Teoría Endosimbiótica: El Origen de la Célula Eucariota

La bióloga norteamericana Lynn Margulis propuso una teoría para explicar cómo habrían aparecido las células eucarióticas a partir de las procarióticas: la Teoría Endosimbiótica.

Según esta teoría, el proceso ocurrió en los siguientes pasos:

1. Algunos protoeucariontes (eucariontes primitivos) se hicieron suficientemente grandes como para atacar, engullir y digerir procariontes más pequeños.
2. Algunas de las presas pudieron escapar al proceso de digestión e iniciar una relación simbiótica con su hospedador.
3. Entre los procariontes supervivientes había algunos muy eficaces en el proceso de la respiración, que habrían sobrevivido y evolucionado hasta convertirse en mitocondrias. Así se originarían las primitivas células eucarióticas heterótrofas.
4. Posteriormente, algunas de estas células con mitocondrias pudieron incorporar otros procariontes muy eficaces en el proceso de la fotosíntesis.
5. Los descendientes de estos procariontes fotosintéticos han sobrevivido convertidos en cloroplastos. Las células provistas de ambos tipos de orgánulos serían las primitivas células eucarióticas autótrofas.

Evidencias a favor de la teoría

La Teoría Endosimbiótica explica, fundamentalmente, el origen de las mitocondrias y los cloroplastos, y aporta los siguientes argumentos en favor de su origen bacteriano:

• Contienen pequeños cromosomas circulares, similares a los que poseen las bacterias actuales.
• Tienen una doble membrana. La más interna correspondería a la de la bacteria engullida y la más externa provendría de la bolsa que se forma en la fagocitosis.
• Su tamaño y apariencia concuerdan con los de las bacterias.
• Se multiplican dentro de la célula por un proceso similar al que utilizan las bacterias (fisión binaria).

Conceptos Fundamentales de la Biología Celular

Pioneros de la Teoría Celular

• Robert Hooke (1665): Fue el primero en observar y acuñar el término «célula».
• Matthias Schleiden y Theodor Schwann: Propusieron los postulados fundamentales de la Teoría Celular.

Definición de Célula

La célula es la unidad estructural, funcional y reproductora de todos los seres vivos.

Tipos de Células

Célula Eucariota

• Estructura principal: Membrana celular, citoplasma (citosol) y un núcleo definido que contiene el material genético.
• Núcleo: Está formado por una envoltura nuclear, cromatina y nucléolo.
• Ciclo celular: Se divide en interfase y división celular (mitosis o meiosis).

Célula Procariota

• Características distintivas: Difiere en tamaño, forma y estructura; carece de núcleo definido.
• Estructura: Posee pared celular, membrana celular, ribosomas, plásmidos y un cromosoma circular en una región llamada nucleoide. Algunas pueden tener flagelos.

Funciones Celulares Vitales

Nutrición Celular

• Autótrofa: La célula produce su propio alimento (ej. fotosíntesis).
• Heterótrofa: La célula obtiene nutrientes del exterior.

Obtención de Energía

• Respiración celular: Proceso, generalmente aeróbico, para obtener energía (ATP).
• Fermentación: Proceso anaeróbico para obtener energía.

Función de Relación (Respuesta a estímulos)

• En eucariotas: Movimiento mediante pseudópodos o flagelos, secreción de sustancias, modificación del ritmo de su ciclo celular.
• En procariotas: Movimiento mediante flagelos, formación de esporas de resistencia en condiciones adversas (estado de reposo), concentración del citoplasma y recubrimiento con una gruesa cubierta.

Reproducción Celular

• En eucariotas: Implica la división del núcleo (mitosis) y la división del citoplasma (citocinesis).
• En procariotas: Se reproducen principalmente por fisión binaria.

La Refutación de la Generación Espontánea

Hasta bien entrado el siglo XIX, se creía que en la materia orgánica en descomposición podían producirse seres vivos de manera espontánea. La simple observación del entorno parecía revelar que del fango surgían gusanos, moscas de la carne podrida o cochinillas de los lugares húmedos. Esta idea de que la vida se estaba originando permanentemente en la Tierra se denominó generación espontánea.

Aunque entre los siglos XVII y XVIII se realizaron experimentos que concluyeron que los gusanos, moscas y cochinillas solo surgían de huevos, todavía se pensaba que los microorganismos sí podían surgir de manera espontánea.

En la segunda mitad del siglo XIX, Louis Pasteur realizó una serie de experimentos que demostraron que también los organismos microscópicos se originan solo a partir de otros microorganismos preexistentes.

El Experimento de Louis Pasteur

1. Colocó caldo de carne en dos matraces de cuello de cisne (con forma de S).
2. Hirvió el caldo en ambos matraces para esterilizarlo. Gracias al cuello curvado, el aire podía entrar, pero los microorganismos y el polvo quedaban atrapados en la curva.
3. Después de varias semanas, observó que en los dos casos el caldo no se descomponía.
4. Cortó el cuello de uno de los matraces, permitiendo que los microorganismos del aire cayeran directamente sobre el caldo.
5. Al cabo de unos días, comprobó que el caldo de este matraz se había descompuesto, mientras que el del otro permanecía intacto.

Teorías sobre el Origen de la Vida

Teoría de la Síntesis Prebiótica (Oparin y Haldane)

La teoría de la síntesis prebiótica o abiótica, propuesta de forma independiente por el ruso Alexander I. Oparin y el inglés John B. S. Haldane, es la más aceptada. La idea clave es que la vida en la Tierra surgió a partir de materia inorgánica existente. El proceso pudo haber sucedido así:

• Hace unos 4000 millones de años, la atmósfera de la Tierra primitiva era muy diferente a la actual. Estaba compuesta por metano, amoniaco, hidrógeno y vapor de agua, y no tenía oxígeno libre.
• Los gases de la atmósfera reaccionaron entre sí gracias a la energía de los rayos de las tormentas o a las radiaciones ultravioleta del Sol. Así se generaron primero moléculas orgánicas sencillas y después otras más complejas.
• Los compuestos orgánicos se acumularon en el agua de los mares y constituyeron lo que se conoce como la «sopa primitiva».

El Experimento de Miller y Urey

La hipótesis de la síntesis prebiótica recibió un gran apoyo con un experimento realizado por Stanley Miller y Harold Urey en 1953. Recrearon en el laboratorio las condiciones que Oparin y Haldane habían imaginado:

1. Introdujeron en un recipiente de vidrio los gases que, según la hipótesis, componían la atmósfera primitiva.
2. Hicieron hervir el agua para forzar la circulación de los gases en un circuito cerrado.
3. Sometieron la mezcla de gases a descargas eléctricas, simulando los rayos de las tormentas.
4. Al cabo de una semana, analizaron el contenido del agua y encontraron que se habían formado compuestos orgánicos, como aminoácidos.

De la Sopa Primitiva a los Coacervados

Oparin propuso que algunos de los compuestos de la «sopa primitiva» se unirían formando esferas huecas, llamadas coacervados. En su interior quedarían encerradas moléculas con capacidad de hacer copias de sí mismas. Así se originarían los precursores de las primeras células, es decir, de LUCA (Último Ancestro Común Universal).

Teoría de la Panspermia

Esta teoría alternativa sugiere que los seres vivos o sus componentes fundamentales no se originaron en la Tierra, sino que llegaron desde otro lugar del universo a través de meteoritos, cometas o polvo cósmico.