Los hongos, las plantas y los animales (y, entre ellos los humanos) están constituidos por millones y millones de células con núcleo por lo cual se les denomina, en conjunto, como
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organismos eucariotes. (del griego eu, verdadero y karyon, núcleo). Una célula eucariótica proveniente de un hongo o de una planta o de la piel o de la sangre o de cualquier otro órgano, es de mil a diez mil veces más grande que una célula procariótica.
En los eucariotes, el material genético que le permite a la célula reproducirse, se encuentra dentro de un núcleo. Alrededor del núcleo se situa el citoplasma que contiene diversos organelos (mitocondrias, cloroplastos, etc.), cada uno con una función específica.
¿Cómo aparecieron las células eucarióticas? Mientras no hubo oxígeno, las bacterias fueron la única forma de vida; pero cuando las bacterias cianofíceas comenzaron a producir oxígeno, otras bacterias estaban en la obligación de adaptarse a esa situación o perecer; debieron evolu- cionar durante el período en el cual la concentración de oxígeno en el ambiente era todavía baja. Hace mil millo- nes de años, cuando la concentración de oxígeno en el ambiente era ya elevada y estable y después de un proce- so de transformación bastante largo, algunas procariotas se convirtieron en eucariotas.
Si se compara una bacteria, con la más primitiva de las células eucarióticas, las diferencias son tan abismales que la conversión de una bacteria en un eucariote parece inimaginable. Por un lado, como ya lo mencionamos, las células eucarióticas son de mil a diez mil veces más grandes que las bacterias; por otro, las células eucarióticas tienen un conjunto de organelos -mitocondrias, protoplastos, peroxisomas, entre otros varios- que no se encuentran en las bacterias.
Los organelos presentes en las células eucarióticas son, más o menos, del tamaño de una bacteria lo que llevó a algunos científicos a pensar que cada organelo podía ser descendiente de una determinada clase de bacteria diferente.
Es posible que una bacteria haya crecido bastante más que las otras, tanto que haya sido capaz de engullir bacterias más pequeñas. Muchas células eucarióticas actuales, tales como los leucocitos (o glóbulos blancos de la sangre), por ejemplo, engullen bacterias. Por lo general, los microorganismos atrapados mueren y se degradan aunque, a veces sucede lo contrario: las bacterias sobreviven y, en algunos casos, dañan a sus captores, incluso hasta causarles la muerte; es el caso de las infecciones. Hay una tercera posibilidad, la menos frecuente: es que el captor y la víctima sobrevivan en un estado de mutua tolerancia que después se convierte en
asistencia recíproca y, por último, incluso en dependencia. Se llega a un estado que se denomina
simbiosis en el cual ambos resultan favorecidos. Mitocondrias y cloroplastos pudieron así
haber sido huéspedes permanentes de una célula más grande que los albergó.
¿Qué características debía tener la célula engullidora? Naturalmente debía tener un tamaño superior al de su presa, estar rodeada por una membrana flexible, contar con una red interna de compartimentos conectados con la membrana externa y disponer de la maquinaria para degradar los materiales ingeridos.
Es posible que la célula engullidora se alimentara de los desechos excretados por otras células. Vivía, pues, en un medio donde encontraba el alimento. Para digerirlo utilizaba enzimas (proteínas que aceleran las reacciones) que segregaba al exterior; estas enzimas descomponían el alimento antes de ser ingerido.
De manera similar se puede explicar la formación del núcleo, la estructura más característica de las células eucarióticas: pudo ser el resultado del desplazamiento al interior, de una zona de la membrana externa de la célula a la cual estaba adherido un cromosoma (en las células procarióticas actuales, el cromosoma se encuentra internamente adherido a la membrana de la célula). De esta forma, un pequeño procariote se pudo transformar en una célula gigante que ya disponía de un núcleo. Esta célula dotada ya de una organización eficiente para alimentarse de bacterias, sería un poderoso cazador que habría dejado de estar condenado a residir entre depósitos de alimento y ahora podía moverse con entera libertad por el mundo persiguiendo activamente su presa.
Otra prueba de que las células eucarióticas descienden de las procarióticas es el hecho de que las reacciones iniciales en el desdoblamiento de la glucosa son las mismas para ambos tipos de células. Si hay oxígeno, las reacciones continúan en las eucariotas hasta producir dióxido de carbono (CO2) y agua:
Desdoblamiento de la glucosa en procariotes y eucariotes.
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En las células eucarióticas el proceso metabólico central es la respiración que puede describirse como la combustión (requiere oxígeno) de la glucosa (el azúcar más común en los seres vivos) con el oxígeno para producir dióxido de carbono (CO2), agua y energía. Este hecho ratifica que las eucariotas siempre han sido dependientes del oxígeno por lo cual debieron aparecer después de que este gas entró a formar parte de la atmósfera de la Tierra.
Probablemente, esta célula gigante primitiva todavía carecía de mitocondrias y otras estructuras características de las actuales células eucarióticas, como los cloroplastos, en las células vegetales.
Algunas procariotas también son capaces de respirar pero son la excepción. La inmensa mayoría obtienen su energía únicamente del proceso más simple de la fermentación. En la fermentación bacteriana, la glucosa no se combina con el oxígeno, ni con ninguna otra sustancia extraña a la célula: se desdobla sencillamente en moléculas más pequeñas como el etanol o el ácido láctico. Adicionalmente, a pesar de sus diferencias en tamaño y complejidad, todas las células, procarióticas y eucarióticas, utilizan los mismos materiales de construcción -los mismos aminoácidos (componentes de las proteínas)-, las mismas moléculas para transmitir la información genética (ADN y ARN) y, en general, los mismos tipos de moléculas y la misma maquinaria general para fabricar sus moléculas, realizar su metabolismo y gobernar las mismas actividades celulares. Todas estas características comunes conducen a pensar que, sin excepción, las formas de vida actuales proceden de un progenitor único o de la misma célula primaria. Si, de pronto, aparecieron otras células estas se debieron quedar tan rezagadas en su desarrollo que, con el tiempo, se desintegraron y desaparecieron. Y si la vida se hubiera generado, más de una vez, en cada inicio se deberían haber utilizado distintos materiales de construcción y maquinarias diferentes.
Hace mil millones de años los continentes eran grandes extensiones estériles sembradas de rocas y de lava, desiertos que se cocían al sol durante el día y se congelaban durante la noche. En esos desiertos rara vez caía la lluvia y la poca que caía no era posible conservarla por falta de una capa vegetal. En contraste, los océanos se encontraban llenos de toda clase de formas de vida primitiva, constituida por individuos con una sola célula. Abundaban las bacterias lo mismo que los eucariotes unicelulares (constituidos por una sola célula). Estos formaron toda clase de asociaciones, la mayoría de las cuales no lograron sobrevivir; tan solo unas pocas resultaron ventajosas y se desarrollaron.
células representó varias ventajas: (1) los organismos pluricelulares viven más tiempo al poder reemplazar las células individuales que mueren; (2) producen una mayor descendencia ya que muchas células se pueden dedicar a la reproducción; (3) alcanzan un tamaño mucho mayor; (4) disponen de una estabilidad fisiológica interna; (5) construyen cuerpos muy diversos y (6) las células constituyentes son más eficientes porque se pueden especializar (neuronas, células sanguíneas, musculares, reproductoras, etcétera).
Las células permanecieron juntas mediante (a) conexiones intercelulares y dieron origen a los animales o (b) por medio de una pared o cápsula externa compartida y dieron origen a las plantas.
9. Las plantas
Los cloroplastos se encargan de realizar la fotosíntesis en las plantas verdes: esto quiere decir que captan la energía lumínica proveniente del Sol y la utilizan para fabricar el alimento que la planta necesita. Los cloroplastos se pudieron formar de la misma manera que las mitocondrias pero, en este caso, la bacteria engullida y no consumida fue una bacteria cianofícea. La incorporación de los cloroplastos dentro de unas células más grandes probablemente ocurrió con posterioridad a la adopción de las mitocondrias. Las ventajas de la unión de los cloroplastos son obvias: las células que antes necesitaban contar con un suministro constante de alimentos, ahora podían fabricarlos a partir de luz, agua, aire y unos pocos minerales en disolución. La prueba más aplastante del origen bacteriano de mitocondrias y cloroplastos es que en ellos se encuentran los vestigios de un sistema genético propio que todavía es funcional. Es decir, se ratifica que mitocondrias y cloroplastos son una especie de células pequeñas encerradas en una más grande.
Las plantas son fotótrofas; esto significa que utilizan la luz del Sol como fuente de energía para fabricar su propio alimento, a partir del gas carbónico disuelto en el aire y los nutrientes minerales del suelo. Estos nutrientes y la luz del Sol están disponibles en cualquier lugar por lo cual las plantas no necesitan desplazarse para conseguirlos. Los animales, por el contrario, deben buscar su alimento; alguno lo encuentran en las plantas. En otros casos deben atrapar la presa por lo cual deben conservar la libertad de movimiento aunque eso, en algunos casos, signifique una mayor fragilidad.