Los seres vivos y los mecanismos de regulación interna ......

Autor: Prof. Dra. Liliana Mayoral Institución: Instituto ECIEN, Fac. de Ingeniería (U. de Mendoza)_Instituto de Ciencias Básicas (UNCuyo) Dirección electrónica: [email protected]

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Los seres vivos y los mecanismos de regulación interna. Una aproximación. Unidad de secuencia didáctica

Apertura La represa del castor

El castor establece el nivel del estanque respecto a su casa que construye a lo largo de la periferia del mismo.

La casa del castor es su morada y es la protección contra los predadores para su familia. Un punto crítico acerca de la casa del castor es el punto de ingreso. La entrada se localiza bajo el agua. Otro punto crítico es el nivel del suelo de la casa del castor, no puede estar bajo el nivel de agua (fig.3).

El agua contenida por el dique subirá en el estanque hasta alcanzar la cima del dique. Una vez que el vuelco o el derrame igualan la proporción de ingreso del curso de agua del arroyo, se alcanza un valor relativamente estable del nivel del estanque (fig. 2)

Figura 2

Figura 3

Un castor, o más típicamente un par de castores localizan un área en la cuál un pequeño arroyo pasa a ser útil como estructura para su casa. Para ello bloquearán el curso del arroyo y construirán el dique reduciendo árboles y usando troncos, ramas y barro (fig. 1).

Figura 1

Comentario [C1]: Íconos y textos que llevan a reconocer cómo funciona la represa del castor, el análogo se presenta primero.


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El castor mantiene este nivel de agua diariamente con una importante labor física.

El nivel de la superficie de agua del estanque es improbable que suba demasiado alto en caso de lluvias intensas por ejemplo, porque el escurrimiento por encima del dique está vinculado de modo directo con el flujo del arroyo afluente.

Sin embargo, es necesario, que el castor ajuste el dique para adecuar el agua que rebasa.

Además, podría suceder que en el estanque el nivel de agua descienda demasiado. Un nivel de agua en descenso puede ser determinado por una salida excesiva del fluido por una brecha en el dique o al ingreso de flujo inadecuado desde el arroyo.

El castor inspecciona el dique regularmente para encontrar brechas y repararlas (de hecho, reparará las brechas instintivamente, incluso antes del descenso de los niveles de agua a valores peligrosos). Si el flujo de agua en el estanque está disminuido, el castor puede modificar la altura del lecho del arroyo mediante las modificaciones de ramas y troncos para aumentar el ingreso del agua. A través de estas acciones el nivel de agua se sostiene relativamente constante.

Actividad nº1: A partir de la lectura del material anterior, complete las siguientes tablas (1 y 2).

Tabla 1

Estructuras del estanque (identificar) Función de las estructuras en el estanque

Que permiten ingreso de agua al estanque

Que favorecen el drenaje del agua excedente

Tabla 2

Estructuras “vigiladas”/Modificadas Finalidad de las acciones del castor

Responda:

1.1. ¿Qué acciones realiza el castor para sostener el nivel de agua en el estanque?

1.2. Realice un diagrama sencillo que vincule gráficamente los componentes de este mecanismo regulador.

El castor mantiene el nivel de agua en el estanque con precisión: debe ser lo bastante alto para guardar la entrada de la casa que se ubica bajo el nivel de agua, impidiendo así a los predadores entrar, pero debe ser más bajo que el suelo de la casa o su familia se inundará

Comentario [C2]: Énfasis en la tarea del castor y la importancia de sostener los niveles de agua en la represa

Comentario [C3]: Actividad de aplicación para evaluar si el aprendiz logra reconocer las estructuras que intervienen en el modelo analógico. Consta de varias fases, que pretenden vincular desde la palabra a los signos.

Comentario [C4]: Esta fase de la actividad pretende hacer emerger la función en sentido de finalidad.

Comentario [C5]: Idea de hacer emerger que el control es constante, cotidiano

Comentario [C6]: Idea de favorecer la puesta en acto del dibujo como proceso que asocia diferentes signos. Los signos tienen un significado. Es muy importante desde el punto de vista de la construcción del modelo mental.


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Desarrollo

La glucosa en el organismo humano- Parte A

El organismo humano es pluricelular complejo. Los tejidos y los órganos especializados forman sistemas responsables de cumplir funciones que permitan proporcionar lo que las células necesitan. La función de nutrición del organismo depende de la interacción estrecha entre las funciones de la digestión, respiración, excreción y circulación para cumplir con la finalidad de sostener a todas y cada una de las células que componen al organismo.

El nivel de glucosa en el torrente sanguíneo, específicamente, la concentración en el plasma se controla por numerosos mecanismos fisiológicos.

El nivel de glucosa se sostiene en un rango estrecho, donde se reconocen valores mínimos y máximos tolerables. Una de las razones y principales está relacionada con las necesidades del sistema nervioso central que depende de ella como fuente de energía.

Si el nivel de glucosa desciende demasiado bajo, se produce una condición llamada hipoglucemia. Ésta se relaciona con alteraciones neurológicas que se desarrollan desde malestares ligeros y confusión hasta producirse el estado de coma.

Dibujo esquemático: Representa a modo de comparación la idea de una represa con estructuras del organismo humano.

glucosa en sangre (glucemia)

Actividad nº 2: Para expresar la acción de reconocimiento, complételas tablas 3 y 4.

Tabla 3

Estructuras del organismo humano relacionadas con el nivel de glucosa

Función de las estructuras

Que permiten ingreso de glucosa a la sangre

Que reciben la glucosa excedente en sangre, favorecen el “drenaje” del exceso de glucosa en sangre

Tabla 4Niveles “vigilados”/Modificados Finalidad de las acciones de control

Tracto gastrointestinal Hígado

Músculo esquelético

Otros órganos

Figura 4

Comentario [C7]: Comienza el tránsito para reconocer un proceso de regulación en el organismo humano. Se elige la regulación de la glucosa, por ser el proceso de mayor vínculo desde lo idiosincrásico. Los términos páncreas, insulina, diabetes pueden ser conceptos sostén en la construcción.

Comentario [C8]: Idea: establecer el diálogo analógico entre el esquema y los textos.

Comentario [C9]: Intervención didáctica para que el novato complete la tabla atendiendo al mismo diagrama que en el caso analógico, pero en el contexto del organismo humano.

Comentario [C10]: La analogía se difumina en el marco del contexto de construcción de ciencia escolar. Hay un bucle de trabajo sobre uno y otro contexto.


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La glucosa en el organismo humano- Parte B

El estanque es análogo al nivel de glucosa en sangre. El agua (glucosa) que ingresa proveniente de dos arroyos (sistema digestivo e hígado) tiene un flujo de salida por dos vías (sistema muscular-músculo esquelético y resto de los órganos sistémicos). El cerebro es análogo a la casa del castor.

Al comparar la situación dada cuando el nivel de agua en el estanque del castor desciende de modo pronunciado con el organismo humano, podemos establecer la siguiente relación:

En el estanque del castor se pone en riesgo la casa como en el organismo humano el sistema nervioso. Es una situación de hipoglucemia.

En una situación opuesta, la hiperglucemia también es asociada con una consecuencia importante de no control. Está asociada a un desequilibrio que se conoce como diabetes mellitus.

Actividad nº 3:

Complete la siguiente tabla comparando condición del estanque del castor con lo la regulación de la glucosa.

Criterio de comparación Estanque del castor Organismo humano

Vía de abastecimiento

Material a regular

Vías de salida (efluentes)

Estructura “protegida”

Puntos críticos

Funciones alteradas por desregulación

Actividad nº4:

Elija una idea de entre las siguientes que identifique la similitud entre las funciones resueltas en el ámbito de la represa del castor y del organismo humano

vigilancia Ingreso de sustancias

Regulación de los niveles de los materiales

Egreso de sustancias

Actividad nº5: Lea el siguiente texto, tomado de apuntes históricos del fisiólogo Claude Bernard (1865)

La vida se manifiesta por la acción de los excitantes exteriores sobre los tejidos vivos que son irritables y reaccionan y manifiestan sus propiedades especiales. […] Estos excitantes se encuentran en la atmósfera o el medio que habita el animal, pero nosotros sabemos que las propiedades de la atmósfera exterior general pasan a la atmósfera orgánica interior […] Ese medio interior, en el organismo está formado por la sangre y los líquidos

Comentario [C11]: La intención es favorecer la emergencia de los “principios” que sostienen a uno y otro contexto de análisis. La comparación ayuda al funcionamiento del análogo para la construcción del concepto de mayor abstracción.

Comentario [C12]: Síntesis. Se sostiene un pilar, el funcional. Énfasis en la fisiología.

Comentario [C13]: Trabajo desde la epistemología con la intención de ofrecer términos, ideas y modo de contar por quienes han construido la ciencia erudita. Se continúa sosteniendo la dimensión del campo de trabajo.


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fisiológicos en los cuáles se bañan los elementos orgánicos. […] hemos podido poner a voluntad glándulas en estado de reposo o en exagerada función[…] hemos podido atrapar luego todos los intermediarios y comprendemos ahora como una función toda química puede estar regulada por el sistema nervioso de manera de sostener los líquidos orgánicos siempre en idénticas condiciones […]

Claude Bernard, (1865). Introducción a la medicina experimental.

A partir de la lectura del texto:

5.1. El concepto de glándula, ¿con cuál/es de las siguientes palabras lo vincularía para afianzar su interpretación?

célula órgano tejido molécula

1 2 3 4

5.2. ¿A qué cree que hace referencia Bernard con intermediarios químicos? Seleccione dos conceptos: uno como más adecuado, otro como alternativo/análogo/sustituto

célula molécula partícula otro

1 2 3 4

5.3. ¿Puede enunciar algún sistema que regule los líquidos internos, a partir de la lectura del texto?

5.4. Observe el video “Diabetes” e interprete:

5.4. a. ¿Quién es intermediario en la función utilización de la glucosa por parte de la célula?

_____________________________________________________________________

5.4. b. ¿Cuál/es de los siguientes pares de conceptos elegiría para sostener una comparación?

Insulina-célula Insulina-molécula Páncreas-célula Páncreas-órgano 1 2 3 4

5.4. c. ¿Cuál es el medio de transporte utilizado por la insulina? _____________________________________________________________________ Después de una comida, la concentración de glucosa en sangre aumenta a medida que es absorbida en el intestino delgado. Este aumento estimula al páncreas a segregar insulina, la cual estimula a las células para que utilicen a la glucosa como combustible. Algunas células más que otras utilizan la glucosa para construir glucógeno y/o grasa siendo éstos materiales de almacenamiento.

Actividad nº 6: Integrar_Ampliar_I El mecanismo de regulación del interior del organismo humano, demanda sostener las condiciones físico-químicas estables compatibles con la vida.

Comentario [C14]: Serie de acciones para visualizar las relaciones que los estudiantes resuelven en el proceso de comparación_construcción_emergencia de conceptos sostén


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Ello implica diversas y complejas funciones. Los seres vivos como sistemas requieren de modo constante sostener mediante diversas “partículas/molécula señal” la comunicación entre las estructuras celulares.

Lea el siguiente texto, tomado de escrituras científicas:

En la estructura del páncreas se localiza una zona denominada islotes de Langerhans (en homenaje a quien lo descubrió). Esta estructura presenta tres tipos de células, identificadas como células beta (), células alfa () y células delta (. Las primeras de las nombradas producen y secretan moléculas de insulina; el segundo tipo de células produce y secreta moléculas de glucagón sustancia de efecto opuesto a la insulina; y el tercer tipo de células producen y secretan moléculas de somatostatina. El conjunto de los tres tipos de moléculas se conoce como “hormonas” palabra que deriva del griego y que significa “activar, estimular”. La somatostatina actúa localmente sobre las células y frenando la secreción de las respectivas moléculas. El ejercicio intenso estimula la secreción de glucagón, es un efecto beneficioso. 6.1. Resuelva en la siguiente tabla, para ello subraye en la columna moléculas el nombre de la sustancia que crea se relaciona con la función dada en la columna izquierda.

Función Moléculas

1.Disminuye la concentración de glucosa en la sangre Insulina-glucagón-somatostatina

2. Aumenta la concentración de glucosa en la célula Insulina-glucagón-somatostatina

3. Aumenta la concentración de glucosa en la sangre Insulina-glucagón-somatostatina

4. Disminuye la concentración de glucosa en la célula Insulina-glucagón-somatostatina

5. Inhibe (frena) la actividad de células y Insulina-glucagón-somatostatina 6.2. Elija el medio de transporte o vía comunicante para la somatostatina:

Vía sanguínea Líquido que baña a las células No estoy seguro del medio que interviene

1 2 3

6.3. Elija el conjunto de expresiones que den un sentido más ajustado a lo desarrollado hasta aquí:

1 Diferentes sustancias-células secretoras iguales-diferentes funciones-idéntica finalidad

2 Diferentes sustancias- células secretoras diferentes -igual función-diferente finalidad

3 Diferentes sustancias- células secretoras diferentes – funciones diferentes-idéntica finalidad

4 Sustancias iguales -diferentes células secretoras-funciones idénticas-diferente finalidad

Comentario [C15]: Un texto de ciencia escolar para poder resolver lo funcional a partir de la selección desde una triada.

Comentario [C16]: Conflicto o disonancia establecida a partir del pensamiento en los medios de transporte que pueden operar para la distribución de una “partícula determinada”.

Comentario [C17]: Síntesis parcial basada en la selección.


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Adhiriendo a la idea de modelo comunicacional: emisor-señal-receptor avanzaremos en la esquematización modélica que nos conduce a emerger en el pensamiento complejo. A partir de la lectura del texto, complete en la siguiente tabla las columnas 1 y 2. Para ello vincule la noción de “emisor” a un tipo de célula concreto e indique un nombre propio a la “molécula señal”, relacione ambas denominaciones. ¿Qué estructuras podrán funcionar como receptores? Resuelva atendiendo todo lo desarrollado hasta aquí.

Organismo humano y la glucosa

1. emisor 2. molécula señal 3. receptor

4. Finalidad (escriba una sencilla idea/hipótesis)

Actividad nº 7: Representar_Dibujar_Modelizar

Las moléculas señal, deberán acoplarse a receptores. La insulina se une a un receptor en la membrana plasmática de las células permitiendo el ingreso de la glucosa a éstas. Si el proceso no se resuelve eficazmente, la glucosa continúa en sangre y es eliminada luego por la orina.

Imagine que tiene un potente microscopio y que a través del mismo puede observar el proceso de acoplamiento insulina-receptor. Dibújelo “en detalle” en el espacio previsto en la imagen inserta debajo.

Figura 5

Comentario [C18]: Planteo didáctico de una nueva analogía que sostiene lo funcional.

Comentario [C19]: Tabla de aplicación en base a las estructuras de detalle que intervienen desde el nivel pancreático en la regulación de la glucosa en vínculo con el analógico

Comentario [C20]: Dibujo iconográfico no libre, sino en contexto. Se potencia la imaginación. En este caso el aprendiz deberá pensar acerca de cómo se podrán vincular esas “partículas” con el receptor. Seguramente adherirán a la idea de combinación de formas.


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Actividad nº 8: Integración

Complete el siguiente diagrama conceptual, colocando las palabras nexo entre los nodos y las flechas vinculantes. Tenga en cuenta lo resuelto hasta aquí. ¿Agregaría algún nodo? Hágalo.

Estímulos Regulación Glucosa

Células emisoras

Moléculas señal Células receptoras

Vía de comunicación

Células b células a Células d Receptores de membrana

Sangre Líquido intercelular

páncreas hipoglucemia hiperglucemia

Cierre.

El crecimiento y desarrollo en plantas, un acercamiento

Los seres vivos responden a los estímulos del medio externo e interno. Las plantas han sido objeto de estudio por parte de diferentes grupos de investigadores para determinar cómo se resuelve la regulación y el sostenimiento del equilibrio en ellas.

a. Observe el video “La germinación”.

¿Qué se destaca en este video?

_________________________________________________________________

A continuación lea con atención el siguiente párrafo que expone la “historia” de algunas ideas explicativas sobre el crecimiento de las plantas.

Charles Darwin junto a su hijo Francis en 1880, estudiaron acerca del crecimiento de los tallos hacia la luz. Resolvieron diversos diseños experimentales, trabajando con plántulas a las cuáles les cubrían o no el extremo del incipiente tallo. Si el tallo tenía su extremo cubierto no respondía al estímulo de la luz. Si en cambio estaba descubierto, el tallo “torcía” su estructura para “dirigirse” hacia la fuente de luz. Concluyeron que en el extremo del tallo está “el ojo” de la planta. Fueron pioneros en montar diseños experimentales controlando esta variable.

Comentario [C21]: Heurístico propuesto. Es de gran importancia si resolvemos un trabajo didáctico-investigativo en el aula. Nos dará claro perfil cuál es el grado de acierto y de error que sostiene nuestro alumnado. Se puede ofrecer aún que recorten y ordenen de diferentes modos. En trabajo individual y en quipo.

Comentario [C22]: Si los conceptos sostén han emergido con acierto, el estudiante está en condiciones de sostener un aprendizaje cognitivo consciente sustentable. Es decir puede continuar el aprendizaje. Se propone un contexto diferente: las plantas

Comentario [C23]: Se ofrece un texto sobre la historia de las ideas sobre el tema, es un retazo de esa historia.


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Frits Went continuó trabajando en el mismo sentido que los Darwin. En 1926, a partir de sus trabajos hipotetizó acerca de la sustancia que influía en el crecimiento de los tallos. La llamó auxina, que deriva del griego auxein y significa “incrementar”.

Actividad nº10:

2.1. ¿Qué idea cree que sostenía Went al cortar el extremo de la plántula?

2.2. ¿Qué sucedería si el extremo fuera desechado?

Observación del video “Fototropismo”

Figura 6: Representación mediante dibujos sobre el trabajo de Charles y Francis Darwin Tomado de Purves et al (2002, pp 652)

Aplicación nº 9:

Estímulo: ____________

_____________________

Función regulada ______

___________________

Parte de la planta que responde

al estímulo:

_________________________

_________________

Figura 7: La imagen de la izquierda ilustra uno de los trabajos de Went Tomado de Purves et al (2002-pp652)

Comentario [C24]: Se ofrece la iconografía y se resuelven acciones de análisis breve.

Comentario [C25]: Otro retazo de historia que lleva a la idea de casi medio siglo entre un científico y otro. La ciencia se construye por el trabajo de muchos a lo largo del tiempo.

Comentario [C26]: Se ofrece pensar sobre los trabajos de un científico pues hay correlato con el video ofrecido.


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En la proyección se observa que se colocaron plantas en diferentes posiciones y los tallos y las hojas siempre cambian su orientación según se ubique la fuente de luz. Lo mismo realizó Went y concluyó:

Las sustancias poseen un origen y un destino. La auxina presenta un movimiento unidireccional, desde el lugar de producción hacia otros sectores de la planta. Su movimiento no es afectado por la fuerza de gravedad. Sus ideas se representan en la figura 8.

Actividad nº 13:

Elija la idea que mejor represente la función de la auxina según lo tratado aquí:

Torcer el tallo Aumentar la elasticidad del tallo

Modificar las células del tallo, en el sector opuesto a la luz

Eliminar las células del tallo en el sector donde

incide la luz

Finalmente, los científicos en la actualidad sostienen que en el funcionamiento regulador u homeostático de las plantas intervienen diferentes sustancias comunicantes (o moléculas señal).

Actividad nº 14: _Cierre Resuelva una comparación entre los diferentes seres vivos. Complete la tabla.

Criterio a comparar Organismo humano Plantas

Célula/s emisora/s

Molécula/s señal

Célula/s receptora/s

Finalidad

Actividad nº 12:

1. Según la figura 8, ¿qué

indican las flechas ubicadas en

el interior de la plántula?

2. ¿Qué indican los signos de

puntos?

3. ¿Dónde cree que se ubicarán

los receptores para esta

sustancia? Figura 8

Comentario [C27]: Textos y dibujos esquemáticos que pretenden representar el proceso ocurrido.

Comentario [C28]: Centrado en la fisiología de la planta. Propuesta de explicaciones simples a complejas pero incorrecta.

Comentario [C29]: Final del trabajo en esta secuencia. Se ofrece el medio para que los estudiantes cierren su trabajo, en este caso una comparación entre ambos contextos estudiados y con la similitud de la regulación desde el modelo analógico de la comunicación.


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