uso común y proviene del petróleo crudo que se forma por la descomposición y acumulación de restos de seres vivos durante millones de años. ¿En qué otros productos utilizamos el carbono?

2. Nivel atómico

Se constituye por los átomos que forman parte de toda la materia, orgánica e inorgánica. Aquí están casi todos los elementos de la tabla periódica.

3. Nivel molecular

Cuando los átomos se unen, forman compuestos o moléculas. Las uniones se denominan enlaces y estos enlaces obedecen a la fuerza con la que se juntan los átomos. Las moléculas pequeñas pueden juntarse y forman moléculas más complejas, como, por ejemplo, el ADN.

En resumen, las moléculas formadas por uniones de átomos que poseen propiedades físicas y químicas propias constituyen el tercer nivel. En este se encuentran las macromoléculas (moléculas de gran tamaño o formada por múltiples átomos): ácidos nucleicos, proteínas, carbohidratos y lípidos.

Nivel molecular: el ADN.

Niveles biológicos

Corresponden a los niveles de vida. La célula es la unidad básica de vida y, por tanto, el primer nivel biológico. A partir de aquí aparecen los organismos unicelulares y pluricelulares: tejidos, órganos y sistemas.

4. Nivel subcelular

Las moléculas complejas forman organelos celulares. En este nivel se encuentran los virus; a estos organismos no se los puede considerar seres vivos, debido a que no se reproducen por sí mismos, sino que necesitan invadir a una célula para su reproducción. Los organelos, junto con la membrana celular y el núcleo, forman la célula.

5. Nivel celular

Este nivel implica la unión de organelos –que son las estructuras diferenciadas con funciones específicas– para crear sistemas con vida propia y capacidad de autorreplicación y reparación.

6. Nivel tisular

Las células se organizan en tejidos. Los tejidos son conjuntos de células que poseen las mismas características. Cada tejido tiene una propiedad que lo hace único (por ejemplo, tenemos la piel, formada por tejido epitelial y conectivo).

7. Órganos

Los tejidos están agrupados y estructurados en órganos. Cada órgano tiene diversos tejidos que forman una unidad. Los órganos se encargan de una función dentro del organismo (por ejemplo, el corazón bombea la sangre hacia todo el cuerpo).

Glosario

macromoléculas. Molécula de gran tamaño o formada por múltiples átomos, generalmente de peso molecular superior a varios millares.

Nivel celular.

Nivel subcelular, las moléculas forman los organelos.

El nivel tisular está formado por tejidos, que a su vez forman los órganos. En la imagen: el tejido muscular cardíaco y el corazón que está formado por tejido muscular y conectivo.

Interdisciplinariedad

Ciencias y medicina

Normalmente, las células se especializan en tejidos y no cambian su función. Pero las células madre, que se obtienen del cordón umbilical, son útiles para el tratamiento de distintas enfermedades como la leucemia, y son células capaces de dividirse en diversos tipos de células especializadas.

¿Qué aplicaciones ves en la medicina con este descubrimiento?

8. Sistemas

Un sistema es un grupo de órganos con igual estructura y origen. Los órganos se estructuran en sistemas más complejos. Así tenemos los sistemas digestivo, nervioso, circulatorio, esquelético, etc.

Algunos sistemas del organismo.

Niveles ecológicos

Corresponden a los niveles de interacción entre un individuo y otros o su medio exterior.

9. Individuo

Nivel de organización superior en el que las células, tejidos, órganos y sistemas de funcionamiento forman una organización global como un ser vivo.

10. Población

Son un grupo de individuos de la misma especie, que viven en una misma área y en un instante definido.

11. Comunidad

Conglomerado de poblaciones de seres vivos diferentes que viven en un mismo lugar y en un mismo tiempo.

12. Ecosistema

Interacción de la comunidad biológica con el medio físico: es decir, plantas y animales con la tierra, el aire, el agua y el sol. Existe un intercambio de energía y reciclaje de nutrientes.

13. Bioma

Es una gran unidad regional caracterizada por un tipo de vegetación predominante y su fauna asociada que están en una zona climática específica.

14. Biósfera

Conjunto de seres vivos y componentes inertes que comprenden el planeta Tierra.

Comunidad: diferentes especies en un mismo lugar

La biósfera es todo nuestro planeta, el único lugar que tenemos para vivir.

CN.4.1.2. Explorar e identificar los niveles de organización de la materia viva, de acuerdo con el nivel de complejidad.

Laboratorio

Reconocimiento del carbono

Materiales

- Trozo de carbón
- Insecto muerto
- Pedazo de pan
- Hoja seca
- Plato de porcelana
- Alcohol al 70 % o más
- Fósforos
- Papel
- Pieza pequeña de metal
- Corcho
- Sal

Objetivo

Evidenciar las diferencias en forma y estructura de algunas células eucariotas.

Introducción

Hemos visto que la base de la vida es el carbono, pero también existe carbono como parte de sustancias inorgánicas. Esta práctica permitirá determinar qué tipo de materiales poseen el elemento de la vida.

Procedimiento

Toma el trozo de carbono y observa todas sus características.
1. Toma el trozo de carbono y observa todas sus características.
2. Formula la siguiente pregunta: ¿todos los seres vivos tienen carbono?

             Hipótesis

    - Todos los seres orgánicos contienen carbono.
    - Solo algunos seres orgánicos contienen carbono.
    - También las cosas inorgánicas poseen carbono.

1. Coloca la hoja seca en el plato de porcelana y riégala con el alcohol. Enseguida enciende el alcohol, luego recoge el residuo y comprueba si es carbón lo que se ha producido.
2. Limpia el plato de porcelana y coloca el insecto muerto. Repite el paso anterior.
3. Procede con las demás muestras del mismo modo.
4. Escribe tus observaciones y conclusiones según los resultados obtenidos.

Resultados y conclusiones

              - ¿Qué muestras presentaron carbón y cuáles no?
              - ¿Qué cualidades tiene el carbón? Describe el trozo de carbón.
              - ¿Cuál de las hipótesis es correcta?

Infografía

El ser humano ha desarrollado en poquísimo tiempo ciencia y tecnología, lo que ha provocado que la población aumente, requiriendo cada vez más espacio y recursos. Esto lastimosamente está destruyendo de forma acelerada nuestro hogar, la Tierra, y nos estamos enfrentando a una extinción masiva. Es nuestra responsabilidad, entonces, detener esta situación, adoptando medidas amigables con el ecosistema.

Analiza

1. ¿Cuál te parece el problema más grave por el que atraviesa nuestro planeta? ¿Por qué?
2. ¿Qué medidas puedes adoptar tú como individuo para aportar al mejoramiento de nuestro planeta?
3. ¿Cuál te parece la solución más integral para salvar a la Tierra? ¿Por qué?