EL ORIGEN DE LAS CÉLULAS

 

Hoy se conoce, gracias al registro fósil, que ya existían en la Tierra, hace 3800 millones de años, seres vivos del tipo de las bacterias. Es probable que el origen del primer ser vivo tuviera lugar incluso antes, hace aproximadamente unos 4000 millones de años. 

¿Cómo debió de ser el primer organismo?

Estos hipotéticos primeros organismos, de cuya existencia no tenemos datos, se denominan protocélulas. Una protocélula debía de poseer, como mínimo:

• Una membrana que la separa del medio en el que se encontraba.

• Una organización interna que permitiera su auto mantenimiento y su reproducción. 

Las células son la mínima unidad viviente y, aun las bacterias más sencillas, poseen una organización extremadamente compleja. ¿Cómo lograron las moléculas orgánicas, sintetizadas en la sopa primordial y separadas del medio por una membrana, alcanzar una organización tan compleja? Todavía hoy no podemos responder a esta pregunta, pero sí conocemos algunos requisitos que tuvieron que ser indispensables:

• Los ácidos nucleicos debían encontrarse entre las macromoléculas encerradas en las protocélulas. Los ácidos nucleicos son moléculas capaces de hacer copias de sí mismas (replicación) y contienen la información necesaria para que se puedan sintetizar las proteínas, en particular las enzimas. 

• El metabolismo, aunque fuera rudimentario, tuvo que ser imprescindible para el auto mantenimiento de los primeros organismos. El metabolismo necesita de la presencia de enzimas. La replicación de los ácidos nucleicos es un proceso metabólico y, por tanto, solo puede realizarse si hay enzimas. 

¿Qué fue primero: las proteínas o los ácidos nucleicos?

Los ácidos nucleicos y las proteínas son compuestos muy complejos, y parece poco probable que ambos pudieran surgir simultáneamente de forma abiótica y funcionar de forma coordinada. Una hipótesis bastante aceptada es que fue el ARN el encargado de controlar el funcionamiento de las primeras células, ya que puede actuar como catalizador (ribozimas). 

Posteriormente, el ARN sería sustituido por el ADN, más estable, como portador de la información, y por las proteínas, más eficaces, como catalizadores. 

LA CÉLULA COMO UNIDAD ESTRUCTURAL

 

Desde el punto de vista estructural, las células pueden agruparse en:

• Eucarióticas o de organización eucariótica (del griego eu: "verdadero", y karyon: "núcleo"). Tienen el ADN incluido en un orgánulo llamado núcleo y separado del resto del citoplasma por una doble membrana. Las células de los animales y de las plantas son eucarióticas. 
• Procarióticas o de organización procariótica (del griego pro: "antes"). El ADN no está separado del citoplasma por una membrana, sino disperso en él. Las bacterias son células procarióticas. 

La célula eucariótica animal

Una célula animal típica sirve como modelo para estudiar la estructura subcelular. 

La membrana plasmática es el límite externo de la célula. Controla el intercambio de sustancias entre el medio externo y el interior celular. Debido a su pequeño groso, unos 7 nm, solo es visible con el microscopio electrónico. Está formada por una bicapa continua de lípidos entre los que se intercalan proteínas. Las membranas de los orgánulos celulares tienen una estructura y composición similar a la de la membrana plasmática.

El citoplasma celular está dividido en compartimientos llamados orgánulos rodeados de membranas. Junto a ellos aparecen otras estructuras no membranosas. La disolución acuosa en la que ambos tipos de estructuras están inmersos es el citosol o hialoplasma. 

ESTRUCTURAS NO MEMBRANOSAS

CITOESQUELETO

Conjunto de filamentos de proteínas que se distribuyen, en forma de red, en el citosol. Pueden ser de diferentes tipos. 

El citoesqueleto da forma a la célula y es responsable de sus movimientos. 

CENTROSOMA

Constituye una zona cercana al núcleo a partir de la que surgen los filamentos del citoesqueleto. En las células animales contiene en su interior una pareja de estructuras cilíndricas huecas, dispuestas una perpendicular a la otra, denominadas centriolos.

El centrosoma se encarga de organizar los filamentos del citoesqueleto. 

ESTRUCTURAS MEMBRANOSAS

RETÍCULOS ENDOPLASMÁTICOS LISO Y RUGOSO

Conjunto de tubos y sacos aplanados, comunicados entre sí, que se extiende por todo el citoplasma celular.

El retículo endoplasmático rugoso (RER) está exteriormente cubierto por ribosomas. Los ribosomas son estructuras no membranosas que intervienen en la fabricación (síntesis) de las proteínas. Para ello utilizan la información trasportada por el ARN, copia del ADN nuclear. 

El retículo endoplasmático liso (REL) carece de ribosomas y tiene aspecto tubular. En él se sintetizan los lípidos de la membrana. 

APARATO DE GOLGI

Conjunto de pilas de sacos membranosos que se encuentran rodeados de vesículas (pequeñas bolsas rodeadas por una membrana).

Su función es almacenar, en el interior de las vesículas, macromoléculas sintetizadas en el retículo endoplasmático para expulsarlas al exterior celular (secreción) o transportarlas a otros orgánulos. 

LISOSOMAS

Son vesículas membranosas que contienen enzimas digestivas (hidrolasas) fabricadas en el retículo endoplasmático rugoso.

Los lisosomas son responsables de la digestión en el interior de la célula.

Se fusionan a vesículas cargadas de materia orgánica, incorporada del exterior o procedente del interior celular, y transforman las macromoléculas en moléculas sencillas. 

MITOCONDRIAS

Con frecuencia aparecen con forma de óvalo. Su número es muy variable (incluso más de 1.000 por célula), dependiendo del tipo de célula y de su actividad. Están rodeadas de una doble membrana que delimita un espacio interior llamado matriz. La membrana interna se prolonga hacia el interior de la matriz, formando crestas.

En las mitocondrias se produce la combustión de las moléculas orgánicas, en presencia de oxígeno, para obtener la energía que las células necesitan para su mantenimiento. Además, la matriz contiene ribosomas y pequeñas moléculas de ADN, por lo que puede fabricar algunas de sus proteínas. 

NÚCLEO

Es el orgánulo más voluminoso de la célula. Está separado del citoplasma por una doble membrana que es continuación del retículo endoplasmático. La membrana nuclear está perforada, lo que permite el intercambio entre el interior del núcleo y el citoplasma.

En el interior del núcleo se encuentran inmersos:

• La cromatina. Formada por fibrillas enmarañadas. Cada fribrilla está formada por una molécula de ADN asociada a proteínas. Cuando la célula inicia su división, estas fibrillas se condensan y dan lugar a los cromosomas. El ADN del núcleo controla y regula las funciones vitales de la célula.
• Los nucleolos. Una o varias esferas de aspecto granular en las que se forman los ribosomas. 

APROXIMACIÓN AL TRABAJO CIENTÍFICO

¿CÓMO TRABAJA UN CIENTÍFICO?

¿Qué es una investigación científica? ¿Cómo se construye una teoría? ¿Las teorías son creadas, inventadas por los científicos, o se derivan directamente de los hechos?

Las respuestas a preguntas de este tipo no son simples: no pueden serlo. Los científicos no siempre trabajan igual, no siguen un único procedimiento porque no todos los problemas pueden abordarse de la misma forma. Por ejemplo, en una investigación sobre la generación espontánea y en otra sobre la evolución de los seres vivos o el origen del universo, deben utilizarse procedimientos diferentes. Tampoco hay una sola forma científica de enfrentarse a cada una de estas investigaciones. 

• TODA INVESTIGACIÓN PARTE DE UN PROBLEMA. En 1844, en un hospital de Viena murieron, tras el parto, 260 mujeres (el 8,2% del total) como consecuencia de una enfermedad conocida como fiebre puerperal o fiebre posparto. En los dos años siguientes las muertes representaron el 6, 8% y el 11, 4%. Ignaz Semmelweis, médico de ese hospital, estaba muy preocupado por la frecuencia de estos fallecimientos e intrigado por el hecho de que en otra sección de maternidad de ese mismo hospital (la sección 2.ª)  el porcentaje de muertes por la fiebre posparto fuera mucho más bajo: 2, 3%, 2,0% y 2, 7% en los mismos años.

• BÚSQUEDA DE INFORMACIÓN. Semmelweis indagó todo lo que se conocía sobre esta enfermedad, y buscó en libros y revistas científicas las informaciones publicadas. La opinión más generalizada era que se trataba de epidemias de origen desconocido que, en ocasiones, se extendían por algunas localidades. Si fuese así, pensó el científico, ¿cómo explicar que durante años la epidemia afectase más a la sección 1.ª que a la 2.ª? La explicación debía ser necesariamente otra.

• FORMULACIÓN DE HIPÓTESIS:

1. Una vez planteado el problema y consultadas fuentes de información, Semmelweis supuso inicialmente que... las diferencias podían deberse a la alimentación ofrecida a las pacientes o al cuidado con el que eran atendidas.

2. Comprobó que la alimentación que se les daba era idéntica en ambos casos, y el tratamiento recibido por las pacientes, muy similar. Así pues, ninguna de estas dos conjeturas iniciales, que denominaremos hipótesis o respuestas anticipadas al problema investigado, resultaban válidas. 

Otro médica de ese hospital pensó que las muertes podían estar influidas por razones psicológicas, ya que, para ofrecerlos últimos auxilios a las moribundas, el sacerdote iba precedido de un acólito que hacía sonar una campanilla. La distribución de las habitaciones hacía que mientras en la 2.ª sección el acceso fuera directa, en la 1.ª tenía que pasar por varias habitaciones, y el sonido de la campanilla, supuestamente, aterrorizaría a las pacientes haciéndolas más vulnerables a la enfermedad. Semmelweis decidió someter a prueba la hipótesis. Convenció al sacerdote para que no tocase la campanilla y diera un rodeo para llegar hasta la enferma sin ser observado. Así se hizo, pero la mortalidad no decreció. 

• LA HIPÓTESIS DEBE SER CONTRASTADA. En 1847, un colega de Semmelweis se hirió en un dedo con un escalpelo que estaba siendo utilizado en una autopsia y murió tras una agonía en la que mostró los síntomas de la fiebre posparto. Aunque se desconocía el papel de los microorganismos en este tipo de infecciones, Semmelweis supuso que el escalpelo había introducido en la sangre de su colega "algo" procedente del cadáver, que denominó "materia cadavérica". Como él y su equipo solían atender a las parturientas después de hacer autopsias, pensó que quizá también estas habían muerto como consecuencia de un "envenenamiento" similar de la sangre. Esta nueva hipótesis permitía explicar las diferencias de mortalidad entre las dos secciones ya que, en la 2.ª, ni los médicos ni las demás personas que atendían a las parturientas realizan autopsias. Si estaba en lo cierto, pensó, entonces bastaría con utilizar un procedimiento que permitiera eliminar cualquier resto de "materia cadavérica" para que no se produjera la infección. Una vez más, decidió someter a prueba su hipótesis. Ordenó que todas las personas que atendieran a las enfermas deberían lavarse las manos con una solución de cal clorurada. El instrumental utilizado recibiría también el tratamiento químico adecuado. La mortalidad por fiebre posparto quedó reducida al 1,2 %, porcentaje inferior al de la sección 2.ª. De esta manera, Semmelweis validó su hipótesis y concluyó que la fiebre posparto era producida por la infección con "materia cadavérica".

• CONCLUSIONES GENERALES. Del análisis de esta y otras muchas investigaciones pueden extraerse algunas conclusiones generales acerca de cómo trabajan los cientificos:

- Toda investigación parte de la formulación de un problema. Sin problema que investigar no hay investigación.

- Elaborar una hipótesis permite decidir cómo debe hacerse la contrastación. Así, el diseño de la investigación realizada por Semmelweis fue diferente cuando supuso que los fallecimientos se debían al miedo a la muerte provocado por el sonido de la campanilla, que cuando tenía la hipótesis de la infección por "materia cadavérica".

- La contrastación permite rechazar, refutar las hipótesis, o bien validarlas. Si una hipótesis es refutada, deberá formularse otra.

- Una investigación debe permitir alcanzar algunas conclusiones. Generalmente, estas conclusiones son provisionales. 

¿SON LOS VIRUS CÉLULAS?

Los virus son más pequeños que las bacterias. Están formados por:

• Ácido nucleico. ADN o ARN, nunca los dos juntos.
• Cápsida. Cubierta de proteínas que rodea el ácido nucleico.
• Envoltura. Similar a la membrana plasmática de las células.

Algunos poseen su propia información genética, carecen de los orgánulos y estructuras celulares necesarios para llevar a cabo los procesos vitales. Son parásitos obligados de células, tanto procarióticas como eucarióticas.

Ciclo vital de un virus bacteriófago:

• El bacteriófago fija su cola a la pared de la bacteria.
• Contrae su cola helicoidal e inyecta su ácido nucleico en la bacteria.
• El ácido nucleico del virus interrumpe el normal funcionamiento de la célula.
• Los componentes víricos se ensamblan para originar nuevos virus.
• La pared bacteriana se destruye, los nuevos virus quedan libres.

LA REPRODUCCIÓN EN LAS PLANTAS

1. La reproducción en helechos (pteridofitas)

Los helechos presentan un ciclo vital diplohaplonte con predominio de la fase diploide o esporofito. Las plantas visibles son los esporofitos. En el envés de sus hojas se forman los soros, un conjunto de esporangio en cuyo interior se encuentran las células madre de las esporas. Estas, por meiosis, originan esporas haploides que, al germinar, dan lugar a una planta minúscula con forma de corazón, llamada prótalo, que es el gametofito. El prótalo tiene unas prolongaciones o rizoides para absorber los nutrientes del suelo. En él se desarrollan, como en los musgos, anteridios productores de anterozoides flagelados y arquegonios productores de oosferas.

El agua que cubre el prótalo transporta a los anterozoides que nadan hacia la oosfera situada dentro del arquegonio. Se produce entonces la fecundación y se forma un cigoto diploide que da lugar de nuevo al esporofito o helecho. 

2. Reproducción en fanerógamas

Las fanerógamas o espermatofitas son las plantas más evolucionadas y se reproducen por medio de semillas. La mayor parte del ciclo lo constituye el esporofito, quedando el gametofito reducido, por un lado, al saco embrionario, donde se encuentra el gameto femenino, y, por otro, al grano de polen. 

Por esta razón, el estudio de la reproducción de este tipo de plantas presentó tantas dificultades, hasta que a mediados del siglo XIX se descubrió la alternancia de generaciones. 

El éxito evolutivo de las fanerógamas les ha permitido conquistar todos los hábitats. Esto se debe a que su adaptación al medio terrestre es completa, al haber logrado independizarse del medio acuático para realizar la fecundación mediante la formación del tubo polínico.

En las fanerógamas, el aparato reproductor es la flor, muy distinta en los dos grandes grupos existentes: las gimnospermas y las angiospermas.

La reproducción sexual

En la reproducción sexual intervienen dos plantas. Se lleva a cabo gracias a las flores, que constan de varias partes:

• El pistilo es el aparato reproductor femenino de la flor. Su forma recuerda a la de una botellita, que contiene una parte más abultada denominada ovario.
• Las hojitas verdes que envuelven los pétalos se llaman sépalos, que forman juntos el cáliz.
• Los estambres son la parte masculina de la flor. En su extremo tienen unos saquitos en los que se produce el polen.
• Los pétalos son las hojas de colores de las flores. Las hojas se agrupan formando la corola. 

En la reproducción sexual intervienen dos plantas. Los órganos reproductores de las plantas son las flores. La parte masculina de una flor son los estambres y la parte femenina es el pistilo.

La polinización

La polinización es el proceso de transporte del polen desde que los estambres lo liberan hasta que llega al pistilo. Este proceso puede ser de dos tipos.

• Polinización directa. El polen de los estambres de una flor cae en el pistilo de la misma flor.
• Polinización cruzada. El polen de los estambres de una flor llega al pistilo de una flor de la misma especie, pero perteneciente a otra planta. El transporte de ese polen de una planta a otra puede llevarse a cabo también de dos maneras diferentes:

- Por insectos. El polen se pega al cuerpo de los insectos, que cuando se ven atraídos por los colores de otra flor, lo llevan hasta ella.

- Por el viento. El polen es arrastrado por el viento de unas flores a otras.