Biología - Teorías biológicas

La teoría celular es una parte fundamental de la Biología que explica la constitución de los seres vivos sobre la base de células, el papel que estas tienen en la constitución de la vida y en la descripción de las principales características de los seres vivos.

Principios

Los conceptos de materia viva y célula están estrechamente ligados a la biología. La materia viva se distingue de la no viva por su capacidad para metabolizar y autoperpetuarse, además de contar con las estructuras que hacen posible la ocurrencia de estas dos funciones; si la materia metaboliza y se autoperpetúa por sí misma, se dice que está viva. Varios científicos postularon numerosos principios para darle una estructura adecuada:

• Robert Hooke, observó una muestra de corcho bajo el microscopio, Hooke no vio células tal y como las conocemos actualmente, él observó que el corcho estaba formado por una serie de celdillas de color transparente, ordenadas de manera semejante a las celdas de una colmena; para referirse a cada una de estas celdas, él utiliza la palabra célula.

• Anton van Leeuwenhoek, usando unos microscopios simples, realizó observaciones sentando las bases de la morfología microscópica. Fue el primero en realizar importantes descubrimientos con microscopios fabricados por sí mismo. Desde 1674 hasta su muerte realizó numerosos descubrimientos. Introdujo mejoras en la fabricación de microscopios y fue el precursor de la biología experimental, la biología celular y la microbiología.

• A finales del siglo XVIII, Xavier Bichat, da la primera definición de tejido (un conjunto de células con forma y función semejantes). Más adelante, en 1819, Meyer le dará el nombre de Histología a un libro de Bichat titulado Anatomía general aplicada a la Fisiología y a la Medicina.

• Dos científicos alemanes, Theodor Schwann, histólogo y fisiólogo, y Jakob Schleiden, botánico, se percataron de cierta comunidad fundamental en la estructura microscópica de animales y plantas, en particular la presencia de centros o núcleos, que el botánico británico Robert Brown había descrito recientemente (1831). Publicaron juntos la obra Investigaciones microscópicas sobre la concordancia de la estructura y el crecimiento de las plantas y los animales (1839). Asentaron el primer y segundo principio de la teoría celular histórica:

Todo en los seres vivos está formado por células o productos secretados por las células.

Primer principio de la teoría celular

La célula es la unidad básica de organización de la vida.

Segundo principio de la teoría celular

• Otro alemán, el médico Rudolf Virchow, interesado en la especificidad celular de la patología (sólo algunas clases de células parecen implicadas en cada enfermedad) explicó lo que debemos considerar el tercer principio:

Toda célula se ha originado a partir de otra célula, por división de esta.

Tercer principio de la teoría celular

• Ahora estamos en condiciones de añadir que la división es por bipartición, porque a pesar de ciertas apariencias, la división es siempre, en el fondo, binaria. El principio lo popularizó Virchow en la forma de un aforismo creado por François Vincent Raspail, «omnis cellula e cellula». Virchow terminó con las especulaciones que hacían descender la célula de un hipotético blastema. Su postulado, que implica la continuidad de las estirpes celulares, está en el origen de la observación por August Weismann de la existencia de una línea germinal, a través de la cual se establece en animales (incluido el hombre) la continuidad entre padres e hijos y, por lo tanto, del concepto moderno de herencia biológica.

• La teoría celular fue debatida a lo largo del siglo XIX, pero fue Pasteur el que, con sus experimentos sobre la multiplicación de los microorganismos unicelulares, dio lugar a su aceptación rotunda y definitiva.

• Santiago Ramón y Cajal logró unificar todos los tejidos del cuerpo en la teoría celular, al demostrar que el tejido nervioso está formado por células. Su teoría, denominada “neuronismo” o “doctrina de la neurona”, explicaba el sistema nervioso como un conglomerado de unidades independientes. Pudo demostrarlo gracias a las técnicas de tinción de su contemporáneo Camillo Golgi, quien perfeccionó la observación de células mediante el empleo de nitrato de plata, logrando identificar una de las células nerviosas. Cajal y Golgi recibieron por ello el premio Nobel en 1906.

Concepto moderno

El concepto moderno de teoría celular se puede resumir en los siguientes principios:

1. Todos los seres vivos están formados por células, bacterias y otro tipo de organismos, o por sus productos de secreción. La célula es la unidad estructural de la materia viva, y dentro de los diferentes niveles de complejidad biológica, una célula puede ser suficiente para constituir un organismo.
2. Las funciones vitales de los organismos ocurren dentro de las células, o en su entorno inmediato, controladas por sustancias que ellas secretan. Cada célula es un sistema abierto único e irrepetible, que intercambia materia y energía con su medio. En una célula caben todas las funciones vitales, de manera que basta una célula para tener un ser vivo (que será un ser vivo unicelular). Así pues, la célula es la unidad fisiológica de la vida.
3. Todas las células proceden de células procariotas preexistentes, por división de éstas (Omnis cellula e cellula¹ ) o célula madre. Es la unidad de origen de todos los seres vivos.

Concepto actual general

Este dice lo siguiente: La célula es la unidad morfológica, fisiológica y de origen de todo ser vivo, concepto que engloba los tres principios del concepto moderno.

Teoría celular

Los conceptos de materia viva y célula están estrechamente ligados. La materia viva se distingue de la no viva por su capacidad para metabolizar y autoperpetuarse, además de contar con las estructuras que hacen posible la ocurrencia de estas dos funciones; si la materia metaboliza y se autoperpetúa por sí misma, se dice que está viva.

La célula es el nivel de organización de la materia más pequeño que tiene la capacidad para metabolizar y autoperpetuarse, por lo tanto, tiene vida y es la responsable de las características vitales de los organismos.

En la célula ocurren todas las reacciones químicas que nos ayudan a mantenernos como individuos y como especie . Estas reacciones hacen posible la fabricación de nuevos materiales para crecer, reproducirse, repararse y autorregularse; asimismo, produce la energía necesaria para que esto suceda. Todos los seres vivos están formados por células , los organismos unicelulares son los que poseen una sola célula, mientras que los pluricelulares poseen un número mayor de ellas.

Si consideramos lo anterior, podemos decir que la célula es nuestra unidad estructural , es la unidad de función y es la unidad de origen ; esto, finalmente es lo que postula la Teoría celular moderna. Llegar a estas conclusiones no fue trabajo fácil, se requirió de poco más de doscientos años y el esfuerzo de muchos investigadores para lograrlo.

Quienes postularon la Teoría celular formaron parte de este grupo y entre ellos podemos mencionar a Robert Hooke, René Dutrochet, Theodor Schwann, Mathias Schleiden y Rudolph Virchow. Es importante hacer notar que el estudio de la célula fue posible gracias al microscopio, el cual se inventó entre los años 1550 y 1590; algunos dicen que lo inventó Giovanni Farber en 1550,mientras que otros opinan que lo hizo Zaccharias Jannsen hacia 1590.

A Robert Hooke se le menciona porque fue el primero en utilizar la palabra "célula" , cuando en 1665 hacía observaciones microscópicas de un trozo de corcho. Hooke no vio células tal y como las conocemos actualmente, él observó que el corcho estaba formado por una serie de celdillas, ordenadas de manera semejante a las celdas de una colmena; para referirse a cada una de estas celdas, él utiliza la palabra célula.

Imagen observada por Robert Hooke

En 1824, René Dutrochet fue el primero en establecer que la célula era la unidad básica de la estructura, es decir, que todos los organismos están formados por células.

Para 1838 Mathias Schleiden , un botánico de origen alemán, llegaba a la conclusión de que todos los tejidos vegetales estaban formados por células. Al año siguiente, otro alemán, el zoólogoTheodor Schwann extendió las conclusiones de Schleiden hacia los animales y propuso una base celular para toda forma de vida.

Finalmente, en 1858, Rudolf  Virchow al hacer estudios sobre citogénesis de los procesos cancerosos llega a la siguiente conclusión: "las células surgen de células preexistentes" o como lo decía en su axioma "ommni cellula e cellula".

La Teoría Celular , tal como se la considera hoy, puede resumirse en cuatro proposiciones:

1. En principio, todos los organismos están compuestos de células.

2. En las células tienen lugar las reacciones metabólicas de organismo.

3. Las células provienen tan solo de otras células preexistentes.

4. Las células contienen el material hereditario.

Si consideramos lo anterior, podemos decir que la célula es nuestra unidad estructural , ya que todos los seres vivos están formados por células; es la unidad de función , porque de ella depende nuestro funcionamiento como organismo y es la unidad de origen porque no se puede concebir a un organismo vivo si no esta presente al menos una célula.

Por sus aportaciones, Theodor Schwann y Mathias Schleiden son considerados los fundadores de la Teoría Celular Moderna.

La teoría de la emigración africana es la teoría sostenía que las poblaciones de Homo sapiens dejaron África hace cien mil años y eliminaron a las poblaciones existentes de humanos en Asia y Europa.

Alan R. Templeton, de la Universidad de Washington en St. Louis, ha demostrado ahora que las poblaciones africanas se cruzaron genéticamente con las poblaciones euroasiáticas. Así que el concepto de razas puras distintas no existe en los humanos.

En el 2002, Templeton analizó diez diferentes árboles de haplotipos y realizó análisis filogeográficos que reconstruyeron la historia de las especies a través del espacio y el tiempo. Tres años después, tenía 25 regiones para analizar, y los datos proporcionaron evidencia molecular de una tercera migración, la más vieja, de hace 1,9 millones de años. Este marco temporal concuerda sumamente bien con el registro fósil que muestra al Homo erectus expandiéndose fuera de África por entonces.

Los nuevos datos confirman una expansión fuera de África hace 700.000 años que fue detectada en el análisis del 2002.

Ambas expansiones (la de 1,9 millones de años y la de 700.000) coinciden con recientes datos paleoclimáticos que indican períodos de lluvias muy fuertes en África oriental, convirtiendo lo que es ahora el Desierto del Sahara en una sabana. En un entorno de viaje tan favorable, los movimientos de grandes poblaciones a través del área se vieron notablemente facilitados.

La teoría de la generación espontánea (también conocida como arquebiosis¹ ) es una antigua teoría biológica que sostenía que ciertas formas de vida (animal y vegetal) surgen de manera espontánea a partir de materia orgánica, inorgánica o de una combinación de las mismas.

Creencia profundamente arraigada desde la antigüedad ya que fue descrita por Aristóteles, luego sustentada y admitida por pensadores como Descartes, Bacon o Newton, comenzó a ser objetada en el siglo XVII. Hoy en día la comunidad científica considera que esta teoría está plenamente refutada. Diversos experimentos se realizaron desde el año 1668 en virtud de encontrar respuestas hasta que Louis Pasteur demostró definitivamente a mediados del siglo XIX que la teoría de la generación espontánea es una falacia, postulando la ley de la biogénesis, que establece que todo ser vivo proviene de otro ser vivo ya existente.

Experimentos

El experimento de Redi

Francesco Redi (1626-1697), reconocido médico italiano, fue uno de quienes dudaron de la generación espontánea: pensaba que los insectos jamás podrían nacer de la putrefacción. Con el propósito de demostrarlo, diseñó un experimento para determinar si se desarrollaban larvas de moscas si no se dejara a ninguna mosca adulta entrar en contacto con la carne. Puso la carne en ocho frascos: cuatro de ellos permanecieron abiertos y selló los otros cuatro. En los frascos abiertos, observó que había moscas continuamente. Después de un corto período, había gusanos únicamente en los frascos abiertos. Redi llegó a la conclusión de que los gusanos aparecían en la carne descompuesta solo si las moscas habían puesto antes sus huevos en la carne.

Los que se oponían a las ideas de Redi, porque apoyaban la idea de la generación espontánea, alegaron que no se había permitido que el aire entrara a los frascos sellados, por lo que la falta de aire evitaba que hubiera generación espontánea. Redi rediseñó su experimento y empleó gasas para tapar los frascos: estas permitían que entrara el aire, pero no las moscas. Al final de la experiencia no aparecieron gusanos en la carne, pero los huevos de las moscas quedaron depositados sobre las gasas.

Los experimentos de Redi presentaron evidencia en contra de la teoría de la generación espontánea. Aun así, los defensores de esta teoría no la consideraron suficiente.

El experimento de Lazzaro Spallanzani

Spallanzani demostró en 1769 que no existe la generación espontánea de la vida, abriendo de alguna forma el camino a Pasteur quien trabajaría en el asunto en el siglo XIX. Tras rechazar la teoría de la generación espontánea, Spallanzani diseñó experimentos para refutar los realizados por el sacerdote católico inglés John Turberville Needham, quien había calentado y seguidamente sellado caldo de carne en diversos recipientes. Debido a que se habían encontrado microorganismos en el caldo tras abrir los recipientes, Needham creía que esto demostraba que la vida surge de la materia no viviente. No obstante, prolongando el periodo de calentamiento y sellando con más cuidado los recipientes, Spallanzani pudo demostrar que dichos caldos no generaban microorganismos mientras los recipientes se mantuvieran herméticamente cerrados y habiendo sido esterilizados.²

El experimento de Louis Pasteur

En la primera mitad del siglo XIX, Louis Pasteur realizó una serie de experimentos que probaron definitivamente que también los microbios se originaban a partir de otros microorganismos. Siguiendo la recomendación de Balard,³ utilizó dos frascos de cuello de cisne (similares a un Balón de destilación con boca larga y encorvada). Estos matraces tienen los cuellos muy alargados que se van haciendo cada vez más finos, terminando en una apertura pequeña, y tienen forma de "S". En cada uno de ellos metió cantidades iguales de caldo de carne (o caldo nutritivo) y los hizo hervir para poder eliminar los posibles microorganismos presentes en el caldo. La forma de "S" era para que el aire pudiera entrar y que los microorganismos se quedasen en la parte más baja del tubo.

Pasado un tiempo el observó que ninguno de los caldos presentaba señales de la presencia de microorganismos y cortó el tubo de uno de los matraces. El matraz abierto tardó poco en descomponerse, mientras que el cerrado permaneció en su estado inicial. Pasteur demostró así que los microorganismos tampoco provenían de la generación espontánea. Gracias a Pasteur, la idea de la generación espontánea fue desterrada del pensamiento científico y a partir de entonces se aceptó de forma general el principio que decía que todo ser vivo procede de otro ser vivo. Aún se conservan en el Museo Louis Pasteur de París⁴ algunos de estos matraces que el científico utilizó para su experimento.