El origen de seres vivos capaces de reproducirse y de realizar intercambios de materia y de energía con el medio ha sido el episodio más espectacular y difícil de comprender en la evolución del planeta Tierra.
Oparín propuso la hipótesis de que el origen de la vida, en forma de células muy sencillas, sucedió en los océanos, en los cuales estaban presentes todas las moléculas necesarias constituyendo lo que él llamó el caldo primordial. Estas moléculas se habrían formado a partir de los gases presentes en una atmósfera reductora primitiva.
Pero....¿cómo es posible explicar la aparición de las primeras células a partir de las moléculas orgánicas presentes en este caldo primordial?
Hay muy pocos datos al respecto, pero se considera que hubo dos hechos trascendentales: por una parte, el desarrollo de una membrana externa, y por otra, la aparición de la síntesis de proteínas dirigida por los ácidos nucleicos.
Las primeras células (progenotes o protobiontes) aparecieron hace unos 3800 millones de años, cuando se formaron estructuras membranosas que dieron lugar a vesículas. Algunas de éstas incluyeron en su interior proteínas y moléculas de ARN capaz de autorreplicarse. Por tanto, en estas células, la información genética estaría almacenada en el ARN, en lugar de en el ADN. Esa información se emplearía para replicar dicho ácido nucleico y para dirigir la síntesis proteica.
La evolución y la diversificación de las células primitivas se produjo en estrecha relación con la evolución de la atmósfera y de los océanos .
La primera opinión tradicional apuntaba que las primeras células eran heterótrofas y anaerobias y utilizaban como alimento las moléculas orgánicas presentes en el medio. La desaparición del alimento condicionaría la evolución celular, en un proceso de selección que favorecería a las células que consiguieran los enzimas que les permitieran obtener unas biomoléculas a partir de otras, con el consiguiente aumento de la complejidad enzimática.
Ahora bien, ¿cómo pudieron adaptarse las células a la desaparición de su fuente de alimento?
Tal vez , algunas se alimentarían a partir de otras, (se harían caníbales). Otras se protegerían por medio de gruesas paredes, pero el experimento de la vida no hubiera podido salir adelante sin una fuente de energía externa. En algún momento del proceso de la evolución celular, algunas células aprendieron a fabricar las moléculas orgánicas mediante la fijación y reducción del dióxido de carbono. Se iniciaba así la fotosíntesis.
La fotosíntesis es un tipo de nutrición autótrofa que requiere gran cantidad de energía, ya que la molécula de la CO2 es muy estable. La presencia de pigmentos en la célula (clorofilas), permitió utilizar la energía solar para fabricar moléculas ricas en energía (ATP) y otras fuertemente reductoras (NADPH),ambas imprescindibles para la reducción del CO2. La fotosíntesis necesita moléculas que cedan electrones y es casi seguro que las primeras moléculas reductoras utilizaran para ello el disulfuro de hidrógeno (H2S), igual que algunas bacterias actuales.
El empleo del agua con el mismo fin, tuvo como resultado la liberación de oxígeno, y por tanto, la transformación de la atmósfera en la atmósfera oxidante que hoy conocemos.
Empezó entonces, de forma ya notable hace 2.500millones de años, la revolución del oxígeno, la mayor contaminación de la historia del planeta.
La presencia de oxígeno supuso la desaparición de muchas de las células existentes hasta ese momento, pero otras se adaptaron a la presencia de este elemento, y algunas aprendieron a utilizarlo para sus reacciones metabólicas, lo que dio lugar a la respiración aerobia.
Las células eucariotas son mucho más complejas y tienen un tamaño mayor que las procariotas.
Este aumento de volumen (hasta un millón de veces más) implica la necesidad de un aumento de la superficie.
¿De qué manera se puede resolver este problema?
Bien, pues puede hacerse mediante el plegamiento de la membrana externa o mediante la incorporación a la misma, de algún tipo de especialización.
La existencia de un sistema de membranas internas permite un intercambio continuo de sustancias entre los compartimientos membranosos internos y el exterior de la célula, proceso que es exclusivo de las células eucariotas y que sirve para aumentar la efectividad de la superficie celular.
La existencia de estas membranas permitió la especialización de los distintos compartimentos de la célula en funciones distintas.
El factor decisivo de la evolución hacia la célula eucariota, fue el aumento de tamaño producido, tras la pérdida de la pared celular, presente en sus precursoras procariotas. Esto fue acompañado por un aumento de la superficie celular con la aparición de pliegues en la membrana. Estos pliegues, necesarios ante el aumento de volumen, serían el origen de los primeros sáculos intracelulares y, por tanto, de las membranas internas, de la endocitosis, de la fagocitosis y de la digestión intracelular.
( La endocitosis consiste en la captura por parte de las células de macromoléculas o de partículas. Éstas son rodeadas por una porción de membrana plasmática e incluidas en el citoplasma celular como vesículas. Si las partículas incluidas son de gran tamaño, como células o restos celulares, el proceso se denomina fagocitosis).
El precursor de la célula eucariota, al que llamamos urcariota, aparecería como una ramificación de la línea evolutiva de las bacterias. El aumento del tamaño de la célula requirió la presencia de estructuras proteicas que mantuvieran su estructura y consistencia. Estas estructuras son imprescindibles para desarrollar la capacidad de movimiento y la fagocitosis, y en las células eucariotas actuales están muy desarrolladas formando el citoesqueleto.
A partir de este punto, el urcariota se convirtió en la célula hospedadora de endosimbiontes bacterianos, según la teoría endosimbiótica propuesta por Lyn Margullis.
Según esta teoría los orgánulos que presentan ADN, como los cloroplastos y las mitocondrias, presentan muchas características semejantes a las de las células procariotas, por lo que se pensó que podrían derivar de ellas. Investigaciones recientes apuntan la posibilidad de que el núcleo de la célula eucariota podría derivar de la fusión del material genético de un urcariota y una arqueobacteria, capturada previamente por el anterior.
De forma simplificada, el proceso de formación de la célula eucariota, quedaría de la siguiente manera:
-A partir de un antecesor procariota que pierde la pared celular, con el consiguiente aumento de tamaño, se formaría el primitivo urcariota.
-Este tipo de célula (urcariota) pudo haber englobado en su interior algún tipo de arqueobacteria, originándose a su vez, el núcleo de la célula eucariota tras la fusión del material genético de ambas células (urcariota y arqueobacteria).
-La inclusión por endosimbiosis de otras células procariotas marcaría el inicio de los peroxisomas y de las mitocondrias.
-Inclusión de cianobacterias, precursoras de cloroplastos. De igual forma, los flagelos y los microtúbulos del huso mitótico podrían tener su origen en espiroquetas simbiontes.
Estas fases manifiestan cómo poco a poco va aumentando la complejidad estructural de las células, hasta llegar a conseguir el nivel semejante al presentado por los eucariotas actuales.
Autora: Dolores María Osuna Barrero. Profesora de Biología /Geología del IES Muñoz Torrero. (Cabeza del Buey).
Fuentes: Biología Molecular de la Célula. Alberts.
Bachillerato 2. Editorial Bruño. Ciencias de la Naturaleza de la Salud.
