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LA CÉLULA: ORIGEN Y EVOLUCIÓN
INTRODUCCIÓN:
Todas las criaturas vivas están formadas por células, pequeños compartimientos rodeados de
membrana y llenos de una solución acuosa concentrada de compuestos químicos. Las formas
más simples de vida son células solitarias que se propagan dividiéndose en dos; mientras que
los organismos complejos, como nosotros mismos, son como ciudades celulares en las cuales
grupos de células cumplen funciones especializadas y tienen la capacidad de formar complejas
redes de comunicación.
Se cree que todos los organismos y todas las células que los componen descienden por
evolución mediante selección natural de una célula ancestral común. La evolución implica dos
procesos esenciales: (1) la aparición de una variación al azar de la información genética
transmitida de un individuo a sus descendientes (2) la selección de la información genética que
ayuda a su portador a sobrevivir y multiplicarse. La evolución es el principio central de la
biología, ya que nos ayuda a comprender la asombrosa diversidad del mundo vivo. En el
presente documento estudiaremos los orígenes de la primera célula en la tierra y la manera
como se dio la transición desde unas células parecidas a bacterias hasta unas células mucho
mayores y complejas, tales como las que se encuentran en animales y plantas actuales.
EL ORIGEN DE LA VIDA
Según los cálculos más modernos, la Tierra se formó hace unos 4.600-4.500 millones de años y
un millón de años después aparecería la vida. La explicación de cómo apareció es especulativa,
ya que las condiciones reinantes en aquella primitiva atmósfera no son exactamente
reproducibles en un laboratorio. De todas formas, se han diseñado experimentos que pueden
ayudar a explicar los distintos pasos ocurridos hasta que surgió la vida. No obstante, parece
existir un acuerdo en que la tierra era un lugar violento, con erupciones volcánicas, relámpagos
y lluvias torrenciales. Prácticamente no existía el oxigeno libre, ni tampoco una capa de ozono
que absorbiera la intensa radiación ultravioleta del sol. Es probable que bajo estas condiciones
se produjeran moléculas orgánicas, es decir moléculas simples que contienen carbono.
En 1922, el bioquímico A. Oparin formuló su hipótesis sobre los procesos de evolución
química que debieron producirse durante el origen de la vida. Según él, hace 4.500
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millones de años, la Atmósfera de la Tierra estaba formada fundamentalmente por metano,
amoniaco y vapor de agua. Estas moléculas sencillas, excitadas por las radiaciones solares y
las descargas eléctricas durante las tormentas, se fueron condensando y diversificando, dando
lugar a gran variedad de moléculas orgánicas, las cuales al enfriarse la Tierra, fueron
arrastradas por torrenciales lluvias hasta el océano.
El primitivo océano estaba formado por masas de agua caliente donde se iban acumulando
gran cantidad de estas moléculas orgánicas. A todo este medio se le da el nombre de caldo
nutritivo o sopa primitiva. La temperatura de la sopa favorecía las reacciones entre las
moléculas que al unirse iban adquiriendo un mayor grado de complejidad y tamaño. Todas
estas moléculas se fueron asociando formando agregados heterogéneos que Oparín denominó
coacervados, el mundo científico no dio credibilidad a las hipótesis a esta hipótesis.
Si embargo la prueba más clara de ella proviene de experimentos desarrollados en laboratorio,
desarrollados por Stanley Miller (1950), en los que se calentaron en presencia de agua una
mezcla de dióxido de carbono (CO2), Metano (CH4) , amoniaco (NH3) e hidrógeno molecular
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(H2), aplicándoles descargas eléctricas. Se pudo observar que los gases reaccionaban
formando pequeñas moléculas orgánicas como cianuro de hidrógeno (HCN) y Formaldehido
(H2CO), los que en solución acuosa generaron cuatro clases
principales de moléculas orgánicas encontradas en las
células: Aminoácidos, Nucleótidos, azucares y ácidos grasos.
Según Carl Woese (1980) (teoría de la evolución celular) el
antepasado común de todos los seres vivos sería una unidad
viviente capaz de realizar transcripción y traducción genética,
a la que denominó protobionte o progenote. A partir de este
primitivo ser vivo surgieron evolutivamente diferentes
modelos de células procariotas.
Las células procariotas sobrevivieron durante más de 2000
años, adaptándose a diversos ambientes y adoptando
diferentes mecanismos para realizar su metabolismo. Esta
evolución celular se produjo en estrecha relación con los
cambios que tuvieron lugar en la atmósfera y en los océanos.
Las primeras células fueron heterótrofos anaerobias (utilizaban como alimento las moléculas
orgánicas presentes en el “caldo primitivo”). Ante el agotamiento de esa fuente de alimento,
aparecen células capaces de sintetizar moléculas orgánicas mediante la fijación y reducción del
CO2, iniciando así la fotosíntesis como proceso de nutrición autótrofa. Como consecuencia
del empleo de agua como donante de electrones en la fotosíntesis, se inicia la liberación de O2
hacia la atmósfera, transformándola de una atmósfera reductora a una oxidante, tal como
persiste actualmente. Esta atmósfera oxidante llevó a la muerte a muchas formas celulares.
Sin embargo, otras se adaptaron a la presencia de oxígeno y además lo utilizaron para sus
reacciones metabólicas para liberar energía química de los compuestos químicos y tenerla
disponible para su utilidad, lo que dio lugar a la respiración aerobia la que junto a una nutrición
a partir de otros organismos dio lugar a organismos heterótrofos aerobios. De modo tal que
convivieron células autótrofas fotosintéticas con heterótrofas aerobias y anaerobias.
A partir de estas formas celulares procariotas de pequeño tamaño, evolucionaron las células
eucariotas hace aproximadamente 1500 millones de años.
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En 1981 Lynn Margulis publicó “Simbiosis in Cell Evolution”, libro en el cual propuso que las
células eucarióticas se originaron de endosimbiontes procarióticos, que pasaron a vivir dentro
de otra célula. Los elementos procarióticos pueden haber penetrado en una célula hospedante,
posiblemente como una presa ingerida o como un parásito. Durante ese tiempo, los elementos
y el hospedante pudieron desarrollar una interacción mutua benéfica que se convirtió más tarde
en una obligatoria simbiosis
TEORIA ENDOSIMBIÓTICA
Teoría Endosimbiótica
Endo: (dentro)
Endocitosis = (Cyto = célula) proceso de alimentación celular, la célula es englobada pero
usualmente es digerida como comida
Endosimbiosis = la célula es englobada, pero no digerida, de modo que viven juntas en una
relación mutuamente beneficiosa, llamada simbiosis.
La Teoría postula que la mitocondria evolucionó a partir de una bacteria aeróbica
(probablemente proteobacteria, afín a las ricketsias) y que los cloroplastos evolucionaron a
partir de cianobacterias endosimbióticas (procariotas autótrofos).
Propone que las células eucariotas se originaron a partir de una primitiva célula procariota, que
perdió su pared celular, lo que le permitió aumentar de tamaño, esta primitiva célula conocida
con el nombre de urcariota. Esta célula en un momento dado, englobaría a otras células
procarióticas, estableciéndose entre ambos una relación endosimbionte. Algunas fueron las
precursoras de los peroxisomas, con capacidad para eliminar sustancias tóxicas formadas por
el creciente aumento de oxígeno en la atmósfera. Otras fueron las precursoras de las
mitocondrias, encargadas en un principio de proteger a la célula huésped contra su propio
oxígeno. Por último, algunas células procariotas fueron las precursoras de los cloroplastos .De
hecho, mitocondrias y cloroplastos son similares a las bacterias en muchas características y se
reproducen por división. Poseen su propio ADN y poseen ARN ribosómicos semejantes a los de
las bacterias.
La incorporación intracelular de estos organismos procarióticos a la primitiva célula urcariota, le
proporcionó dos características fundamentales de las que carecía:
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1. La capacidad de un metabolismo oxidativo, con lo cual la célula anaerobia pudo convertirse
en aerobia.
2. La posibilidad de realizar la fotosíntesis y por tanto ser un organismo autótrofo capaz de
utilizar como fuente de carbono el CO2 para producir moléculas orgánicas.
Esquema de la teoría Endosimbiótica
En la hipótesis original Margulis propuso que la bacteria aeróbica (que requiere oxígeno) fue
ingerida por una bacteria anaeróbica (intoxicada por el oxígeno) y que pudieron tener una
ventaja en su supervivencia en tanto continuaran acompañándose.
Cada una pudo realizar funciones mutuamente benéficas a partir de esa relación simbiótica. La
bacteria aeróbica pudo utilizar el oxígeno, tóxico para la bacteria anaeróbica y, la bacteria
anaeróbica pudo ingerir alimento y proteger al “simbionte” aeróbico. El resultado es una célula
con una organela con dos membranas que la rodean. La bicapa interior pudo haber sido la
membrana plasmática de la célula bacteriana y la bicapa lipídica externa proviene de la célula
que la englobó.
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De las procariotas a las eucariotas: Relación con la disponibilidad de oxígeno
TEORIA CELULAR ACTUAL
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CLASIFICACIÓN CELULAR
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ACTIVIDADES COMPLEMENTARIAS.
1. Realiza una línea de tiempo (hasta la actualidad) sobre las principales teorías celulares,
teniendo en cuenta sus autores y postulados.
2. Con sus propias palabras Realice una explicación clara y sencilla de la teoría endosimbiótica.
3. ¿Qué papel jugaron los peroxisomas y los cloroplastos en el proceso de evolución celular?
4. Teniendo en cuenta la teoría celular actual, establece relaciones entres sus postulados y las
teorías celulares anteriores (Oparín, Woese, endosimbiótica)
5. Teniendo en cuenta la figura de la página 6:
a) ¿Que papel desempeño la cantidad de oxigeno presente en la atmosfera en el proceso
de evolución de los seres vivos?
b) ¿A que se debe el incremento de la concentración de oxígeno en la atmosfera? ¿este
proceso fue lento o rápido? Justifica.
c) Acepte o rechace el siguiente postulado: “Estimando la concentración de oxigeno en la
atmosfera, desde su formación, se puede saber el momento exacto en que aparecieron
las diferentes formas de vida”. Justifique.
6. ¿Cuales son las diferencias esenciales entre eucariotas y procariotas?
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TRABAJO
1. Completa la información de la siguiente Tabla:
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2. ¿Cual fue la importancia de la aparición de una membrana limitante al comienzo de la vida?
3. ¿Que son las bacterias? Realice un esquema de su estructura e indique sus partes
4. ¿Qué son los virus?, establezca sus características.
5. ¿Se pueden considerar los virus cómo seres vivos?.
6. ¿Que son los micoplásmas?
7. ¿Cuales son los principales niveles de organización celular?
8. Realice un cuadro comparativo entre los reinos de la naturaleza, teniendo en cuenta aspectos
como: organismos que los conforman, tipo de células, nivel de organización celular, entre otros.
9. Si un organismo es unicelular, podría ser procariota, eucariota, o cualquiera de los dos.
¿Sabes por qué? Razona la respuesta.
10. ¿Qué diferencias existen entre citosol, citoesqueleto y citoplasma?
11. Se dice que el retículo endoplasmático es una "fábrica" de membrana. ¿Sabrías explicar
qué significa esta expresión?.
12. Describe detalladamente como está constituida la estructura de la membrana de una célula
eucariota.
13. Cuales son los principales mecanismos de intercambio de sustancia, a través de la
membrana, de la célula y en que consisten.
14. Elabora una tabla comparativa sobre los principales mecanismos de intercambio de
sustancias de la membrana, teniendo en cuenta aspectos como: Si se da a favor o en contra de
un gradiente de concentración, si existe gasto de energía o no, si es facilitado por proteínas
transportadoras o no, y si se dan a favor o en contra de un gradiente químico.
