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9.5: Plantas depredadoras - Biología

9.5: Plantas depredadoras - Biología



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Las turberas pueden formarse en vastas áreas donde el hábitat está aislado de un suministro normal de nutrientes (Figura ( PageIndex {1} ), izquierda) y la vida allí debe soportar niveles bajos de nitrógeno. En esta situación, algunas plantas se convierten en depredadores.

La planta de jarra (Figura ( PageIndex {1} ), en el medio), por ejemplo, atrae insectos con néctar y luego los come para obtener nitrógeno, atrapándolos en un charco de líquido digestivo en el fondo de un jarrón verde alto con lados unidireccionales y resbaladizos de los pelos que apuntan hacia abajo. La rocío del sol (Figura ( PageIndex {1} ), derecha) parece más simple, capturando insectos desprevenidos en gotas pegajosas y luego consumiéndolos.


Depredador

Un depredador es un organismo que caza y se come su presa. Todos los depredadores son heterótrofos, lo que significa que deben consumir los tejidos de otros organismos para alimentar su propio crecimiento y reproducción. El uso más común del término es para describir los muchos tipos de animales carnívoros que capturan, matan y comen a otros animales. Existe una gran diversidad de estos animales depredadores, que varían en tamaño desde pequeños artrópodos como diminuto ácaros del suelo que comen otros ácaros y colémbolos, a grandes mamíferos carnívoros como leones y orcas, que viven en grupos sociales cohesionados y colectivamente cazan, matan y se alimentan de presas que pueden pesar más de una tonelada.

La mayoría animal los depredadores matan a sus presas y luego se las comen. Sin embargo, los llamados micropredadores solo consumen una parte de las grandes presas y no necesariamente matan a su presa. Mujer mosquitos, por ejemplo, son micropredadores que buscan animales de presa de gran tamaño con el fin de obtener un sangre comida, en el proceso agravando, pero no matando a su presa. Si este tipo de relación de alimentación es obligatoria para el micropredator, se denomina parasitismo.

La herbivoría es otro tipo de depredación, en la que los animales buscan y consumen una presa de planta tejidos, a veces matando la planta en el proceso. En algunos casos, solo los tejidos u órganos vegetales específicos son consumidos por el herbívoro, y los ecologistas a veces se refieren a tal alimentación Un guepardo y sus cachorros en una matanza en el Kalahari, Sudáfrica. Fotografía de Stan Osolinski. Bolsa de Valores. Reproducido con permiso.

relaciones como, por ejemplo, la depredación de semillas o hoja depredación.

La mayoría de los depredadores son animales, pero algunos otros son plantas y hongos. Por ejemplo, plantas carnívoras como las plantas de jarra y las droseras están morfológicamente adaptadas para atraer y atrapar pequeños artrópodos. Luego, la presa es digerida por enzimas secretadas para ese propósito, y algunas de las nutrientes son asimilados por la planta depredadora. Las plantas carnívoras generalmente crecen en hábitats pobres en nutrientes, y esta es la base en selección Para el evolución de este tipo inusual de depredación. Algunos tipos de hongos también son depredadores, atrapando pequeños nematodos usando varios dispositivos anatómicos, como pomos o ramas pegajosas, y pequeños anillos constrictivos que se cierran cuando los nematodos intentan atravesarlos. Una vez que se captura un nematodo, las hifas de hongos rodean y penetran a su víctima y absorben sus nutrientes.


Publicaciones Seleccionadas

Para obtener una lista completa y reimpresiones, haga clic aquí

Cronin, J. T., E. Kiviat, L. A. Meyerson, G. P. Bhattarai y W. J. Allen. 2016. Control biológico de invasores Phragmites australis será perjudicial para los nativos P. australis. Invasiones biologicas 18(9): 2749-2752.

Meyerson, L. A., J. T. Cronin, G. P. Bhattarai, H. Brix, C. Lambertini, M. Lučanová, S. Rinehart, J. Suda y P. Pyšek. 2016. ¿El nivel de ploidía y el tamaño del genoma nuclear y la latitud de origen modifican la expresión de Phragmites australis rasgos e interacciones con herbívoros? Invasiones biologicas 18(9): 2531-2549.

Meyerson, L. A., J. T. Cronin y P. Pyšek. 2016. Phragmites como organismo modelo para las invasiones de plantas. Invasiones biologicas 18(9): 2421-2431.

Cronin, J. T., J. D. Reeve, D. Xu, M. Xiao y H. N. Stevens. 2016. El tiempo de desarrollo variable de la presa suprime los ciclos depredador-presa y mejora la estabilidad. Letras de ecología 19: 318-327.

Allen, W. J., R. Young *, G. P. Bhattarai, J. Croy *, L. A. Meyerson, A. Lambert y J. T. Cronin. 2015. Enemigo multitrófico de escape invasivo. Phragmites australis y sus herbívoros introducidos en América del Norte. Invasiones biologicas 17: 3419-3432.

Cronin, J. T., L. A. Meyerson, G. Bhattarai y W. Allen. 2015. Biogeografía de una invasión vegetal: interacciones planta-herbívoro. Ecología 96: 1115-1127.

Bhattarai, G. y J. T. Cronin. 2014. Actividad de huracanes y patrón de propagación a gran escala de una planta de humedal invasora. Más uno 9 (5): e98478. DOI: 10.1371 / journal / pone.0098478.

Bezemer, T. M, J. A. Harvey y J. T. Cronin. 2014. La respuesta de las comunidades de insectos nativos a las plantas invasoras. Revisión anual de entomología 59: 119-141.

Jackson, H. B., A. Zeccarias y J. T. Cronin. 2013. Mecanismos que impulsan la relación densidad-área en un escarabajo saproxílico. Oecología 173: 1237-1247.

Hakes, A. S. y J. T. Cronin. 2012. Cambio sucesional en la resistencia y tolerancia de las plantas a la herbivoría. Ecología 93: 1059-1070.


Agradecimientos

Este trabajo fue apoyado por una subvención de grupo de trabajo del Centro de Ecología Integrativa de la Universidad de Deakin, el Consorcio de Cambio Climático de Gales (C3W), el Grupo de Biogeoquímica de Carbono Marino y Costero CSIRO, y una subvención DECRA del Consejo de Investigación de Australia otorgada a P.I.M. (DE130101084). Esta es la contribución no. 735 del Centro de Investigación Ambiental del Sureste de la Universidad Internacional de Florida. Agradecemos a E. Hammill y R. Tackett por su ayuda con las cifras.


¡Consiga su publicación depredadora en PubMed!

Cómo hacer una carrera académica en medicina, una guía para hombres blancos y sus esposas.

Encontrarse Samy McFarlane, distinguido profesor de medicina y decano asociado en la Universidad de Ciencias de la Salud de SUNY Downstate en Nueva York, y también editor en jefe de revistas depredadoras donde se publica con entusiasmo, de hecho casi exclusivamente allí. Las revistas no están incluidas en PubMed, exactamente porque son depredadoras, sus editores no son nada confiables.

Lo extraño es que McFarlane & # 8217s (¡y su esposa & # 8217s!) Poseen artículos en esos diarios depredadores, principalmente en el American Journal of Medical Case Reports, están todos bien enumerados en PubMed, lo que logra utilizando una laguna disponible para los investigadores financiados por los NIH. ¡Solo que McFarlane no está realmente financiado por los NIH, el profesor usa una beca de un colega de la facultad destinada a la capacitación contra el racismo y al reclutamiento de minorías! Y no hay nada que PubMed pueda o esté dispuesto a hacer sobre el abuso del sistema.

Apuesto a que los estafadores depredadores entre los científicos fuera de EE. UU. Se sienten estúpidos ahora, porque sus artículos nunca serán incluidos en la lista blanca de PubMed.

McFarlane es editor en jefe de la American Journal of Medical Case Reports, la mayoría de sus propios artículos aparecen allí. Sus coautores son, según tengo entendido, estudiantes de medicina y residentes en su SUNY Downstate. La revista es publicada por un medio depredador llamado SciEP.

SciEP fue incluido por el bibliotecario de EE. UU. Jeffrey Beall como editor depredador ya en 2012. Beall & # 8217s List y su blog se eliminaron por completo en 2017 porque ciertos editores cuestionables en Suiza (a saber, Frontiers) desplegaron abogados e incluso lograron que Beall fuera despedido. Pero algunas almas amables conservaron las copias del blog de Beall # 8217, así que aquí está la entrada de 2012 sobre SciEp:

Acaba de aparecer una nueva editorial de acceso abierto: Science and Education Publishing (SciEP). El editor se lanza con 85 revistas nuevas [& # 8230] Esta práctica de iniciar un editor con un número excesivo de revistas se denomina "inicio de flota.”

No está claro desde dónde se opera exactamente SciEP, Smut Clyde sospecha de Hyderabad en la India. La dirección oficial en & # 822010 Cheswold Blvd., # 1D, Newark, De, 19713, Estados Unidos& # 8221 es obviamente falso, no menos de 250 empresas están registradas en este único apartamento en un edificio residencial de dos pisos. los American Journal of Medical Case Reports en 2012 aún no estaba entre las 85 revistas iniciales, fue creado un año después por el propietario de SciEP, quienquiera que sea ese caballero indio. Todo lo que necesitaba era un académico interesado: SciEP incluso ofrece un botón útil & # 8220Launch a New Journal & # 8221 para este propósito. El & # 8220editor & # 8221 fundador probablemente no fue McFarlane, el profesor de Nueva York parece haber llegado a la revista en algún lugar en 2018, sus artículos comenzaron a aparecer allí a partir del Volumen 6, Número 12, 2018.

Los cargos por procesamiento de artículos (APC) para la revista depredadora de McFarlane solían ser de $ 600, pero dado que sus clientes son él mismo, su esposa y, en su mayoría, personas de países de bajos ingresos, la tarifa se redujo en 2021 a $ 150.

Aunque la mayoría de los artículos de McFarlane aparecieron en la depredadora revista SciEP de la que es editor en jefe, como científico respetable, McFarlane también publica ocasionalmente sus estudios científicos en otros lugares. Específicamente, en

    , emitido por un editor depredador PeerTechZ de Hyderabad (incluido en Beall, por supuesto), el editor en jefe es Samy I. McFarlane
  • Revista Internacional de Investigación y Ensayos Clínicos, emitido por Publicaciones Graphy de Bangalore, India, (incluido en la lista de Beall, por supuesto), el editor en jefe es Samy I. McFarlane

Pero no olvide & quot Hilaris & quot y & quotLongdom & quot & # 8211 subsidiarias de OMICS recién engendradas (no compradas ni destruidas) para cambiar la etiqueta de algunas de sus revistas / conferencias.

DH Kaye marcó tsijournals como un pólipo OMICS en 2018.https: //t.co/adfNAVQ9fH

& mdash Smut Clyde, X-Ray Haruspex (@SmutClyde) 29 de julio de 2020

En 2020 y en 2021 hasta ahora, McFarlane publicó más de 50 artículos incluidos en PubMed. Casi todos aparecieron en una de estas tres revistas (con Representante de caso de Am J Med liderando con mucho), excepto una colaboración ocasional. En 2019-2017 no fue mejor. Durante ese período de tres años, McFarlane enumera más de 70 artículos en PubMed, excluyendo nuevamente algunas colaboraciones raras. Vi 3 artículos en revistas Hindawi, uno en Karger, el resto con varias revistas depredadoras, especialmente Representante de caso de Am J Med y los otros dos enumerados anteriormente. Varios artículos incluidos en PubMed como Shaikh et al. Scifed J Cardiol 2019 apareció en scifedpublishers.com, sea lo que sea esa palabrería depredadora, dejó de existir. El mismo destino parece haber golpeado a periódicos como Jehan et al. Trastorno de la medicación del sueño. 2018, publicado por otro mal funcionamiento depredador inalcanzable en jscimedcentral.com. Por lo que sabemos, es posible que McFarlane también haya actuado como editor allí, pero ya no podemos comprobarlo. En sus publicaciones de 2021-2017, también vi artículos ocasionales en Longdom, descendiente de OMICS, Gavin Publishers, Juniper Publishers y Baishideng, que figuran en la lista de Beall, además de otra entidad con forma de revista de PeertechZ.

Como se indicó anteriormente, otro colaborador habitual de la American Journal of Medical Case Reports es el reumatólogo de SUNY Downstate Isabel McFarlane, que es de hecho la esposa de Samy. Casi toda ella

60 artículos incluidos en PubMed con la Sra. McFarlane como última autora aparecieron en esa revista, la rara excepción fue la de su esposo y la otra revista, Revista Internacional de Investigación y Ensayos Clínicos, o ese difunto Scifed J Cardiol. Oh, mira, hay algo en Crimson Publishers que figura en Beall:

Cuando dos enfermedades se cruzan en su camino: el desafío diagnóstico de la artritis reumatoide en pacientes con anemia de células falciformes por Isabel M McFarlane * en
Investigaciones en Artritis & amp Bone Study pic.twitter.com/WcbQx2w5rI

& mdash Crimson Publishers (@ CrimsonPublish1) 4 de septiembre de 2018

Qué carrera académica logró esta pareja.

En cuanto a nuestro protagonista principal, se puede decir que casi todo lo que el Sr. McFarlane publicó en los últimos 3 años y medio apareció en revistas depredadoras, de las que en casi todos los casos es Editor en Jefe. Estamos hablando de más de 120 artículos, todos en PubMed listados.

¿Cómo es eso? Se espera que los científicos de EE. UU. Que reciben fondos de la agencia nacional de financiamiento biomédico National Institutes of Health (NIH) carguen sus manuscritos publicados en el sitio web de NIH & # 8217s National Library of Medicine (NLM) y el Centro Nacional de Información Biotecnológica (NCBI). comúnmente conocido como PubMed. Es el sitio web donde todos los investigadores biomédicos de todo el mundo buscan literatura revisada por pares, encuentran artículos para citar en sus propios estudios y donde todos quieren que se incluyan sus propios artículos. Mientras que los artículos con editores incluidos en la lista blanca y, mientras tanto, incluso biorxiv las preprints aparecen en PubMed automáticamente, las revistas depredadoras no son admitidas y, por lo tanto, nunca llegan allí.

Es decir, a excepción de los artículos de científicos como McFarlane y su esposa, que simplemente suben sus manuscritos a PubMed, y listo, la publicación en una revista depredadora se legaliza repentinamente con un ID de PubMed (PMID) y puede usarse para obtener una promoción o la próxima subvención de los NIH. Solo que, para empezar, normalmente necesita una subvención de los NIH; de lo contrario, no está calificado para cargar su basura depredadora en PubMed.

En teoría, eso es. La práctica es diferente.

McFarlane se describe a sí mismo en el sitio web de IntechOpen (un editor catalogado por Beall como depredador) como alguien financiado por los NIH:

& # 8220Es un académico reconocido a nivel nacional e internacional que se desempeñó como miembro del comité del Instituto Nacional de Salud-NIDDK (términos de 3x 4 años) y como presidente del comité de revisión del NIH-NIDDK U01 (tres veces). Ha recibido múltiples reconocimientos, incluido el Certificado de reconocimiento especial del Congreso y también se desempeñó como presidente de distrito del Colegio Estadounidense de Médicos. También es un mentor reconocido y algunos de sus aprendices ocupan puestos de liderazgo en los NIH y otras instituciones importantes. & # 8221

La diabetes y los ojos: últimos conceptos y prácticas

El sitio web institucional de McFarlane & # 8217 en SUNY Downstate también suena impresionante e insiste en que recibe subvenciones de los NIH:

Es un investigador prolífico y autor de más de 300 publicaciones, incluidos varios libros en las áreas de diabetes, hipertensión y enfermedades cardiovasculares. Utiliza la investigación y las publicaciones como una forma de promover la carrera de sus estudiantes, residentes y becarios. Su investigación financiada por los NIH, ADA y NKF, así como por otras instituciones importantes, fue citada más de 10.000 veces.

¿Quizás fue en el pasado? Las mismas referencias a los NIH se hicieron en 2016 cuando McFarlane fue nombrado profesor distinguido por su & # 8220contribuciones significativas a la literatura de investigación“:

& # 8220Su talento natural, amor y dedicación por la educación de los estudiantes es evidente en todos los aspectos de su carrera. Ha publicado extensamente y escrito varios libros [& # 8230] El Dr. McFarlane es un investigador clínico de renombre y fue nombrado consultor del Instituto Nacional de Salud-Instituto Nacional de Diabetes, Enfermedades Digestivas y Renales (NIH) - (NIDDK) y se desempeñó como presidente del comité de revisión NIH-NIDDK U01. & # 8221

El problema es que no pude encontrar a Samy McFarlane entre los beneficiarios de los NIH en el sitio web Grantome. Así que revisé algunos de sus artículos, donde los científicos siempre reconocen la financiación de sus subvenciones, es decir, si tienen alguna. Comencé con esta publicación más reciente incluida en PubMed, que por supuesto apareció en la propia revista depredadora de McFarlane:

Julian C. Dunkley, Krunal H. Patel, Andrew V. Doodnauth, Pramod Theetha Kariyanna, Emmanuel Valery, Samy I. McFarlane Encefalopatía inducida por contraste posterior a cateterismo cardíaco, una imitación poco común de accidente cerebrovascular agudo y presentación de caso n. ° 8211 y revisión de la literatura American Journal of Medical Case Reports. (2021) DOI: 10.12691 / ajmcr-9-5-8

Este trabajo es apoyado, en parte, por los esfuerzos del Dr. Moro O. Salifu MD, MPH, MBA, MACP, Profesor y Presidente de Medicina a través del NIMHD Grant number S21MD012474.”

Todo es muy agradable, ¡pero el Dr. Moro Salifu no es coautor de ese artículo! Luego elegí al azar otro artículo de McFarlane en la misma revista (Doudnath et al 2020), y también reconoce a Salifu, ¡quien nuevamente no es coautor!

¡Felicitaciones al Dr. Rosenfeld, al Dr. McFarlane y al Dr. Goldfinger, junto con nuestros colegas de @SUNY, por este gran honor! https://t.co/PEGa7XyWPe

& mdash Downstate Student Life & amp Services (@DownstateSLS) 11 de mayo de 2016

Un artículo de McFarlane un poco más antiguo, elegido al azar de otro de sus propios diarios depredadores:

Angelina Zhyvotovska, Denis Yusupov, Haroon Kamran, Tarik Al-Bermani, Rishard Abdul, Samir Kumar, Nikita Mogar, Angeleque Hartt, Louis Salciccioli y Samy I. McFarlane Metanálisis de disfunción diastólica en pacientes con enfermedad pulmonar obstructiva crónica: un metanálisis de estudios de casos controlados, Revista internacional de investigación clínica y ensayos de amplificación (2019) doi: 10.15344 / 2456-8007 / 2019/137

Este trabajo es apoyado, en parte, por los esfuerzos del Dr. Moro O. Salifu M.D., M.P.H., M.B.A., M.A.C.P., Profesor y Presidente de Medicina a través de la Beca NIH número S21MD012474.”

De acuerdo, ¿qué tal un artículo de la esposa de Samy y # 8217, la investigadora altamente productiva de SUNY? Isabel McFarlane?

Pramod Theetha Kariyanna, Naseem A. Hossain, Neema Jayachamarajapura Onkaramurthy, Apoorva Jayarangaiah, Nimrah A. Hossain, Amog Jayarangaiah, Isabel M. McFarlane Hipereosinofilia y endocarditis de Löffler: una revisión sistemática American Journal of Medical Case Reports (2021) DOI: 10.12691 / ajmcr-9-4-10

Este trabajo es apoyado en parte por los esfuerzos del Dr. Moro O. Salifu a través de NIH Grant # S21MD012474.”

Ahora viene lo desagradable. SUNY Dowstate es una universidad tradicionalmente negra, esa fuente de financiación S21MD012474 no es una subvención de investigación, sino una subvención de formación, para & # 8220Capacitación en investigación sobre disparidades en salud& # 8220, básicamente para estudiar el racismo en la atención sanitaria de EE. UU., Diseñado para & # 8220reclutamiento y capacitación de minorías subrepresentadas& # 8220. Esta beca de capacitación de los NIH se otorgó en 2018 a Salifu y otras dos personas (Carlos Pato, exdecano de la Facultad de Medicina, y Wayne J Riley, presidente de SUNY Downstate & # 8217s). Tiene exactamente CERO conexión con lo que tratan esos cientos de artículos depredadores de McFarlane en todos los campos posibles de la medicina.

No hay nada para Salifu, quien es o solía ser & # 8220 Presidente del Departamento de Medicina de SUNY Downstate & # 8221, que se beneficie de esa estafa, él no puede & # 8217t enviar los documentos de otra persona en un informe a los NIH, ya que ninguno ¿Están siquiera lejanamente relacionados con el tema de la subvención ni él no es coautor de ellos? Pero McFarlane puede usar ese número de subvención del NIH para cargar la basura depredadora de él y de su esposa en PubMed y legalizarla de esta manera.¡Lo cual no solo impresionará a su universidad, sino que incluso podría ganarle a la familia McFarlane otro aumento de sueldo y una subvención de los NIH propia!

La universidad no me ha respondido. No puedo decir qué está pasando, si lo saben, o incluso si Salifu lo sabe. Parece estar en el juego, aquí publicó un libro con McFarlane con el editor Bentham, que está en el límite:

Enfermedad renal en la diabetes

La lógica parece ser que incluso si McFarlane personalmente puede tener exactamente nada que ver con la subvención de Salifu, cuyo propósito es hacer algo al respecto & # 8220la falta de minorías en ciencia y medicina& # 8220, algunos de los coautores estudiantes pueden haberse sentado en una conferencia sobre el racismo en la atención médica, y aparentemente esto es suficiente para ayudar a un hombre blanco deshonesto y a su esposa blanca deshonesta a manipular sus currículums deshonestos. (Actualización 15.04.2021. Un lector de SUNY Downstate protestó que Samy e Isabel McFarlane no son blancas, sino egipcias y latinas, respectivamente)

El privilegio blanco también funciona en una universidad negra, como parece.

¿Alguien puede hacer algo? No. Recibí esta declaración de la Biblioteca Nacional de Medicina (NLM):

Los investigadores financiados por los NIH están sujetos a la Política de acceso público de los NIH, que requiere que los artículos de investigación que describen la investigación financiada por los NIH estén disponibles para el público de forma gratuita a través de PubMed Central (PMC) dentro de los 12 meses posteriores a la publicación. De acuerdo con la práctica de NLM, cada uno de los artículos en PMC tiene una cita correspondiente en PubMed.

Los NIH no dirigen la elección de los investigadores de las revistas en las que publicar sus hallazgos. En consecuencia, los manuscritos de los autores en PMC pueden publicarse en revistas que no han sido revisadas por NLM o que no forman parte de la colección de NLM.

Toda la investigación financiada por los NIH es altamente examinada y monitoreada de cerca durante su progreso. Los NIH también han tomado medidas para alentar a los autores a publicar en revistas de renombre para proteger la credibilidad de los artículos que surgen de su inversión en investigación. (Consulte el Aviso de la guía de los NIH NOT-OD-18-011: Declaración de los NIH sobre la publicación de artículos como resultado de una investigación financiada por los NIH).

Para traducir: NLM no solo están indefensos o no están dispuestos a hacer nada, incluso parecen creer que lo que están haciendo McFarlane y su esposa es & # 8220altamente examinado& # 8221 ciencia. Porque tiene un número de subvención de los NIH. De alguna manera.

Si estás interesado en apoyar mi trabajo, puedes dejar aquí una pequeña propina de $ 5. O varios pequeños consejos, simplemente aumente la cantidad a su gusto (2x = 10 € 5x = 25 €). Las tarifas de APC en las revistas del Dr. McFarlane & # 8217s son bajas este año, ¡debo apurarme para enviar algunas tonterías!


Un marco para la educación científica K-12: prácticas, conceptos transversales e ideas centrales (2012)

T Las ciencias de la vida se centran en patrones, procesos y relaciones de los organismos vivos. La vida es autónoma, autosuficiente, auto-replicante y evolutiva, operando de acuerdo con las leyes del mundo físico, así como con la programación genética. Los científicos de la vida utilizan observaciones, experimentos, hipótesis, pruebas, modelos, teoría y tecnología para explorar cómo funciona la vida. El estudio de la vida abarca escalas desde moléculas individuales, pasando por organismos y ecosistemas, hasta la biosfera completa, es decir, toda la vida en la Tierra. Examina los procesos que ocurren en escalas de tiempo desde un abrir y cerrar de ojos hasta los que ocurren durante miles de millones de años. Los sistemas vivos están interconectados e interactuando. Aunque los organismos vivos responden al entorno físico o la geosfera, también han cambiado fundamentalmente la Tierra a lo largo del tiempo evolutivo. Los rápidos avances en las ciencias de la vida están ayudando a proporcionar soluciones biológicas a los problemas sociales relacionados con la alimentación, la energía, la salud y el medio ambiente.

Desde virus y bacterias hasta plantas, hongos y animales, la diversidad de millones de formas de vida en la Tierra es asombrosa. Sin principios unificadores, sería difícil dar sentido al mundo viviente y aplicar esos conocimientos para resolver problemas. Un principio fundamental de las ciencias de la vida es que todos los organismos están relacionados por evolución y que los procesos evolutivos han dado lugar a la tremenda diversidad de la biosfera. Existe diversidad tanto dentro de las especies como entre especies. Sin embargo, lo que se aprende sobre la función de un gen, una célula o un proceso en un organismo es relevante para otros organismos debido a sus interacciones ecológicas y su relación evolutiva. Evolución y su genética subyacente

Los mecanismos de herencia y variabilidad son clave para comprender tanto la unidad como la diversidad de la vida en la Tierra.

El comité desarrolló cuatro ideas centrales que reflejan los principios unificadores en las ciencias de la vida. Estas ideas centrales son esenciales para una comprensión conceptual de las ciencias de la vida y permitirán a los estudiantes comprender los resultados de las investigaciones emergentes. Comenzamos en el nivel de los organismos, profundizando en los muchos procesos y estructuras, a escalas que van desde componentes tan pequeños como átomos individuales hasta sistemas de órganos que son necesarios para que la vida se sostenga. Luego, nuestro enfoque se amplía para considerar los organismos en su entorno y cómo interactúan con el entorno y las características vivas (bióticas) y físicas (abióticas) del entorno. A continuación, el capítulo considera cómo se reproducen los organismos, transmitiendo información genética a su descendencia y cómo estos mecanismos conducen a la variabilidad y, por lo tanto, a la diversidad dentro de las especies. Finalmente, las ideas centrales en las ciencias de la vida culminan con el principio de que la evolución puede explicar cómo la diversidad que se observa dentro de las especies ha llevado a la diversidad de la vida entre especies a través de un proceso de descenso con modificación adaptativa. La evolución también explica la notable similitud de las características fundamentales de todas las especies.

La primera idea central, LS1: De moléculas a organismos: estructuras y procesos, aborda cómo se configuran los organismos individuales y cómo funcionan estas estructuras para sustentar la vida, el crecimiento, el comportamiento y la reproducción. La primera idea central depende del principio unificador de que las células son la unidad básica de la vida.

La segunda idea central, LS2: Ecosistemas: interacciones, energía y dinámica, explora las interacciones de los organismos entre sí y con su entorno físico. Esto incluye cómo los organismos obtienen recursos, cómo cambian su entorno, cómo los factores ambientales cambiantes afectan a los organismos y ecosistemas, cómo se desarrollan las interacciones sociales y el comportamiento grupal dentro y entre las especies, y cómo estos factores se combinan para determinar el funcionamiento del ecosistema.

La tercera idea central, LS3: Herencia: herencia y variación de rasgos entre generaciones, se centra en el flujo de información genética entre generaciones. Esta idea explica los mecanismos de la herencia genética y describe las causas ambientales y genéticas de la mutación genética y la alteración de la expresión genética.

La cuarta idea central, LS4: Evolución biológica: unidad y diversidad, explora los cambios en los rasgos de las poblaciones de organismos a lo largo del tiempo y los factores que explican la unidad y la diversidad de las especies por igual. La sección

La evolución y sus mecanismos genéticos subyacentes de herencia y variabilidad son clave para comprender tanto la unidad como la diversidad de la vida en la Tierra.

comienza con una discusión de la evidencia convergente de ascendencia compartida que ha surgido de una variedad de fuentes (por ejemplo, anatomía y embriología comparadas, biología molecular y genética). Describe cómo la variación de rasgos determinados genéticamente en una población puede dar a algunos miembros una ventaja reproductiva en un entorno determinado. Esta selección natural puede conducir a la adaptación, es decir, a una distribución de rasgos en la población que se corresponde y puede cambiar con las condiciones ambientales. Tales adaptaciones pueden eventualmente conducir al desarrollo de especies separadas en poblaciones separadas. Finalmente, la idea describe los factores, incluida la actividad humana, que afectan la biodiversidad en un ecosistema y el valor de la biodiversidad en la resiliencia del ecosistema. Consulte el Cuadro 6-1 para obtener un resumen de estas cuatro ideas centrales y sus componentes.

Estas cuatro ideas centrales, que representan campos de investigación básicos de las ciencias de la vida y estructuras y procesos en organismos, ecología, herencia y evolución, tienen una larga historia y una base sólida basada en la evidencia de investigación establecida por muchos científicos que trabajan en múltiples campos. El papel de los principios unificadores en el avance de las ciencias biológicas modernas se articula en El papel de la teoría en el avance de la biología del siglo XXI y Una nueva biología para el siglo XXI [2, 3]. En el desarrollo de estas ideas centrales, el comité también se basó en la literatura de educación científica K-12 establecida, incluyendo Estándares nacionales de educación científica y Puntos de referencia para la alfabetización científica [4, 5]. Las ideas también incorporan documentos contemporáneos, como el Estándares de la Junta Universitaria de Ciencias para el éxito universitario [6], y las ideas son coherentes con los marcos de las evaluaciones nacionales e internacionales, como las de la Evaluación Nacional del Progreso Educativo (NAEP), el Programa de Evaluación Internacional de Estudiantes (PISA) y el Tendencias en el estudio internacional de matemáticas y ciencias (TIMSS) [7-9]. Además, las ideas se alinean con los conceptos centrales de la alfabetización biológica para los estudiantes universitarios sobre los cuales se basa, como se describe en el informe de la Asociación Estadounidense para el Avance de la Ciencia (AAAS). Visión y cambio en la educación de pregrado en biología [10].

IDEAS FUNDAMENTALES Y COMPONENTES EN LAS CIENCIAS DE LA VIDA

Idea central LS1: de moléculas a organismos: estructuras y procesos

LS1.A: Estructura y función

LS1.B: Crecimiento y desarrollo de organismos

LS1.C: Organización para el flujo de materia y energía en los organismos

LS1.D: Procesamiento de información

Idea central LS2: Ecosistemas: interacciones, energía y dinámica

LS2.A: Relaciones interdependientes en ecosistemas

LS2.B: Ciclos de transferencia de materia y energía en los ecosistemas

LS2.C: Dinámica, funcionamiento y resiliencia de los ecosistemas

LS2.D: Interacciones sociales y comportamiento grupal

Idea central LS3: Herencia: herencia y variación de rasgos

LS3.A: Herencia de rasgos

Idea central LS4: Evolución biológica: unidad y diversidad

LS4.A: Evidencia de ascendencia común y diversidad

LS4.D: Biodiversidad y humanos

De moléculas a organismos: estructuras y procesos

¿Cómo viven, crecen, responden a su entorno y se reproducen los organismos?

Todos los organismos vivos están hechos de células. La vida es la cualidad que distingue a los seres vivos y mdash compuestos de células vivas y mdash de los objetos inanimados o los que han muerto. Si bien una definición simple de vida puede ser difícil de captar, todos los seres vivos, es decir, todos los organismos, pueden caracterizarse por aspectos comunes de su estructura y funcionamiento. Los organismos son complejos, organizados y construidos sobre una estructura jerárquica, y cada nivel proporciona la base para el siguiente, desde la base química de los elementos y átomos, a las células y sistemas de organismos individuales, a las especies y poblaciones que viven e interactúan en complejos. ecosistemas. Los organismos pueden estar formados por una sola célula o millones de células que trabajan juntas e incluyen animales, plantas, algas, hongos, bacterias y todos los demás microorganismos.

Los organismos responden a los estímulos de su entorno y mantienen activamente su entorno interno a través de la homeostasis. Crecen y se reproducen, transfiriendo su información genética a su descendencia. Si bien los organismos individuales llevan la misma información genética durante su vida, la mutación y la transferencia de padres a hijos producen nuevas combinaciones de genes. A lo largo de generaciones, la selección natural puede conducir a cambios en una especie en general, por lo tanto, las especies evolucionan con el tiempo. Para mantener todos estos procesos y funciones, los organismos requieren materiales y energía de su entorno, casi toda la energía que sustenta la vida proviene en última instancia del sol.

LS1.A: ESTRUCTURA Y FUNCIÓN

¿Cómo habilitan las estructuras de los organismos las funciones de vida y rsquos?

Una característica central de la vida es que los organismos crecen, se reproducen y mueren. Tienen estructuras características (anatomía y morfología), funciones (procesos de escala molecular a fisiología a nivel de organismo) y comportamientos (neurobiología y, para algunas especies animales, psicología). Los organismos y sus partes están formados por células, que son las unidades estructurales de la vida y que a su vez tienen subestructuras moleculares que apoyan su funcionamiento. Los organismos varían en composición desde una sola célula (microorganismos unicelulares) hasta organismos multicelulares, en los que diferentes grupos de un gran número de células trabajan juntos para formar sistemas.

de tejidos y órganos (por ejemplo, circulatorio, respiratorio, nervioso, musculoesquelético), que están especializados para funciones particulares.

Estructuras especiales dentro de las células también son responsables de funciones celulares específicas. Las funciones esenciales de una célula implican reacciones químicas entre muchos tipos de moléculas, que incluyen agua, proteínas, carbohidratos, lípidos y ácidos nucleicos. Todas las células contienen información genética, en forma de ADN. Los genes son regiones específicas dentro de las moléculas de ADN extremadamente grandes que forman los cromosomas. Los genes contienen las instrucciones que codifican la formación de moléculas llamadas proteínas, que realizan la mayor parte del trabajo de las células para realizar las funciones esenciales de la vida. Es decir, las proteínas proporcionan componentes estructurales, sirven como dispositivos de señalización, regulan las actividades celulares y determinan el desempeño de las células a través de sus acciones enzimáticas.

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Al final del segundo grado. Todos los organismos tienen partes externas. Los diferentes animales usan las partes de su cuerpo de diferentes maneras para ver, oír, agarrar objetos, protegerse, moverse de un lugar a otro y buscar, encontrar y tomar comida, agua y aire. Las plantas también tienen diferentes partes (raíces, tallos, hojas, flores, frutos) que las ayudan a sobrevivir, crecer y producir más plantas.

Al final del quinto grado. Las plantas y los animales tienen estructuras internas y externas que cumplen diversas funciones en el crecimiento, la supervivencia, el comportamiento y la reproducción. (Límite: el estrés en este nivel de grado está en comprender los sistemas de macroescala y su función, no en los procesos microscópicos).

Al final del octavo grado. Todos los seres vivos están formados por células, que es la unidad más pequeña de la que se puede decir que está viva. Un organismo puede constar de una sola célula (unicelular) o de muchos tipos y números diferentes de células (multicelulares). Los organismos unicelulares (microorganismos), como los organismos multicelulares, necesitan alimentos, agua, una forma de eliminar los desechos y un entorno en el que puedan vivir.

Dentro de las células, las estructuras especiales son responsables de funciones particulares, y la membrana celular forma el límite que controla lo que entra y sale de la célula. En los organismos multicelulares, el cuerpo es un sistema de múltiples subsistemas que interactúan. Estos subsistemas son grupos de células que trabajan juntas para formar tejidos u órganos que están especializados para funciones corporales particulares. (Límite: en este nivel de grado, solo se deben introducir algunas estructuras celulares importantes).

Al final del grado 12. Los sistemas de células especializadas dentro de los organismos les ayudan a realizar las funciones esenciales de la vida, que involucran reacciones químicas que tienen lugar entre diferentes tipos de moléculas, como agua, proteínas, carbohidratos, lípidos y ácidos nucleicos. Todas las células contienen información genética en forma de moléculas de ADN. Los genes son regiones del ADN que contienen las instrucciones que codifican la formación de proteínas, que realizan la mayor parte del trabajo de las células.

Los organismos multicelulares tienen una organización estructural jerárquica, en la que cualquier sistema se compone de numerosas partes y es en sí mismo un componente del siguiente nivel. Los mecanismos de retroalimentación mantienen un sistema vivo y las condiciones internas de los rsquos dentro de ciertos límites y median comportamientos, lo que le permite permanecer vivo y funcional incluso cuando las condiciones externas cambian dentro de cierto rango. Fuera de ese rango (por ejemplo, a una temperatura externa demasiado alta o demasiado baja, con muy poca comida o agua disponible), el organismo no puede sobrevivir. Los mecanismos de retroalimentación pueden alentar (a través de retroalimentación positiva) o desalentar (retroalimentación negativa) lo que está sucediendo dentro del sistema vivo.

LS1.B: CRECIMIENTO Y DESARROLLO DE ORGANISMOS

¿Cómo crecen y se desarrollan los organismos??

Las estructuras, funciones y comportamientos característicos de los organismos cambian de manera predecible a medida que avanzan desde el nacimiento hasta la vejez. Por ejemplo, al llegar a la edad adulta, los organismos pueden reproducirse y transferir su información genética a su descendencia. Los animales adoptan comportamientos que aumentan sus posibilidades de reproducción, y las plantas pueden desarrollar estructuras especializadas y / o depender del comportamiento animal para lograr la reproducción.

Comprender cómo una sola célula puede dar lugar a un organismo multicelular complejo se basa en los conceptos de división celular y expresión génica. En los organismos multicelulares, la división celular es un componente esencial del crecimiento, desarrollo y reparación. La división celular ocurre a través de un proceso llamado mitosis: cuando una célula se divide en dos, pasa material genético idéntico a dos células hijas. Las divisiones sucesivas producen muchas células. Aunque el material genético en cada una de las células es idéntico, pequeñas diferencias en los entornos inmediatos activan o inactivan diferentes genes, lo que puede hacer que las células se desarrollen de manera ligeramente diferente. Este proceso de diferenciación permite que el cuerpo forme células especializadas que realizan diversas funciones, aunque todas descienden de una sola célula, el óvulo fecundado. El crecimiento y la diferenciación celular son los mecanismos por los cuales un óvulo fertilizado se convierte en un organismo complejo. En la reproducción sexual, un tipo especializado de división celular.

La llamada meiosis ocurre y da como resultado la producción de células sexuales, como gametos (espermatozoides y óvulos) o esporas, que contienen solo un miembro de cada par de cromosomas en la célula madre.

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Al final del segundo grado. Las plantas y los animales tienen características predecibles en diferentes etapas de desarrollo. Las plantas y los animales crecen y cambian. Las plantas y los animales adultos pueden tener crías. En muchos tipos de animales, los padres y la propia descendencia adoptan comportamientos que ayudan a la descendencia a sobrevivir.

Al final del quinto grado. La reproducción es esencial para la existencia continua de todo tipo de organismo. Las plantas y los animales tienen ciclos de vida únicos y diversos que incluyen nacer (brotar en plantas), crecer, convertirse en adultos, reproducirse y finalmente morir.

Al final del octavo grado. Los organismos se reproducen, ya sea sexual o asexualmente, y transfieren su información genética a su descendencia. Los animales adoptan comportamientos característicos que aumentan las probabilidades de reproducción. Las plantas se reproducen de diversas formas, a veces dependiendo del comportamiento animal y características especializadas (como flores de colores atractivos) para la reproducción. El crecimiento de las plantas puede continuar durante toda la vida de las plantas a través de la producción de materia vegetal en la fotosíntesis.Los factores genéticos, así como las condiciones locales, afectan el tamaño de la planta adulta. El crecimiento de un animal está controlado por factores genéticos, la ingesta de alimentos y las interacciones con otros organismos, y cada especie tiene un rango de tamaño adulto típico. (Límite: la reproducción no se trata en detalle aquí para obtener más detalles sobre el nivel de grado, consulte LS3.A.)

Al final del grado 12. En los organismos multicelulares, las células individuales crecen y luego se dividen a través de un proceso llamado mitosis, lo que permite que el organismo crezca. El organismo comienza como una sola célula (óvulo fertilizado) que se divide sucesivamente para producir muchas células, y cada célula madre pasa material genético idéntico (dos variantes

de cada par de cromosomas) a ambas células hijas. A medida que ocurren subdivisiones sucesivas de un embrión y células rsquos, las instrucciones genéticas programadas y las pequeñas diferencias en sus entornos inmediatos activan o inactivan diferentes genes, lo que hace que las células se desarrollen de manera diferente, un proceso llamado diferenciación. La división y diferenciación celular producen y mantienen un organismo complejo, compuesto por sistemas de tejidos y órganos que trabajan juntos para satisfacer las necesidades de todo el organismo. En la reproducción sexual, ocurre un tipo especializado de división celular llamada meiosis que da como resultado la producción de células sexuales, como gametos en animales (espermatozoides y óvulos), que contienen solo un miembro de cada par de cromosomas en la célula madre.

LS1.C: ORGANIZACIÓN DE MATERIA Y FLUJO DE ENERGÍA EN ORGANISMOS

¿Cómo obtienen y utilizan los organismos la materia y la energía que necesitan para vivir y crecer?

Mantener la vida requiere importantes aportes de energía y materia. La compleja organización estructural de los organismos acomoda la captura, transformación, transporte, liberación y eliminación de la materia y la energía necesarias para sustentarlos. A medida que la materia y la energía fluyen a través de diferentes niveles organizacionales y mdashcell, tejidos, órganos, organismos, poblaciones, comunidades y ecosistemas y sistemas vivos mdashof, los elementos químicos se recombinan de diferentes formas para formar diferentes productos. El resultado de estas reacciones químicas es que la energía se transfiere de un sistema de moléculas que interactúan a otro.

En la mayoría de los casos, la energía necesaria para la vida se deriva en última instancia del sol a través de la fotosíntesis (aunque en algunos casos de importancia ecológica, la energía se deriva de reacciones que involucran sustancias químicas inorgánicas en ausencia de luz solar y, por ejemplo, quimiosíntesis). Las plantas, las algas (incluido el fitoplancton) y otros microorganismos fijadores de energía utilizan la luz solar, el agua y el dióxido de carbono para facilitar la fotosíntesis, que almacena energía, forma materia vegetal, libera oxígeno y mantiene las actividades de las plantas. Las plantas y las algas son la base de recursos para los animales, los animales que se alimentan de animales y los descomponedores comparten organismos fijadores de energía que sustentan el resto de la red alimentaria.

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Al final del segundo grado. Todos los animales necesitan alimento para vivir y crecer. Obtienen su alimento de plantas o de otros animales. Las plantas necesitan agua y luz para vivir y crecer.

Al final del quinto grado. Tanto los animales como las plantas generalmente necesitan tomar aire y agua, los animales deben ingerir alimentos y las plantas necesitan luz y minerales. La vida anaeróbica, como las bacterias en el intestino, funciona sin aire. La comida proporciona a los animales los materiales que necesitan para la reparación y el crecimiento del cuerpo y se digieren para liberar la energía que necesitan para mantener el calor corporal y el movimiento. Las plantas adquieren su material para el crecimiento principalmente del aire y el agua y procesan la materia que han formado para mantener sus condiciones internas (por ejemplo, por la noche).

Al final del octavo grado. Las plantas, las algas (incluido el fitoplancton) y muchos microorganismos utilizan la energía de la luz para producir azúcares (alimentos) a partir del dióxido de carbono de la atmósfera y el agua mediante el proceso de fotosíntesis, que también libera oxígeno. Estos azúcares pueden usarse inmediatamente o almacenarse para el crecimiento o uso posterior. Los animales obtienen alimento comiendo plantas o comiendo otros animales. Dentro de los organismos individuales, los alimentos se mueven a través de una serie de reacciones químicas en las que se descomponen y reorganizan para formar nuevas moléculas, apoyar el crecimiento o liberar energía. En la mayoría de los animales y plantas, el oxígeno reacciona con moléculas que contienen carbono (azúcares) para proporcionar energía y producir dióxido de carbono. Las bacterias anaeróbicas logran sus necesidades energéticas en otros procesos químicos que no requieren oxígeno.

Al final del grado 12. El proceso de fotosíntesis convierte la energía luminosa en energía química almacenada al convertir el dióxido de carbono más el agua en azúcares más el oxígeno liberado. Las moléculas de azúcar así formadas contienen carbono, hidrógeno y oxígeno, y sus cadenas principales de hidrocarburos se utilizan para producir aminoácidos y otras moléculas basadas en carbono que se pueden ensamblar en moléculas más grandes (como proteínas o ADN), que se utilizan, por ejemplo, para formar nuevas células. A medida que la materia y la energía fluyen a través de diferentes niveles organizativos de los sistemas vivos, los elementos químicos se recombinan de diferentes maneras para formar diferentes productos. Como resultado de estas reacciones químicas, la energía se transfiere de un sistema de moléculas que interactúan a otro. Por ejemplo, la respiración celular aeróbica (en presencia de oxígeno) es un proceso químico en el que los enlaces de las moléculas de los alimentos y las moléculas de oxígeno se rompen y se forman nuevos compuestos que pueden transportar energía a los músculos. La respiración celular anaeróbica (sin oxígeno) sigue una vía química diferente y menos eficiente para proporcionar energía a las células. La respiración celular también libera la energía necesaria para mantener la temperatura corporal a pesar de la pérdida continua de energía en el entorno circundante. La materia y la energía se conservan en cada cambio. Esto es cierto para todos los sistemas biológicos, desde las células individuales hasta los ecosistemas.

LS1.D: TRATAMIENTO DE INFORMACIÓN

¿Cómo detectan, procesan y utilizan los organismos la información sobre el medio ambiente?

La capacidad de un organismo para percibir y responder a su entorno aumenta sus posibilidades de sobrevivir y reproducirse. Los animales tienen receptores sensoriales externos e internos que detectan diferentes tipos de información y utilizan mecanismos internos para procesarla y almacenarla. Cada receptor puede responder a diferentes entradas (electromagnéticas, mecánicas, químicas), algunos receptores responden transmitiendo impulsos que viajan a lo largo de las células nerviosas. En los organismos complejos, la mayoría de estas entradas viajan al cerebro, que está dividido en varias regiones y circuitos distintos que cumplen funciones primarias, en particular funciones como la percepción visual, la percepción auditiva, la interpretación de la información perceptiva, la guía del movimiento motor y la toma de decisiones. . Además, algunos de los circuitos cerebrales y rsquos dan lugar a emociones y almacenan recuerdos. La función cerebral también implica múltiples interacciones entre las diversas regiones para formar un sentido integrado de uno mismo y del mundo circundante.

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Al final del segundo grado. Los animales tienen partes del cuerpo que capturan y transmiten diferentes tipos de información necesaria para el crecimiento y la supervivencia, por ejemplo, ojos para la luz, oídos para los sonidos y piel para la temperatura o el tacto. Los animales responden a estos estímulos con comportamientos que los ayudan a sobrevivir (por ejemplo, encontrar comida, huir de un depredador). Las plantas también responden a algunas entradas externas (por ejemplo, girar las hojas hacia el sol).

Al final del quinto grado. Los diferentes receptores sensoriales están especializados para tipos particulares de información, que luego pueden ser procesados ​​e integrados por el cerebro de un animal y rsquos, con cierta información almacenada como recuerdos. Los animales pueden usar sus percepciones y recuerdos para guiar sus acciones. Algunas respuestas a la información son instintivas, es decir, los cerebros de los animales están organizados para que no tengan que pensar en cómo responder a ciertos estímulos.

Al final del octavo grado. Cada receptor de los sentidos responde a diferentes entradas (electromagnéticas, mecánicas, químicas) y las transmite como señales que viajan a lo largo de las células nerviosas hasta el cerebro. Luego, las señales se procesan en el cerebro, lo que resulta en comportamientos o recuerdos inmediatos. Los cambios en la estructura y el funcionamiento de muchos millones de células nerviosas interconectadas permiten que las entradas combinadas se almacenen como recuerdos durante largos períodos de tiempo.

Al final del grado 12. En los animales complejos, el cerebro se divide en varias regiones y circuitos distintos, cada uno de los cuales cumple principalmente funciones dedicadas, como la percepción visual, la percepción auditiva, la interpretación de la información perceptiva, la guía del movimiento motor y la toma de decisiones sobre las acciones a realizar en el evento de ciertas entradas. Además, algunos circuitos dan lugar a emociones y recuerdos que motivan a los organismos a buscar recompensas, evitar castigos, desarrollar miedos o formar vínculos con miembros de su propia especie y, en algunos casos, con individuos de otras especies (p. Ej., Manadas mixtas de mamíferos, bandadas mixtas de aves). El funcionamiento integrado de todas las partes del cerebro es importante para la interpretación exitosa de las entradas y la generación de comportamientos en respuesta a ellas.

Ecosistemas: interacciones, energía y dinámica

¿Cómo y por qué los organismos interactúan con su entorno y cuáles son los efectos de estas interacciones?

Los ecosistemas son sistemas complejos e interactivos que incluyen tanto comunidades biológicas (bióticas) como componentes físicos (abióticos) del medio ambiente. Al igual que con los organismos individuales, existe una estructura jerárquica: grupos de los mismos organismos (especies) forman poblaciones, diferentes poblaciones interactúan para formar comunidades, las comunidades viven dentro de un ecosistema y todos los ecosistemas de la Tierra forman la biosfera. Los organismos crecen, se reproducen y perpetúan su especie al obtener los recursos necesarios a través de relaciones interdependientes con otros organismos y el entorno físico. Estas mismas interacciones pueden facilitar o frenar el crecimiento y mejorar o limitar el tamaño de las poblaciones, manteniendo el equilibrio entre los recursos disponibles y quienes los consumen. Estas interacciones también pueden cambiar las características bióticas y abióticas del medio ambiente. Al igual que los organismos individuales, los ecosistemas se sustentan en el flujo continuo de energía, que se origina principalmente en el sol, y el reciclaje de materia y nutrientes dentro del sistema. Los ecosistemas son dinámicos, experimentan cambios en la composición y abundancia de la población y cambios en el entorno físico a lo largo del tiempo, lo que en última instancia afecta la estabilidad y resiliencia de todo el sistema.

LS2.A: RELACIONES INTERDEPENDIENTES EN ECOSISTEMAS

¿Cómo interactúan los organismos con los entornos vivos y no vivos para obtener materia y energía?

Los ecosistemas están en constante cambio debido a la interdependencia de organismos de la misma o diferentes especies y los elementos no vivos (físicos) del medio ambiente. Al buscar materia y recursos energéticos para sustentar la vida, los organismos de un ecosistema interactúan entre sí en complejas jerarquías alimentarias de productores, consumidores y descomponedores, que en conjunto representan una red trófica. Las interacciones entre organismos pueden ser depredadoras, competitivas o mutuamente beneficiosas. Los ecosistemas tienen capacidades de carga que limitan el número de organismos (dentro de las poblaciones) que pueden sustentar. La supervivencia individual y el tamaño de la población dependen de factores como la depredación, las enfermedades, la disponibilidad de recursos y los parámetros del entorno físico. Los organismos dependen de factores físicos, como la luz, la temperatura, el agua, el suelo y el espacio para refugiarse y reproducirse. Las variadas combinaciones de la Tierra y los rsquos de estos factores proporcionan los entornos físicos en los que se desarrollan sus ecosistemas (por ejemplo, desiertos, praderas, selvas tropicales y arrecifes de coral) y en los que viven las diversas especies del planeta. Dentro de cualquier ecosistema, las interacciones bióticas entre organismos (por ejemplo, competencia, depredación y varios tipos de facilitación, como la polinización) influyen aún más en su crecimiento, supervivencia y reproducción, tanto individualmente como en términos de sus poblaciones.

Puntos finales de banda de calificación para LS2.A

Al final del segundo grado. Los animales dependen de su entorno para obtener lo que necesitan, incluidos alimentos, agua, refugio y una temperatura favorable. Los animales dependen de las plantas u otros animales para alimentarse. Usan sus sentidos para encontrar comida y agua, y usan las partes de su cuerpo para recolectar, atrapar, comer y masticar la comida. Las plantas dependen del aire, el agua, los minerales (del suelo) y la luz para crecer. Los animales pueden moverse, pero las plantas no, y a menudo dependen de los animales para la polinización o para mover sus semillas. Las diferentes plantas sobreviven mejor en diferentes entornos porque tienen diversas necesidades de agua, minerales y luz solar.

Al final del quinto grado. La comida de casi cualquier tipo de animal se remonta a las plantas. Los organismos están relacionados en redes tróficas en las que algunos animales comen plantas.

porque la comida y otros animales comen los animales que comen plantas. De cualquier manera, son "consumidores". Algunos organismos, como hongos y bacterias, descomponen los organismos muertos (tanto plantas como partes de plantas y animales) y, por lo tanto, funcionan como "descomponedores". La descomposición finalmente restaura (recicla) algunos materiales en el suelo para plantas a utilizar. Los organismos pueden sobrevivir solo en entornos en los que se satisfagan sus necesidades particulares. Un ecosistema saludable es aquel en el que múltiples especies de diferentes tipos pueden satisfacer sus necesidades en una red de vida relativamente estable. Las especies recién introducidas pueden dañar el equilibrio de un ecosistema.

Al final del octavo grado. Los organismos y las poblaciones de organismos dependen de sus interacciones ambientales tanto con otros seres vivos como con factores no vivos. El crecimiento de organismos y el aumento de la población están limitados por el acceso a los recursos. En cualquier ecosistema, los organismos y poblaciones con necesidades similares de alimentos, agua, oxígeno u otros recursos pueden competir entre sí por recursos limitados, cuyo acceso limita en consecuencia su crecimiento y reproducción. De manera similar, las interacciones depredadoras pueden reducir el número de organismos o eliminar poblaciones enteras de organismos. Las interacciones mutuamente beneficiosas, por el contrario, pueden volverse tan interdependientes que cada organismo necesita al otro para sobrevivir. Aunque las especies involucradas en estas interacciones competitivas, depredadoras y mutuamente beneficiosas varían entre ecosistemas, los patrones de interacciones de los organismos con sus entornos, tanto vivos como no vivos, son compartidos.

Al final del grado 12. Los ecosistemas tienen capacidades de carga, que son límites al número de organismos y poblaciones que pueden sustentar. Estos límites son el resultado de factores como la disponibilidad de recursos vivos y no vivos y de desafíos como la depredación, la competencia y las enfermedades. Los organismos tendrían la capacidad de producir poblaciones de gran tamaño si no fuera por el hecho de que los medios y los recursos son finitos. Esta tensión fundamental afecta la abundancia (número de individuos) de especies en cualquier ecosistema dado.

LS2.B: CICLOS DE TRANSFERENCIA DE MATERIA Y ENERGÍA EN ECOSISTEMAS

¿Cómo se mueven la materia y la energía a través de un ecosistema?

El ciclo de la materia y el flujo de energía dentro de los ecosistemas ocurren a través de interacciones entre diferentes organismos y entre organismos y el entorno físico. Todos los sistemas vivos necesitan materia y energía. La materia alimenta las reacciones químicas liberadoras de energía que proporcionan energía para las funciones vitales y proporciona la

material para el crecimiento y reparación de tejidos. La energía de la luz es necesaria para las plantas porque la reacción química que produce la materia vegetal del aire y el agua requiere un aporte de energía para que ocurra. Los animales adquieren materia de los alimentos, es decir, de plantas u otros animales. Los elementos químicos que componen las moléculas de los organismos pasan a través de las redes tróficas y el medio ambiente y se combinan y recombinan de diferentes formas. En cada nivel de una red trófica, parte de la materia proporciona energía para las funciones vitales, parte se almacena en estructuras recién creadas y gran parte se desecha al medio ambiente circundante. Solo una pequeña fracción de la materia consumida en un nivel es capturada por el siguiente nivel. A medida que la materia circula y la energía fluye a través de los sistemas vivos y entre los sistemas vivos y el entorno físico, la materia y la energía se conservan en cada cambio.

El ciclo del carbono proporciona un ejemplo del ciclo de la materia y el flujo de energía en los ecosistemas. La fotosíntesis, la digestión de la materia vegetal, la respiración y la descomposición son componentes importantes del ciclo del carbono, en el que el carbono se intercambia entre la biosfera, la atmósfera, los océanos y la geosfera a través de procesos químicos, físicos, geológicos y biológicos.

Puntos finales de banda de calificación para LS2.B

Al final del segundo grado. Los organismos obtienen los materiales que necesitan para crecer y sobrevivir del medio ambiente. Muchos de estos materiales provienen de organismos y son utilizados nuevamente por otros organismos.

Al final del quinto grado. La materia circula entre el aire y el suelo y entre plantas, animales y microbios a medida que estos organismos viven y mueren. Los organismos obtienen gases, agua y minerales del medio ambiente y liberan material de desecho (gas, líquido o sólido) al medio ambiente.

Al final del octavo grado. Las redes tróficas son modelos que demuestran cómo se transfiere la materia y la energía entre los productores (generalmente plantas y otros organismos que participan en la fotosíntesis), los consumidores y los descomponedores, ya que los tres grupos interactúan, principalmente para obtener alimentos, dentro de un ecosistema. Las transferencias de materia hacia y desde el medio ambiente físico ocurren en todos los niveles y mdash, por ejemplo, cuando las moléculas de los alimentos reaccionan con el oxígeno capturado del medio ambiente, el dióxido de carbono y el agua así producidos se transfieren de regreso al medio ambiente y, en última instancia, también lo son los productos de desecho, tales como como materia fecal. Los descomponedores reciclan los nutrientes de la materia vegetal o animal muerta de regreso al suelo en ambientes terrestres o al agua en ambientes acuáticos. Los átomos que componen el

Los ecosistemas se sustentan en el flujo continuo de energía, que se origina principalmente en el sol, y el reciclaje de materia y nutrientes dentro del sistema.

Los organismos de un ecosistema se ciclan repetidamente entre las partes vivas y no vivas del ecosistema.

Al final del grado 12. La fotosíntesis y la respiración celular (incluidos los procesos anaeróbicos) proporcionan la mayor parte de la energía para los procesos vitales. Las plantas o algas forman el nivel más bajo de la red alimentaria. En cada eslabón ascendente de una red alimentaria, solo una pequeña fracción de la materia consumida en el nivel inferior se transfiere hacia arriba, para producir crecimiento y liberar energía en la respiración celular en el nivel superior. Dada esta ineficiencia, generalmente hay menos organismos en los niveles más altos de una red alimentaria y hay un límite en la cantidad de organismos que un ecosistema puede sostener.

Los elementos químicos que forman las moléculas de los organismos pasan a través de las redes tróficas y entran y salen de la atmósfera y el suelo y se combinan y recombinan de diferentes formas. En cada eslabón de un ecosistema, la materia y la energía se conservan, parte de la materia reacciona para liberar energía para las funciones vitales, parte de la materia se almacena en estructuras recién creadas y gran parte se desecha. La competencia entre especies es, en última instancia, competencia por la materia y la energía necesarias para la vida.

La fotosíntesis y la respiración celular son componentes importantes del ciclo del carbono, en el que el carbono se intercambia entre la biosfera, la atmósfera, los océanos y la geosfera a través de procesos químicos, físicos, geológicos y biológicos.

LS2.C: DINÁMICA, FUNCIONAMIENTO Y RESILIENCIA DE LOS ECOSISTEMAS

¿Qué les sucede a los ecosistemas cuando cambia el medio ambiente?

Los ecosistemas son de naturaleza dinámica y sus características fluctúan a lo largo del tiempo, dependiendo de los cambios en el medio ambiente y en las poblaciones de diversas especies. Interrupciones en los componentes físicos y biológicos de un ecosistema y mdash que pueden conducir a cambios en los tipos y números del ecosistema y organismos rsquos, al mantenimiento o extinción de especies, a la migración de especies dentro o fuera de la región, o a la formación de nuevas especies (especiación) y mdashocurren para un

variedad de razones naturales. Los cambios pueden derivarse de la caída de árboles de dosel en un bosque, por ejemplo, o de eventos cataclísmicos, como erupciones volcánicas. Pero muchos cambios son inducidos por la actividad humana, como la extracción de recursos, los patrones de uso de la tierra adversos, la contaminación, la introducción de especies no nativas y el cambio climático global. La extinción de especies o la evolución de nuevas especies puede ocurrir en respuesta a alteraciones significativas del ecosistema.

Las especies en un ambiente desarrollan patrones de comportamiento y fisiológicos que facilitan su supervivencia en las condiciones predominantes, pero estos patrones pueden no adaptarse cuando las condiciones cambian o se introducen nuevas especies. Los ecosistemas con una amplia variedad de especies & mdash, es decir, mayor biodiversidad & mdash tienden a ser más resistentes al cambio que aquellos con pocas especies.

Puntos finales de banda de calificación para LS2.C

Al final del segundo grado. Los lugares donde viven las plantas y los animales a menudo cambian, a veces lentamente y otras rápidamente. Cuando los animales y las plantas se calientan o enfrían demasiado, pueden morir. Si no pueden encontrar suficiente comida, agua o aire, pueden morir.

Al final del quinto grado. Cuando el entorno cambia de manera que afecta a un lugar y sus características físicas, la temperatura o la disponibilidad de recursos, algunos organismos sobreviven y se reproducen, otros se trasladan a nuevas ubicaciones, otros se trasladan al entorno transformado y algunos mueren.

Al final del octavo grado. Los ecosistemas son de naturaleza dinámica y sus características pueden variar con el tiempo. Las interrupciones de cualquier componente físico o biológico de un ecosistema pueden provocar cambios en todas sus poblaciones.

La biodiversidad describe la variedad de especies que se encuentran en los ecosistemas terrestres y oceánicos de la Tierra y los rsquos. La integridad o integridad de un ecosistema y la biodiversidad de los rsquos se utilizan a menudo como una medida de su salud.


Mimetismo

Mimetismo Batesiano

Si un animal no es nocivo para los depredadores potenciales, ¿por qué no parece un animal?

  • Varias serpientes inofensivas imitan de cerca la brillante coloración de advertencia del serpiente de coral & mdash la serpiente más venenosa de los Estados Unidos.
  • El inofensivo ladrón volar (derecha) se parece al abejorro (izquierda) a pesar de que los dos no están estrechamente relacionados. La mosca ladrona es un dípteros, con un solo par de alas, mientras que el abejorro es un himenóptero con dos pares.
  • los virrey La mariposa (abajo) no contiene sustancias tóxicas en su cuerpo y presumiblemente es bastante apetecible (un entomólogo declaró que sabe a tostadas secas). Si es así, el sorprendente parecido del virrey con el monarca (arriba) le permite sacar provecho de la falta de agrado de la monarca. (Fotos y cortesía de Howard Hoople).

Mimetismo m & uumllleriano

Algunos animales desagradables se parecen mucho a otras especies igualmente desagradables. Este mimetismo se llama mimetismo mumllleriano (en honor al zoólogo alemán Fritz Mumlller, que lo estudió). Es de suponer que cada especie obtiene una medida de protección de las pérdidas ocasionales, pero educativas, de las otras especies a manos de los depredadores.

Lincoln Brower, que ha estudiado al monarca y al virrey, cree que el virrey es tan desagradable para los depredadores potenciales como el monarca y, por tanto, es realmente un ejemplo de mimetismo mumllleriano.

Mimetismo agresivo

Algunos carnívoros han desarrollado dispositivos con los que imitan a la presa (o pareja potencial) de otros depredadores (generalmente más pequeños). Usan estos dispositivos como señuelos.

    El rape (Antennarius) muestra un señuelo que se asemeja a un pez pequeño. El señuelo es un desarrollo de la columna vertebral de la primera aleta dorsal. Esta especie de rape, que se encontró en Filipinas, mide 9,5 cm de largo. Tenga en cuenta su uso de camuflaje: su textura (y color) se asemeja mucho a las rocas incrustadas de esponjas y algas que se encuentran en su hábitat.

(Foto cortesía de David B. Grobecker de Pietsch, T. W. y D. B. Grobecker, Ciencias, 201:369, 1978.)


9.5: Plantas depredadoras - Biología

Los nematodos son gusanos no segmentados típicamente de 1/500 de pulgada (50 micras) de diámetro y 1/20 de pulgada (1 mm) de longitud. Las pocas especies responsables de las enfermedades de las plantas han recibido mucha atención, pero se sabe mucho menos sobre la mayoría de la comunidad de nematodos que desempeña funciones beneficiosas en el suelo.

Una increíble variedad de nematodos funciona en varios niveles tróficos de la red trófica del suelo. Algunos se alimentan de plantas y algas (primer nivel trófico), otros son herbívoros que se alimentan de bacterias y hongos (segundo nivel trófico) y algunos se alimentan de otros nematodos (niveles tróficos más altos).

Los nematodos de vida libre se pueden dividir en cuatro grandes grupos según su dieta. Alimentadores de bacterias consumir bacterias. Comederos de hongos se alimentan perforando la pared celular de los hongos y succionando el contenido interno. Nematodos depredadores comen todo tipo de nematodos y protozoos. Se alimentan enteros de organismos más pequeños o se adhieren a la cutícula de los nematodos más grandes, raspando hasta que se pueden extraer las partes internas del cuerpo de la presa. Omnívoros comen una variedad de organismos o pueden tener una dieta diferente en cada etapa de la vida. Alimentadores de raíces son parásitos de las plantas y, por lo tanto, no viven libremente en el suelo.

¿QUÉ HACEN LOS NEMATODOS?

Ciclo de nutrientes. Al igual que los protozoos, los nematodos son importantes para mineralizar o liberar nutrientes en formas disponibles para las plantas. Cuando los nematodos comen bacterias u hongos, se libera amonio (NH4 +) porque las bacterias y los hongos contienen mucho más nitrógeno del que requieren los nematodos.

Pasto. A bajas densidades de nematodos, la alimentación de nematodos estimula la tasa de crecimiento de las poblaciones de presas. Es decir, los alimentadores de bacterias estimulan el crecimiento bacteriano, los alimentadores de plantas estimulan el crecimiento de las plantas, etc. A densidades más altas, los nematodos reducirán la población de sus presas. Esto puede disminuir la productividad de la planta, puede afectar negativamente a los hongos micorrízicos y puede reducir las tasas de descomposición e inmovilización por bacterias y hongos. Los nematodos depredadores pueden regular las poblaciones de nematodos que se alimentan de bacterias y hongos, evitando así el pastoreo excesivo por parte de esos grupos. El pastoreo de nematodos puede controlar el equilibrio entre bacterias y hongos, y la composición de especies de la comunidad microbiana.

Dispersión de microbios. Los nematodos ayudan a distribuir bacterias y hongos a través del suelo y a lo largo de las raíces al transportar microbios vivos e inactivos en sus superficies y en sus sistemas digestivos.

Fuente de comida. Los nematodos son alimento para depredadores de nivel superior, incluidos nematodos depredadores, microartrópodos del suelo e insectos del suelo. También están parasitados por bacterias y hongos.

Supresión y desarrollo de enfermedades. Algunos nematodos causan enfermedades. Otros consumen organismos que causan enfermedades, como los nematodos que se alimentan de raíces, o impiden su acceso a las raíces. Estos pueden ser agentes de control biológico potenciales.

¿DÓNDE ESTÁN LOS NEMATODOS?

Los nematodos se concentran cerca de sus grupos de presas. Los comederos de bacterias abundan cerca de las raíces donde se congregan las bacterias; los comederos de hongos están cerca de la biomasa de hongos; los comederos de raíces se concentran alrededor de las raíces de las plantas estresadas o susceptibles. Es más probable que los nematodos depredadores sean abundantes en suelos con un gran número de nematodos.

Debido a su tamaño, los nematodos tienden a ser más comunes en suelos de textura más gruesa. Los nematodos se mueven en películas de agua en espacios porosos grandes (& gt1 / 500 pulgadas o 50 & microm).

Los suelos agrícolas generalmente soportan menos de 100 nematodos en cada cucharadita (gramo seco) de suelo. Los pastizales pueden contener de 50 a 500 nematodos y los suelos forestales generalmente contienen varios cientos por cucharadita. La proporción de nematodos que se alimentan de bacterias y hongos está relacionada con la cantidad de bacterias y hongos en el suelo. Por lo general, los suelos menos perturbados contienen más nematodos depredadores, lo que sugiere que los nematodos depredadores son muy sensibles a una amplia gama de perturbaciones.

NEMATODOS Y CALIDAD DEL SUELO

Los nematodos pueden ser indicadores útiles de la calidad del suelo debido a su tremenda diversidad y su participación en muchas funciones en diferentes niveles de la red alimentaria del suelo. Varios investigadores han propuesto enfoques para evaluar el estado de la calidad del suelo contando el número de nematodos en diferentes familias o grupos tróficos. * Además de su diversidad, los nematodos pueden ser indicadores útiles porque sus poblaciones son relativamente estables en respuesta a cambios en la humedad y temperatura (a diferencia de las bacterias), sin embargo, las poblaciones de nematodos responden a los cambios en el manejo de la tierra de manera predecible. Debido a que son bastante pequeños y viven en películas de agua, los cambios en las poblaciones de nematodos reflejan cambios en los microambientes del suelo.

* Blair, J. M. et al. 1996. Invertebrados del suelo como indicadores de la calidad del suelo. En Métodos para evaluar la calidad del suelo, Publicación especial SSSA 49, págs. 273-291.

BIOGRAFÍA DE ERRORES: Cazadores de nematodos
Un grupo de hongos puede ser un agente de control biológico útil contra nematodos parásitos. Estos hongos depredadores crecen a través del suelo, colocando trampas cuando detectan signos de su presa. Algunas especies usan trampas pegajosas, otras hacen anillos circulares de hifas para constreñir a sus presas. Cuando se coloca la trampa, los hongos lanzan un señuelo, atrayendo a los nematodos que buscan el almuerzo. El nematodo, sin embargo, se convierte en el almuerzo del hongo.


Métodos

Material de plantas e insectos

Álamo bálsamo occidental (Populus trichocarpa) los árboles se propagaron a partir de esquejes de tallos monoclonales (clon 625, NW-FVA, Hann. Münden, Alemania) y se cultivaron en condiciones de verano en el invernadero (24 ° C, 60% de humedad relativa, 16 h / 8 h de ciclo de luz / oscuridad ) en una mezcla 1: 1 de arena y tierra (sustrato para macetas Klasmann), hasta alcanzar aproximadamente 1 m de altura. Polilla gitana (Lymantria dispar) los lotes de huevos fueron amablemente proporcionados por Hannah Nadel, APHIS, EE. UU. Después de la eclosión, las orugas se criaron con una dieta artificial (dieta de la polilla gitana, MP Biomedicals LLC, Illkirch, Francia).

Recolección y análisis de volátiles de álamo

Para investigar la distribución espacial de las emisiones volátiles después de la alimentación de la polilla gitana, realizamos recolecciones de volátiles de una sola hoja. Ocho hojas (de LPI3 a LPI10, LPI = índice de plastocrón foliar [28]) de cada árbol se encerraron individualmente con una bolsa de PET ("Bratschlauch", Toppits, Minden, Alemania) fijando los extremos con sujetacables. Los árboles estaban infestados de L. dispar larvas en una hoja apical (LPI3) o una hoja basal (LPI10) y los volátiles se recolectaron por separado de las hojas LPI3 a LPI10 (archivo adicional 1: Figura S8). Cinco L. dispar las orugas en el tercer al cuarto estadio que murieron de hambre durante 12 h se liberaron en las hojas. Las orugas se alimentaron con hojas de álamo durante una semana. previo al inicio del experimento. Se permitió que las orugas se alimentaran durante 24 h (16.00 h (día 1) - 16.00 h (día 2)). Los volátiles se recogieron durante 6 horas durante la mitad del período de luz del día 2 (10.00 - 16.00 h) después de la eliminación de la oruga usando un sistema de empujar y tirar como se describe por Tholl et al. (2006) [65]. El flujo de aire se mantuvo en el sistema a través de tubos de teflón. El aire filtrado con carbón vegetal se bombeó constantemente a las bolsas a un caudal de 1,5 l / min. El aire saliente (flujo: 1 l / min) pasó por un filtro lleno de 30 mg de Super Q (ARS, Inc., Gainesville, FL, EE. UU.) Para adsorber los compuestos volátiles. Después de la recogida, los volátiles se desorbieron eluyendo el filtro dos veces con 100 µL de diclorometano que contenía acetato de nonilo como patrón interno (10 ng µL -1). Se midieron cinco réplicas de cada uno de los árboles tratados con LPI3, los árboles tratados con LPI10 y los árboles de control no dañados.

El análisis cualitativo y cuantitativo de volátiles se realizó utilizando un cromatógrafo de gases Agilent serie 6890 acoplado a un detector selectivo de masas de cuadrupolo Agilent 5973 (temperatura de interfaz, temperatura de cuadrupolo de 250 ° C, temperatura de fuente de 150 ° C, energía de electrones de 230 ° C, 70 eV) o un detector de ionización de llama (FID) operado a 300 ° C, respectivamente. Los componentes del ramo volátil se separaron utilizando una columna ZB-WAX (Phenomenex, Aschaffenburg, Alemania, 60 m × 0,25 mm × 0,15 μm) y He (MS) o H2 (FID) como gas portador. La muestra (1 μL) se inyectó sin dividir a una temperatura inicial del horno de 40 ° C. La temperatura se mantuvo durante 2 min y luego se incrementó a 225 ° C con un gradiente de 5 ° C min -1, se mantuvo durante otros 2 min y luego se incrementó aún más a 250 ° C con un gradiente de 100 ° C min -1 y un mantener 1 min. Los compuestos se identificaron mediante la comparación de los tiempos de retención y los espectros de masas con los de los estándares auténticos obtenidos de Fluka (Seelze, Alemania), Roth (Karlsruhe, Alemania), Sigma (St. Louis, MO, EE. UU.), Bedoukian (Danbury, CT, EE. UU.). ), o por espectros de referencia en las bibliotecas de Wiley y del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología. Los patrones de aldoxima se sintetizaron como se describe en Irmisch et al. 2013 [10].

Muestreo de tejido vegetal, extracción de ARN y transcripción inversa

El material de álamo se cosechó después de 24 h de herbivoría, se congeló rápidamente con nitrógeno líquido y se almacenó a -80 ° C hasta su posterior procesamiento. Después de triturar, el ARN total se aisló usando un Mini Kit de ARN Invisorb Spin Plant (Invitek GmbH, Berlín, Alemania) de acuerdo con las instrucciones del fabricante. Se obtuvo acceso a la concentración, pureza y calidad del ARN utilizando un espectrofotómetro (NanoDrop 2000c, Thermo Scientific, Wilmington, EE. UU.) Y un Bioanalizador Agilent 2100 (Agilent Technologies GmbH, Waldbronn, Alemania). Antes de la síntesis de ADNc, se trató con ADNasa 0,75 μg de ARN utilizando 1 μl de ADNasa (Fermentas GmbH, St. Leon Roth, Alemania). Se preparó ADNc monocatenario a partir del ARN tratado con ADNasa usando transcriptasa inversa SuperScript ™ III y oligo (dT12-18) cebadores (Invitrogen, Carlsbad, CA, EE. UU.).

Identificación y aislamiento de genes PtTPS

Para identificar el putativo álamo TPS genes, una búsqueda BLAST contra el P. trichocarpa Se realizó la base de datos del genoma (http://www.phytozome.net/poplar) utilizando PtTPS1 (JF449450) y AtGAS2 (Q9SAK2) como secuencias de investigación. Treinta y ocho de longitud completa TPS Se identificaron genes con una longitud mínima de 520 aminoácidos. Quince (incluyendo PtTPS1-4) [21] de estas secuencias podrían amplificarse a partir de ADNc obtenido de hojas dañadas por herbívoros de P. trichocarpa. La información de la secuencia del cebador está disponible en el archivo adicional 2: Tabla S10. Los productos de PCR se clonaron en el vector de secuenciación pCR® - Blunt II-TOPO® (Invitrogen) y ambas cadenas se secuenciaron completamente. La predicción del péptido señal se realizó utilizando el servidor TargetP 1.1 (http://www.cbs.dtu.dk/services/TargetP/) y se tomó una predicción positiva si la clase de confiabilidad (valor RC) era mayor que 4. Las secuencias fueron depositado en GenBank con los números de acceso KF776503 (PtTPS5), KF776504 (PtTPS6), KF776505 (PtTPS7), KF776506 (PtTPS8), KF776507 (PtTPS9), KF776508 (PtTPS10), KF776509 (PtTPS11), KF776510 (PtTPS12), KF776511 (PtTPS13), KF776512 (PtTPS14), KF776502 (PtTPS15).

Expresión heteróloga de PtTPS en E. coli

Los marcos de lectura abiertos del TPS los genes fueron clonados como BsaI se fragmenta en el vector pASK-IBA7 (IBA-GmbH, Göttingen, Alemania). los E. coli se utilizó la cepa TOP10 (Invitrogen) para la expresión. Los cultivos se hicieron crecer a 37 ° C, se indujeron a una DO600 = 0,6 con 200 ug / l de anhidrotetraciclina (IBA-GmbH) y posteriormente se coloca a 18 ° C y se deja crecer durante otras 20 horas. Las células se recogieron por centrifugación y se rompieron mediante un tratamiento de 3 a 30 con un sonicador (Bandelin UW2070, Berlín, Alemania) en tampón de extracción refrigerado (Mopso 50 mM, pH 7,0, con MgCl 5 mM2, Ascorbato de sodio 5 mM, PMSF 0,5 mM, ditiotreitol 5 mM y glicerol al 10% (v / v)). Los fragmentos de células se eliminaron mediante centrifugación a 14.000 gy el sobrenadante se desaló en tampón de ensayo (Mopso 10 mM, pH 7,0, ditiotreitol 1 mM, glicerol al 10% (v / v)) mediante el paso a través de una columna Econopac 10DG (BioRad, Hercules, CA, EE. UU.).

Análisis de PtTPS recombinante

Para determinar la actividad catalítica de las diferentes terpeno sintasas, ensayos enzimáticos que contienen 40 μl del extracto bacteriano y 60 μl de tampón de ensayo con 10 μM (mi,mi) -FPP o (mi) -GPP y MgCl 10 mM2, en un vial de vidrio GC de 1 ml con tapón de rosca y sellado con teflón. Se colocó una fibra SPME (microextracción en fase sólida) que constaba de 100 μm de polidimetilsiloxano (SUPELCO, Belafonte, PA, EE. UU.) En el espacio de cabeza del vial durante 45 min de incubación a 30 ° C. Para el análisis de los productos de reacción adsorbidos, la fibra SPME se insertó directamente en el inyector del cromatógrafo de gases. Para determinar la actividad de la diterpeno sintasa, los ensayos se configuraron como se describió anteriormente, que contenían 50 μM (mi,mi,mi) -GGPP como sustrato y recubierto con 100 μl de hexano. Después de la incubación durante 60 min a 30 ° C, se recogió la fase de hexano y se analizó usando GC-MS.

Como control negativo, incubamos extractos de proteína cruda de E. coli expresando el vector vacío pASK-IBA7 con los sustratos GPP, FPP y GGPP, respectivamente, como se describió anteriormente. Como se muestra en el archivo adicional 1: Figura S9, no se formaron hidrocarburos terpénicos o alcoholes terpénicos con la excepción de muy pocos productos de hidrólisis de GPP y FPP que probablemente fueron producidos por no específicos E. coli fosfatasas.

Los productos de la enzima TPS se analizaron e identificaron usando GC-MS como se describió anteriormente para los volátiles de álamo. El GC se operó con una columna DB-5MS (Agilent, Santa Clara, EE. UU., 30 m × 0,25 mM × 0,25 μm). La muestra (SPME) se inyectó sin dividir a una temperatura inicial del horno de 50 ° C.La temperatura se mantuvo durante 2 min, luego se incrementó a 240 ° C con un gradiente de 7 ° C min -1, y se incrementó adicionalmente a 300 ° C con un gradiente de 60 ° C min -1 y una retención de 2 min. Para el análisis GC-MS con un inyector más frío, la temperatura del inyector se redujo de 220 ° C a 150 ° C. Para el análisis de diterpenos volátiles, se inyectaron 2 μl de las muestras de hexano sin dividir a una temperatura inicial del horno de 80 ° C. La temperatura se mantuvo durante 2 min, luego se incrementó a 250 ° C con un gradiente de 7 ° C min -1, y se incrementó adicionalmente a 320 ° C con un gradiente de 100 ° C min -1 y una retención de 2 min.

El análisis de GC-MS quiral se realizó utilizando una columna Rt ™ -βDEXsm (Restek, Bad Homburg, Alemania) y un programa de temperatura de 50 ° C (2 min de retención) a 2 ° C min -1 a 220 ° C (1 min sostener). Los enantiómeros se identificaron utilizando estándares auténticos obtenidos de (Fluka, Seelze, Alemania). Una mezcla racémica de (mi) -β-cariofileno fue proporcionado amablemente por Stefan Garms (MPI for Chemical Ecology, Jena, Alemania). A (+) - germacreno A sintasa de manzanilla MrTPS3 (Matricaria recutita) [42] se utilizó para preparar un estándar (+) - germacreno A auténtico.

Análisis qRT-PCR de la expresión de PtTPS

Se aisló ARN de hojas tratadas durante 24 h con herbivoría y se preparó ADNc como se describió anteriormente y se diluyó 1: 3 con agua. Para la amplificación de TPS fragmentos de genes con una longitud entre 110 y 200 pb, se diseñó un par de cebadores específicos de genes que tienen un Tmetro de aproximadamente 60 ° C, un contenido de GC entre 40 - 55% y una longitud del cebador en el rango de 19 25 nt (Archivo adicional 2: Tabla S9). Debido a la gran similitud de secuencia, solo se utilizó un par de cebadores para la amplificación de PtTPS11 y PtTPS14. La secuenciación de los productos de PCR obtenidos a partir de cuatro réplicas biológicas reveló el porcentaje medio de las transcripciones de PtTPS11 y PtTPS14.

La especificidad del cebador se confirmó mediante electroforesis en gel de agarosa, análisis de la curva de fusión y análisis de la curva estándar y mediante verificación de la secuencia de amplicones de PCR clonados. Ubiquitina se utilizó como gen de referencia [66]. Las muestras se procesaron por triplicado usando Brilliant® III SYBR® Green QPCR Master Mix (Stratagene, CA, EE. UU.) Con ROX como colorante de referencia. Se aplicaron las siguientes condiciones de PCR para todas las reacciones: Incubación inicial a 95 ° C durante 3 min seguido de 40 ° Ciclos de amplificación (95 ° C durante 20 segundos, 60 ° C durante 20 segundos). Se tomaron lecturas de placa durante el recocido y el paso de extensión de cada ciclo. Los datos de las curvas de fusión se registraron al final del ciclo de 55 ° C a 95 ° C.

Todas las muestras se procesaron en la misma máquina de PCR (MxPro - Mx3000P, Stratagene, Agilent Technologies, EE. UU.) En una placa óptica de 96 pocillos. Se analizaron cinco réplicas biológicas por triplicado en la qRT-PCR para cada uno de los tres tratamientos. Los datos de la cantidad relativa al promedio del calibrador (dRn) se exportaron del software MXPro.

Reconstrucción de árboles filogenéticos

Para la estimación de un árbol filogenético, usamos el algoritmo MUSCLE (brecha abierta, -2.9 brecha extendida, 0 multiplicador de hidrofobicidad, 1.5 método de agrupamiento, upgmb) implementado en MEGA5 [67] para calcular una alineación de aminoácidos de todos los TPS de álamo de longitud completa enzimas. Basado en la alineación MUSCLE, el árbol se reconstruyó con MEGA5 utilizando un algoritmo de unión de vecinos (modelo de Poisson). Se realizó un análisis de remuestreo bootstrap con 1000 réplicas para evaluar la topología del árbol. Siguiendo este procedimiento, se construyó un árbol filogenético que contenía las enzimas PtTPS caracterizadas y otras enzimas TPS representativas. Un árbol adicional que muestra la relación filogenética de todos los PtTPS genes y representante TPS Se construyeron genes de otras plantas usando un alineamiento de agrupamiento W (nucleótidos tratados como triplicados) para construir un árbol de unión vecino usando MEGA 5 como se describió anteriormente.

Una alineación de todas las enzimas PtTPS caracterizadas y una alineación de las supuestas diterpeno sintasas de álamo con otras diterpeno sintasas caracterizadas se construyeron y visualizaron utilizando BioEdit (http://www.mbio.ncsu.edu/bioedit/bioedit.html) y ClustalW algoritmo.

Cuantificación de ácido jasmónico, conjugados JA-Ile, OPDA, ABA y ácido salicílico

Para el análisis de fitohormonas, se extrajeron 110 mg de material foliar finamente molido con 1 ml de metanol que contenía 60 ng de 9,10-D2-Ácido 9,10-dihidrojasmónico, 60 ng D4-ácido salicílico (Sigma-Aldrich), 60 ng D6-ácido abscísico (Santa Cruz Biotechnology, Santa Cruz, CA, EE. UU.), y 15 ng de ácido jasmónico- [13 C6] conjugado de isoleucina como patrones internos. Ácido jasmónico- [13 C6] conjugado de isoleucina se sintetizó como describen Kramell et al. (1988) utilizando [13 C6] Isoleucina (Sigma-Aldrich) [68].

La cromatografía se realizó en un sistema HPLC Agilent 1200 (Agilent Technologies). La separación se logró en una columna Zorbax Eclipse XDB-C18 (50 x 4,6 mM, 1,8 μm, Agilent). Se emplearon ácido fórmico (0,05%) en agua y acetonitrilo como fases móviles A y B, respectivamente. El perfil de elución fue: 0 0.5 min, 5% B 0.5-9.5 min, 5-42% B 9.5-9.51 min 42-100% B 9.51-12 min 100% B y 12.1-15 min 5% B. La fase móvil el caudal fue de 1,1 ml / min. La temperatura de la columna se mantuvo a 25 ° C. Un espectrómetro de masas en tándem API 3200 (Applied Biosystems) equipado con una fuente de iones Turbospray se hizo funcionar en modo de ionización negativa. Los parámetros del instrumento se optimizaron mediante experimentos de infusión con estándares puros, cuando estaban disponibles. El voltaje de pulverización de iones se mantuvo en 4500 eV. La temperatura del turbo gas se fijó en 700 ° C. El gas de nebulización se fijó a 60 psi, el gas de cortina a 25 psi, el gas de calentamiento a 60 psi y el gas de colisión a 7 psi. Se utilizó la monitorización de reacciones múltiples (MRM) para monitorizar el ión original del analito → ión producto: metro/z 136,9 → 93,0 (energía de colisión (CE) -22 V potencial de descomposición (DP) -35 V) para ácido salicílico metro/z 140,9 → 97,0 (CE -22 V DP -35 V) para D4-ácido salicílico metro/z 209,1 → 59,0 (CE -24 V DP -35 V) para ácido jasmónico metro/z 213,1 → 56,0 (CE -24 V DP -35 V) para ácido 9,10-D2-9,10-dihidrojasmónico metro/z 263.0 → 153.2 (CE -22 V DP -35 V) para ácido abscísico metro/z 269.0 → 159.2 (CE -22 V DP -35 V) para D6-ácido abscísico metro/z 322.2 → 130.1 (CE -30 V DP -50 V) para conjugado ácido jasmónico-isoleucina metro/z 328,2 → 136,1 (CE -30 V DP -50 V) para ácido jasmónico- [13 C6] conjugado de isoleucina. Los cuadrupolos Q1 y Q3 se mantuvieron a la resolución de la unidad. Se utilizó el software Analyst 1.5 (Applied Biosystems) para la adquisición y el procesamiento de datos. La linealidad en las eficiencias de ionización se verificó analizando series de diluciones de mezclas estándar. Las fitohormonas se cuantificaron en relación con la señal de su correspondiente patrón interno. Para la cuantificación de ácido 12-oxofitodienoico, cis-OPDA, 9,10-D2Se utilizó ácido -9,10-dihidrojasmónico como patrón interno aplicando un factor de respuesta de 2,24 determinado experimentalmente.

Análisis estadístico

Siempre que fue necesario, los datos se transformaron logarítmicamente para cumplir con supuestos estadísticos como normalidad y homogeneidad de las varianzas. A lo largo del manuscrito, los datos se presentan como medias ± EE. Comparar P. trichocarpa emisión de volátiles de hojas inducidas por herbívoros y sus respectivas hojas de control, emisión de hojas apicales vs.basales y expresión de TPS en hojas de árboles inducidos por herbívoros frente a controles no dañados, se realizaron pruebas t de Student con SigmaPlot 11.0 para Windows (Systat Software Inc. 2008). Se realizó una regresión lineal utilizando R2.15.2 (R Development Core Team, http://www.R-project.org) para verificar los gradientes de emisión volátil en los árboles. Comparar las concentraciones de fitohormonas en hojas individuales de P. trichocarpa y PtTPS6 y PtTPS9 Se utilizó la expresión génica en diferentes hojas individuales de un árbol, modelos de efectos mixtos (paquete nlme) con el número de hojas como efecto fijo y la identidad de la planta como efecto aleatorio, seguidos de una prueba de razón de máxima verosimilitud. La prueba de diferencias significativas en el contenido de fitohormonas y la emisión de terpenos entre el tratamiento apical, basal y de control en una posición de hoja se realizó utilizando un análisis de varianza de una vía (ANOVA). Los modelos se simplificaron mediante la reducción a nivel de factor [69] y se realizaron con R2.15.2.

Disponibilidad de datos de apoyo

Los datos filogenéticos (árboles y los datos utilizados para generarlos) se han depositado en el repositorio TreeBASE y están disponibles en la URL http://purl.org/phylo/treebase/phylows/study/TB2:S16450.


Ver el vídeo: PLANTAS CARNÍVORAS (Agosto 2022).