La célula es el organismo vivo más pequeño que contiene todas las características de la vida, y casi toda la vida en el planeta comienza como un organismo unicelular.
Actualmente existen dos tipos de organismos unicelulares: procariotas y eucariotas, aquellos sin un núcleo definido por separado y aquellos con un núcleo protegido por una membrana celular. Los científicos afirman que los procariotas son la forma de vida más antigua, aparecieron por primera vez hace unos 3.8 millones de años, mientras que los eucariotas aparecieron hace unos 2.700 millones de años. La taxonomía de los organismos unicelulares cae en uno de los tres dominios principales de la vida: eucariotas, bacterias y arqueas.
Los biólogos clasifican todos los organismos vivos en los tres dominios de la vida, comenzando con organismos unicelulares a multicelulares: arqueas, bacterias y eucariotas.
Características de todas las células
Todos los organismos unicelulares y multicelulares comparten estos conceptos básicos:
***Una membrana plasmática que protege y separa las células vivas del ambiente externo al mismo tiempo que permite el flujo de moléculas a través de su superficie, además de receptores específicos dentro de la célula que pueden afectar los eventos celulares.
***Un área interna que alberga el ADN.
***A excepción de las bacterias, todas las células vivas contienen compartimentos separados por membranas, partículas y hebras bañadas en una sustancia casi líquida.
La Primera Clasificación: Los Tres Dominios de la Vida
Antes de 1969, los biólogos clasificaban la vida celular en dos reinos: plantas y animales. Después de 1969 a 1990, los científicos acordaron un sistema de clasificación de cinco reinos que incluía monera (bacterias), protistas, plantas, hongos y animales. Pero el Dr. Carl Woese (1928-2012), ex profesor en el Departamento de Microbiología de la Universidad de Illinois, propuso una nueva estructura para la clasificación de organismos unicelulares y entidades multicelulares en 1990, que consta de tres dominios, arqueas, bacterias y Eucariotas, subclasificados en seis reinos. La mayoría de los científicos ahora usan esta taxonomía o sistema de clasificación.
Archaea:
Organismos unicelulares que prosperan en ambientes extremos. Las arqueas prosperan en ambientes extremos, que antes se consideraban insostenibles para la vida: respiraderos hidrotermales de aguas profundas, aguas termales, el Mar Muerto, estanques de evaporación de sal y lagos ácidos. Antes de la propuesta del Dr. Woese, los científicos identificaron por primera vez las arqueas como archaebacterias, antiguas bacterias unicelulares, porque parecían bacterias procarióticas, organismos unicelulares que carecen de un núcleo u orgánulos separados por membrana. Otros estudios realizados por el Dr. Woese, sus colegas y otros científicos los llevaron a darse cuenta de que estas bacterias antiguas estaban más estrechamente vinculadas a los eucariotas debido a las características bioquímicas que exhiben. Los científicos e investigadores también han descubierto arqueas que viven en el tracto digestivo humano y en la piel.
El dominio y el reino de Archaea
Archaea comparte características tanto de procariotas como de eucariotas, por lo que existen en una rama separada entre bacterias y eucariotas en el árbol filogenético de la vida. Cuando los científicos descubrieron que las arquebacterias no eran en realidad bacterias antiguas, las llamaron arqueas. Las siguientes características definen a las arqueas de organismos unicelulares:
***Son células procarióticas, pero genéticamente se parecen más a los eucariotas.
***Las membranas celulares consisten en cadenas de hidrocarburos ramificadas, a diferencia de las bacterias y los eucariotas, conectadas a glicerol por enlaces éter.
***Las paredes celulares de Archaea no tienen peptidoglicanos, polímeros compuestos de azúcares y aminoácidos que forman una capa palmeada fuera de las paredes celulares de la mayoría de las bacterias.
***Si bien las arqueas no responden a algunos antibióticos a los que reaccionan las bacterias, sí reaccionan a algunos antibióticos que afligen a los eucariotas.
***Las arqueas contienen ácido ribonucleico (ARNr) ribosomal específico de las arqueas, esencial para la síntesis de proteínas, identificadas por áreas moleculares notablemente diferentes a las del ARNr que se encuentra en bacterias y eucariotas.
Las principales clasificaciones de archaea incluyen crenarchaeota, euryarchaeota y korarchaeota, así como las subdivisiones propuestas de nanoarchaeota y la propuesta de taumarchaeota. Las clasificaciones individuales indican los tipos de entornos en los que los investigadores y los científicos encuentran estos organismos unicelulares. Crenarchaeota vive en ambientes de extrema acidez y temperatura, y oxida el amoníaco; euryarchaeota incluye organismos que oxidan el metano y la sal del amor en ambientes de aguas profundas, otros euryarchaeota que producen metano como producto de desecho y korarchaeota, una categoría de arqueas que también viven en ambientes de alta temperatura.
La nanoarchaeota difiere de otras arqueas en que viven sobre otro organismo arcaico llamado Ignicoccus. Los subtipos de korarchaeota y nanoarchaeota incluyen metanógenos, organismos que producen gas metano como un subproducto de los procesos digestivos o de producción de energía; halófilas o arqueas amantes de la sal; termófilos, organismos que prosperan en temperaturas extremadamente altas; y los psicrófilos, organismos arqueas que viven en temperaturas extremadamente frías.
Bacterias: organismos unicelulares que prosperan en entornos múltiples
Las bacterias viven y prosperan en todas partes del planeta: en la cima de las montañas, en el fondo de los océanos más profundos del mundo, dentro de los tractos digestivos de humanos y animales, e incluso en las rocas y el hielo congelados de los polos norte y sur. Las bacterias pueden propagarse a lo largo y ancho de los años debido a que pueden permanecer latentes durante períodos prolongados.
Las bacterias no contienen un núcleo separado
Las bacterias existen como las principales criaturas vivientes del planeta, ya que han estado aquí durante al menos tres cuartas partes de la evolución de la historia del planeta. Son conocidos por su capacidad para adaptarse a la mayoría de los hábitats del planeta. Mientras que algunas bacterias causan enfermedades virulentas en animales, plantas y humanos, la mayoría de las bacterias funcionan como agentes «beneficiosos» del medio ambiente con procesos metabólicos que sostienen formas de vida superiores.
Otras formas de bacterias trabajan en conjunto con plantas e invertebrados (criaturas sin espina dorsal) en relaciones simbióticas que desempeñan funciones importantes. Sin estos organismos unicelulares, las plantas y los animales muertos tardarían más en descomponerse y el suelo dejaría de ser fértil. Los investigadores y científicos usan algunas bacterias en sustancias químicas, medicamentos, antibióticos e incluso en la preparación de alimentos como chucrut, yogur y kéfir, y encurtidos. Como simples organismos unicelulares, las células bacterianas tienen características distintivas:
***Al igual que las arqueas, los científicos definen las bacterias como células procarióticas, sin un núcleo definido o separado.
***Las membranas consisten en cadenas de ácidos grasos no ramificadas conectadas a glicerol por enlaces éster como eukarya.
***Las bacterias de las paredes celulares contienen peptidoglicano.
***Los antibióticos antibacterianos tradicionales afectan a las bacterias, pero resisten los antibióticos que afectan a eukarya.
***Tener ARNr específico para bacterias debido a la presencia de regiones moleculares diferentes del ARNr encontrado en archaea y eukarya.
El dominio y el reino de las bacterias
Los científicos clasifican la mayoría de las bacterias en tres grupos, en función de cómo responden al oxígeno en forma de gas. Las bacterias aeróbicas prosperan en ambientes de oxígeno y requieren oxígeno para vivir. A las bacterias anaeróbicas no les gusta el oxígeno gaseoso; un ejemplo de estas bacterias serían aquellas que viven en sedimentos profundos bajo el agua o aquellas que causan intoxicación alimentaria causada por bacterias. Por último, los anaerobios facultativos son bacterias que prefieren la presencia de oxígeno en sus entornos de crecimiento, pero pueden vivir sin él.
Pero los investigadores también clasifican las bacterias por la forma en que obtienen energía: como heterótrofos y autótrofos. Los autótrofos, como las plantas alimentadas por energía luminosa (llamadas fotoautotróficas), producen su propia fuente de alimento mediante la fijación de dióxido de carbono, o por medios quimioutotróficos, utilizando nitrógeno, azufre u otros procesos de oxidación de elementos. Los heterótrofos toman su energía del medio ambiente al descomponer los compuestos orgánicos, como las bacterias saprobianas que viven en la materia en descomposición, así como las bacterias que dependen de la fermentación o la respiración para obtener energía.
Otra forma en que los científicos agrupan las bacterias es por sus formas: esféricas, en forma de barra y en espiral. Otras formas de bacterias incluyen bacterias filamentosas, enfundadas, cuadradas, acosadas, en forma de estrella, en forma de huso, lobuladas, formadoras de tricomas (formadoras de cabello) y pleomórficas con la capacidad de cambiar su forma o tamaño según el ambiente.
Otras clasificaciones incluyen micoplasmas, bacterias causantes de enfermedades afectadas por antibióticos porque carecen de pared celular; cianobacterias, bacterias fotoautotróficas como las algas azul-verdes; bacterias grampositivas, que emiten púrpura en la prueba de tinción de gram porque la prueba colorea sus gruesas paredes celulares; y bacterias gramnegativas que se vuelven rosadas en la prueba de tinción de Gram debido a sus paredes exteriores delgadas pero fuertes. Las bacterias grampositivas responden mejor a los antibióticos que las bacterias gramnegativas porque mientras que la pared de la formadora es gruesa, es penetrable, mientras que en las bacterias gramnegativas, sus paredes celulares son delgadas, pero actúan más como un chaleco antibalas.
Los eucariotas prosperan en todas partes
Mientras que los eucariotas incluyen muchos organismos multicelulares en los hongos, reinos vegetales y animales, este dominio principal de la vida también incluye organismos unicelulares. Los eucariotas unicelulares tienen paredes celulares que pueden cambiar su forma en comparación con los procariotas que tienen paredes celulares rígidas. La mayoría de los científicos postulan que los eucariotas evolucionaron a partir de procariotas porque ambos usan el ARN y el ADN como material genético; Ambos aprovechan 20 aminoácidos; y ambos tienen una membrana celular bicapa de lípidos (solubles en disolventes orgánicos) y utilizan azúcares D y L-aminoácidos. Las características específicas de los eucariotas incluyen:
***Los eucariotas tienen un núcleo distintivo y separado protegido por una membrana.
***Las membranas, como la de las bacterias, consisten en cadenas de ácidos grasos no ramificadas conectadas al glicerol por enlaces éster (lo que hace que las paredes celulares sean más sensibles al ambiente externo en comparación con las arqueas).
***Las paredes celulares, en los eucariotas que las tienen, no contienen ningún peptidoglicano.
***Los antibióticos antibacterianos generalmente no afectan las células eucariotas, pero reaccionan o responden a los antibióticos que afectan típicamente a las células eucariotas.
***Las células eucariotas tienen una región molecular con ARNr diferente del ARNr que existe en arqueas y bacterias.
Los reinos debajo de los eucariotas
El dominio eucariótico contiene cuatro reinos o subcategorías: protistas, hongos, plantas y animales. De estos, los protistas solo contienen organismos unicelulares, mientras que el reino de los hongos contiene ambos. El reino de Protista incluye organismos vivos como algas, euglenoides, protozoos y mohos de limo. El reino de los hongos incluye organismos unicelulares y multicelulares. Los organismos unicelulares en el reino de los hongos incluyen levaduras y quitridios, u hongos fosilizados. La mayoría de los organismos dentro de los reinos vegetal y animal son multicelulares.
El organismo unicelular más grande
Aunque la mayoría de las entidades de célula única en el planeta generalmente requieren un microscopio, se puede observar el alga acuática, Caulerpa taxifolia, a simple vista. Definido como un tipo de alga marina nativa del Océano Índico y Hawai, esta alga asesina es una especie invasora en otros lugares. Este organismo vivo en el reino vegetal puede crecer de 6 a 12 pulgadas de largo y tiene ramas aplanadas similares a plumas, que surgen de un corredor, en tonos verde oscuro a claro.
El organismo unicelular más pequeño
Ubicado en las colinas sobre el campus de la Universidad de California en Berkeley, se encuentra el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley, administrado conjuntamente por el Departamento de Energía de los Estados Unidos y el sistema de la Universidad de California. Un equipo internacional de científicos, dirigido por los investigadores del laboratorio de Berkeley, descubrió en 2015 el que podría ser el organismo unicelular más pequeño capturado en una imagen tomada de un microscopio de alta potencia.
Este organismo unicelular, una bacteria procariótica, es tan pequeño que 150,000 de estas bacterias unicelulares podrían quedar en la punta de un cabello de su cabeza. Los investigadores continúan estudiando estos organismos comunes que se creen que son, ya que carecen de muchas de las características necesarias para funcionar con otros organismos. Las células parecen tener ADN, una pequeña cantidad de ribosomas y apéndices parecidos a hilos, pero es muy probable que dependan de otras bacterias para vivir.
Un eucariota de una sola célula que rompe las reglas
Los científicos de la Universidad Charles de Praga descubrieron el único organismo eucariota conocido que no contiene un tipo específico de mitocondria, y lo encontraron en el intestino de una mascota chinchilla. Como potencia de la célula, las mitocondrias hacen varias cosas. En presencia de oxígeno, las mitocondrias pueden cargar moléculas y fabricar proteínas críticas. Pero este organismo, un pariente de la bacteria giardia, usa un sistema como los que se encuentran típicamente en las bacterias, la transferencia lateral de genes, para sintetizar proteínas. Como las bacterias existen principalmente como células procarióticas, encontrar una célula eucariótica relacionada con las bacterias es una excepción a la regla.
