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30.2: Tallos - Biología

30.2: Tallos - Biología



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Habilidades para desarrollar

  • Describir la función principal y la estructura básica de los tallos.
  • Comparar y contrastar las funciones del tejido dérmico, el tejido vascular y el tejido del suelo.
  • Distinguir entre crecimiento primario y crecimiento secundario en tallos.
  • Resumir el origen de los anillos anuales
  • Enumere y describa ejemplos de tallos modificados

Los tallos son parte del sistema de brotes de una planta. Pueden variar en longitud desde unos pocos milímetros hasta cientos de metros, y también varían en diámetro, dependiendo del tipo de planta. Los tallos suelen estar por encima del suelo, aunque los tallos de algunas plantas, como la papa, también crecen bajo tierra. Los tallos pueden ser de naturaleza herbácea (blanda) o leñosa. Su función principal es brindar apoyo a la planta, sosteniendo hojas, flores y capullos; en algunos casos, los tallos también almacenan alimento para la planta. Un tallo puede no estar ramificado, como el de una palmera, o puede ser muy ramificado, como el de un magnolio. El tallo de la planta conecta las raíces con las hojas, lo que ayuda a transportar el agua y los minerales absorbidos a diferentes partes de la planta. También ayuda a transportar los productos de la fotosíntesis, a saber, los azúcares, de las hojas al resto de la planta.

Los tallos de las plantas, ya sea por encima o por debajo del suelo, se caracterizan por la presencia de nodos y entrenudos (Figura ( PageIndex {1} )). La región del tallo entre dos nodos se llama entrenudo. El tallo que se extiende desde el tallo hasta la base de la hoja es el pecíolo. Una yema axilar generalmente se encuentra en la axila, el área entre la base de una hoja y el tallo, donde puede dar lugar a una rama o una flor. El ápice (punta) del brote contiene el meristemo apical dentro de la yema apical.

Anatomía del tallo

El tallo y otros órganos de la planta surgen del tejido del suelo y se componen principalmente de tejidos simples formados por tres tipos de células: células del parénquima, colénquima y esclerénquima.

Las células del parénquima son las células vegetales más comunes (Figura ( PageIndex {2} )). Se encuentran en el tallo, la raíz, el interior de la hoja y la pulpa del fruto. Las células del parénquima son responsables de las funciones metabólicas, como la fotosíntesis, y ayudan a reparar y curar las heridas. Algunas células del parénquima también almacenan almidón.

Las células del colénquima son células alargadas con paredes engrosadas de manera desigual (Figura ( PageIndex {3} )). Proporcionan soporte estructural, principalmente al tallo y las hojas. Estas células están vivas en la madurez y generalmente se encuentran debajo de la epidermis. Las "cuerdas" de un tallo de apio son un ejemplo de células del colénquima.

Las células del esclerénquima también brindan apoyo a la planta, pero a diferencia de las células del colénquima, muchas de ellas mueren en la madurez. Hay dos tipos de células de esclerénquima: fibras y esclereidas. Ambos tipos tienen paredes celulares secundarias que están engrosadas con depósitos de lignina, un compuesto orgánico que es un componente clave de la madera. Las fibras son células largas y delgadas; las esclereidas son de menor tamaño. Las esclereidas dan a las peras su textura arenosa. Los seres humanos usan fibras de esclerénquima para hacer lino y cuerda (Figura ( PageIndex {4} )).

Conexión de arte

¿Qué capas del tallo están formadas por células de parénquima?

  1. corteza y médula
  2. líber
  3. esclerénquima
  4. xilema

Como el resto de la planta, el tallo tiene tres sistemas de tejidos: tejido dérmico, vascular y del suelo. Cada uno se distingue por tipos de células característicos que realizan tareas específicas necesarias para el crecimiento y la supervivencia de la planta.

Tejido dérmico

El tejido dérmico del tallo se compone principalmente de epidermis, una única capa de células que cubre y protege el tejido subyacente. Las plantas leñosas tienen una capa exterior resistente e impermeable de células de corcho, comúnmente conocida como corteza, que protege aún más a la planta de los daños. Las células epidérmicas son las más numerosas y menos diferenciadas de las células de la epidermis. La epidermis de una hoja también contiene aberturas conocidas como estomas, a través de las cuales tiene lugar el intercambio de gases (Figura ( PageIndex {5} )). Dos células, conocidas como células de guarda, rodean cada estoma foliar, controlando su apertura y cierre y regulando así la captación de dióxido de carbono y la liberación de oxígeno y vapor de agua. Los tricomas son estructuras similares a pelos en la superficie epidérmica. Ayudan a reducir la transpiración (la pérdida de agua por las partes de las plantas sobre el suelo), aumentan la reflectancia solar y almacenan compuestos que defienden las hojas contra la depredación de los herbívoros.

Tejido vascular

El xilema y el floema que forman el tejido vascular del tallo están dispuestos en hebras distintas llamadas haces vasculares, que corren hacia arriba y hacia abajo a lo largo del tallo. Cuando se ve el tallo en sección transversal, los haces vasculares de los tallos de dicotiledóneas están dispuestos en un anillo. En las plantas con tallos que viven más de un año, los haces individuales crecen juntos y producen los anillos de crecimiento característicos. En los tallos de monocotiledóneas, los haces vasculares se dispersan al azar por todo el tejido del suelo (Figura ( PageIndex {6} )).

El tejido del xilema tiene tres tipos de células: parénquima del xilema, traqueidas y elementos vasculares. Los dos últimos tipos conducen el agua y mueren en la madurez. Las traqueidas son células del xilema con paredes celulares secundarias gruesas que están lignificadas. El agua se mueve de una traqueida a otra a través de regiones en las paredes laterales conocidas como fosas, donde las paredes secundarias están ausentes. Los elementos vasculares son células del xilema con paredes más delgadas; son más cortas que las traqueidas. Cada elemento de recipiente está conectado al siguiente por medio de una placa de perforación en las paredes extremas del elemento. El agua se mueve a través de las placas perforadas para subir por la planta.

El tejido del floema está compuesto por células en tubo de cribado, células acompañantes, parénquima del floema y fibras del floema. Una serie de células de tubo de cribado (también llamadas elementos de tubo de criba) están dispuestas de extremo a extremo para formar un tubo de cribado largo, que transporta sustancias orgánicas como azúcares y aminoácidos. Los azúcares fluyen de una celda de tubo tamiz a la siguiente a través de placas de tamiz perforadas, que se encuentran en las uniones de los extremos entre dos celdas. Aunque todavía están vivos en la madurez, el núcleo y otros componentes celulares de las células del tubo cribador se han desintegrado. Las células acompañantes se encuentran junto a las células del tubo de cribado, lo que les proporciona apoyo metabólico. Las células compañeras contienen más ribosomas y mitocondrias que las células del tubo cribador, que carecen de algunos orgánulos celulares.

Tejido de tierra

El tejido fundamental está compuesto principalmente por células de parénquima, pero también puede contener células de colénquima y esclerénquima que ayudan a sostener el tallo. El tejido de tierra hacia el interior del tejido vascular en un tallo o raíz se conoce como médula, mientras que la capa de tejido entre el tejido vascular y la epidermis se conoce como corteza.

Crecimiento en tallos

El crecimiento de las plantas se produce a medida que los tallos y las raíces se alargan. Algunas plantas, especialmente las leñosas, también aumentan de grosor durante su vida. El aumento de la longitud del brote y la raíz se denomina crecimiento primario y es el resultado de la división celular en el meristemo apical del brote. El crecimiento secundario se caracteriza por un aumento en el grosor o circunferencia de la planta y es causado por la división celular en el meristemo lateral. La figura ( PageIndex {7} ) muestra las áreas de crecimiento primario y secundario en una planta. Las plantas herbáceas experimentan mayoritariamente un crecimiento primario, sin apenas crecimiento secundario o aumento de espesor. El crecimiento secundario o "madera" se nota en las plantas leñosas; ocurre en algunas dicotiledóneas, pero ocurre muy raramente en monocotiledóneas.

Algunas partes de la planta, como los tallos y las raíces, continúan creciendo a lo largo de la vida de la planta: un fenómeno llamado crecimiento indeterminado. Otras partes de la planta, como hojas y flores, presentan un crecimiento determinado, que cesa cuando una parte de la planta alcanza un tamaño determinado.

Crecimiento primario

La mayor parte del crecimiento primario ocurre en los ápices o puntas de los tallos y raíces. El crecimiento primario es el resultado de que las células se dividen rápidamente en los meristemos apicales en la punta del brote y la punta de la raíz. El posterior alargamiento celular también contribuye al crecimiento primario. El crecimiento de brotes y raíces durante el crecimiento primario permite a las plantas buscar continuamente agua (raíces) o luz solar (brotes).

La influencia de la yema apical en el crecimiento general de la planta se conoce como dominancia apical, que disminuye el crecimiento de las yemas axilares que se forman a lo largo de los lados de las ramas y los tallos. La mayoría de los árboles de coníferas exhiben una fuerte dominancia apical, produciendo así la forma cónica típica del árbol de Navidad. Si se quita la yema apical, las yemas axilares comenzarán a formar ramas laterales. Los jardineros aprovechan este hecho cuando podan las plantas cortando la parte superior de las ramas, lo que fomenta el crecimiento de las yemas axilares, lo que le da a la planta una forma tupida.

Enlace al aprendizaje

Mire este video de BBC Nature que muestra cómo la fotografía de lapso de tiempo captura el crecimiento de las plantas a alta velocidad.

Crecimiento secundario

El aumento del grosor del tallo que resulta del crecimiento secundario se debe a la actividad de los meristemos laterales, que faltan en las plantas herbáceas. Los meristemas laterales incluyen el cambium vascular y, en las plantas leñosas, el cambium del corcho (ver Figura 30.2.8). El cambium vascular se encuentra justo fuera del xilema primario y en el interior del floema primario. Las células del cambium vascular se dividen y forman un xilema secundario (traqueidas y elementos vasculares) hacia el interior, y floema secundario (elementos del tamiz y células acompañantes) hacia el exterior. El engrosamiento del tallo que se produce en el crecimiento secundario se debe a la formación de floema secundario y xilema secundario por parte del cambium vascular, más la acción del cambium del corcho, que forma la capa más dura más externa del tallo. Las células del xilema secundario contienen lignina, que proporciona resistencia y resistencia.

En las plantas leñosas, el cambium de corcho es el meristemo lateral más externo. Produce células de corcho (corteza) que contienen una sustancia cerosa conocida como suberina que puede repeler el agua. La corteza protege a la planta de los daños físicos y ayuda a reducir la pérdida de agua. El cambium del corcho también produce una capa de células conocida como phelloderm, que crece hacia adentro desde el cambium. El cambium del corcho, las células del corcho y el felodermo se denominan colectivamente peridermo. La peridermis sustituye a la epidermis en plantas maduras. En algunas plantas, el peridermo tiene muchas aberturas, conocidas como lenticelas, que permiten que las células interiores intercambien gases con la atmósfera exterior (Figura ( PageIndex {8} )). Esto suministra oxígeno a las células vivas y metabólicamente activas de la corteza, el xilema y el floema.

Anillos anuales

La actividad del cambium vascular da lugar a anillos de crecimiento anuales. Durante la temporada de crecimiento primaveral, las células del xilema secundario tienen un gran diámetro interno y sus paredes celulares primarias no están muy engrosadas. Esto se conoce como madera temprana o madera de primavera. Durante la temporada de otoño, el xilema secundario desarrolla paredes celulares engrosadas, formando madera tardía o madera de otoño, que es más densa que la madera temprana. Esta alternancia de madera temprana y tardía se debe en gran parte a una disminución estacional en el número de elementos de vasos y un aumento estacional en el número de traqueidas. Da como resultado la formación de un anillo anual, que puede verse como un anillo circular en la sección transversal del tallo (Figura ( PageIndex {9} )). Un examen del número de anillos anuales y su naturaleza (como el tamaño y el grosor de la pared celular) puede revelar la edad del árbol y las condiciones climáticas predominantes durante cada temporada.

Modificaciones de vástago

Algunas especies de plantas tienen tallos modificados que se adaptan especialmente a un hábitat y entorno en particular (Figura ( PageIndex {10} )). Un rizoma es un tallo modificado que crece horizontalmente bajo tierra y tiene nodos y entrenudos. Los brotes verticales pueden surgir de los brotes en el rizoma de algunas plantas, como el jengibre y los helechos. Los bulbos son similares a los rizomas, excepto que son más redondeados y carnosos (como en los gladiolos). Los bulbos contienen alimentos almacenados que permiten que algunas plantas sobrevivan al invierno. Los estolones son tallos que corren casi paralelos al suelo, o justo debajo de la superficie, y pueden dar lugar a nuevas plantas en los nudos. Los corredores son un tipo de estolón que corre por encima del suelo y produce nuevas plantas clónicas en nodos a intervalos variables: las fresas son un ejemplo. Los tubérculos son tallos modificados que pueden almacenar almidón, como se ve en la papa (Solanum sp.). Los tubérculos surgen como extremos hinchados de los estolones y contienen muchos brotes adventicios o inusuales (que nos resultan familiares como los "ojos" de las patatas). Un bulbo, que funciona como una unidad de almacenamiento subterráneo, es una modificación de un tallo que tiene la apariencia de hojas carnosas agrandadas que emergen del tallo o rodean la base del tallo, como se ve en el iris.

Enlace al aprendizaje

Mire a la botánica Wendy Hodgson, del Desert Botanical Garden en Phoenix, Arizona, explicar cómo se cultivaron las plantas de agave como alimento hace cientos de años en el desierto de Arizona en este video: Encontrar las raíces de un cultivo antiguo.

Algunas modificaciones aéreas de los tallos son zarcillos y espinas (Figura ( PageIndex {11} )). Los zarcillos son hebras delgadas y entrelazadas que permiten a una planta (como una enredadera o una calabaza) buscar apoyo trepando por otras superficies. Las espinas son ramas modificadas que aparecen como excrecencias afiladas que protegen la planta; ejemplos comunes incluyen rosas, naranja Osage y bastón del diablo.

Resumen

El tallo de una planta tiene hojas, flores y frutos. Los tallos se caracterizan por la presencia de nodos (los puntos de unión de las hojas o ramas) y entrenudos (regiones entre los nodos).

Los órganos de las plantas están formados por tejidos simples y complejos. El tallo tiene tres sistemas de tejido: tejido dérmico, vascular y terrestre. El tejido dérmico es la cubierta exterior de la planta. Contiene células epidérmicas, estomas, células protectoras y tricomas. El tejido vascular está formado por tejidos de xilema y floema y conduce agua, minerales y productos fotosintéticos. El tejido del suelo es responsable de la fotosíntesis y el soporte y está compuesto por células de parénquima, colénquima y esclerénquima.

El crecimiento primario ocurre en las puntas de las raíces y los brotes, provocando un aumento de longitud. Las plantas leñosas también pueden presentar un crecimiento secundario o un aumento de grosor. En las plantas leñosas, especialmente los árboles, se pueden formar anillos anuales a medida que el crecimiento se ralentiza al final de cada temporada. Algunas especies de plantas tienen tallos modificados que ayudan a almacenar alimentos, propagar nuevas plantas o desalentar a los depredadores. Los rizomas, bulbos, estolones, corredores, tubérculos, bulbos, zarcillos y espinas son ejemplos de tallos modificados.

Conexiones de arte

[enlace] ¿Qué capas del tallo están formadas por células del parénquima?

  1. corteza y médula
  2. epidermis
  3. esclerénquima
  4. epidermis y corteza.

[enlace] A y B. La corteza, la médula y la epidermis están formadas por células del parénquima.

Glosario

yema apical
yema formada en la punta del brote
yema axilar
yema ubicada en la axila: el área del tallo donde el pecíolo se conecta con el tallo
ladrar
capa epidérmica exterior resistente e impermeable de células de corcho
bulbo
tallo subterráneo modificado que consiste en un gran cogollo rodeado por numerosas escamas de hojas
célula colénquima
célula vegetal alargada con paredes engrosadas de manera desigual; proporciona soporte estructural al tallo y las hojas
celda compañera
célula de floema que está conectada a células de tubo de cribado; tiene grandes cantidades de ribosomas y mitocondrias
cormo
tallo subterráneo redondeado y carnoso que contiene alimentos almacenados
corteza
tejido de tierra que se encuentra entre el tejido vascular y la epidermis en un tallo o raíz
epidermis
capa única de células que se encuentran en el tejido dérmico de las plantas; cubre y protege el tejido subyacente
celdas de guardia
células emparejadas a ambos lados de un estoma que controlan la apertura del estoma y, por lo tanto, regulan el movimiento de gases y vapor de agua
entrenudo
región entre nodos en el tallo
lenticela
apertura en la superficie de tallos leñosos maduros que facilita el intercambio de gases
nodo
punto a lo largo del tallo en el que se originan las hojas, flores o raíces aéreas
célula de parénquima
tipo más común de célula vegetal; se encuentra en el tallo, la raíz, la hoja y la pulpa de la fruta; sitio de fotosíntesis y almacenamiento de almidón
peridermo
cubierta más externa de tallos leñosos; consta del cambium de corcho, las células del corcho y el phelloderm
médula
tejido de tierra que se encuentra hacia el interior del tejido vascular en un tallo o raíz
crecimiento primario
crecimiento que da como resultado un aumento de la longitud del tallo y la raíz; causada por la división celular en el meristemo apical del brote o la raíz
rizoma
tallo subterráneo modificado que crece horizontalmente a la superficie del suelo y tiene nodos y entrenudos
corredor
estolón que corre por encima del suelo y produce nuevas plantas clon en los nodos
célula esclerénquima
célula vegetal que tiene paredes secundarias gruesas y proporciona soporte estructural; generalmente muerto en la madurez
crecimiento secundario
crecimiento que resulta en un aumento de grosor o circunferencia; causado por el meristemo lateral y el cambium del corcho
celda de tamiz-tubo
células del floema dispuestas de punta a punta para formar un tubo de tamiz que transporta sustancias orgánicas como azúcares y aminoácidos
estolón
tallo modificado que corre paralelo al suelo y puede dar lugar a nuevas plantas en los nudos
zarcillo
Vástago modificado que consta de hilos delgados y entrelazados utilizados para soporte o trepa
espina
rama de tallo modificada que aparece como una consecuencia afilada que protege la planta
traqueida
Célula del xilema con paredes secundarias gruesas que ayuda a transportar el agua.
tricoma
estructura similar a un cabello en la superficie epidérmica
tubérculo
tallo subterráneo modificado adaptado para el almacenamiento de almidón; tiene muchos brotes adventicios
elemento de recipiente
Célula del xilema que es más corta que una traqueida y tiene paredes más delgadas.

Reprogramación metabólica de lípidos en células cancerosas

Muchas enfermedades humanas, incluidos los trastornos metabólicos, inmunitarios y del sistema nervioso central, así como el cáncer, son consecuencia de una alteración de las enzimas metabólicas de los lípidos y sus vías. Esto ilustra el papel fundamental que juegan los lípidos en el mantenimiento de la homeostasis de la membrana y la función normal en las células sanas. Revisamos las principales disfunciones lipídicas que ocurren durante el desarrollo del tumor, según se determinó mediante enfoques de biología de sistemas. En él, proporcionamos información detallada conocimiento en las funciones esenciales que ejercen los lípidos específicos en la mediación de la señalización oncogénica intracelular, el estrés del retículo endoplásmico y la diafonía bidireccional entre las células del microambiente tumoral y las células cancerosas. Finalmente, resumimos los avances en la investigación en curso dirigida a explotar la dependencia de las células cancerosas de los lípidos para abolir la progresión tumoral.


Centro de aprendizaje de ADN de Dolan

Desde su fundación en 1988, el Centro de Aprendizaje de ADN (DNALC) del Laboratorio Cold Spring Harbor ha proporcionado un entorno en el que los estudiantes y el público pueden aprender sobre ciencia haciendo preguntas y haciendo experimentos. El DNALC tiene cuatro aulas de laboratorio, un aula de informática y una exhibición de museo.

Campus principal de CSHL: 1 Bungtown Road, Cold Spring Harbor, Nueva York 11724
Direcciones al campus de CSHL (para WiSE Fun con ADN)

DNALC COVID-19 Red de seguridad:La DNALC se compromete a proporcionar un lugar seguro para la ciencia práctica. Dependiendo de las circunstancias prevalecientes y las pautas de los CDC y del Departamento de Salud del Estado de Nueva York, nuestra red de seguridad COVID-19 proporciona estaciones de trabajo a distancia, equipos individuales, encuestas de salud diarias e instructores completamente vacunados. El personal y los estudiantes en los campamentos en persona deben cumplir con Red de seguridad directrices vigentes en el momento del campamento.


Células madre pluripotentes

Michael J. Shamblott,. John D. Gearhart, en Manual de células madre (segunda edición), 2013

Formación y análisis de cuerpos embrioides

Los cuerpos embrioides (Ebs) se forman espontáneamente en cultivos de EG humanos. Aunque esto representa una pérdida de células EG pluripotentes del cultivo, los EB proporcionan evidencia del estado pluripotente del cultivo y proporcionan material celular para cultivo y experimentación posteriores (ver la sección “Células EBD”). Inicialmente, los EB proporcionaron la única evidencia directa de que los cultivos de EG humanos eran pluripotentes, ya que fracasaron todos los intentos de formar teratomas en ratones a partir de células EG humanas. Hasta el día de hoy, no hay evidencia de formación de teratomas a partir de células EG humanas o sus derivados.


Yun-Bo Shi, Ph.D.

El Dr. Yun-Bo Shi es investigador principal y jefe de la Sección de Morfogénesis Molecular, Laboratorio de Regulación y Desarrollo Genético, Programa de Regulación y Metabolismo Celular, en el NICHD. El Dr. Shi recibió su licenciatura del Departamento de Química de la Universidad de Wuhan, China, en 1982 y su doctorado del Departamento de Química de la Universidad de California, Berkeley, en 1988. Después de su formación postdoctoral en la Carnegie Institution, Baltimore, MD, el Dr. Shi estableció su propio grupo de investigación dentro del programa de investigación intramuros del NICHD en 1992.

Su laboratorio ha estado estudiando la base molecular de la regulación de la hormona tiroidea del desarrollo de vertebrados utilizando la metamorfosis de Xenopus como sistema modelo. El Dr. Shi ha publicado más de 230 artículos de investigación y reseñas / capítulos de libros, ha editado tres libros y ha escrito una monografía sobre la metamorfosis de los anfibios. Por sus logros, por sus logros, el Dr. Shi ha recibido muchos premios y reconocimientos, incluido el Premio NIH APAO (Organización Estadounidense de Asia y las Islas del Pacífico) de 2009 por logros sobresalientes en investigación biomédica y el Premio Van Meter 2008 de la Asociación Estadounidense de Tiroides, que honra a un investigador que ha realizado contribuciones sobresalientes a la investigación sobre la glándula tiroides. En 2012, el Dr. Shi fue elegido miembro de la Asociación Estadounidense para el Avance de la Ciencia. El Dr. Shi fue editor de Cell Research de 1997 a 2010 y editor en jefe de Cell and Bioscience de 2010 a 2020. El Dr. Shi es actualmente editor de Development, Growth, and Differentiation y también ha sido miembro de la junta de muchas revistas, incluidas Thyroid, Endocrinology y Journal of Biological Chemistry.


Células madre adultas: biología y métodos de análisis Tapa blanda - 26 septiembre 2014

"Las tres partes que componen este volumen, la primera que trata de la biología básica, la segunda de la caracterización del fenotipo de las células madre adultas y la tercera de la regulación de la vida útil de estas células, están todas dirigidas a la evaluación crítica. de las técnicas que usamos para distinguir la renovación de células madre adultas de la supervivencia celular. El volumen está bien escrito y bien ilustrado ... ¡Bien hecho! " (Carlo Alberto Redi, Revista Europea de Histoquímica, Vol. 55, 2011)

De la contraportada

Esta es una descripción general completa de un área vital de la investigación científica, que cubre un amplio espectro de temas. Con contribuciones de algunos de los investigadores clave en el campo, Células madre adultas: biología y métodos de análisis ofrece a los lectores una perspectiva histórica, así como conocimientos únicos sobre pensamientos de vanguardia. El volumen contextualiza el reciente descubrimiento de poblaciones de células madre / progenitoras residentes en muchos tejidos y órganos adultos. Enfrenta las complejidades que enfrentan los científicos al tratar de validar estas células, mientras que también describe y evalúa críticamente los métodos que se utilizan actualmente para evaluar la autorrenovación de las células madre. Los capítulos también buscan distinguir este proceso de otros aspectos de la supervivencia celular, como la regulación de la duración de la vida, la senescencia y la inmortalización a nivel molecular.

La monografía comienza con una sección que examina la biología básica de las células madre adultas, que incluye capítulos sobre el papel emergente de los microARN en la regulación de su destino y los mecanismos moleculares que gobiernan su autorrenovación, el libro pasa a analizar las diversas metodologías empleadas en caracterizando estos elusivos elementos de nuestra estructura genética. La segunda sección detalla el rastreo del linaje in vivo de células madre específicas de tejido, explora el paradigma de las células madre neurales y considera la función de los transportadores ABC y la aldehído deshidrogenasa en la biología de células madre adultas. La sección final cambia el enfoque a la regulación e inmortalización de la duración de la vida y presenta un capítulo sobre el paradigma de las células madre del cáncer.

Este es un volumen autorizado sobre una de las fronteras de la investigación genética y servirá como un recurso valioso, no solo para los científicos establecidos, sino también para aquellos que ahora ingresan al campo de la biología de células madre.


Contenido

El primer estudio del sistema nervioso se remonta al antiguo Egipto. La trepanación, la práctica quirúrgica de perforar o raspar un agujero en el cráneo con el propósito de curar lesiones en la cabeza o trastornos mentales, o aliviar la presión craneal, se registró por primera vez durante el período Neolítico. Los manuscritos que datan de 1700 a. C. indican que los egipcios tenían algún conocimiento sobre los síntomas del daño cerebral. [8]

Los primeros puntos de vista sobre la función del cerebro lo consideraban una especie de "relleno craneal". En Egipto, desde finales del Imperio Medio en adelante, el cerebro se extraía regularmente en preparación para la momificación. En ese momento se creía que el corazón era la sede de la inteligencia. Según Heródoto, el primer paso de la momificación era "tomar un trozo de hierro torcido y con él sacar el cerebro por las fosas nasales, deshaciéndose así de una porción, mientras que el cráneo se limpia del resto enjuagándolo con drogas". " [9]

La opinión de que el corazón era la fuente de la conciencia no fue cuestionada hasta la época del médico griego Hipócrates. Él creía que el cerebro no solo estaba involucrado con la sensación, ya que la mayoría de los órganos especializados (por ejemplo, ojos, oídos, lengua) se encuentran en la cabeza cerca del cerebro, sino que también era la sede de la inteligencia. [10] Platón también especuló que el cerebro era el asiento de la parte racional del alma. [11] Aristóteles, sin embargo, creía que el corazón era el centro de la inteligencia y que el cerebro regulaba la cantidad de calor del corazón. [12] Esta opinión fue generalmente aceptada hasta que el médico romano Galeno, seguidor de Hipócrates y médico de los gladiadores romanos, observó que sus pacientes perdían sus facultades mentales cuando habían sufrido daños cerebrales. [13]

Abulcasis, Averroes, Avicenna, Avenzoar y Maimónides, activos en el mundo musulmán medieval, describieron una serie de problemas médicos relacionados con el cerebro. En la Europa del Renacimiento, Vesalio (1514-1564), René Descartes (1596-1650), Thomas Willis (1621-1675) y Jan Swammerdam (1637-1680) también hicieron varias contribuciones a la neurociencia.

El trabajo pionero de Luigi Galvani a finales del 1700 sentó las bases para estudiar la excitabilidad eléctrica de músculos y neuronas. En la primera mitad del siglo XIX, Jean Pierre Flourens fue pionero en el método experimental de realizar lesiones localizadas del cerebro en animales vivos describiendo sus efectos sobre la motricidad, la sensibilidad y el comportamiento. En 1843 Emil du Bois-Reymond demostró la naturaleza eléctrica de la señal nerviosa, [14] cuya velocidad Hermann von Helmholtz procedió a medir, [15] y en 1875 Richard Caton encontró fenómenos eléctricos en los hemisferios cerebrales de conejos y monos. [16] Adolf Beck publicó en 1890 observaciones similares de la actividad eléctrica espontánea del cerebro de conejos y perros. [17] Los estudios del cerebro se volvieron más sofisticados después de la invención del microscopio y el desarrollo de un procedimiento de tinción por Camillo Golgi a fines de la década de 1890. El procedimiento utilizó una sal de cromato de plata para revelar las intrincadas estructuras de las neuronas individuales. Su técnica fue utilizada por Santiago Ramón y Cajal y dio lugar a la formación de la doctrina de la neurona, la hipótesis de que la unidad funcional del cerebro es la neurona. [18] Golgi y Ramón y Cajal compartieron el Premio Nobel de Fisiología o Medicina en 1906 por sus extensas observaciones, descripciones y categorizaciones de neuronas en todo el cerebro.

Paralelamente a esta investigación, el trabajo de Paul Broca con pacientes con daño cerebral sugirió que ciertas regiones del cerebro eran responsables de ciertas funciones. En ese momento, los hallazgos de Broca fueron vistos como una confirmación de la teoría de Franz Joseph Gall de que el lenguaje estaba localizado y que ciertas funciones psicológicas estaban localizadas en áreas específicas de la corteza cerebral. [19] [20] La hipótesis de la localización de la función fue apoyada por observaciones de pacientes epilépticos realizadas por John Hughlings Jackson, quien infirió correctamente la organización de la corteza motora al observar la progresión de las convulsiones a través del cuerpo. Carl Wernicke desarrolló aún más la teoría de la especialización de estructuras cerebrales específicas en la comprensión y producción del lenguaje. La investigación moderna a través de técnicas de neuroimagen, todavía utiliza las definiciones anatómicas del mapa citoarquitectónico cerebral de Brodmann (refiriéndose al estudio de la estructura celular) de esta época para continuar mostrando que distintas áreas de la corteza se activan en la ejecución de tareas específicas. [21]

Durante el siglo XX, la neurociencia comenzó a ser reconocida como una disciplina académica distinta por derecho propio, más que como estudios del sistema nervioso dentro de otras disciplinas. Eric Kandel y sus colaboradores han citado a David Rioch, Francis O. Schmitt y Stephen Kuffler por haber desempeñado un papel fundamental en el establecimiento del campo. [22] Rioch originó la integración de la investigación básica anatómica y fisiológica con la psiquiatría clínica en el Instituto de Investigación del Ejército Walter Reed, a partir de la década de 1950. Durante el mismo período, Schmitt estableció un programa de investigación en neurociencia dentro del Departamento de Biología del Instituto de Tecnología de Massachusetts, que reunía biología, química, física y matemáticas. El primer departamento de neurociencia independiente (entonces llamado Psicobiología) fue fundado en 1964 en la Universidad de California, Irvine por James L. McGaugh. [23] A esto le siguió el Departamento de Neurobiología de la Facultad de Medicina de Harvard, que fue fundada en 1966 por Stephen Kuffler. [24]

La comprensión de las neuronas y de la función del sistema nervioso se volvió cada vez más precisa y molecular durante el siglo XX. Por ejemplo, en 1952, Alan Lloyd Hodgkin y Andrew Huxley presentaron un modelo matemático para la transmisión de señales eléctricas en neuronas del axón gigante de un calamar, al que llamaron "potenciales de acción", y cómo se inician y propagan, conocido como el Modelo de Hodgkin-Huxley. En 1961-1962, Richard FitzHugh y J. Nagumo simplificaron Hodgkin-Huxley, en lo que se llama el modelo de FitzHugh-Nagumo. En 1962, Bernard Katz modeló la neurotransmisión a través del espacio entre neuronas conocido como sinapsis. A partir de 1966, Eric Kandel y sus colaboradores examinaron los cambios bioquímicos en las neuronas asociados con el aprendizaje y el almacenamiento de la memoria en Aplysia. En 1981, Catherine Morris y Harold Lecar combinaron estos modelos en el modelo Morris-Lecar. Este trabajo cada vez más cuantitativo dio lugar a numerosos modelos de neuronas biológicas y modelos de computación neuronal.

Como resultado del creciente interés por el sistema nervioso, se han formado varias organizaciones de neurociencia prominentes para proporcionar un foro a todos los neurocientíficos durante el siglo XX. Por ejemplo, la Organización Internacional de Investigación del Cerebro se fundó en 1961, [25] la Sociedad Internacional de Neuroquímica en 1963, [26] la Sociedad Europea del Cerebro y la Conducta en 1968, [27] y la Sociedad de Neurociencias en 1969. [28] Recientemente, la aplicación de los resultados de la investigación en neurociencias también ha dado lugar a disciplinas aplicadas como la neuroeconomía, [29] la neuroeducación, [30] la neuroética, [31] y el neuroderecho. [32]

Con el tiempo, la investigación del cerebro ha pasado por fases filosóficas, experimentales y teóricas, y se prevé que el trabajo en la simulación del cerebro será importante en el futuro. [33]

El estudio científico del sistema nervioso aumentó significativamente durante la segunda mitad del siglo XX, principalmente debido a los avances en biología molecular, electrofisiología y neurociencia computacional. Esto ha permitido a los neurocientíficos estudiar el sistema nervioso en todos sus aspectos: cómo está estructurado, cómo funciona, cómo se desarrolla, cómo funciona mal y cómo se puede cambiar.

Por ejemplo, se ha hecho posible comprender, con mucho detalle, los complejos procesos que ocurren dentro de una sola neurona. Las neuronas son células especializadas para la comunicación. Pueden comunicarse con neuronas y otros tipos de células a través de uniones especializadas llamadas sinapsis, en las que se pueden transmitir señales eléctricas o electroquímicas de una célula a otra. Muchas neuronas extruyen un filamento largo y delgado de axoplasma llamado axón, que puede extenderse a partes distantes del cuerpo y son capaces de transportar rápidamente señales eléctricas, lo que influye en la actividad de otras neuronas, músculos o glándulas en sus puntos de terminación. Un nervioso sistema surge del ensamblaje de neuronas que están conectadas entre sí.

The vertebrate nervous system can be split into two parts: the central nervous system (defined as the brain and spinal cord), and the peripheral nervous system. In many species — including all vertebrates — the nervous system is the most complex organ system in the body, with most of the complexity residing in the brain. The human brain alone contains around one hundred billion neurons and one hundred trillion synapses it consists of thousands of distinguishable substructures, connected to each other in synaptic networks whose intricacies have only begun to be unraveled. At least one out of three of the approximately 20,000 genes belonging to the human genome is expressed mainly in the brain. [34]

Due to the high degree of plasticity of the human brain, the structure of its synapses and their resulting functions change throughout life. [35]

Making sense of the nervous system's dynamic complexity is a formidable research challenge. Ultimately, neuroscientists would like to understand every aspect of the nervous system, including how it works, how it develops, how it malfunctions, and how it can be altered or repaired. Analysis of the nervous system is therefore performed at multiple levels, ranging from the molecular and cellular levels to the systems and cognitive levels. The specific topics that form the main foci of research change over time, driven by an ever-expanding base of knowledge and the availability of increasingly sophisticated technical methods. Improvements in technology have been the primary drivers of progress. Developments in electron microscopy, computer science, electronics, functional neuroimaging, and genetics and genomics have all been major drivers of progress.

Molecular and cellular neuroscience Edit

Basic questions addressed in molecular neuroscience include the mechanisms by which neurons express and respond to molecular signals and how axons form complex connectivity patterns. At this level, tools from molecular biology and genetics are used to understand how neurons develop and how genetic changes affect biological functions. The morphology, molecular identity, and physiological characteristics of neurons and how they relate to different types of behavior are also of considerable interest.

Questions addressed in cellular neuroscience include the mechanisms of how neurons process signals physiologically and electrochemically. These questions include how signals are processed by neurites and somas and how neurotransmitters and electrical signals are used to process information in a neuron. Neurites are thin extensions from a neuronal cell body, consisting of dendrites (specialized to receive synaptic inputs from other neurons) and axons (specialized to conduct nerve impulses called action potentials). Somas are the cell bodies of the neurons and contain the nucleus.

Another major area of cellular neuroscience is the investigation of the development of the nervous system. Questions include the patterning and regionalization of the nervous system, neural stem cells, differentiation of neurons and glia (neurogenesis and gliogenesis), neuronal migration, axonal and dendritic development, trophic interactions, and synapse formation.

Computational neurogenetic modeling is concerned with the development of dynamic neuronal models for modeling brain functions with respect to genes and dynamic interactions between genes.

Neural circuits and systems Edit

Questions in systems neuroscience include how neural circuits are formed and used anatomically and physiologically to produce functions such as reflexes, multisensory integration, motor coordination, circadian rhythms, emotional responses, learning, and memory. In other words, they address how these neural circuits function in large-scale brain networks, and the mechanisms through which behaviors are generated. For example, systems level analysis addresses questions concerning specific sensory and motor modalities: how does vision work? How do songbirds learn new songs and bats localize with ultrasound? How does the somatosensory system process tactile information? The related fields of neuroethology and neuropsychology address the question of how neural substrates underlie specific animal and human behaviors. Neuroendocrinology and psychoneuroimmunology examine interactions between the nervous system and the endocrine and immune systems, respectively. Despite many advancements, the way that networks of neurons perform complex cognitive processes and behaviors is still poorly understood.

Cognitive and behavioral neuroscience Edit

Cognitive neuroscience addresses the questions of how psychological functions are produced by neural circuitry. The emergence of powerful new measurement techniques such as neuroimaging (e.g., fMRI, PET, SPECT), EEG, MEG, electrophysiology, optogenetics and human genetic analysis combined with sophisticated experimental techniques from cognitive psychology allows neuroscientists and psychologists to address abstract questions such as how cognition and emotion are mapped to specific neural substrates. Although many studies still hold a reductionist stance looking for the neurobiological basis of cognitive phenomena, recent research shows that there is an interesting interplay between neuroscientific findings and conceptual research, soliciting and integrating both perspectives. For example, neuroscience research on empathy solicited an interesting interdisciplinary debate involving philosophy, psychology and psychopathology. [36] Moreover, the neuroscientific identification of multiple memory systems related to different brain areas has challenged the idea of memory as a literal reproduction of the past, supporting a view of memory as a generative, constructive and dynamic process. [37]

Neuroscience is also allied with the social and behavioral sciences, as well as with nascent interdisciplinary fields. Examples of such alliances include neuroeconomics, decision theory, social neuroscience, and neuromarketing to address complex questions about interactions of the brain with its environment. A study into consumer responses for example uses EEG to investigate neural correlates associated with narrative transportation into stories about energy efficiency. [38]

Computational neuroscience Edit

Questions in computational neuroscience can span a wide range of levels of traditional analysis, such as development, structure, and cognitive functions of the brain. Research in this field utilizes mathematical models, theoretical analysis, and computer simulation to describe and verify biologically plausible neurons and nervous systems. For example, biological neuron models are mathematical descriptions of spiking neurons which can be used to describe both the behavior of single neurons as well as the dynamics of neural networks. Computational neuroscience is often referred to as theoretical neuroscience.

Nanoparticles in medicine are versatile in treating neurological disorders showing promising results in mediating drug transport across the blood brain barrier. [39] Implementing nanoparticles in antiepileptic drugs enhances their medical efficacy by increasing bioavailability in the bloodstream, as well as offering a measure of control in release time concentration. [39] Although nanoparticles can assist therapeutic drugs by adjusting physical properties to achieve desirable effects, inadvertent increases in toxicity often occur in preliminary drug trials. [40] Furthermore, production of nanomedicine for drug trials is economically consuming, hindering progress in their implementation. Computational models in nanoneuroscience provide alternatives to study the efficacy of nanotechnology-based medicines in neurological disorders while mitigating potential side effects and development costs. [39]

Nanomaterials often operate at length scales between classical and quantum regimes. [41] Due to the associated uncertainties at the length scales that nanomaterials operate, it is difficult to predict their behavior prior to in vivo studies. [39] Classically, the physical processes which occur throughout neurons are analogous to electrical circuits. Designers focus on such analogies and model brain activity as a neural circuit. [42] Success in computational modeling of neurons have led to the development of stereochemical models that accurately predict acetylcholine receptor-based synapses operating at microsecond time scales. [42]

Ultrafine nanoneedles for cellular manipulations are thinner than the smallest single walled carbon nanotubes. Computational quantum chemistry [43] is used to design ultrafine nanomaterials with highly symmetrical structures to optimize geometry, reactivity and stability. [41]

Behavior of nanomaterials are dominated by long ranged non-bonding interactions. [44] Electrochemical processes that occur throughout the brain generate an electric field which can inadvertently affect the behavior of some nanomaterials. [41] Molecular dynamics simulations can mitigate the development phase of nanomaterials as well as prevent neural toxicity of nanomaterials following in vivo clinical trials. [40] Testing nanomaterials using molecular dynamics optimizes nano characteristics for therapeutic purposes by testing different environment conditions, nanomaterial shape fabrications, nanomaterial surface properties, etc. without the need for in vivo experimentation. [45] Flexibility in molecular dynamic simulations allows medical practitioners to personalize treatment. Nanoparticle related data from translational nanoinformatics links neurological patient specific data to predict treatment response. [44]

Neuroscience and medicine Edit

Neurology, psychiatry, neurosurgery, psychosurgery, anesthesiology and pain medicine, neuropathology, neuroradiology, ophthalmology, otolaryngology, clinical neurophysiology, addiction medicine, and sleep medicine are some medical specialties that specifically address the diseases of the nervous system. These terms also refer to clinical disciplines involving diagnosis and treatment of these diseases.

Neurology works with diseases of the central and peripheral nervous systems, such as amyotrophic lateral sclerosis (ALS) and stroke, and their medical treatment. Psychiatry focuses on affective, behavioral, cognitive, and perceptual disorders. Anesthesiology focuses on perception of pain, and pharmacologic alteration of consciousness. Neuropathology focuses upon the classification and underlying pathogenic mechanisms of central and peripheral nervous system and muscle diseases, with an emphasis on morphologic, microscopic, and chemically observable alterations. Neurosurgery and psychosurgery work primarily with surgical treatment of diseases of the central and peripheral nervous systems.

Translational research Edit

Recently, the boundaries between various specialties have blurred, as they are all influenced by basic research in neuroscience. For example, brain imaging enables objective biological insight into mental illnesses, which can lead to faster diagnosis, more accurate prognosis, and improved monitoring of patient progress over time. [46]

Integrative neuroscience describes the effort to combine models and information from multiple levels of research to develop a coherent model of the nervous system. For example, brain imaging coupled with physiological numerical models and theories of fundamental mechanisms may shed light on psychiatric disorders. [47]

Modern neuroscience education and research activities can be very roughly categorized into the following major branches, based on the subject and scale of the system in examination as well as distinct experimental or curricular approaches. Individual neuroscientists, however, often work on questions that span several distinct subfields.

List of the major branches of neuroscience
Rama Descripción
Affective neuroscience Affective neuroscience is the study of the neural mechanisms involved in emotion, typically through experimentation on animal models. [48]
Behavioral neuroscience Behavioral neuroscience (also known as biological psychology, physiological psychology, biopsychology, or psychobiology) is the application of the principles of biology to the study of genetic, physiological, and developmental mechanisms of behavior in humans and non-human animals.
Cellular neuroscience Cellular neuroscience is the study of neurons at a cellular level including morphology and physiological properties.
Clinical neuroscience The scientific study of the biological mechanisms that underlie the disorders and diseases of the nervous system.
Cognitive neuroscience Cognitive neuroscience is the study of the biological mechanisms underlying cognition.
Computational neuroscience Computational neuroscience is the theoretical study of the nervous system.
Cultural neuroscience Cultural neuroscience is the study of how cultural values, practices and beliefs shape and are shaped by the mind, brain and genes across multiple timescales. [49]
Developmental neuroscience Developmental neuroscience studies the processes that generate, shape, and reshape the nervous system and seeks to describe the cellular basis of neural development to address underlying mechanisms.
Evolutionary neuroscience Evolutionary neuroscience studies the evolution of nervous systems.
Molecular neuroscience Molecular neuroscience studies the nervous system with molecular biology, molecular genetics, protein chemistry, and related methodologies.
Nanoneuroscience An interdisciplinary field that integrates nanotechnology and neuroscience.
Neural engineering Neural engineering uses engineering techniques to interact with, understand, repair, replace, or enhance neural systems.
Neuroanatomy Neuroanatomy is the study of the anatomy of nervous systems.
Neurochemistry Neurochemistry is the study of how neurochemicals interact and influence the function of neurons.
Neuroethology Neuroethology is the study of the neural basis of non-human animals behavior.
Neurogastronomy Neurogastronomy is the study of flavor and how it affects sensation, cognition, and memory. [50]
Neurogenética Neurogenetics is the study of the genetical basis of the development and function of the nervous system.
Neuroimaging Neuroimaging includes the use of various techniques to either directly or indirectly image the structure and function of the brain.
Neuroimmunology Neuroimmunology is concerned with the interactions between the nervous and the immune system.
Neuroinformática Neuroinformatics is a discipline within bioinformatics that conducts the organization of neuroscience data and application of computational models and analytical tools.
Neurolinguistics Neurolinguistics is the study of the neural mechanisms in the human brain that control the comprehension, production, and acquisition of language.
Neurophysics Neurophysicsis the branch of biophysics dealing with the development and use of physical methods to gain information about the nervous system.
Neurofisiología Neurophysiology is the study of the functioning of the nervous system, generally using physiological techniques that include measurement and stimulation with electrodes or optically with ion- or voltage-sensitive dyes or light-sensitive channels.
Neuropsychology Neuropsychology is a discipline that resides under the umbrellas of both psychology and neuroscience, and is involved in activities in the arenas of both basic science and applied science. In psychology, it is most closely associated with biopsychology, clinical psychology, cognitive psychology, and developmental psychology. In neuroscience, it is most closely associated with the cognitive, behavioral, social, and affective neuroscience areas. In the applied and medical domain, it is related to neurology and psychiatry.
Paleoneurobiology Paleoneurobiology is a field which combines techniques used in paleontology and archeology to study brain evolution, especially that of the human brain.
Social neuroscience Social neuroscience is an interdisciplinary field devoted to understanding how biological systems implement social processes and behavior, and to using biological concepts and methods to inform and refine theories of social processes and behavior.
Systems neuroscience Systems neuroscience is the study of the function of neural circuits and systems.

The largest professional neuroscience organization is the Society for Neuroscience (SFN), which is based in the United States but includes many members from other countries. Since its founding in 1969 the SFN has grown steadily: as of 2010 it recorded 40,290 members from 83 different countries. [51] Annual meetings, held each year in a different American city, draw attendance from researchers, postdoctoral fellows, graduate students, and undergraduates, as well as educational institutions, funding agencies, publishers, and hundreds of businesses that supply products used in research.

Other major organizations devoted to neuroscience include the International Brain Research Organization (IBRO), which holds its meetings in a country from a different part of the world each year, and the Federation of European Neuroscience Societies (FENS), which holds a meeting in a different European city every two years. FENS comprises a set of 32 national-level organizations, including the British Neuroscience Association, the German Neuroscience Society (Neurowissenschaftliche Gesellschaft), and the French Société des Neurosciences. The first National Honor Society in Neuroscience, Nu Rho Psi, was founded in 2006. Numerous youth neuroscience societies which support undergraduates, graduates and early career researchers also exist, like Project Encephalon. [52]

In 2013, the BRAIN Initiative was announced in the US. An International Brain Initiative was created in 2017, [53] currently integrated by more than seven national-level brain research initiatives (US, Europe, Allen Institute, Japan, China, Australia, Canada, Korea, Israel) [54] spanning four continents.

Public education and outreach Edit

In addition to conducting traditional research in laboratory settings, neuroscientists have also been involved in the promotion of awareness and knowledge about the nervous system among the general public and government officials. Such promotions have been done by both individual neuroscientists and large organizations. For example, individual neuroscientists have promoted neuroscience education among young students by organizing the International Brain Bee, which is an academic competition for high school or secondary school students worldwide. [55] In the United States, large organizations such as the Society for Neuroscience have promoted neuroscience education by developing a primer called Brain Facts, [56] collaborating with public school teachers to develop Neuroscience Core Concepts for K-12 teachers and students, [57] and cosponsoring a campaign with the Dana Foundation called Brain Awareness Week to increase public awareness about the progress and benefits of brain research. [58] In Canada, the CIHR Canadian National Brain Bee is held annually at McMaster University. [59]

Neuroscience educators formed Faculty for Undergraduate Neuroscience (FUN) in 1992 to share best practices and provide travel awards for undergraduates presenting at Society for Neuroscience meetings. [60]

Finally, neuroscientists have also collaborated with other education experts to study and refine educational techniques to optimize learning among students, an emerging field called educational neuroscience. [61] Federal agencies in the United States, such as the National Institute of Health (NIH) [62] and National Science Foundation (NSF), [63] have also funded research that pertains to best practices in teaching and learning of neuroscience concepts.


Engaging in science practices in classrooms predicts increases in undergraduates' STEM motivation, identity, and achievement: A short-term longitudinal study

Campbell Leaper, Department of Psychology, University of California, Santa Cruz, CA 95064.

Department of Psychology, University of California, Santa Cruz, California

Institute for Scientist & Engineer Educators, University of California, Santa Cruz, California

Department of Ecology and Evolutionary Biology, University of California, Santa Cruz, California

Division of Physical and Biological Sciences, University of California, Santa Cruz, California

Institute for Scientist & Engineer Educators, University of California, Santa Cruz, California

Department of Psychology, University of California, Santa Cruz, California

Campbell Leaper, Department of Psychology, University of California, Santa Cruz, CA 95064.

Abstracto

Our short-term longitudinal study explored undergraduate students' experiences with performing authentic science practices in the classroom in relation to their science achievement and course grades. In addition, classroom experiences (felt recognition as a scientist and perceived classroom climate) and changes over a 10-week academic term in STEM (science, technology, engineering, and mathematics) identity and motivation were tested as mediators. The sample comprised 1,079 undergraduate students from introductory biology classrooms (65.4% women, 37.6% Asian, 30.2% White, 25.1% Latinx). Using structural equation modeling (SEM), our hypothesized model was confirmed while controlling for class size and GPA. Performing science practices (e.g., hypothesizing or explaining results) positively predicted students' felt recognition as a scientist and felt recognition positively predicted perceived classroom climate. In turn, felt recognition and classroom climate predicted increases over time in students' STEM motivation (expectancy-value beliefs), STEM identity, and STEM career aspirations. Finally, these factors predicted students' course grade. Both recognition as a scientist and positive classroom climate were more strongly related to outcomes among underrepresented minority (URM) students. Findings have implications for why large-format courses that emphasize opportunities for students to learn science practices are related to positive STEM outcomes, as well as why they may prove especially helpful for URM students. Practical implications include the importance of recognition as a scientist from professors, teaching assistants, and classmates in addition to curriculum that engages students in the authentic practices of science.

Apéndice S1. Supporting Information.

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Stem modifications

Some plant species have modified stems that are especially suited to a particular habitat and environment ( [link] ). A rhizome is a modified stem that grows horizontally underground and has nodes and internodes. Vertical shoots may arise from the buds on the rhizome of some plants, such as ginger and ferns. Corms are similar to rhizomes, except they are more rounded and fleshy (such as in gladiolus). Corms contain stored food that enables some plants to survive the winter. Stolons are stems that run almost parallel to the ground, or just below the surface, and can give rise to new plants at the nodes. Runners are a type of stolon that runs above the ground and produces new clone plants at nodes at varying intervals: strawberries are an example. Tubers are modified stems that may store starch, as seen in the potato ( Solanum sp.). Tubers arise as swollen ends of stolons, and contain many adventitious or unusual buds (familiar to us as the &ldquoeyes&rdquo on potatoes). A bulb , which functions as an underground storage unit, is a modification of a stem that has the appearance of enlarged fleshy leaves emerging from the stem or surrounding the base of the stem, as seen in the iris.

Stem modifications enable plants to thrive in a variety of environments. Se muestran (a) jengibre ( Zingiber officinale ) rizomas, (b) una flor de carroña ( Amorphophallus titanum ) cormo (c) hierba de Rodas ( Chloris gayana ) estolones, (d) fresa ( Fragaria ananassa ) corredores, (e) patata ( Solanum tuberosum ) tubérculos, y (f) cebolla morada ( Allium ) bombillas. (crédito a: modificación del trabajo de Maja Dumat crédito c: modificación del trabajo de Harry Rose crédito d: modificación del trabajo de Rebecca Siegel crédito e: modificación del trabajo de Scott Bauer, USDA ARS crédito f: modificación del trabajo de Stephen Ausmus, USDA ARS)


Struggles with math and science classes can have long-term consequences. Students could change their majors, change their careers to something outside a STEM field, or drop out of college. As a result, they could alter their lifetime earning potential.

According to the Mathematical Association of America, struggling with math is “the most significant barrier” to earning a college degree.

Student success often depends largely on the professor. For example, at the University of California Los Angeles (UCLA), the same calculus course was named as one of the best courses and one of the worst courses, depending on who the professor was.

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Ver el vídeo: Para cada tipo de plantas, un cuidado distinto Revista del Consumidor TV (Agosto 2022).