Células, Desarrollo, Biodiversidad y Conservación

Comenzaste como una sola célula ovocito fecundada. Esta unidad explica cómo esa célula se dividió, cómo las copias fueron mezcladas y reducidas para formar gametos, cómo genes idénticos se convirtieron en tejidos diferentes, y cómo la variedad resultante se cuenta, clasifica y —cada vez más— se defiende. Es la unidad de microscopios, cálculos y definiciones realizadas con precisión.

WBI12 Células, Desarrollo, Biodiversidad y Conservación es la segunda unidad IAS: 1 hora 30 minutos, 80 puntos, todos obligatorios. Evalúa el Tema 3 (Estructura Celular, Reproducción y Desarrollo) y el Tema 4 (Estructura y Función Vegetal, Biodiversidad y Conservación). Se espera etiquetado de diagramas, cálculos de microscopio y aumento, índice de diversidad y preguntas de Hardy–Weinberg, así como respuestas extensas sobre evaluación de la conservación.

Una célula eucariota es un conjunto de compartimentos especializados:

Las células se organizan en tejidos (células similares), órganos (tejidos cooperativos) y sistemas de órganos. Una célula procariota carece de orgánulos unidos por membrana: tiene pared celular, cápsula mucilaginosa, una molécula circular de ADN más plásmidos, ribosomas 70S y, a veces, un flagelo.

Aumento es cuánto más grande es la imagen; resolución es la separación mínima aún visible como dos entidades distintas. Los microscopios ópticos resuelven aproximadamente 200 nm; los haces de electrones, mucho más cortos en longitud de onda, logran resolución de unos pocos nanómetros —pero requieren secciones finas teñidas (TEM) o superficies recubiertas de oro (SEM). $M = \text{image size} / \text{actual size}$, manteniendo unidades consistentes.

Verificación práctica. Un mitocondrio mide 14 mm en una fotografía etiquetada ×20 000. Longitud real $= 14\,000\ \mu\text{m} / 20\,000 = 0.7\ \mu$m. Un núcleo que debe verse con su membrana doble necesita un microscopio electrónico: las dos membranas están más cerca que la resolución de un microscopio óptico.

Meiosis son dos divisiones sucesivas tras una única replicación del ADN, produciendo cuatro células haploides genéticamente diferentes a partir de una célula diploide. Dos procesos generan la variabilidad:

• Asumción independiente — cada par homólogo se alinea y separa al azar en la meiosis I; cada gameto recibe uno de cada par, de cualquiera de los dos padres al azar ($2^n$ combinaciones).
• Entrecruzamiento — en la profase I, cromátidas homólogas intercambian segmentos, mezclando alelos dentro de los pares cromosómicos.

Los gametos mamíferos están especializados para la entrega y provisión: el espermatozoide transporta un acrosoma (enzimas digestivas), una pieza media con mitocondrias y un flagelo; el huevo aporta casi todo el citoplasma y una zona pelúcida que bloquea espermatozoides adicionales tras la reacción cortical. En las plantas con flores, el tubo polínico lleva dos núcleos masculinos: uno fecunda el huevo, el otro los núcleos polares — fecundación doble.

La mitosis produce dos células diploides genéticamente idénticas: crecimiento, reparación, reproducción asexual. La interfase ($G_1$, S — replicación de ADN, $G_2$) ocupa la mayor parte del ciclo; la propia mitosis incluye profase (condensación de cromosomas, formación del huso), metafase (alineación en el ecuador), anafase (fibras del huso tiran de cromátidas hacia los polos), telofase (reforjamiento de membranas nucleares), seguido de citocinesis.

El índice mitótico $=$ células en mitosis $\div$ total de células contadas. Valores altos en una biopsia tisular indican división rápida — una señal de cáncer.

Ejercicio resuelto. Un aplastamiento de punta radicular muestra 36 de 450 células en mitosis: índice $= 36/450 = 0.08 = 8\%$. Si el ciclo dura 20 horas, la mitosis ocupa $0.08 \times 20 = 1.6$ horas.

Una célula madre totipotente puede formar un organismo completo (las primeras divisiones del cigoto); una célula pluripotente (blastocisto interno) puede formar cualquier tejido pero no el organismo entero. La diferenciación ocurre mediante expresión génica diferencial: todas las células conservan el genoma completo, pero cada tipo activa solo su propio subconjunto. Un gen puede producir varias proteínas mediante modificación postranscripcional — elección de empalme del pre-ARNm. El fenotipo final también refleja el entorno (la altura requiere tanto genes como nutrición) y, para muchos rasgos, múltiples genes actuando juntos (herencia poligénica que da variación continua).

Las células vegetales añaden una pared celular de celulosa unida a vecinas por plasmodesmos. Las cadenas de celulosa se agrupan en microfibrillas cuyo entrelazado cruzado otorga resistencia a la tracción; el engrosamiento secundario con lignina fortalece e impermeabiliza.

El agua y los iones importan más allá de beber: el nitrato construye aminoácidos, el calcio cruza enlaces de pectina en paredes y señala dentro de las células, el magnesio reside en el centro de la clorofila — una escasez amarillea las hojas.

La clasificación organiza la vida según características compartidas; el sistema de tres dominios (Bacterias, Arqueas, Eucarya) se basa en evidencia molecular — secuencias de ARN ribosomal — que reveló que las Arqueas están más cerca de nosotros que de las bacterias. Dentro de un hábitat, la diversidad tiene dos medidas:

• Riqueza de especies — cuántas especies hay.
• Índice de diversidad — $D = \dfrac{N(N-1)}{\sum n(n-1)}$, donde $N$ son todos los individuos y $n$ el recuento de cada especie. Un mayor $D$ indica mayor diversidad.

Comprobación resuelta. Hábitat A: 3 especies con recuentos 40, 35, 25 ($N = 100$). $D = 100 \times 99 / (40 \times 39 + 35 \times 34 + 25 \times 24) = 9900 / (1560 + 1190 + 600) = 9900/3350 = 2.96$. Hábitat B: 3 especies, recuentos 90, 6, 4: $D = 9900/(8010 + 30 + 12) = 1.23$. Misma riqueza, pero diferente equilibrio: $D$ revela lo que la riqueza no muestra.

Dentro de una misma especie, el índice de heterocigosis $H =$ (número de heterocigotos) $\div$ (número de individuos) mide la variabilidad genética. Una especie que no se encuentra en ningún otro lugar es endémica, y su hábitat insular la hace a la vez preciosa y frágil.

Un nicho es la forma de vida de una especie: su rol, sus requisitos y sus tolerancias. Las adaptaciones aparecen en tres niveles — anatómico (pelo grueso), fisiológico (variantes enzimáticas) y conductual (temporales de migración).

La ecuación de Hardy-Weinberg sigue las frecuencias alélicas en una población grande, de apareamiento aleatorio, sin selección, migración ni mutación:

$q^2$ = frecuencia del genotipo homocigoto recesivo. Si el 4 % de la población muestra el fenotipo recesivo, entonces $q^2 = 0.04$, por lo tanto $q = 0.2$, $p = 0.8$, y los portadores representan $2pq = 0.32$.

Comprobación resuelta. De un total de 500 zorros, 45 son homocigotos recesivos: $q^2 = 0.09$, $q = 0.3$, $p = 0.7$. Los portadores esperados son $= 2pq \times 500 = 0.42 \times 500 = 210$.

Las preguntas de conservación requieren equilibrio. Los zoológicos y los bancos de semillas preservan especies contra la extinción y gestionan la reproducción en cautiverio, pero consumen espacio, pierden comportamientos naturales y benefician a pocos individuos; la protección de hábitats y los corredores ecológicos conservan la ecología a gran escala, pero requieren terreno, fondos y voluntad política. Evalúe el argumento específico, no solo la intención.

Para la microbiología aquí (y la Unidad 4): cultive bacterias en agar nutritivo o en caldo, usando técnica aséptica — esterilice bujías por flameado, flamee cuellos de botellas, trabaje cerca de una corriente ascendente, selle las placas e incube por debajo de la temperatura corporal para evitar el crecimiento de patógenos humanos. Cuente colonias en placas extendidas o vertidas (cada colonia proviene de una célula o grupo: unidades formadoras de colonias), cuente células con una hemocitómetro o siga la turbidez en caldo.

Comprobación resuelta. En la fase exponencial, la constante de tasa de crecimiento $k = (\log_{10} N_t - \log_{10} N_0)/(0.301 \times t)$. De $1 \times 10^4$ a $4 \times 10^7$ células en 4 horas: diferencia $\log$ $= 3.602$, por lo tanto $k = 3.602/(0.301 \times 4) \approx 3.0$ divisiones por hora —aproximadamente un tiempo de generación de 20 minutos.

1. Calcule el ancho real de un núcleo que aparece con 24 mm de ancho a ×4 000. Exprese su respuesta en µm.
2. Nombre los dos procesos de la meiosis que generan variabilidad genética, y indique cuándo ocurre cada uno.
3. Una célula contiene 2 u.a. de ADN en G1. Dibuje cómo cambia el contenido de ADN durante la fase S, la meiosis I y la meiosis II.
4. Explique por qué todas las células de un blastocisto pueden convertirse en cualquier tejido, pero una célula muscular madura no puede.
5. Explique dos formas en que el xilema está adaptado a su función, una estructural y una química.
6. Dos hábitats contienen cada uno 5 especie vegetal. Explique por qué el índice de diversidad puede seguir siendo diferente entre ellos.
7. En una población de 1 000, 16 personas presentan una condición recesiva. Calcule q, p y el número esperado de portadores.
8. Una especie de caracol es endémica de una sola isla. Explique por qué las especies endémicas enfrentan un mayor riesgo de extinción.
9. Enuncie tres condiciones que debe cumplir una población para que se cumpla la ecuación de Hardy-Weinberg.
10. Mencione un beneficio y una limitación de los bancos de semillas en comparación con la protección del hábitat.

Respuestas: 1 $24\,000/4\,000 = 6\ \mu$m; 2 entrecruzamiento en profase I, assortimiento independiente en metafase/anafase I (y II); 3 aumenta a 4 en S, se reduce a la mitad a 2 después de la meiosis I, se reduce a la mitad a 1 después de la meiosis II, se restaura a 2 en la fecundación; 4 las células del blastocisto son pluripotentes — todos los genes aún pueden activarse/desactivarse; una célula muscular ha desactivado permanentemente otras vías bajo condiciones normales; 5 células muertas huecas y lignificadas forman columnas de agua continuas sin citoplasma para resistir el flujo; la lignina impermeabiliza y fortalece las paredes contra el colapso; 6 D pondera la uniformidad de la abundancia, no solo el recuento de especies; 7 $q^2 = 0.016$, $q \approx 0.126$, $p \approx 0.874$, portadores $2pq \approx 0.22$, aproximadamente 220 personas; 8 un evento local único (tormenta, enfermedad, depredador introducido, pérdida de hábitat) elimina toda la especie de golpe; 9 población grande, apareamiento aleatorio, sin selección/mutación/migración; 10 los bancos de semillas almacenan diversidad genética de forma económica y segura frente a la pérdida de hábitat (beneficio), pero las especies existen fuera de su ecología — sin interacciones, sin evolución in situ, y la recolonización es incierta (limitación).