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1.7: La microscopía revela la diversidad de estructuras y formas de la vida - Biología

1.7: La microscopía revela la diversidad de estructuras y formas de la vida - Biología


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En términos generales, existen dos tipos de microscopía. En Microscopía de luz, la muestra en el portaobjetos se ve a través de lentes de vidrio óptico. En Microscopio de electrones, el espectador está mirando una imagen en una pantalla creada por electrones que pasan o se reflejan en la muestra. Para obtener una muestra de micrografías de luz y electrón, consulte este Galería de Micrografias. Aquí comparamos y contrastamos diferentes técnicas microscópicas.

A. Microscopía óptica

Históricamente, una forma u otra de microscopía óptica ha revelado mucho de lo que sabemos sobre la diversidad celular. Revisar la Dibujos de la mitosispara un recordatorio de cómo se dividen las células eucariotas y luego echa un vistazo El microscopio ópticopara descripciones de diferentes variaciones de microscopía óptica (p. ej., campo claro, campo oscuro, contraste de fase, fluorescencia, etc.). Límites de aumento y resolución de 1200X y 2 mm, (respectivamente) son comunes a todas las formas de microscopía óptica. Las principales variaciones de la microscopía óptica se describen brevemente a continuación.

1. Microscopía de campo brillante es el tipo más común de microscopía óptica, en el que la muestra se ilumina desde abajo. El contraste entre las regiones de la muestra proviene de la diferencia entre la luz absorbida por la muestra y la luz que la atraviesa. Las muestras vivas carecen de contraste en la microscopía de campo brillante convencional porque las diferencias en el índice de refracción entre los componentes de la muestra (p. Ej., Orgánulos y citoplasma en las células) difunden la resolución de la imagen ampliada. Esta es la razón por Microscopía de campo brillante se adapta mejor a muestras fijas y teñidas.

2. En Campo oscuro iluminación, la luz que pasa a través del centro de la muestra se bloquea y la luz que pasa a través de la periferia del haz es difractada ("dispersada") por la muestra. El resultado es un contraste mejorado para ciertos tipos de especímenes, incluidos los vivos, sin fijar y sin teñir.

3 en Microscopía de luz polarizada, la luz se polariza antes de pasar a través de la muestra, lo que permite al investigador lograr el mayor contraste al girar el plano de la luz polarizada que pasa a través de la muestra. Las muestras pueden estar sin fijar, sin teñir o incluso en vivo.

4. Contraste de fase o Microscopía de interferencia mejora el contraste entre las partes de una muestra con índices de refracción más altos (por ejemplo, orgánulos celulares) e índices de refracción más bajos (por ejemplo, citoplasma). Contraste de fase La óptica de microscopía desplaza la fase de la luz que entra en la muestra desde abajo en media longitud de onda para capturar pequeñas diferencias en el índice de refracción y, por lo tanto, aumentar el contraste. La microscopía de contraste de fase es la herramienta más rentable para examinar muestras vivas, no fijadas y no teñidas.

5. En un microscopio de fluorescencia, luz de onda corta y alta energía (generalmente UV) pasa a través de una muestra que ha sido tratada con una sustancia química fluorescente unida covalentemente a otras moléculas (por ejemplo, anticuerpos) que emite fluorescencia cuando es golpeada por la fuente de luz. Este fluorescente etiqueta fue elegido para reconocer y unir moléculas o estructuras específicas en una célula. Así, en microscopio fluorescente, el color visible de la fluorescencia marca la ubicación de la molécula / estructura objetivo en la célula.

6. Microscopia confocal es una variante de microscopía de fluorescencia que permite obtener imágenes a través de muestras y secciones gruesas. El resultado suele ser similar al 3D, con una profundidad de enfoque mucho mayor que otros métodos de microscopio óptico. Haga clic en Galería de imágenes de microscopía confocalver una variedad de micrografías confocales e imágenes relacionadas; mire principalmente los especímenes.

7. Microscopía de láminas de luz de celosía es una variante de microscopía óptica de 100 años de antigüedad que nos permite seguir las estructuras subcelulares y las macromoléculas que se mueven en las células vivas. Recientemente se aplicó para seguir el movimiento y la ubicación celular subcelular de moléculas de ARN asociadas con proteínas en estructuras llamadas Gránulos de ARN (compruébelo en RNA Organization in a New Light).

B. Microscopía electrónica

A diferencia de la microscopía óptica (óptica), la microscopía electrónica genera una imagen pasando electrones a través de una muestra o reflejando los electrones de una muestra y capturando la imagen electrónica en una pantalla. La microscopía electrónica de transmisión (TEM) puede lograr un aumento mucho mayor (hasta 106X) y resolución (2.0 nm) que cualquier forma de microscopía óptica. Microscopía electrónica de barrido (SEM) puede aumentar hasta 105X con una resolución de 3.0-20.0 nm. TEM, junto con estudios bioquímicos y biológicos moleculares, continúa revelando cómo los diferentes componentes celulares trabajan entre sí. El voltaje más alto en Microscopía electrónica de alto voltaje es una adaptación que permite que TEM atraviese secciones más gruesas que el TEM regular (bajo voltaje). El resultado son micrografías con mayor resolución, profundidad y contraste. SEM nos permite examinar la superficie de tejidos, pequeños organismos como insectos e incluso de células y orgánulos. Consulte este enlace para Microscopía electrónica de barridopara obtener una descripción del escaneo de EM, y mire la galería de imágenes de SEM al final de la entrada.

121 Microscopía electrónica


1.1 La ciencia de la biología

Al final de esta sección, podrá hacer lo siguiente:

  • Identificar las características compartidas de las ciencias naturales.
  • Resumir los pasos del método científico
  • Compare el razonamiento inductivo con el razonamiento deductivo
  • Describir los objetivos de la ciencia básica y la ciencia aplicada.

¿Qué es la biología? En términos simples, la biología es el estudio de la vida. Esta es una definición muy amplia porque el alcance de la biología es vasto. Los biólogos pueden estudiar cualquier cosa, desde la vista microscópica o submicroscópica de una célula hasta los ecosistemas y todo el planeta viviente (Figura 1.2). Al escuchar las noticias diarias, se dará cuenta rápidamente de cuántos aspectos de la biología discutimos todos los días. Por ejemplo, los temas de noticias recientes incluyen Escherichia coli (Figura 1.3) brotes en espinacas y Salmonela contaminación en mantequilla de maní. Otros temas incluyen esfuerzos para encontrar una cura para el SIDA, la enfermedad de Alzheimer y el cáncer. A escala global, muchos investigadores están comprometidos a encontrar formas de proteger el planeta, resolver problemas ambientales y reducir los efectos del cambio climático. Todos estos diversos esfuerzos están relacionados con diferentes facetas de la disciplina de la biología.

El proceso de la ciencia

La biología es una ciencia, pero ¿qué es exactamente la ciencia? ¿Qué comparte el estudio de la biología con otras disciplinas científicas? Podemos definir ciencia (del latín scientia, que significa “conocimiento”) como conocimiento que cubre verdades generales o el funcionamiento de leyes generales, especialmente cuando se adquieren y prueban mediante el método científico. De esta definición queda claro que la aplicación del método científico juega un papel importante en la ciencia. El método científico es un método de investigación con pasos definidos que incluyen experimentos y observación cuidadosa.

Examinaremos los pasos del método científico en detalle más adelante, pero uno de los aspectos más importantes de este método es la prueba de hipótesis mediante experimentos repetibles. Una hipótesis es una explicación sugerida para un evento, que se puede probar. Aunque el uso del método científico es inherente a la ciencia, es inadecuado para determinar qué es la ciencia. Esto se debe a que es relativamente fácil aplicar el método científico a disciplinas como la física y la química, pero cuando se trata de disciplinas como la arqueología, la psicología y la geología, el método científico se vuelve menos aplicable a medida que la repetición de experimentos se vuelve más difícil.

Sin embargo, estas áreas de estudio siguen siendo ciencias. Considere la arqueología: aunque no se pueden realizar experimentos repetibles, las hipótesis aún pueden ser respaldadas. Por ejemplo, un arqueólogo puede plantear la hipótesis de que existió una cultura antigua basándose en el hallazgo de una pieza de cerámica. Él o ella podrían formular más hipótesis sobre diversas características de esta cultura, que podrían ser correctas o falsas a través del apoyo continuo o las contradicciones de otros hallazgos. Una hipótesis puede convertirse en una teoría verificada. Una teoría es una explicación probada y confirmada de observaciones o fenómenos. Por lo tanto, es mejor que definamos la ciencia como campos de estudio que intentan comprender la naturaleza del universo.

Ciencias Naturales

¿Qué esperaría ver en un museo de ciencias naturales? Ranas Plantas? ¿Esqueletos de dinosaurios? ¿Exposiciones sobre cómo funciona el cerebro? ¿Un planetario? ¿Gemas y minerales? ¿Tal vez todo lo anterior? La ciencia incluye campos tan diversos como la astronomía, la biología, las ciencias de la computación, la geología, la lógica, la física, la química y las matemáticas (Figura 1.4). Sin embargo, los científicos consideran los campos de la ciencia relacionados con el mundo físico y sus fenómenos y procesos como ciencias naturales. Por lo tanto, un museo de ciencias naturales puede contener cualquiera de los elementos enumerados anteriormente.

Sin embargo, no hay un acuerdo completo a la hora de definir qué incluyen las ciencias naturales. Para algunos expertos, las ciencias naturales son la astronomía, la biología, la química, las ciencias de la tierra y la física. Otros académicos optan por dividir las ciencias naturales en ciencias de la vida, que estudian los seres vivos e incluyen la biología, y las ciencias físicas, que estudian la materia inanimada e incluyen la astronomía, la geología, la física y la química. Algunas disciplinas como la biofísica y la bioquímica se basan en las ciencias físicas y de la vida y son interdisciplinarias. Algunos se refieren a las ciencias naturales como "ciencia dura" porque se basan en el uso de datos cuantitativos. Es más probable que las ciencias sociales que estudian la sociedad y el comportamiento humano utilicen evaluaciones cualitativas para impulsar investigaciones y hallazgos.

No es sorprendente que la ciencia natural de la biología tenga muchas ramas o subdisciplinas. Los biólogos celulares estudian la estructura y función de las células, mientras que los biólogos que estudian anatomía investigan la estructura de un organismo completo. Los biólogos que estudian fisiología, sin embargo, se centran en el funcionamiento interno de un organismo. Algunas áreas de la biología se centran solo en tipos particulares de seres vivos. Por ejemplo, los botánicos exploran las plantas, mientras que los zoólogos se especializan en animales.

Razonamiento científico

Una cosa es común a todas las formas de ciencia: un objetivo final "saber". La curiosidad y la indagación son las fuerzas impulsoras del desarrollo de la ciencia. Los científicos buscan comprender el mundo y la forma en que opera. Para hacer esto, utilizan dos métodos de pensamiento lógico: razonamiento inductivo y razonamiento deductivo.

El razonamiento inductivo es una forma de pensamiento lógico que utiliza observaciones relacionadas para llegar a una conclusión general. Este tipo de razonamiento es común en la ciencia descriptiva. Un científico de la vida, como un biólogo, hace observaciones y las registra. Estos datos pueden ser cualitativos o cuantitativos, y se pueden complementar los datos sin procesar con dibujos, imágenes, fotografías o videos. A partir de muchas observaciones, el científico puede inferir conclusiones (inducciones) basadas en la evidencia. El razonamiento inductivo implica formular generalizaciones inferidas de una observación cuidadosa y analizar una gran cantidad de datos. Los estudios cerebrales proporcionan un ejemplo. En este tipo de investigación, los científicos observan muchos cerebros vivos mientras las personas realizan una actividad específica, como ver imágenes de alimentos. Luego, el científico predice que la parte del cerebro que “se ilumina” durante esta actividad será la parte que controle la respuesta al estímulo seleccionado, en este caso, imágenes de alimentos. La absorción excesiva de derivados radiactivos del azúcar por las áreas activas del cerebro hace que las distintas áreas se "iluminen". Los científicos utilizan un escáner para observar el aumento resultante de radiactividad. Luego, los investigadores pueden estimular esa parte del cerebro para ver si se obtienen respuestas similares.

El razonamiento deductivo o la deducción es el tipo de lógica que se utiliza en la ciencia basada en hipótesis. En el razonamiento deductivo, el patrón de pensamiento se mueve en la dirección opuesta en comparación con el razonamiento inductivo. El razonamiento deductivo es una forma de pensamiento lógico que utiliza un principio o ley general para predecir resultados específicos. A partir de esos principios generales, un científico puede deducir y predecir los resultados específicos que serían válidos siempre que los principios generales sean válidos. Los estudios sobre cambio climático pueden ilustrar este tipo de razonamiento. Por ejemplo, los científicos pueden predecir que si el clima se vuelve más cálido en una región en particular, entonces la distribución de plantas y animales debería cambiar.

Ambos tipos de pensamiento lógico están relacionados con las dos vías principales del estudio científico: ciencia descriptiva y ciencia basada en hipótesis. La ciencia descriptiva (o de descubrimiento), que generalmente es inductiva, tiene como objetivo observar, explorar y descubrir, mientras que la ciencia basada en hipótesis, que generalmente es deductiva, comienza con una pregunta o problema específico y una respuesta o solución potencial que uno puede probar. El límite entre estas dos formas de estudio a menudo se difumina y la mayoría de los esfuerzos científicos combinan ambos enfoques. El límite difuso se hace evidente cuando se piensa en la facilidad con la que la observación puede conducir a preguntas específicas. Por ejemplo, un caballero en la década de 1940 observó que las semillas de las rebabas que se pegaban a su ropa y al pelaje de su perro tenían una estructura de gancho diminuta. En una inspección más cercana, descubrió que el dispositivo de agarre de las rebabas era más confiable que una cremallera. Finalmente, experimentó para encontrar el mejor material que actuara de manera similar y produjo el cierre de velcro que se conoce popularmente en la actualidad como Velcro. La ciencia descriptiva y la ciencia basada en hipótesis están en continuo diálogo.

El método científico

Los biólogos estudian el mundo viviente planteando preguntas sobre él y buscando respuestas basadas en la ciencia. Este enfoque, conocido como método científico, también es común a otras ciencias. El método científico se utilizó incluso en la antigüedad, pero Sir Francis Bacon de Inglaterra (1561-1626) lo documentó por primera vez (Figura 1.5). Estableció métodos inductivos para la investigación científica. El método científico no es utilizado solo por biólogos, investigadores de casi todos los campos de estudio pueden aplicarlo como un método lógico y racional de resolución de problemas.

El proceso científico generalmente comienza con una observación (a menudo un problema que resolver) que conduce a una pregunta. Pensemos en un problema simple que comienza con una observación y aplicamos el método científico para resolver el problema. Un lunes por la mañana, un estudiante llega a clase y rápidamente descubre que el aula hace demasiado calor. Esa es una observación que también describe un problema: el aula hace demasiado calor. Luego, el estudiante hace una pregunta: "¿Por qué el salón de clases es tan cálido?"

Proponer una hipótesis

Recuerde que una hipótesis es una explicación sugerida que se puede probar. Para resolver un problema, se pueden proponer varias hipótesis. Por ejemplo, una hipótesis podría ser: "El aula está caliente porque nadie encendió el aire acondicionado". Sin embargo, podría haber otras respuestas a la pregunta y, por lo tanto, se pueden proponer otras hipótesis. Una segunda hipótesis podría ser: "El aula está caliente porque hay un corte de energía y, por lo tanto, el aire acondicionado no funciona".

Una vez que se ha seleccionado una hipótesis, el estudiante puede hacer una predicción. Una predicción es similar a una hipótesis, pero normalmente tiene el formato “Si. . . luego . . . . " Por ejemplo, la predicción de la primera hipótesis podría ser "Si el alumno enciende el aire acondicionado, luego el aula ya no estará demasiado caliente ".

Probando una hipótesis

Una hipótesis válida debe ser comprobable. También debe ser falsable, lo que significa que los resultados experimentales pueden refutarlo. Es importante destacar que la ciencia no pretende "probar" nada porque los conocimientos científicos siempre están sujetos a modificaciones con más información. Este paso, la apertura a refutar ideas, es lo que distingue a las ciencias de las no ciencias. La presencia de lo sobrenatural, por ejemplo, no es comprobable ni falsable. Para probar una hipótesis, un investigador realizará uno o más experimentos diseñados para eliminar una o más de las hipótesis. Cada experimento tendrá una o más variables y uno o más controles. Una variable es cualquier parte del experimento que puede variar o cambiar durante el experimento. El grupo de control contiene todas las características del grupo experimental, excepto que no se le da la manipulación que el investigador plantea como hipótesis. Por lo tanto, si los resultados del grupo experimental difieren de los del grupo de control, la diferencia debe deberse a la manipulación hipotetizada, más que a algún factor externo. Busque las variables y los controles en los ejemplos siguientes. Para probar la primera hipótesis, el estudiante averiguaría si el aire acondicionado está encendido. Si el aire acondicionado está encendido pero no funciona, debería haber otra razón y el estudiante debería rechazar esta hipótesis. Para probar la segunda hipótesis, el alumno podría comprobar si las luces del aula funcionan. Si es así, no hay corte de energía y el estudiante debe rechazar esta hipótesis. Los estudiantes deben probar cada hipótesis mediante la realización de experimentos apropiados. Tenga en cuenta que rechazar una hipótesis no determina si se pueden aceptar las otras hipótesis o no. Simplemente elimina una hipótesis que no es válida (Figura 1.6). Usando el método científico, el estudiante rechaza las hipótesis que son inconsistentes con los datos experimentales.

Si bien este ejemplo de "aula cálida" se basa en resultados de observación, otras hipótesis y experimentos pueden tener controles más claros. Por ejemplo, un estudiante puede asistir a clase el lunes y darse cuenta de que tiene dificultades para concentrarse en la conferencia. Una observación para explicar este hecho podría ser: "Cuando desayuno antes de clase, puedo prestar más atención". Luego, el estudiante podría diseñar un experimento con un control para probar esta hipótesis.

En la ciencia basada en hipótesis, los investigadores predicen resultados específicos a partir de una premisa general. A este tipo de razonamiento lo llamamos razonamiento deductivo: la deducción procede de lo general a lo particular. Sin embargo, el proceso inverso también es posible: a veces, los científicos llegan a una conclusión general a partir de una serie de observaciones específicas. A este tipo de razonamiento lo llamamos razonamiento inductivo, y procede de lo particular a lo general. Los investigadores a menudo usan el razonamiento inductivo y deductivo en conjunto para avanzar en el conocimiento científico (Figura 1.7). En los últimos años se ha desarrollado un nuevo enfoque de prueba de hipótesis como resultado de un crecimiento exponencial de los datos depositados en varias bases de datos. Utilizando algoritmos informáticos y análisis estadísticos de datos en bases de datos, un nuevo campo de la denominada "investigación de datos" (también denominada investigación "in silico") proporciona nuevos métodos de análisis de datos y su interpretación. Esto aumentará la demanda de especialistas tanto en biología como en informática, una prometedora oportunidad profesional.

Conexión visual

En el siguiente ejemplo, el método científico se utiliza para resolver un problema cotidiano. Relacionar los pasos del método científico (elementos numerados) con el proceso de resolución del problema cotidiano (elementos con letras). Según los resultados del experimento, ¿es correcta la hipótesis? Si es incorrecta, proponga algunas hipótesis alternativas.

1. Observación una. Hay algún problema con la toma de corriente.
2. Pregunta B. Si hay algún problema con el tomacorriente, mi cafetera tampoco funcionará cuando esté enchufada.
3. Hipótesis (respuesta) C. Mi tostadora no tuesta mi pan.
4. Predicción D. Enchufo mi cafetera al tomacorriente.
5. Experimente mi. Mi cafetera funciona.
6. Resultado F. ¿Por qué no funciona mi tostadora?

Conexión visual

Decide si cada uno de los siguientes es un ejemplo de razonamiento inductivo o deductivo.

  1. Todos los pájaros e insectos voladores tienen alas. Los pájaros y los insectos baten sus alas mientras se mueven por el aire. Por tanto, las alas permiten el vuelo.
  2. Los insectos generalmente sobreviven mejor a los inviernos suaves que a los duros. Por lo tanto, las plagas de insectos se volverán más problemáticas si aumentan las temperaturas globales.
  3. Los cromosomas, los portadores del ADN, se distribuyen uniformemente entre las células hijas durante la división celular. Por lo tanto, cada célula hija tendrá el mismo conjunto de cromosomas que la célula madre.
  4. Los animales tan diversos como los humanos, los insectos y los lobos exhiben un comportamiento social. Por tanto, el comportamiento social debe tener una ventaja evolutiva.

El método científico puede parecer demasiado rígido y estructurado. Es importante tener en cuenta que, aunque los científicos a menudo siguen esta secuencia, existe flexibilidad. A veces, un experimento lleva a conclusiones que favorecen un cambio de enfoque. A menudo, un experimento trae preguntas científicas completamente nuevas al rompecabezas. Muchas veces, la ciencia no opera de manera lineal. En cambio, los científicos continuamente hacen inferencias y generalizaciones, encontrando patrones a medida que avanza su investigación. El razonamiento científico es más complejo de lo que sugiere el método científico por sí solo. Observe también que podemos aplicar el método científico para resolver problemas que no son necesariamente de naturaleza científica.

Dos tipos de ciencia: ciencia básica y ciencia aplicada

La comunidad científica ha estado debatiendo durante las últimas décadas sobre el valor de diferentes tipos de ciencia. ¿Es valioso dedicarse a la ciencia por el simple hecho de adquirir conocimiento, o el conocimiento científico solo tiene valor si podemos aplicarlo para resolver un problema específico o para mejorar nuestras vidas? Esta pregunta se centra en las diferencias entre dos tipos de ciencia: ciencia básica y ciencia aplicada.

La ciencia básica o ciencia “pura” busca expandir el conocimiento independientemente de la aplicación a corto plazo de ese conocimiento. No se centra en desarrollar un producto o un servicio de valor público o comercial inmediato. El objetivo inmediato de la ciencia básica es el conocimiento por el conocimiento, aunque esto no significa que, al final, no pueda resultar en una aplicación práctica.

Por el contrario, la ciencia aplicada o "tecnología" tiene como objetivo utilizar la ciencia para resolver problemas del mundo real, haciendo posible, por ejemplo, mejorar el rendimiento de un cultivo, encontrar una cura para una enfermedad en particular o salvar animales amenazados por un desastre natural. (Figura 1.8). En ciencia aplicada, el problema suele ser definido por el investigador.

Algunas personas pueden percibir la ciencia aplicada como "útil" y la ciencia básica como "inútil". Una pregunta que estas personas podrían plantear a un científico que defiende la adquisición de conocimientos sería: "¿Para qué?" Sin embargo, una mirada cuidadosa a la historia de la ciencia revela que el conocimiento básico ha dado lugar a muchas aplicaciones notables de gran valor. Muchos científicos piensan que es necesaria una comprensión básica de la ciencia antes de que los investigadores desarrollen una aplicación, por lo tanto, la ciencia aplicada se basa en los resultados que los investigadores generan a través de la ciencia básica. Otros científicos piensan que es hora de pasar de la ciencia básica para encontrar soluciones a problemas reales. Ambos enfoques son válidos. Es cierto que hay problemas que requieren atención inmediata, sin embargo, los científicos encontrarían pocas soluciones sin la ayuda de la amplia base de conocimiento que genera la ciencia básica.

Un ejemplo de cómo la ciencia básica y aplicada pueden trabajar juntas para resolver problemas prácticos ocurrió después de que el descubrimiento de la estructura del ADN condujo a la comprensión de los mecanismos moleculares que gobiernan la replicación del ADN. Las hebras de ADN, únicas en cada ser humano, se encuentran en nuestras células, donde brindan las instrucciones necesarias para la vida. Cuando el ADN se replica, produce nuevas copias de sí mismo, poco antes de que una célula se divida. Comprender los mecanismos de replicación del ADN permitió a los científicos desarrollar técnicas de laboratorio que los investigadores ahora utilizan para identificar enfermedades genéticas, identificar a las personas que se encontraban en la escena del crimen y determinar la paternidad. Sin ciencia básica, es poco probable que exista ciencia aplicada.

Otro ejemplo del vínculo entre la investigación básica y aplicada es el Proyecto Genoma Humano, un estudio en el que los investigadores analizaron y mapearon cada cromosoma humano para determinar la secuencia precisa de subunidades de ADN y la ubicación exacta de cada gen. (El gen es la unidad básica de la herencia representada por un segmento de ADN específico que codifica una molécula funcional. La colección completa de genes de un individuo es su genoma). Los investigadores han estudiado otros organismos menos complejos como parte de este proyecto con el fin de obtener una mejor comprensión de los cromosomas humanos. El Proyecto del Genoma Humano (Figura 1.9) se basó en la investigación básica con organismos simples y, más tarde, con el genoma humano. Finalmente, un objetivo final importante se convirtió en el uso de los datos para la investigación aplicada, la búsqueda de curas y diagnósticos tempranos de enfermedades relacionadas genéticamente.

Si bien los científicos generalmente planifican cuidadosamente los esfuerzos de investigación tanto en ciencia básica como en ciencia aplicada, tenga en cuenta que algunos descubrimientos se realizan por casualidad, es decir, por medio de un accidente afortunado o una sorpresa afortunada. El biólogo escocés Alexander Fleming descubrió la penicilina cuando accidentalmente dejó una placa de Petri de Estafilococo bacterias abiertas. Un moho no deseado creció en el plato, matando las bacterias. La curiosidad de Fleming por investigar el motivo de la muerte bacteriana, seguida de sus experimentos, llevó al descubrimiento del antibiótico penicilina, que es producido por el hongo. Penicillium. Incluso en el mundo altamente organizado de la ciencia, la suerte, cuando se combina con una mente observadora y curiosa, puede conducir a avances inesperados.

Informar el trabajo científico

Ya sea que la investigación científica sea ciencia básica o ciencia aplicada, los científicos deben compartir sus hallazgos para que otros investigadores puedan expandir y construir sobre sus descubrimientos. La colaboración con otros científicos, al planificar, realizar y analizar resultados, es importante para la investigación científica. Por esta razón, aspectos importantes del trabajo de un científico se comunican con sus pares y difunden los resultados a sus pares. Los científicos pueden compartir los resultados presentándolos en una reunión o conferencia científica, pero este enfoque solo puede llegar a unos pocos que están presentes. En cambio, la mayoría de los científicos presentan sus resultados en manuscritos revisados ​​por pares que se publican en revistas científicas. Los manuscritos revisados ​​por pares son artículos científicos que revisan los colegas o pares de un científico. Estos colegas son personas calificadas, a menudo expertos en la misma área de investigación, que juzgan si el trabajo del científico es adecuado para su publicación. El proceso de revisión por pares ayuda a garantizar que la investigación en un artículo científico o propuesta de subvención sea original, significativa, lógica y completa. Las propuestas de subvenciones, que son solicitudes de financiación de la investigación, también están sujetas a revisión por pares. Los científicos publican su trabajo para que otros científicos puedan reproducir sus experimentos en condiciones similares o diferentes para ampliar los hallazgos.

Un artículo científico es muy diferente a la escritura creativa. Aunque se requiere creatividad para diseñar experimentos, existen pautas fijas a la hora de presentar resultados científicos. Primero, la escritura científica debe ser breve, concisa y precisa. Un artículo científico debe ser conciso pero lo suficientemente detallado como para permitir que los compañeros reproduzcan los experimentos.

El artículo científico consta de varias secciones específicas: introducción, materiales y métodos, resultados y discusión. Esta estructura a veces se denomina formato "IMRaD". Por lo general, hay secciones de reconocimiento y referencia, así como un resumen (un resumen conciso) al comienzo del artículo. Puede haber secciones adicionales según el tipo de artículo y la revista donde se publicará. Por ejemplo, algunos artículos de revisión requieren un esquema.

La introducción comienza con información de antecedentes breve, pero amplia, sobre lo que se conoce en el campo. Una buena introducción también da la razón fundamental del trabajo. Justifica el trabajo realizado y también menciona brevemente el final del trabajo, donde el investigador presentará la hipótesis o pregunta de investigación que impulsa la investigación. La introducción se refiere al trabajo científico publicado por otros y, por lo tanto, requiere citas siguiendo el estilo de la revista. Usar el trabajo o las ideas de otros sin una cita adecuada es plagio.

La sección de materiales y métodos incluye una descripción completa y precisa de las sustancias que utilizan los investigadores, y el método y las técnicas que utilizan para recopilar datos. La descripción debe ser lo suficientemente completa como para permitir que otro investigador repita el experimento y obtenga resultados similares, pero no tiene que ser detallada. Esta sección también incluirá información sobre cómo los investigadores realizaron las mediciones y los tipos de cálculos y análisis estadísticos que utilizaron para examinar los datos sin procesar. Aunque la sección de materiales y métodos ofrece una descripción precisa de los experimentos, no los analiza.

Algunas revistas requieren una sección de resultados seguida de una sección de discusión, pero es más común combinar ambas. Si la revista no permite combinar ambas secciones, la sección de resultados simplemente narra los hallazgos sin ninguna interpretación adicional. Los investigadores presentan los resultados con tablas o gráficos, pero no presentan información duplicada. En la sección de discusión, los investigadores interpretarán los resultados, describirán cómo se pueden relacionar las variables e intentarán explicar las observaciones. Es indispensable realizar una búsqueda bibliográfica extensa para poner los resultados en el contexto de investigaciones científicas previamente publicadas. Por lo tanto, los investigadores también incluyen citas adecuadas en esta sección.

Finalmente, la sección de conclusiones resume la importancia de los hallazgos experimentales. Si bien el artículo científico responde casi con certeza a una o más preguntas científicas que plantearon los investigadores, cualquier buena investigación debería dar lugar a más preguntas. Por lo tanto, un artículo científico bien hecho permite a los investigadores y a otras personas continuar y ampliar los hallazgos.

Los artículos de revisión no siguen el formato IMRAD porque no presentan hallazgos científicos originales o literatura primaria. En su lugar, resumen y comentan los hallazgos que se publicaron como literatura primaria y, por lo general, incluyen secciones de referencia extensas.


Introducción

Cada vez hay más pruebas de que los patógenos pueden desempeñar un papel importante en la disminución de especies (Bunbury et al. 2007). Parásitos hemosporidianos, incluidos Plasmodium, conocida como malaria aviar y patógenos similares a la malaria relacionados Leucocitozoon y subgéneros Haemoproteus y Parahaemoproteus se han asociado con afectar negativamente la dinámica de las poblaciones de aves (Yanga et al. 2011 Yoshimura et al. 2014). Varios estudios demostraron diferentes costos en los rasgos de la historia de vida asociados con las infecciones por hemosporidios, como el deterioro de la condición corporal (Valkiūnas et al. 2006), la reducción del éxito reproductivo (Merino et al. 2000 Marzal et al. 2005 Knowles et al. 2010). y menor probabilidad de supervivencia (Earle et al. 1993 Sol et al. 2003 Bunbury et al. 2007 Lachish et al. 2011).

Los parásitos hemosporidianos están muy extendidos e infectan una gran variedad de especies hospedadoras de aves (Valkiūnas 2005 Boundenga et al. 2017). No obstante, la mayoría de los estudios se han centrado específicamente en los hemosporidios de aves paseriformes, mientras que la investigación sobre especies hospedadoras no paseriformes está infrarrepresentada (Santiago-Alarcon et al. 2010 Clark et al. 2014). Hay solo un pequeño número de publicaciones recientes que tratan de los parásitos hemosporidianos en aves columbiformes silvestres, particularmente en Europa, aparte de la paloma salvaje. Columba livia domestica (por ejemplo, Sol et al.2003 Foronda et al.2004 Scaglione et al.2015).

In general, given their common evolutionary background, closely related host species (i.e. species belonging to the same family) are expected to be similar in their susceptibility to parasitic infestations and exposure to vectoring dipterans and their parasite community (Ricklefs and Fallon 2002 Dubiec et al. 2016 Ciloglu et al. 2020a Ellis et al. 2020). However, only few studies have presented data on the prevalence and diversity of haemosporidian parasites in closely related bird species. Differences in prevalence between species are associated with several factors and the interactions between those, including life-history traits and ecology of the hosts and vectors, parasite characteristics and environmental conditions, that may affect the activity of vectors and the development of parasites (Sol et al. 2000 Gupta et al. 2011 Quillfeldt et al. 2011 Hellard et al. 2016 Chakarov et al. 2020 Ciloglu et al. 2020b Ellis et al. 2020). Also different behavioural characteristics (e.g. cavity-nesting vs. open-nesting or migrant vs. resident species) may influence haemosporidian prevalence and community (Dunn et al. 2017 Emmenegger et al. 2018), whereas no evidence that closely related host species share parasites due to overlapping geographic ranges was found (Ciloglu et al. 2020a). Cavity-nesting species may be shielded from vector exposure due to their enclosed surroundings, while open-nesting birds should be more susceptible to flying dipteran vectors. Migratory species, particularly long-distance migrants, are expected to host a higher diversity of parasites (Walther et al. 2016 Emmenegger et al. 2018 Ciloglu et al. 2020b) as they encounter parasites and their vectors in multiple ecosystems each year, whereas residents only encounter parasites in one ecosystem (Møller and Erriyzøe 1998). The European turtle dove Streptopelia turtur (henceforth turtle dove) is the only long-distance migrant among the columbiform birds we tested. The European population follows three main migration flyways (western, central and eastern) between Europe and sub-Saharan Africa (Marx et al. 2016). The population trend of turtle doves across Europe declined by almost 80% since the 1970s, whereas population trends of other columbiform species, like Common woodpigeon C. palumbus (henceforth woodpigeon) and stock dove C. oenas, are increasing (PECBMS 2020). Stock doves and woodpigeons from Central Europe are partial migrants. Migratory individuals are mainly wintering in France and Iberia (Cramp 1985 von Blotzheim and Bauer 1994). The main reasons for the turtle dove population decline are the loss of good-quality habitats as well as illegal and unsustainable legal hunting. Additional threats were identified, but these are either considered to have a small or unknown impact or need further research (Fisher et al. 2018) among these are diseases like haemosporidian infections.

We used molecular and microscopic techniques to screen the columbiform species for haemosporidian infections and to identify genetic lineages in order to test the following hypotheses: (i) the prevalence of haemosporidian parasites is higher in long-distance compared to short-distance migratory or resident species, (ii) the diversity of lineages differs among related species and (iii) the prevalence and lineage occurrence in turtle doves varies across their flyways due to possible differing parasite-vector-communities at different breeding, stopover and wintering areas.


DISCUSIÓN

Adipose tissue is perhaps the most structurally dynamic tissue in the adult human body. Its capacity to grow and shrink in size by large magnitudes is fundamental to human metabolism, health, fitness, and adaptation. Unraveling the mechanisms of this process has become increasingly important because of the growing obesity epidemic, afflicting more than 40% of the adult U.S. population and an increasing fraction of the worldwide population, including countries at all levels of development (41). Tissue microenvironments and macrophage cells are believed to be essential to adipose dynamics, with CLSs believed to be the histopathological inflammatory connection to obesity comorbidities, including metabolic disorders, glucose intolerance, and cardiovascular events (9). The counterintuitive necessity to pare and kill off cells to grow tissue in the obese state is not yet fully understood, partly because of our incomplete ability to correlate microscopic tissue structures with global tissue metabolism. Our current understanding has been limited to analyses from 2D adipose tissue sections with limited 3D structural information, and nonlinear changes have been observed in the progressive development of obesity (42). 3D analysis is needed to accurately assess CLS features such as cell composition, size, and shape, while rare events such as large CLS structures may not be possible to identify in 2D datasets. Whether these additional features will further improve correlation with clinical conditions or predict progression to comorbidities will be the focus of further studies. Time course microscopy in living tissues has revealed important dynamic processes in adipose tissues (43) however, there are considerable limitations to these techniques, as the spatial depth of confocal imaging only allows observations at the tissue periphery and with low throughput. Tissue clearing and deep learning–based image processing instead provide the capacity to comprehensively map all CLS structures and to further evaluate cell-cell interactions with much richer detail, albeit without the capacity for longitudinal analysis of individual structures (15, 44). Further studies will be needed to analyze cell subclassifications involved, as single-cell sequencing in lean and obese adipose tissues revealed seven distinct subclasses of macrophages (45). Adipocytes, while not directly probed in this work, can also be evaluated using related image analysis workflows, which may yield further insights into factors modulating organism-level metabolism, such as adipokines (e.g., adiponectin and leptin) or free fatty acids. Advanced forms of multiplexed immunolabeling, potentially applying technologies like quantum dots, will be necessary to identify numerous additional cell types and phenotype markers in heterogeneous tissue microenvironments (46) to help understand their spatial relationships, contributions to pathologies, and response to interventions. These workflows may similarly contribute to the development of novel bioengineering technologies in adipose tissue, which is a common source of stem cells, a target for novel biopharmaceuticals, and a potential depot for drug delivery (47, 48). While applications in the sciences are clear, there are still challenges that prevent the use of 3D imaging techniques in the clinic for histopathological analyses, such as long immunolabeling times and low-throughput analysis methods for terabyte-sized data (44). Deep learning in the most recent 10 years has led to streamlined procedures for image processing and analysis, with particularly impactful contributions for object recognition and localization, processes that have traditionally been manual bottlenecks in image analysis. Nevertheless, the coordinated development of tissue clearing and labeling approaches, microscopy modalities, and advanced deep learning algorithms can together drive solutions to the challenges in 3D structural biology of tissue.


Technology Aids in Important Discovery

One enzyme that&rsquos crucial to the assembly of Hedgehog proteins is known as Hedgehog acetyltransferase, or HHAT. It acts like a machine on an assembly line to link two components together and form the final Hedgehog product. Once HHAT completes this assembly step, the finished Hedgehog protein acts as a messenger. For this reason, inhibitors of HHAT, which prevent it from completing its assembly, could potentially be useful for the treatment of certain cancers that depend on Hedgehog messages.

MSK scientists are able to probe the shapes of proteins more completely than ever before thanks to an advanced imaging technology called cryogenic electron microscopy (cryo-EM), which MSK acquired in 2016.

Older methods of looking at proteins&rsquo structures, such as X-ray crystallography, require molecules to be crystallized in a repeating array, similar to a salt crystal. This can limit the ability to study proteins that are flexible. For the HHAT enzyme, it&rsquos particularly challenging because the protein is normally embedded within a membrane inside a cell.

&ldquoMembrane proteins are generally more difficult to study in the laboratory than other types of proteins, and, consequently, we know less about how they work,&rdquo Dr. Long says. Because cryo-EM doesn&rsquot require proteins to be crystallized, researchers can now decipher what the proteins look like more easily.


A Review of All Cell Organelles Through Q&As

Viruses are considered the only living organisms that do not have cells. Viruses are made up of genetic material (DNA or RNA) enclosed in a protein capsule. They do not have membranes, cell organelles, or own metabolism.

3. In 1665, Robert Hooke, an English scientist, published his book Micrographia, in which he described that pieces of cork viewed under a microscope presented small cavities, similar to pores and filled with air. Based on knowledge discovered later on, what do you think those cavities were composed of? What is the historical importance of this observation?

The walls of the cavities observed by Hooke were the walls of the plant cells that form the tissue. This observation led to the discovery of cells, a fact only possible after the invention of the microscope. In that book, Hooke established the term “cell", which is now widely used in biology, to designate those cavities seen under the microscope.

Eukaryotic and Prokaryotic Cells

4. What are the two main groups into which cells are classified?

Cells can be classified as eukaryotic or prokaryotic.

Prokaryotic cells are those that do not have an enclosed nucleus. Eukaryotic cells are those with a nucleus enclosed by a membrane.

5. Do the cells of bacteria have a nucleus?

In bacteria, genetic material is contained in the cytosol and there is no internal membrane that encloses a nucleus.

6. Are any bacteria made of more than one cell?

There are no pluricellular bacteria. All bacteria are unicellular and prokaryotic.

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Membrana de plasma

7. What is the plasma membrane of the cell? What are its main functions?

The plasma membrane is the outer membrane of a cell, it encloses the cell itself, maintaining specific conditions for cellular function within the cell. Since it is selectively permeable, the plasma membrane plays an important role in the entrance and exit of substances.

8. What chemical substances compose the plasma membrane?

The main components of the plasma membrane are phospholipids, proteins and carbohydrates. Phospholipids are amphipathic molecules that are regularly organized in the membrane according to their polarity: two layers of phospholipids form the lipid bilayer, with the polar part of the phospholipids pointing to the exterior part of the layer and the non-polar phospholipid chains toward the interior. Proteins can be found embedded in the lipid bilayer. In addition, there are also some carbohydrates bound to proteins and to phospholipids in the outer surface of the membrane.

9. What is the difference between a plasma membrane and a cell wall?

A plasma membrane and a cell wall are not the same thing. The plasma membrane, also called the cell membrane, is the outer membrane common to all living cells, made of a phospholipid bilayer, embedded proteins and some bound carbohydrates.

Because cell membranes are fragile, in some types of cells, there are also external structures to support and protect the membrane, like the cellulose wall of plant cells and the chitin wall of some fungi cells. Most bacteria also have an outer cell wall made of peptidoglycans and other organic substances.

Cell Structure Review - Image Diversity: cell wall

10. What are the main respective components of cell walls in bacteria, protists, fungi and plants?

In bacteria, the cell wall is made of peptidoglycans among protists, algae have cell walls made of cellulose in fungi, the cell wall is made of chitin (the same substance that makes the exoskeleton of arthropods) and in plants, the cell wall is also made of cellulose.

11. Are membranes only present as the outside of cells?

Lipid membranes do not only form the outer layer of cells. Cell organelles, such as the Golgi complex, mitochondria, chloroplasts, lysosomes, the endoplasmic reticula and the nucleus, are also enclosed by membranes.

Cell Structure Review - Image Diversity: cell nucleus

Nucleo celular

12. Which type of cell evolved first, the eukaryotic cell or the prokaryotic cell?

This is an interesting problem of biological evolution. The most accepted hypothesis claims that the simpler cell, the prokaryotic cell, appeared earlier in evolution than the more complex eukaryotic cell. The endosymbiotic hypothesis, for example, claims that aerobic eukaryotic cells appeared from the mutualistic ecological interaction between aerobic prokaryotes and primitive anaerobic eukaryotes.

13. Regarding the presence of the nucleus, what is the difference between animal and bacterial cells?

Animal cells (the cells of organisms of the kingdom Animalia) have an interior membrane that encloses a cell nucleus and are therefore eukaryotic cells. In these cells, the genetic material is located within the nucleus. Bacterial cells (the cells of living organisms of the kingdom Monera) do not have organized cellular nuclei and are therefore prokaryotic cells. Their genetic material is found in the cytosol.

14. What are the three main parts of a eukaryotic cell?

Eukaryotic cells can be divided into three main parts: the cell membrane that physically separates the intracellular space from the outer space by enclosing the cell the cytoplasm, the interior portion filled with cytosol (the aqueous fluid inside the cell) and the nucleus, the membrane-enclosed internal region that contains genetic material.

15. What are the main structures within the nucleus of a cell?

Within the nucleus of a cell, the main structures are: the nucleolus, an optically dense region, sphere shaped region, which contains concentrated ribosomal RNA (rRNA) bound to proteins (there may be more than one nucleolus in a nucleus) the chromatin, made of DNA molecules released into the nuclear matrix during cell interphase and the karyotheca, or nuclear membrane, which is the membrane that encloses the nucleus.

16. What substances is chromatin made up of? What is the difference between chromatin and a chromosome?

Chromatin, dispersed in the nucleus, is a set of filamentous DNA molecules attached to nuclear proteins called histones. Each DNA filament is a double helix of DNA and therefore a chromosome.

17. What is the fluid that fills the nucleus called?

The aqueous fluid that fills the nuclear region is called karyolymph, or the nucleoplasm. This fluid contains proteins, enzymes and other important substances for nuclear metabolism.

18. What substances make up the nucleolus? Is there a membrane around the nucleolus?

The nucleolus is a region within the nucleus made of ribosomal RNA (rRNA) and proteins. It is not enclosed by a membrane.

19. What is the name of the membrane that encloses the nucleus? Which component of cell structure is contiguous to this membrane?

The nuclear membrane is also called the karyotheca. The nuclear membrane is contiguous to the endoplasmic reticulum membrane.

The Cytoplasm

20. What are the main structures of the cytoplasm present in animal cells?

The main structures of the cytoplasm of a cell are centrioles, the cytoskeleton, lysosomes, mitochondria, peroxisomes, the Golgi apparatus, the endoplasmic reticula and ribosomes.

21. What are cytoplasmic inclusions?

Cytoplasmic inclusions are foreign molecules added to the cytoplasm, such as pigments, organic polymers and crystals. They are not considered cell organelles.

Fat droplets and glycogen granules are examples of cytoplasmic inclusions.

Ribosomas

22. Where in the cell can ribosomes be found? What is the main biological function of ribosomes?

Ribosomes can be found unbound in the cytoplasm, attached to the outer side of the nuclear membrane or attached to the endoplasmic reticulum membrane that encloses the rough endoplasmic reticulum. Ribosomes are the structures in which protein synthesis takes place.

The Endoplasmic Reticulum

23. What is the difference between the smooth and rough endoplasmic reticulum?

The endoplasmic reticulum is a delicate membrane structure that is contiguous to the nuclear membrane and which is present in the cytoplasm. It forms an extensive net of channels throughout the cell and is classified into rough or smooth types.

The rough endoplasmic reticulum has a large number of ribosomes attached to the external side of its membrane. The smooth endoplasmic reticulum does not have ribosomes attached to its membrane.

The main functions of the rough endoplasmic reticulum are the synthesis and storage of proteins made in the ribosomes. The smooth endoplasmic reticulum plays a role in lipid synthesis and, in muscle cells, it is important in carrying out of contraction stimuli.

The Golgi Apparatus

24. A netlike membrane complex of superposed flat saccules with vesicles detaching from its extremities seen is observed during electron microscopy. What is the observed structure called? What is its biological function?

What is being observed is the Golgi complex, or Golgi apparatus. This cytoplasmic organelle is associated with chemical processing and the modification of proteins made by the cell as well as with the storage and marking of these proteins for later use or secretion. Vesicles seen under an electronic microscope contain materials already processed, ਊnd which are ready to be exported (secreted) by the cell. The vesicles detach from the Golgi apparatus, travel across the cytoplasm and fuse with the plasma membrane, secreting their substances to the exterior.

Lysosomes and Peroxysomes

25. Which organelle of the cell structure is responsible for intracellular digestion? What is the chemical content of those organelles?

Intracellular digestion occurs through the action of lysosomes. Lysosomes contain digestive enzymes (hydrolases) that are produced in the rough endoplasmic reticulum and stored in the Golgi apparatus. Lysosomes are hydrolase-containing vesicles that detach from the Golgi apparatus.

26. Why are lysosomes known as “the cleaners” of cell waste?

Lysosomes carry out autophagic and heterophagic digestion. Autophagic digestion occurs when residual substances of the cellular metabolism are digested. Heterophagic digestion takes place when substances that enter the cell are digested. Lysosomes enfold the substances to be broken down, forming digestive vacuoles or residual vacuoles, which later migrate toward the plasma membrane, fusing with it and releasing (exocytosis) the digested material to the exterior.

27. What are the morphological, chemical and functional similarities and differences between lysosomes and peroxisomes?

Similarities: lysosomes and peroxisomes are small membranous vesicles that contain enzymes and enclose residual substances of an internal or external origin to break them down. Differences: lysosomes have digestive enzymes (hydrolases) that break down substances to be digested into smaller molecules whereas peroxisomes contain enzymes that mainly break down long-chain fatty acids and amino acids, and which inactivate toxic agents including ethanol. In addition, within peroxisomes, the enzyme catalase is present. It is responsible for the oxidation of organic compounds by hydrogen peroxide (H₂O₂) and, when this substance is present in excess, it is responsible for the breaking down of the peroxide into water and molecular oxygen.

Centriolos

28. Which cell organelles participate in cell division and in the formation of the cilia and flagella of some eukaryotic cells?

The organelles that participate in cell division and in the formation of the cilia and flagella of some eukaryotic cells are centrioles. Some cells have cilia (paramecium, the bronchial ciliated epithelium, etc.) or flagella (flagellate protists, sperm cells, etc.). These cell structures are composed of microtubules that originate from the centrioles. Centrioles also produce the aster microtubules that are very important for cell division.

Mitocondrias

29. What are mitochondria? What is the basic morphology of these organelles and in which cells can they be found?

Mitochondria are the organelles in which the most important part of cellular respiration occurs: ATP production.

Mitochondria are organelles enclosed by two lipid membranes. The inner membrane invaginates to the interior of the organelle, forming the cristae that enclose the internal space known as the mitochondrial matrix, in which mitochondrial DNA (mtDNA), mitochondrial RNA (mt RNA), mitochondrial ribosomes and respiratory enzymes can be found. Mitochondria are numerous in eukaryotic cells and they are even more abundant in cells that use more energy, such as muscle cells. Because they have their own DNA, RNA and ribosomes, mitochondria can self-replicate.

30. Why can mitochondria be considered the "power plants" of aerobic cells?

Mitochondria are the “power plants” of aerobic cells because, within them, the final stages of the cellular respiration process occur. Cellular respiration is the process of using an organic molecule (mainly glucose) and oxygen to produce carbon dioxide and energy. The energy is stored in the form of ATP (adenosine triphosphate) molecules and is later used in other cellular metabolic reactions. In mitochondria, the two last steps of cellular respiration take place: the Krebs cycle and the respiratory chain.

31. What is the endosymbiotic hypothesis regarding the origin of mitochondria? What molecular facts support this hypothesis? To which other cellular organelles can the hypothesis also be applied?

It is presumed that mitochondria were primitive aerobic prokaryotes that were engaged in mutualism with primitive anaerobic eukaryotes, receiving protection from these organisms and providing them with energy in return. This hypothesis is called the endosymbiotic hypothesis of the origin of mitochondria.

This hypothesis is strengthened by some molecular evidence, such as the fact that mitochondria have their own independent DNA and protein synthesis machinery, as well as their own RNA and ribosomes, and that they can self-replicate.

The endosymbiotic theory can also be applied to chloroplasts. It is assumed that these organelles were primitive photosynthetic prokaryotes because they have their own DNA, RNA and ribosomes, and can also self-replicate.

El citoesqueleto

32. What are the main components of the cytoskeleton?

The cytoskeleton is a network of very small tubules and filaments distributed throughout the cytoplasm of eukaryotic cells. It is made of microtubules, microfilaments and intermediate filaments.

Microtubules are formed by molecules of a protein called tubulin. Microfilaments are made of actin, the same protein that is involved in the contraction of muscle cells. Intermediate filaments are also made of protein.

33. What are the functions of the cytoskeleton?

As the name indicates, the cytoskeleton is responsible for maintaining of the normal shape of the cell. It also facilitates the transport of substances across the cell and the movement of cellular organelles. For example, the interaction between actin-containing filaments and the protein myosin creates pseudopods. In the cells of the phagocytic defense system, such as macrophages, the cytoskeleton is responsible for the plasma membrane projections that engulf the external material to be interiorized and attacked by the cell.

Cloroplastos

34. What are chloroplasts? What is the main function of chloroplasts?

Chloroplasts are organelles present in the cytoplasm of plant and algae cells. Like mitochondria, chloroplasts have two boundary membranes and many internal membranous sacs. Within the organelle, DNA, RNA ribosomes and also the pigment chlorophyll are present. The latter is responsible for the absorption of the light photic energy used in photosynthesis.

The main function of chloroplasts is photosynthesis: the production of highly energetic organic molecules (glucose) from carbon dioxide, water and light.

35. What is the molecule responsible for the absorption of light energy during photosynthesis? Where is that molecule located in photosynthetic cells?

Chlorophyll molecules are responsible for the absorption of light energy during photosynthesis. These molecules are found in the internal membranes of chloroplasts.

36. What colors (of the electromagnetic spectrum) are absorbed by plants? What would happen to photosynthesis if the green light waves that reach a plant were blocked?

Chlorophyll absorbs all other colors of the electromagnetic spectrum, but it does not absorb green. Green is reflected and such reflection is the reason for that characteristic color of plants. If the green light that reaches a plant was blocked and exposure of the plant to other colors was maintained, there would be no harm to the photosynthesis process. This appears to be a paradox: green light is not important for photosynthesis.

There is a difference between the optimum color frequency for the two main types of chlorophyll, chlorophyll A and the chlorophyll B. Chlorophyll A has an absorption peak at a wavelength of approximately 420 nm (indigo) and chlorophyll B has its major absorption at a wavelength of 450 nm (blue).

37. What path is followed by the energy absorbed by plants to be used in photosynthesis?

The energy source of photosynthesis is the sun, the unique and central star of our solar system. In photosynthesis, solar energy is transformed into chemical energy, the energy of the chemical bonds of the produced glucose molecules (and of the molecular oxygen released). The energy of glucose is then stored as starch (a glucose polymer) or it is used in the cellular respiration process and transferred to ATP molecules. ATP is consumed during metabolic processes that require energy (for example, in active transport across membranes).

Plant Cell Wall and Vacuoles

38. What substance are plant cell walls made of? Which monomer is this substance made of?

Las paredes de las células vegetales están hechas de celulosa. Cellulose is a polymer whose monomer is glucose. There are other polymers of glucose, such as glycogen and starch.

39. What is the function of plant cell walls?

Plant cell walls have structural and protective functions. They play an important role in limiting cell size, and stopping cells from bursting, when they absorb a lot of water.

40. What are plant cell vacuoles? What are their functions? What is the covering membrane of vacuoles called?

Plant cell vacuoles are cell structures enclosed by membranes within which there is an aqueous solution made of various substances such as carbohydrates and proteins. In young plant cells, many small vacuoles can be seen within adult cells, the majority of the internal area of the cell is occupied by a central vacuole.

The main function of vacuoles is the osmotic balance of the intracellular space. They act as “an external space” inside the cell. Vacuoles absorb or release water in response to cellular metabolic necessities by increasing or lowering the concentration of osmotic particles dissolved in the cytosol. Vacuoles also serve as a place for the storage of some substances.

The membrane that encloses vacuoles is called the tonoplast, named after the osmotic function of the structure.

Now that you have finished studying Cell Structure, these are your options:


Agradecimientos

This research was largely supported by the Lawrence Berkeley National Laboratory (LBNL) Genomes to Watershed Scientific Focus Area funded by the US Department of Energy (DOE), Office of Science, Office of Biological and Environmental Research (OBER) under contract no. DE-AC02-05CH11231. Additional support was provided by LBNL EFRC award no. DE-AC02-05CH11231, NASA NESSF grant no. 12-PLANET12R-0025 and NSF DEB grant no. 1406956, DOE OBER grant no. DOE-SC10010566, Office of Naval Research grants nos. N00014-07-1-0287, N00014-10-1-0233 and N00014-11-1-0918, and by the Thomas C. and Joan M. Merigan Endowment at Stanford University. In addition, funding was provided by the Ministry of Economy, Trade and Industry of Japan. The authors thank J. Eisen for comments, S. Venn-Watson, K. Carlin and E. Jensen (US Navy Marine Mammal Program) for dolphin samples, K.W. Seitz for sequence submission assistance, and the DOE Joint Genome Institute for generating the metagenome sequence via the Community Science Program.


Reproducción

Reproduction in the Protozoa may be asexual, as in the amebas and flagellates that infect humans, or both asexual and sexual, as in the Apicomplexa of medical importance. The most common type of asexual multiplication is binary fission, in which the organelles are duplicated and the protozoan then divides into two complete organisms. Division is longitudinal in the flagellates and transverse in the ciliates amebas have no apparent anterior-posterior axis. Endodyogeny is a form of asexual division seen in Toxoplasma and some related organisms. Two daughter cells form within the parent cell, which then ruptures, releasing the smaller progeny which grow to full size before repeating the process. In schizogony, a common form of asexual division in the Apicomplexa, the nucleus divides a number of times, and then the cytoplasm divides into smaller uninucleate merozoites. En Plasmodium, Toxoplasma, and other apicomplexans, the sexual cycle involves the production of gametes (gamogony), fertilization to form the zygote, encystation of the zygote to form an oocyst, and the formation of infective sporozoites (sporogony) within the oocyst.

Some protozoa have complex life cycles requiring two different host species others require only a single host to complete the life cycle. A single infective protozoan entering a susceptible host has the potential to produce an immense population. However, reproduction is limited by events such as death of the host or by the host's defense mechanisms, which may either eliminate the parasite or balance parasite reproduction to yield a chronic infection. For example, malaria can result when only a few sporozoites of Plasmodium falciparum—perhaps ten or fewer in rare instances𠅊re introduced by a feeding Anofeles mosquito into a person with no immunity. Repeated cycles of schizogony in the bloodstream can result in the infection of 10 percent or more of the erythrocytes�out 400 million parasites per milliliter of blood.


Resumen

Cells dissociated from various tissues of vertebrate embryos preferentially reassociate with cells from the same tissue when they are mixed together. This tissue-specific recognition process in vertebrates is mediated mainly by a family of Ca 2+ -dependent cell-cell adhesion proteins called cadherins, which hold cells together by a homophilic interaction between these transmembrane proteins on adjacent cells. For this interaction to be effective, the cytoplasmic part of the cadherins must be linked to the cytoskeleton by cytoplasmic anchor proteins called catenins.

Two other families of transmembrane adhesion proteins have major roles in cell-cell adhesion. Selectins function in transient Ca 2+ -dependent cell-cell adhesions in the bloodstream by binding to specific oligosaccharides on the surface of another cell. Members of the immunoglobulin superfamily, including N-CAM, mediate Ca 2+ -independent cell-cell adhesion processes that are especially important during neural development.

Even a single cell type uses multiple molecular mechanisms in adhering to other cells (and to the extracellular matrix). Thus, the specificity of cell-cell (and cell-matrix) adhesion seen in embryonic development must result from the integration of several different adhesion systems, of which some are associated with specialized cell junctions, while others are not.


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