TEMAS

Teoría celular

TEORÍA CELULAR. MODELOS DE ORGANIZACIÓN CELULAR.

5. ORIGEN Y EVOLUCIÓN CELULAR

·Formación de las primeras biomoléculas.

Se supone que la Tierra se origino hace unos 4.500 m.a. Al igual que los demás planetas del sistema solar, se formo por condensación de una gran nube de polvo cósmico y gases interestelares entre los que destacaba sobre todo el H2 y He.
La atmósfera primitiva se origino a partir de los gases desprendidos del interior de la Tierra y tenía carácter reductor a diferencia de la actual que es oxidante, estaba formada por: vapor de agua, metano, amoníaco, hidrógeno, dióxido de carbono, etc.; carecía de oxígeno y por lo tanto de ozono.

Al descender la temperatura, el vapor de agua presente en la atmósfera precipitó en forma de lluvias torrenciales acumulándose en las partes bajas, dando lugar a los océanos.
Unos 1000 millones de años más tarde aparecería la vida, es decir hace unos 3.500 m.a..
En 1922 el bioquímico ruso Oparin formulo una hipótesis sobre el origen de la vida en la cual explica como surgían las primeras biomoléculas. Según esta hipótesis, las primeras moléculas orgánicas se originaron a partir de los gases atmosféricos que reaccionaron entre sí de forma espontánea, gracias a la energía desprendida en diversos procesos naturales que ocurrían de forma normal en esa época tales como: descargas eléctricas, radiaciones solares, calor desprendido en las erupciones volcánicas, etc. Estas primeras moléculas orgánicas eran simples: azúcares, aminoácidos, bases, etc. Estos compuestos caían arrastrados por el agua y se diluían en los mares y lagos terrestres, con lo que se iban enriqueciendo en compuestos orgánicos, hasta formar lo que Oparin denomino “sopa o caldo primitivo”. Posteriormente en este “caldo primitivo” las moléculas orgánicas sencillas sufrieron un proceso de polimerización que dio lugar a la formación de grandes macromoléculas tales como: proteínas, ácidos nucleicos, etc.
En 1950 Miller y Urey probaron experimentalmente la hipótesis de Oparin, para ello reprodujeron en el laboratorio las condiciones de la atmósfera primitiva y obtuvieron diversas moléculas orgánicas. Años más tarde Juan Oró y Fox realizaron experimentos similares con el mismo resultado.

·Formación de las primeras células

El siguiente paso evolutivo consistiría en la formación a partir de las macromoléculas del caldo primitivo, de los precursores de las primeras células: Las protocélulas a las que se denomino progenotas o protobiontes.
Estas protocélulas deben de cumplir dos condiciones:

Deben de tener una membrana que preserve su individualidad aislándolas del medio, y a la vez las permita un adecuado intercambio con éste.
Tienen que tener capacidad de replicarse para poder reproducirse y transmitir su mensaje a los descendientes y de esa forma asegurar la vida.

Existen diversas hipótesis que tratan de explicar como surgieron a partir de las macromoléculas las primeras células. Entre las cuales destacan las siguientes:

Hipótesis de los coacervados.
Fue propuesta por Oparin. Según esta hipótesis los coacervados serían el origen de las primeras células.

Los coacervados son gotas microscópicas constituidas por una envoltura de polímeros que rodearía a un medio interno líquido en el que habría alguna enzima, que quedaría aislada del exterior. Se formarían en el caldo primitivo, al ponerse espontáneamente en contacto los polímeros en solución acuosa. Tendrían un metabolismo muy simple al disponer de moléculas catalíticas como enzimas, lo que les permitiría crecer a medida que captaban moléculas del exterior y al adquirir cierto tamaño se dividirían.

Oparín logro obtener coacervados en el laboratorio y al añadirles enzimas procedentes de otras células consiguió que crecieran y que se dividieran.
Esta hipótesis no explica cómo evolucionarían los coacervados, al carecer de información genética.

Hipótesis de las microesferas proteinoides.
Fue propuesta por el americano Fox. Según esta hipótesis los precursores de las primeras células serían las microesferas proteínoides.

Según Fox en las zonas volcánicas próximas al mar de la tierra primitiva, las mezclas de aminoácidos del caldo primitivo se calentaron y se desecaron, formándose polímeros, a los que llamo proteinoides termales. Este hecho se ha comprobado experimentalmente en el laboratorio. Estos polímeros de aminoácidos forman pequeñas gotitas, las microesferas. Estas microesferas tendrían cierta capacidad catalítica, debido a la presencia de enzimas en su interior. Podrían tomar energía procedente de la ruptura de enlaces de moléculas exteriores y se dividirían por escisión o gemación.
Esta teoría al igual que la de los coacervados tampoco explica la evolución de las microesferas al carecer de mecanismos de transmisión de la herencia.

Hipótesis de la aparición del gen.
Las primeras formas prebióticas probablemente serían las microesferas proteinoides de Fox. Posteriormente se debió dar un último paso que fue la aparición de una molécula capaz de autorreplicarse y que contendría la información de cómo controlar catalíticamente los procesos que se producen en este protobionte. Así, se asegura que los protobiontes hijos tengan dicha información.

No se sabe cómo se desarrolló este proceso. Probablemente la primera molécula capaz de replicarse sería el ARN, esta molécula tendría además capacidad catalítica, regulando su autorreplicación. Posteriormente el ARN cedería su papel a la molécula de ADN, que es más estable y las funciones catalíticas pasarían a las proteínas enzimáticas, cuyas secuencias de aminoácidos estarían codificadas por el propio ADN. El ARN adquiriría el papel de intermediario entre el ADN y las proteínas que ahora posee.
Se cree que una vez adquirida la información genética, los protobiontes evolucionarían hasta constituir células.

·Evolución celular:

Hoy día se acepta que el antepasado común de todas las células fue una forma primitiva a la que Carl Woese en 1980 denomino progenota o protobionte. Esta primera forma primitiva tendría una estructura muy simple y estaría dotada de mecanismos genéticos de transcripción y traducción rudimentarios.

Por evolución de esta progenota surgieron tres tipos de células procariotas: las arqueobacterias, las urcariotas y las eubacterias (bacterias).

Las primeras células procariotas que surgieron lo hicieron hace unos 3.500 m.a y eran probablemente, heterótrofas y anaerobias. Obtenían la energía por fermentación de las moléculas orgánicas que existían en el caldo primitivo. A medida que aumento la población de estas células heterótrofas, esta materia fue agotándose.

Esto dio lugar a que algunas células evolucionasen y empezasen a utilizar otro sistema para obtener energía: la fotosíntesis. La aparición del proceso fotosintético y el consiguiente desprendimiento de oxígeno como producto residual, liberó a las células de su dependencia del caldo primitivo y a la vez inicio una serie de cambios que condujeron a la atmósfera actual. Una vez que el oxígeno apareció en la atmósfera en cantidades significativas surgen las primeras células aerobias, que tienen una gran ventaja evolutiva, no utilizan la fermentación para obtener energía, sino que usan el oxígeno, mediante un proceso químico llamado respiración celular que es mucho más rentable. Por otro lado la aparición del oxígeno en la atmósfera dio lugar igualmente a la formación de una capa de ozono, que permitió filtrar las dañinas radiaciones ultravioletas e hizo posible que la vida saliese del medio acuático, iniciándose la expansión de los seres vivos por el medio aéreo.
Hace entre 2000 –1500 millones de años, se dio un segundo gran paso en la evolución celular, este fue la aparición de las células eucariotas; sin este paso, posiblemente no se hubiesen formado los seres superiores.

Según la teoría endosimbiótica propuesta por Lynn Margulis, las células eucariotas se formaron a partir de una primitiva célula urcariota (procariota) grande que en un momento dado englobo por fagocitosis a otras célula procariotas mucho más pequeñas, estableciéndose entre ellas una relación de simbiosis (endosimbiosis).

Estas células procariotas fagocitadas serían los precursores de muchos de los orgánulos celulares de las células eucariotas tales como: mitocondrias (procederían de bacterias aerobias); cloroplastos (procederían de bacterias fotosintéticas), etc. De hecho mitocondrias y cloroplastos son similares a las bacterias en tamaño y como ellas se reproducen por división. Pero lo más importante es que tanto cloroplastos como mitocondrias tienen su propio ADN bicatenario y circular como en las bacterias; igualmente poseen ribosomas que son más parecidos a los de las bacterias que a los de las células eucariotas.

La incorporación intracelular de estas células procariotas en la primitiva célula urcariota le proporciono dos características de las que carecía inicialmente:

-La capacidad de utilizar un metabolismo oxidativo, con lo cual se convirtió en una célula aerobia.
-La posibilidad de realizar la fotosíntesis, y por lo tanto de ser un organismo autótrofo capaz de utilizar el CO2 para sintetizar moléculas orgánicas.

Por otro lado la célula urcariota proporcionaba a las células procariotas fagocitadas un entorno seguro y alimento.

Por lo tanto la endosimbiosis sería altamente ventajosa para los organismos implicados y en consecuencia serían seleccionados en el transcurso de la evolución.

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