Origen e Historia de las Células

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¿Cuándo se originaron las células?

CélulaSon varias las hipótesis científicas que han intentado explicar, desde hace cientos de años, el origen de las células más primitivas que dieron origen a la vida en la Tierra.

En la revista Nature, por ejemplo, un equipo integrado por físicos y biólogos de origen alemán, descubrieron un mecanismo muy sencillo que podría haber facilitado que unas pequeñas gotas líquidas simples evolucionaron hasta convertirse en las células vivas del planeta, pertenecientes al llamado caldo primigenio.

Se habla de que antes de la existencia de las células, estas tuvieron como antecesores a los llamados protocélulas.

Fue un bioquímico ruso, Alexander Oparin, quien propuso la existencia de un caldo primigenio caliente que sirvió de fuente para la aparición de la vida planetaria, tras sugerir en el año de 1924 que estas protocélulas pudieron ser gotas en estado líquido que lograron concentrar productos de origen químico, suficientes para alimentar diversas reacciones.

Dichas protocélulas no tenían membrana, pero tampoco se sabía cómo habían logrado crecer, y evolucionar hasta convertirse en las primeras células vivas.

El bioquímico ruso Alexánder Oparin, el primero en proponer la existencia de un caldo primigenio caliente que sirvió de fuente para los primeros comienzos de la vida, sugirió en 1924 que estas protocélulas misteriosas podrían haber sido unas gotas líquidas.

Después de tanto tiempo, un nuevo trabajo científico ha sido publicado por David Zwicker junto a investigadores de la llamada Sociedad Max Planck, de Alemania. 

En este estudio con rigor científico, fue analizada la naturaleza física de pequeñas gotas químicamente activas capaces de reciclar componentes químicos dentro y fuera del líquido circundante, descubriendo que además pueden crecer hasta alcanzar el tamaño de células e incluso que se dividen como estas. 

Este descubrimiento acerca del comportamiento de estas gotas especiales o “gotas activas”, difiere del analizado hasta ahora acerca de la observación de gotas de aceite en el agua, las cuales pueden agruparse en gotas cada vez más grande pero que jamás se dividen. 

Con esta precisión acerca del comportamiento de estas “gotas activas” capaces de dividirse y crecer, surge entonces la idea de que efectivamente se produjo un surgimiento espontáneo de la vida a partir del caldo descrito por Oparin a principios del siglo XX.

Zwicker, autor principal de este estudio e investigador postdoctoral de la Universidad de Harvard, además advierte que si se explica el mecanismo que hizo posible a las células hacer hijas, entonces el origen de la vida ya no tendría vacíos inexplicables y sería la clave del enigma pendiente del comienzo de la vida a través de la evolución celular.

¿Dónde aparecieron las primeras células?

Dónde aparecieron las primeras célulasLa comunidad científica lleva mucho tiempo debatiendo en torno al origen de la célula y sus claves para la formación de la vida.

Hay consenso en que surgió un mecanismo de naturaleza físico-química, tras los hallazgos de Oparin, reforzados también por J.B.S Haldane a comienzos del siglo pasado.

E incluso, Charles Darwin también propuso algo similar en una carta personal. La naturaleza justamente de ese proceso ha abierto no pocas posibilidades en el campo de la Biología acerca del origen de las células, puesto que se esbozan diversas hipótesis tales como:

  1. La vida puede ser creada al “fabricar” una célula con las moléculas existentes en las células actuales, al hacer que todas se desarrollen dentro de una vesícula membranosa.
  2. La vida extraterrestre podría ser una realidad si en otro lugar del Universo se han dado condiciones similares a las producidas en la Tierra.

Existen ciertas condiciones que hacen posible la vida. En términos generales, un organismo se considera un ser vivo cuando tiene un conjunto de propiedades. Veamos cuales son:

  1. Reproducción o transmisión de información codificada por el ácido desoxirribonucleico o ADN.
  2. Mantenimiento de la función de homeostasis internas, debido a la capacidad del organismo para obtener energía externa.
  3. Responder a estímulos externos e internos.
  4. Evolución condicionado a la interacción permanente con el medio externo, poseer la capacidad de adaptación, o la llamada evolución darwiniana.

Se cree entonces que las primeras células que dieron origen a la vida en la Tierra, surgieron a partir de moléculas orgánicas presentes en el agua, pero existen incluso otras hipótesis que asocian este hecho a la sintonización de las mismas en el espacio exterior y en otros planetas.

Los estudios han abarcado incluso la composición de los meteoritos, encontrándose que en algunos hay presentes materia orgánica, aminoácidos, nucleótidos y azúcares.

La denominada teoría de la panespermia, que quiere decir “semillas en todas partes”, supone el origen extraterrestre de la vida que hoy conocemos, o de unas semillas que permitieron el milagro de la vida. De allí que haya quien cree plausible la vida a partir de la existencia de otros planetas similares a la Tierra. 

Se ha precisado que el origen de la Tierra se remonta a unos 4.500 millones de años, de acuerdo a múltiples evidencias fósiles que sugieren que los primeros seres orgánicos vivieron entre 3.500-3.800 millones de años atrás. 

¿Cómo se formaron las células?

Se cree que todo comenzó con una etapa que han llamado prebiótica. Las primeras células se formaron en medio de las siguientes condiciones, a partir de sustancias químicas.

Las moléculas orgánicas

Cómo se formaron las células - Las moléculas orgánicasTodas las células están formadas por moléculas orgánicas, agua e iones. Las principales moléculas son proteínas, nucleótidos, azúcares y grasas. ¿Pero cómo se formaron? ¿De dónde salieron?

En un laboratorio, se puede reproducir condiciones físicas extremas colocando en un matraz, una disolución acuosa con sustancias como dióxido de carbono o C02, amoníaco, metano e hidrógeno, que sometidos a altísimas temperaturas y descargas extremas, producen una reacción que origina pequeñas moléculas orgánicas compuestas de cianuro de hidrógeno, aminoácidos, azúcares, purinas, formaldehído y pirimidinas.

Ese experimento fue ejecutado por los científicos Miller y Urey, quienes quisieron reproducir las distintas reacciones físico-químicas que ocurrieron en la Tierra primitiva.

Esta síntesis prebiótica se localiza hoy en día en torno a las inmediaciones de las fumarolas, donde se produjeron condiciones propicias porque se generaban emisiones gaseosas de las lavas en los cráteres, a temperaturas elevadas.

Pero también se ha comprobado que muchas moléculas orgánicas se formaron y siguen formándose en el espacio, en meteoritos y cometas. Por eso se cree que si estos cuerpos celestes chocaron con la Tierra en forma masiva, pudieron aportar toda la materia orgánica necesaria para que se iniciara la vida.

Después de las moléculas orgánicas, debieron crearse condiciones para que la célula aparece en forma de polímeros complejos y no como moléculas simples. Esto se produce con cadenas de aminoácidos que forman proteínas y polinucleótidos que forman el ADN y el ARN.

¿Cómo ocurre tal mecanismo?

Los polímeros orgánicos se han podido sintetizar en experimentos donde se aplica calor a compuestos secos.

Catálisis por superficies minerales

Catálisis por superficies mineralesSe considera, adicionalmente, que los minerales jugaron un rol fundamental en la aparición de la vida terrestre, porque concentran, seleccionan, moldean y catalizan reacciones de moléculas orgánicas. 

Por eso, la ciencia considera que los minerales pudieron servir como sustratos o moldes para que se produjera la polimerización y reacciones químicas, e inclusive se convirtieron en lugares de protección total frente a las condiciones adversas a nivel atmosférico.  

Fumarolas

Hoy día, se conoce perfectamente bien cómo se producen moléculas orgánicas en los predios de las fumarolas, bajo condiciones de presión y temperatura elevados, con apoyo en minerales que pueden ser capaces de producir polímeros orgánicos.

Fuentes hidrotermales de agua dulce

También se ha estudiado el mecanismo de vida en torno a los sitios donde existe agua dulce que entran en contacto con fuentes volcánicas.

Se produce en este medioambiente un proceso de hidratación-desecación permanente que podría aumentar en ciertos reductos, la concentración de moléculas orgánicas y favorece reacciones entre ellas a altas temperaturas. 

Este hábitat es tremendamente favorable, mucho más que el agua de mar, para que se formen membranas a partir de lípidos anfipáticos.

Membranas lipídicas

Membranas lipídicasOtros experimentos de laboratorio numerosos han demostrado que las membranas lipídicas similares a las que poseen las células actuales son centros de atracción, elección y concentración de moléculas simples.  

Con esta evidencia puede demostrarse cómo las membranas lograron englobar o cubrir unas moléculas determinadas y no a otras, hasta llegar al origen de la formación de las primeras protocélulas. 

La comunidad científica también ha reconocido tras muchos estudios rigurosos, que uno de los eventos fundamentales del origen de las células fue el desarrollo de una envoltura que aislara un medio interno y otro externo, porque supone muchas ventajas:

  1. Permite que las reacciones metabólicas sucedan, con presencia de todos los componentes que se requieren en el proceso.
  2. Evita que variantes ventajosas de moléculas orgánicas sean colonizadas o aprovechadas por grupos competidores. A esto se le llama egoísmo evolutivo.
  3. Se logra cierta independencia con respecto a las alteraciones del medio evolutivo, favoreciéndose la homeostasis interna.
  4. Membranas lipídicas se producen con facilidad a partir de ácidos grasos anfipáticos, lo cual quiere decir que existen moléculas que contienen una parte eléctricamente y otra que es hidrófoba.

Se han estudiado dos grandes escenarios donde es posible la asociación entre moléculas con nucleótidos, aminoácidos y membranas. 

Dichas membranas, inicialmente, se especula que formaron pequeñas bolsas o vesículas que englobaron poblaciones de moléculas, amontonadas unas sobre otras.

Gracias al crecimiento interno, dichas bolsas se estrangularon y produjeron dos unidades hijas con características similares a la original. Entonces sobrevinieron reacciones moleculares internas, porque las membranas son permeables a moléculas más pequeñas y no a los polímeros creados internamente.

Cuándo se originaron las célulasTambién existe otro escenario donde se cree que hubo una asociación inicial de moléculas orgánicas simples con membranas de lípidos.

Dicho sistema de polímeros y membranas fue ganando espacio y complejidad, hasta que hubo polímeros capaces de atravesar la membrana y quedaron en su interior. 

Según esta hipótesis, las membranas serían las genuinas protagonistas que dispararon la atracción de moléculas y las reacciones que en ellas se producen para formar estructuras moleculares más complejas, abren nuevas posibilidades de comprensión científica. 

Se sabe que las membranas son mucho más estables en agua dulce que salada, lo que podría hacer creer que estas primeras antecesoras de las células pudieron formarse en agua dulce y no en los mares de la Tierra primigenia. Así se habrían formado las primeras protocélulas.

La autorreplicación

La autorreplicaciónOtro grandioso momento evolutivo que pasa de la química prebiótica a una química celular, se produjo gracias al mecanismo de autorreplicación.

En el mundo metabólico la replicación se produjo después de que las primeras reacciones metabólicas empezaron a operar con fluidez total, pero en el modelo del mundo ARN, se descubrió que el replicador es la molécula de ARN.

La autorreplicación es una propiedad que permite que se transmita la información, porque dentro de cada vesícula membranosa se crearan replicas moleculares más o menos exactas al original.

De esta forma, distintas vesículas membranosas se enriquecieron en ciertas variantes moleculares, compitiendo y aprovechando los materiales libres.

Hay autores que consideran que no existió ninguna molécula autorreplicante sino, muchos sistemas de reacciones químicas con gran capacidad para incrementar el número de sus componentes moleculares, para lograr crecimiento. Es decir, se replicó fue el sistema de reacciones y sus componentes.

Pero la competencia, también da cabida a la tesis de la competición, en la teoría de la Evolución Darwiniana (variabilidad más selección natural). Por eso, se cree que existió un mundo dominado por el ARN en la etapa prebiótica.

Mundo metabólico

Al hablarse de la prevalencia de un mundo metabólico, basado en sistemas de reacciones químicas se consigue que la replicación en modo alguno sería la característica de una molécula concreta, sino más bien de todo un sistema molecular.

Lo primero es tener un medio aislado del exterior, que se consigue con la formación de las vesículas membranosas, pero también es necesaria la capacidad de capturar energía y moléculas del medio, crecer y dividirse para aumentar la complejidad de las reacciones químicas.

Interacciones moleculares

Se cree que en algún momento, la interacción entre moléculas distintas como proteínas, ADN, ARN; lípidos y azúcares, y la formación de complejas y reacciones heterogéneas, se seleccionarían ya no poco sino grupos heterogéneos de moléculas que actuaron cooperativamente, en una co-evolución perfecta.

Código genético

Código genéticoSe cree además que el ARN en algún instante participó en la síntesis de proteínas.

Para que esto fuera posible, se debió inventar un código capaz de identificar una secuencia de nucleótidos con un aminoácido determinado.

Actualmente, se conoce como código genético, donde tres bases nucleotídicas codifican un aminoácido determinado. Todos los organismos vivientes poseen un código genético.

A estas protocélulas, de las cuales se supone surgieron todas las demás células que hoy día se conocen, se les denomina LUCA por sus siglas en inglés (Las universal common ancestor)

ADN

ADNEn la actualidad, toda la información que un organismo transmite a su descendencia está codificada en forma de ADN, el cual es más ventajoso que el ARN, porque tiene doble hélice en su estructura.

Por lo que es mucho más estable y fácil de replicar, además de que permite reparaciones.

En algún momento de la evolución, antes de las protocélulas, tuvo que darse el paso de entrega de información del ARN al ADN, quedando este último como base para la conservación, lectura y transmisión de la información de las protocélulas.

¿Quién descubrió las células?

Quién descubrió las células - Robert HookeOficialmente, se considera que el descubrimiento trascendental de las células es atribuido a Robert Hooke, quien las menciona por vez primera en una publicación de su autoría, en el año de 1665.

Pudo observarlas con un microscopio muy básico que mejoró él mismo. 

Este notable investigador realizó experimentos muy curiosos con una laminilla de corcho, donde pudo observar cuadritos a los cuales bautizó con el nombre de celdas celdillas, que describió como muy similares a las de un panal de abejas.

Hooke, al comienzo de sus experimentos, observó células vegetales muertas y después de muchos análisis concluyó que todos los seres vivos contienen células.

Sin duda, un descubrimiento trascendental para la humanidad, porque la célula es la unidad mínima básica para la vida, lo cual permitió esbozar a posterior la teoría celular. 

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Mi nombre es Teresa Vaz Ferrà y soy estudiante de Biología en Barcelona. Me gusta colaborar con esta página porque desde bien joven me ha encantado el funcionamiento de la naturaleza y la biología. Tenía claro que quería estudiar algo relacionado con estos temas y por eso me acabé decidiendo por Biología.

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