El mecanismo de evolución de las células sigue siendo una cuestión de estudio sujeta a una intensa investigación científica (véase Origen de la vida). Los estudios sobre la evolución de las células a partir de la materia inerte que existía en la Tierra primigenia han sido llevados a cabo por físicos, geólogos, químicos y biólogos. La Tierra se formó hace aproximadamente 4.500 millones de años y durante millones de años las erupciones volcánicas violentas arrojaron al aire sustancias como dióxido de carbono, nitrógeno, agua y otras moléculas pequeñas. Estas moléculas, bombardeadas con la radiación ultravioleta y la luz de intensas tormentas, entraron en colisión formando uniones químicas estables y originando moléculas de mayor tamaño, como los aminoácidos y los nucleótidos (componentes básicos de las proteínas y de los ácidos nucleicos respectivamente). Ciertos experimentos indican que estas moléculas de mayor tamaño se forman de manera espontánea en condiciones de laboratorio que simulan el medio que probablemente existía en los orígenes de la Tierra.
Los científicos hacen conjeturas sobre si la lluvia podría haber arrastrado estas moléculas hasta los lagos para crear un caldo primordial, un terreno nutritivo para el ensamblado de las proteínas, el ácido nucleico ARN y los lípidos. Algunos investigadores piensan que estas moléculas más complejas se formaron en grietas hidrotermales y no en los lagos. Ciertos científicos creen incluso que estas sustancias clave podrían haber alcanzado la Tierra desde meteoritos procedentes del espacio exterior. No obstante, con independencia del medio en el que se originaron estas moléculas, los científicos coinciden en que las proteínas, los ácidos nucleicos y los lípidos representan los materiales básicos que formaron las primeras células. En el laboratorio, los científicos han puesto de manifiesto la unión de moléculas de lípidos para formar estructuras similares a la membrana plasmática celular. Como consecuencia de estas observaciones, los científicos plantean que millones de años de colisiones moleculares dieron lugar a esferas de lípidos que rodearon moléculas de ARN, la molécula más simple con capacidad de autorreplicación. Estos sistemas de moléculas rodeados de membrana, denominados protocélulas, ya existían hace 3.800 millones de años y habrían sido los ancestros de las primeras células procariotas.
Al no existir oxígeno en la atmósfera, esas primeras células eran anaerobias y obtenían la energía mediante procesos de fermentación. Esos primeros organismos eran heterótrofos, lo que acabó ocasionando que los nutrientes orgánicos fueran agotándose. Esa situación facilitó la aparición de organismos autótrofos fotosintéticos capaces de fabricar materia orgánica utilizando la luz solar, similares a las actuales cianobacterias. El oxígeno producido por estos organismos procariotas cambió radicalmente la composición de la atmósfera primitiva y favoreció la evolución de bacterias que usaban oxígeno para llevar a cabo la respiración aerobia, un proceso más eficaz de producción de ATP que la fermentación. Algunos estudios moleculares sobre la evolución de los genes en las arquebacterias indican que estos organismos podrían haber evolucionado en las aguas calientes de las grietas hidrotermales o manantiales de agua caliente ligeramente antes que las cianobacterias. Es probable que las arquebacterias dependieran de la fermentación para sintetizar ATP, igual que las cianobacterias.
Las células eucariotas pudieron haber evolucionado a partir de células procariotas primitivas hace aproximadamente 2.000 millones de años. Las células precursoras de las células eucariotas perdieron sus paredes celulares, lo que permitió que la membrana plasmática se expandiera y se plegara. Finalmente, estos pliegues podrían haber dado origen a compartimentos separados dentro de la célula (los precursores de ciertos orgánulos presentes en las células eucariotas). Según la teoría endosimbiótica, establecida por la bióloga estadounidense Lynn Margulis, estas primeras células eucariotas englobaron en su interior distintas bacterias que establecieron una relación simbiótica con su huésped. Estudios moleculares tanto del ADN como de los ribosomas de tipo bacteriano presentes en mitocondrias y cloroplastos indican que los ancestros de la mitocondria y el cloroplasto fueron, en algún momento, bacterias de vida libre que fueron engullidas por otras células procariotas en su propio beneficio (por su capacidad para producir ATP o por su eficacia para realizar la fotosíntesis). Durante generaciones, las células eucariotas completas con mitocondrias (los ancestros de los animales), o tanto con mitocondrias como con cloroplastos (los ancestros de las plantas) evolucionaron (véase Evolución).
| DESCUBRIMIENTO Y ESTUDIO DE LAS CÉLULAS |
Las primeras observaciones de las células fueron realizadas en 1665 por el científico inglés Robert Hooke, que utilizó un microscopio de su propia invención para examinar distintos objetos, como una lámina fina de corcho. Al observar las filas de las celdas diminutas que forman el tejido muerto de la madera, Hooke acuñó el término célula porque le recordaban a las pequeñas celdas ocupadas por los monjes en los monasterios. Aunque Hooke fue el primero en observar y describir las células, no llegó a comprender su relevancia. Unos años más tarde, el holandés Antoni van Leeuwenhoek, fabricante de microscopios, construyó uno de los mejores de la época. Gracias a su invento, Leeuwenhoek fue el primero en observar, dibujar y describir una amplia variedad de organismos vivos, como bacterias que se deslizaban en la saliva, organismos unicelulares que se movían en el agua de las charcas y espermatozoides nadando en el semen. Sin embargo, hubo que esperar algo más de un siglo para que los científicos fueran conscientes de la verdadera importancia de las células.
Los avances más significativos en el estudio de la célula tuvieron lugar en el siglo XIX, con el desarrollo y perfeccionamiento de los microscopios ópticos que permitieron observar con más detalle el interior de las células. Este desarrollo culminó con la formulación de la teoría celular por Scheleiden y Schwann. La colaboración entre el botánico alemán Matthias Jakob Schleiden y el zoólogo alemán Theodor Schwann permitió reconocer las similitudes fundamentales entre las células animales y vegetales. En 1839 presentaron la idea revolucionaria de que todos los organismos vivos están formados por una o más células y de que la célula constituye, por tanto, la unidad estructural de los seres vivos.
Sin embargo, el problema del origen de la célula no estaba resuelto, ya que se pensaba que las células podían originarse a partir de materia no celular. Fue otro científico alemán, Rudolf Virchow (1855) quien propuso que todas las células proceden de otras células. Así quedó establecida la teoría celular tal y como la conocemos hoy día:
Francis Crick y James Watson
La molécula de ADN (ácido desoxirribonucleico) es el modelo genético de cada célula y, en última instancia, la que determina todos los aspectos de un ser vivo. En 1953, Watson (izquierda) y Francis Crick (derecha) describieron la estructura en doble hélice de la molécula de ADN, una especie de escalera de caracol con muchos escalones. En 1962 Watson y Crick recibieron el Premio Nobel de Medicina por su trabajo.
• La célula es la unidad morfológica de los seres vivos. Todos los seres vivos están formados por una o más células.
• La célula es la unidad fisiológica de los seres vivos.
• Toda célula procede de otra célula por división de esta.
Hacia finales del siglo XIX, conforme se perfeccionaron aún más los microscopios ópticos, los científicos fueron capaces de observar los cromosomas en el interior de la célula. A esta investigación ayudaron las nuevas técnicas de tinción que hicieron posible las primeras observaciones detalladas de la división celular, incluyendo observaciones de las diferencias entre la mitosis y la meiosis en la década de 1880. En las primeras décadas del siglo XX numerosos científicos se concentraron en el estudio de los cromosomas durante la división celular. En ese momento estaba vigente el concepto de que las mitocondrias transmitían la información hereditaria. Sin embargo, hacia 1920 los científicos descubrieron que los cromosomas contienen genes y que los genes transmiten la información hereditaria de generación en generación. Durante ese periodo, los científicos comenzaron a conocer algunos de los procesos químicos que tienen lugar en el interior de las células. En la década de 1920 se inventó la ultracentrifugadora, un instrumento que hace girar las células en los tubos de ensayo a una velocidad muy elevada, lo que hace que las partes más pesadas se depositen en el fondo del tubo de ensayo. Este instrumento permitió a los científicos separar las mitocondrias relativamente pesadas y abundantes del resto de la célula y estudiar sus reacciones químicas. Hacia finales de la década de 1940 se consiguió explicar la función de las mitocondrias en la célula. Con ayuda de técnicas refinadas de ultracentrifugación, los científicos aislaron poco después los orgánulos de menor tamaño y empezaron a comprender sus funciones.
Mientras algunos científicos estudiaban las funciones celulares otros examinaban los detalles de la estructura celular. En la década de 1940 se logró un desarrollo tecnológico crucial: la invención del microscopio electrónico, que emplea un haz de electrones en lugar de rayos de luz para observar las muestras. Las nuevas generaciones de microscopios electrónicos han mejorado la resolución, revelando orgánulos como el retículo endoplasmático, los lisosomas, el aparato de Golgi y el citoesqueleto.
El descubrimiento de la estructura del ADN en 1953 por el bioquímico estadounidense James D. Watson y el biofísico británico Francis Crick dio paso a la era de la biología molecular, un área de estudio que permanece en continuo auge. Un campo especialmente activo en los últimos años ha sido la investigación de la señalización celular, el proceso por el que los mensajes moleculares encuentran su camino en el interior de la célula a través de una serie de complejas vías proteínicas.
Otra área muy activa de la biología celular es la relacionada con la muerte celular programada o apoptosis. En el cuerpo humano cada segundo, millones de células se suicidan como parte esencial del ciclo normal de recambio celular. También parece ser un mecanismo de seguridad frente a la enfermedad: cuando aparecen mutaciones dentro de una célula, esta, por lo general, se autodestruye. Si no ocurre así, la célula puede dividirse y dar lugar a células hijas mutadas que continúan dividiéndose y propagándose, formando de manera gradual lo que denominamos tumor. Este crecimiento celular descontrolado puede ser benigno, sin riesgo, o canceroso y puede amenazar la salud del tejido. La apoptosis es objeto de estudio por parte de los científicos cuya intención es conocer la transformación cancerosa de las células.
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