Los seres vivos están altamente organizados y estructurados, siguiendo una jerarquía de escala de lo pequeño a lo grande (Figura 1). El átomo es la unidad más pequeña y fundamental de la materia. Está formado por un núcleo rodeado de electrones. Los átomos se combinan para formar moléculas, que son estructuras químicas formadas por al menos dos átomos unidos por un enlace químico. En las plantas, los animales y muchos otros tipos de organismos, las moléculas se unen de forma específica para crear estructuras llamadas orgánulos. Los orgánulos son pequeñas estructuras que existen dentro de las células y realizan funciones especializadas. Como se explica con más detalle a continuación, todos los seres vivos están formados por una o más células.
En la mayoría de los organismos multicelulares, las células se combinan para formar tejidos, que son grupos de células similares que realizan la misma función. Los órganos son conjuntos de tejidos agrupados por una función común. Los órganos están presentes no sólo en los animales, sino también en las plantas. Un sistema de órganos es un nivel superior de organización que consiste en órganos relacionados funcionalmente. Por ejemplo, los animales vertebrados tienen muchos sistemas de órganos, como el sistema circulatorio que transporta la sangre por todo el cuerpo y hacia y desde los pulmones; incluye órganos como el corazón y los vasos sanguíneos. Los organismos son entidades vivas individuales. Por ejemplo, cada árbol de un bosque es un organismo.
Todos los individuos de una especie que viven dentro de un área específica se llaman colectivamente población. Una comunidad es el conjunto de diferentes poblaciones que habitan un área común. Por ejemplo, todos los árboles, flores, insectos y otras poblaciones de un bosque forman la comunidad del bosque. El propio bosque es un ecosistema. Un ecosistema está formado por todos los seres vivos de una zona concreta junto con las partes abióticas, o no vivas, de ese entorno, como el nitrógeno del suelo o el agua de lluvia. En el nivel más alto de organización, la biosfera es el conjunto de todos los ecosistemas y representa las zonas de vida en la Tierra. Incluye la tierra, el agua y partes de la atmósfera.
Teoría celular
Cierre los ojos e imagine una pared de ladrillos. Cuál es el bloque básico de construcción de esa pared? Es un solo ladrillo, por supuesto. Al igual que una pared de ladrillos, su cuerpo está compuesto por bloques de construcción básicos y los bloques de construcción de su cuerpo son las células. Tu cuerpo tiene muchos tipos de células, cada una especializada para un propósito específico. Al igual que una casa está hecha de diversos materiales de construcción, el cuerpo humano está construido con muchos tipos de células. Por ejemplo, las células óseas ayudan a sostener y proteger el cuerpo. Las células del sistema inmunitario combaten las bacterias invasoras. Y los glóbulos rojos transportan el oxígeno por todo el cuerpo. Cada uno de estos tipos de células desempeña un papel vital durante el crecimiento, el desarrollo y el mantenimiento diario del cuerpo. Sin embargo, a pesar de su enorme variedad, todas las células comparten ciertas características fundamentales.
Los microscopios que utilizamos hoy en día son mucho más complejos que los que usaba en el año 1600 Antony van Leeuwenhoek, un comerciante holandés que tenía una gran habilidad para fabricar lentes. A pesar de las limitaciones de sus lentes, ya antiguas, van Leeuwenhoek observó los movimientos de los organismos unicelulares y del esperma, a los que denominó colectivamente «animálculos». En una publicación de 1665 titulada Micrographia, el científico experimental Robert Hooke acuñó el término «célula» (del latín cella, que significa «habitación pequeña») para referirse a las estructuras en forma de caja que observó al ver el tejido de corcho a través de una lente. En la década de 1670, van Leeuwenhoek descubrió las bacterias y los protozoos. Los avances posteriores en la construcción de lentes y microscopios permitieron a otros científicos ver los distintos componentes del interior de las células.
A finales de la década de 1830, el botánico Matthias Schleiden y el zoólogo Theodor Schwann estudiaron los tejidos y propusieron la teoría celular unificada, que afirma que todos los seres vivos están compuestos por una o más células, que la célula es la unidad básica de la vida y que todas las células nuevas surgen de las existentes. Estos principios siguen siendo válidos hoy en día. Hay muchos tipos de células, y todas se agrupan en una de las dos grandes categorías: procariotas y eucariotas. Las células animales, vegetales, fúngicas y protistas se clasifican como eucariotas, mientras que las bacterias y las arqueas se clasifican como procariotas.
Todas las células comparten cuatro componentes comunes: 1) una membrana plasmática, una cubierta exterior que separa el interior de la célula del entorno que la rodea; 2) el citoplasma, que consiste en una región gelatinosa dentro de la célula en la que se encuentran otros componentes celulares; 3) el ADN, el material genético de la célula; y 4) los ribosomas, partículas que sintetizan las proteínas. Sin embargo, los procariotas se diferencian de las células eucariotas en varios aspectos.
Componentes de las células procariotas
Una célula procariota es un organismo simple y unicelular que carece de núcleo, o de cualquier otro orgánulo unido a una membrana. En breve veremos que esto es significativamente diferente en los eucariotas. El ADN procariota se encuentra en la parte central de la célula: una región oscura llamada nucleoide (Figura 1).
A diferencia de las arqueas y los eucariotas, las bacterias tienen una pared celular formada por peptidoglicano (moléculas compuestas por azúcares y aminoácidos) y muchas tienen una cápsula de polisacáridos. La pared celular actúa como una capa adicional de protección, ayuda a la célula a mantener su forma y evita la deshidratación. La cápsula permite a la célula adherirse a las superficies de su entorno. Algunos procariotas tienen flagelos, pili o fimbrias. Los flagelos se utilizan para la locomoción. Los pili se utilizan para intercambiar material genético durante un tipo de reproducción llamado conjugación. Las fimbrias son apéndices proteicos utilizados por las bacterias para adherirse a otras células.
Células eucariotas
Una célula eucariota es una célula que tiene un núcleo unido a una membrana y otros compartimentos unidos a una membrana llamados orgánulos. Hay muchos tipos diferentes de orgánulos, cada uno con una función muy especializada (véase la figura 3). La palabra eucariota significa «núcleo verdadero» o «núcleo verdadero», en alusión a la presencia del núcleo unido a la membrana en estas células. La palabra «orgánulo» significa «pequeño órgano» y, como ya se ha mencionado, los orgánulos tienen funciones celulares especializadas, al igual que los órganos de su cuerpo tienen funciones especializadas.
Tamaño de la célula
Con un diámetro de entre 0,1 y 5,0 µm, la mayoría de las células procariotas son significativamente más pequeñas que las células eucariotas, que tienen diámetros que oscilan entre 10 y 100 µm (Figura 3). El pequeño tamaño de los procariotas permite que los iones y las moléculas orgánicas que entran en ellos se propaguen rápidamente a otras partes de la célula. Del mismo modo, cualquier residuo producido dentro de una célula procariota puede salir rápidamente. Sin embargo, las células eucariotas de mayor tamaño han desarrollado diferentes adaptaciones estructurales para mejorar el transporte celular. De hecho, el gran tamaño de estas células no sería posible sin estas adaptaciones. En general, el tamaño de la célula está limitado porque el volumen aumenta mucho más rápidamente que la superficie celular. A medida que una célula se hace más grande, le resulta cada vez más difícil adquirir suficientes materiales para apoyar los procesos dentro de la célula, porque el tamaño relativo de la superficie a través de la cual los materiales deben ser transportados disminuye.
Células animales frente a células vegetales
A pesar de sus similitudes fundamentales, existen algunas diferencias llamativas entre las células animales y las vegetales (Figura 3). Las células animales tienen centríolos, centrosomas y lisosomas, mientras que las células vegetales no los tienen. Las células vegetales tienen una pared celular rígida que es externa a la membrana plasmática, cloroplastos, plasmodesmos y plastos utilizados para el almacenamiento, y una gran vacuola central, mientras que las células animales no la tienen.
Cloroplastos
Desde una perspectiva ecológica, los cloroplastos son un tipo de orgánulo especialmente importante porque realizan la fotosíntesis. La fotosíntesis constituye la base de las cadenas alimentarias en la mayoría de los ecosistemas. Los cloroplastos sólo se encuentran en las células eucariotas, como las plantas y las algas. Durante la fotosíntesis, el dióxido de carbono, el agua y la energía luminosa se utilizan para producir glucosa y oxígeno molecular. Una diferencia importante entre las algas/plantas y los animales es que las plantas/algas son capaces de fabricar su propio alimento, como la glucosa, mientras que los animales deben obtener el alimento consumiendo otros organismos.
Los cloroplastos tienen membranas externas e internas, pero dentro del espacio encerrado por la membrana interna de un cloroplasto hay un conjunto de sacos de membrana interconectados y apilados, llenos de líquido, llamados tilacoides (Figura 4 siguiente). Cada pila de tilacoides se denomina granum (plural = grana). El líquido encerrado por la membrana interna y que rodea a los granos se denomina estroma. Cada estructura del cloroplasto tiene una función importante, que se ve facilitada por su forma particular. Un tema común en biología es que la forma y la función están interrelacionadas. Por ejemplo, las pilas ricas en membranas de los tilacoides proporcionan una amplia superficie para incrustar las proteínas y los pigmentos que son vitales para la fotosíntesis.
Atribución
«Essentials of Environmental Science» by Kamala Doršner is licensed under CC BY 4.0. «Niveles de organización de los seres vivos» de Open Stax está licenciado bajo CC BY 4.0. Modificado de los originales por Matthew R. Fisher.