La Evolución de las Células

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La Evolución de las Células

El desarrollo de la información genética

La vida en la Tierra no pudo existir hasta que apareció un conjunto de catalizadores capaces de promover la síntesis de más catalizadores del mismo tipo. Las primeras etapas del camino evolutivo de las células se centraron presumiblemente en las moléculas de ARN, que no sólo presentan superficies catalíticas específicas, sino que también contienen el potencial para su propia duplicación mediante la formación de una molécula de ARN complementaria. Se supone que con el tiempo apareció una pequeña molécula de ARN capaz de catalizar su propia duplicación.

Las imperfecciones en la replicación primitiva del ARN probablemente dieron lugar a muchas variantes de moléculas de ARN autocatalíticas. Las moléculas de ARN que adquirieron variaciones que aumentaron la velocidad o la fidelidad de la autorreplicación habrían multiplicado más que otras moléculas de ARN menos competentes. Además, otras pequeñas moléculas de ARN que existían en simbiosis con las moléculas de ARN autocatalítico sufrieron una selección natural por su capacidad de catalizar reacciones secundarias útiles, como la producción de mejores moléculas precursoras. De este modo, familias sofisticadas de catalizadores de ARN podrían haber evolucionado juntas, ya que la cooperación entre diferentes moléculas produjo un sistema mucho más eficaz en la autorreplicación que una colección de catalizadores de ARN individuales.

Otro paso importante en la evolución de la célula habría sido el desarrollo, en una familia de ARN autorreplicante, de un mecanismo primitivo de síntesis de proteínas. Las moléculas de proteínas no pueden proporcionar la información para la síntesis de otras moléculas de proteínas como ellas mismas. Esta información debe derivarse en última instancia de una secuencia de ácido nucleico. La síntesis de proteínas es mucho más compleja que la de ARN, y no pudo surgir antes de que evolucionara un grupo de potentes catalizadores de ARN.

Cada uno de estos catalizadores tiene presumiblemente su contrapartida entre las moléculas de ARN que funcionan en la célula actual:

• había una molécula de ARN de información, muy parecida al ARN mensajero (ARNm), cuya secuencia de nucleótidos se leía para crear una secuencia de aminoácidos;
• había un grupo de moléculas de ARN adaptadoras, muy parecidas al ARN de transferencia (ARNt), que podían unirse tanto al ARNm como a un aminoácido específico activado; y
• por último, había un ARN catalizador, muy parecido al ARN ribosómico (ARNr), que facilitaba la unión de los aminoácidos alineados en el ARNm por el ARN adaptador.

En algún momento de la evolución de los catalizadores biológicos, se formó la primera célula. Esto habría requerido la partición de los catalizadores biológicos primitivos en unidades individuales, cada una rodeada por una membrana. La formación de la membrana podría haber ocurrido de forma bastante sencilla, ya que muchas moléculas anfifílicas -mitad hidrofóbicas (que repelen el agua) y mitad hidrofílicas (que aman el agua)- se agregan para formar láminas bicapa en las que las porciones hidrofóbicas de las moléculas se alinean en filas para formar el interior de la lámina y dejan las porciones hidrofílicas frente al agua. Estas láminas bicapa pueden cerrarse espontáneamente para formar las paredes de pequeñas vesículas esféricas, como las membranas bicapa de fosfolípidos de las células actuales.

Tan pronto como los catalizadores biológicos se compartimentaron en pequeñas unidades individuales, o células, las unidades habrían empezado a competir entre sí por los mismos recursos. La competencia activa que se produjo debió acelerar enormemente el cambio evolutivo, sirviendo como una poderosa fuerza para el desarrollo de células más eficientes. De este modo, acabaron surgiendo células que contenían nuevos catalizadores, lo que les permitió utilizar moléculas precursoras más sencillas y abundantes para su crecimiento. Como estas células ya no dependían de ingredientes preformados para su supervivencia, pudieron extenderse mucho más allá de los limitados entornos donde surgieron las primeras células primitivas.

Se suele suponer que las primeras células sólo aparecieron tras el desarrollo de una forma primitiva de síntesis de proteínas. Sin embargo, no es en absoluto seguro que las células no puedan existir sin proteínas, y se ha sugerido que las primeras células sólo contenían catalizadores de ARN.Entre las Líneas En cualquier caso, las moléculas de proteínas, con sus cadenas laterales químicamente variadas, son catalizadores más potentes que las moléculas de ARN; por lo tanto, con el paso del tiempo, surgieron células en las que el ARN servía principalmente como material genético, siendo replicado directamente en cada generación y heredado por todas las células de la progenie para especificar las proteínas.

A medida que las células se hicieron más complejas, surgió la necesidad de una forma más estable de almacenamiento de la información genética que la proporcionada por el ARN. El ADN, emparentado con el ARN pero químicamente más estable, apareció probablemente bastante tarde en la historia evolutiva de las células. Con el paso del tiempo, la información genética de las secuencias de ARN se transfirió a las secuencias de ADN y se perdió la capacidad de las moléculas de ARN de replicarse directamente. Sólo en ese momento apareció el proceso central de la biología: la síntesis, una tras otra, de ADN, ARN y proteínas.

El desarrollo del metabolismo

Las primeras células se parecían presumiblemente a las células procariotas al carecer de núcleo y de compartimentos internos funcionales, u orgánulos. Estas primeras células también eran anaerobias (no necesitaban oxígeno) y obtenían su energía de la fermentación de moléculas orgánicas que se habían acumulado previamente en la Tierra durante largos periodos de tiempo. Con el tiempo, se desarrollaron células más sofisticadas que podían llevar a cabo formas primitivas de fotosíntesis, en las que la energía de la luz era aprovechada por proteínas unidas a la membrana para formar moléculas orgánicas con enlaces químicos ricos en energía. Un punto de inflexión importante en la evolución de la vida fue el desarrollo de procariotas fotosintéticos que sólo necesitaban agua como donante de electrones y eran capaces de producir oxígeno molecular.

Informaciones

Los descendientes de estos procariotas, las algas verde-azules (cianobacterias), todavía existen como formas de vida viables. Sus antepasados prosperaron hasta tal punto que la atmósfera se enriqueció con el oxígeno que producían. La libre disponibilidad de este oxígeno permitió a su vez que otros procariotas desarrollaran formas de metabolismo aeróbico mucho más eficientes en el uso de moléculas orgánicas como fuente de alimento.

Basado en la experiencia de varios autores, mis opiniones, perspectivas y recomendaciones se expresarán a continuación (o en otros lugares de esta plataforma, respecto a las características en 2026 o antes, y el futuro de esta cuestión):

Se cree que el cambio a un metabolismo predominantemente aeróbico se produjo en las bacterias hace aproximadamente 2.000 millones de años, unos 1.500 millones de años después de la formación de las primeras células. Las células eucariotas aeróbicas (células con núcleo y todos los demás orgánulos) aparecieron probablemente hace entre 2.100 y 1.500 millones de años, y su linaje se ramificó mucho antes que el de los procariotas. Es casi seguro que las células eucariotas se convirtieron en aeróbicas al engullir procariotas aeróbicas, con las que vivían en una relación simbiótica. Las mitocondrias que se encuentran tanto en los animales como en las plantas son descendientes de dichos procariotas. Más tarde, en las ramas del linaje eucariota que dan lugar a las plantas y las algas, se engendró un organismo similar a las algas azul-verde para realizar la fotosíntesis. Es probable que durante un largo periodo de tiempo estos organismos se convirtieran en los cloroplastos.

La célula eucariota surgió así, aparentemente, como una amalgama de diferentes células, convirtiéndose en una eficiente célula aeróbica cuya membrana plasmática se liberó del metabolismo energético, una de las principales funciones de la membrana celular de los procariotas. Así, la membrana celular eucariota pudo especializarse en la comunicación entre células y en la señalización celular. Es posible que, en parte, esta sea la razón por la que las células eucariotas acabaron teniendo más éxito a la hora de formar organismos multicelulares complejos que sus parientes procariotas más simples.

Datos verificados por: Brite
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Recursos

Traducción al Inglés

Traducción al inglés de Celular: Cell.

Véase También

Corteza celular
Cultivo celular
Modelo celular
Citorrhisis
Citoneo
Biotecnología
Anatomía
Citotoxicidad
Célula humana
Balsa lipídica
Esquema de la biología celular
Parakaryon myojinensis
Plasmólisis
Sincitio
Túnel de nanotubos
Bóveda (orgánulo)
Bioética, Biología, biotecnología, Ciencia, Ciencias biológicas, Ciencias naturales y aplicadas, Clonación,

Bibliografía

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