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ESTRUCTURA Y EVOLUCIÓN CELULAR. Célula Una célula (del latín cellula, diminutivo de cellam, celda, cuarto pequeño) es la unidad morfológica y funcional.

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1 ESTRUCTURA Y EVOLUCIÓN CELULAR

2 Célula Una célula (del latín cellula, diminutivo de cellam, celda, cuarto pequeño) es la unidad morfológica y funcional de todo ser vivo. La célula es el elemento de menor tamaño que puede considerarse vivo.

3 Célula - Descubrimiento Las primeras aproximaciones al estudio de la célula surgieron en el siglo XVII, tras el desarrollo a finales del siglo XVI de los primeros microscopios. Este investigador fue el primero que, al ver en esos tejidos unidades que se repetían a modo de celdillas de un panal, las bautizó como elementos de repetición, «células» (del latín cellulae, celdillas). Pero Hooke sólo pudo observar células muertas por lo que no pudo describir las estructuras de su interior. 1665: Robert Hooke publicó los resultados de sus observaciones sobre tejidos vegetales, como el corcho, realizadas con un microscopio de 50 aumentos construido por él mismo.

4 Década de 1670 : Anton van Leeuwenhoek, observó diversas células eucariotas (como protozoos y espermatozoides) y procariotas (bacterias). Década de 1830: Theodor Schwann estudió la célula animal; junto con Matthias Schleiden postularon que las células son las unidades elementales en la formación de las plantas y animales, y que son la base fundamental del proceso vital.

5 Teoría celular En 1830 se disponía ya de microscopios con una óptica más avanzada, lo que permitió a investigadores como Theodor Schwann y Matthias Schleiden definir los postulados de la teoría celular, la cual afirma, entre otras cosas: Que la célula es una unidad morfológica de todo ser vivo: es decir, que en los seres vivos todo está formado por células o por sus productos de secreción. Este primer postulado sería completado por Rudolf Virchow con la afirmación Omnis cellula ex cellula, la cual indica que toda célula deriva de una célula precedente (biogénesis).

6 Teoría celular Un tercer postulado de la teoría celular indica que las funciones vitales de los organismos ocurren dentro de las células, o en su entorno inmediato, y son controladas por sustancias que ellas secretan. Cada célula es un sistema abierto, que intercambia materia y energía con su medio. En una célula ocurren todas las funciones vitales, de manera que basta una sola de ellas para tener un ser vivo. Así pues, la célula es la unidad fisiológica de la vida

7 Teoría celular El cuarto postulado de la teoría celular expresa que cada célula contiene toda la información hereditaria necesaria para el control de su propio ciclo y del desarrollo y el funcionamiento de un organismo de su especie, así como para la transmisión de esa información a la siguiente generación celular

8 Características estructurales Individualidad : Todas las células están rodeadas de una envoltura que las separa y comunica con el exterior, que controla los movimientos celulares y que mantiene el potencial de membrana. una bicapa lipídica desnuda en células animales una pared de polisacárido, en hongos y vegetales una membrana externa y otros elementos que definen una pared compleja, en bacterias Gram negativas una pared de peptidoglicano en bacterias Gram positivas

9 Características estructurales Contienen un medio interno acuoso, el citosol, que forma la mayor parte del volumen celular y en el que están inmersos los orgánulos celulares. Poseen material genético en forma de ADN, el material hereditario de los genes y que contiene las instrucciones para el funcionamiento celular, así como ARN, a fin de que el primero se exprese. Tienen enzimas y otras proteínas, que sustentan, junto con otras biomoléculas, un metabolismo activo.

10 Características funcionales Nutrición Crecimiento y multiplicación Diferenciación Señalización Evolución

11 Tamaño La mayoría de las células son microscópicas. El tamaño de las células es extremadamente variable. La célula más pequeña observada, en condiciones normales, corresponde a Mycoplasma genitalium, de 0,2 μm, encontrándose cerca del límite teórico de 0,17 μm. En las células vegetales los granos de polen pueden llegar a medir de 200 a 300 μm y algunos huevos de aves pueden alcanzar entre 1 (codorniz) y 7 cm (avestruz) de diámetro

12 Forma Respecto de su forma, las células presentan una gran variabilidad, e, incluso, algunas no la poseen bien definida o permanente. Pueden ser: fusiformes, estrelladas, prismáticas, aplanadas, elípticas, globosas o redondeadas, etc.

13 Forma Algunas tienen una pared rígida y otras no, lo que les permite deformar la membrana y emitir prolongaciones citoplasmáticas (pseudópodos) para desplazarse o conseguir alimento. Hay células libres que no muestran esas estructuras de desplazamiento pero poseen cilios o flagelos, que son estructuras derivadas de un orgánulo celular (el centrosoma) que dota a estas células de movimiento. De este modo, existen multitud de tipos celulares, relacionados con la función que desempeñan.

14 Tipos celulares

15 Procariotas Otros nombres: Procariontes o Procarióticas. Características: No poseen núcleo celular. No poseen orgánulos citoplasmáticos. (Excepto ribosomas) Son unidades sencillas en comparación con los eucariontes. Es propia del Reino Monera.

16 Eucariotas Otros nombres: Eucariontes o Eucarióticas Características: Tienen un núcleo definido. Poseen numerosos orgánulos citoplasmáticos. (Existe compartimentalización) Son unidades complejas en relación a los Procariontes. Se encuentra en todos los organismos superiores (Animales, Plantas, Hongos, algunos Protistas, etc)

17 Estructura celular

18 Ciclo celular

19 Evolución biológica

20 Evolución La evolución biológica es el conjunto de transformaciones o cambios a través del tiempo que ha originado la diversidad de formas de vida que existen sobre la Tierra a partir de un antepasado común. La palabra evolución para describir tales cambios fue aplicada por vez primera en el siglo XVIII por el biólogo suizo Charles Bonnet en su obra Consideration sur les corps organisés.

21 Evolución El concepto de que la vida en la Tierra evolucionó a partir de un ancestro común ya había sido formulado por varios filósofos griegos. La hipótesis de que las especies se transforman continuamente fue postulada por numerosos científicos de los siglos XVIII y XIX.

22 Jean-Baptiste Lamarck ( ) Formuló la primera teoría de la evolución. Propuso que la gran variedad de organismos, eran formas estáticas creadas por Dios, habían evolucionado desde formas simples.

23 Sin embargo, fue el propio Darwin, en 1859, quien sintetizó un cuerpo coherente de observaciones que solidificaron el concepto de la evolución biológica en una verdadera teoría científica. Charles Darwin La selección natural es el mecanismo básico responsable del origen de nuevas variantes fenotípicas y en última instancia, de nuevas especies.

24 Evidencias de la evolución Son el conjunto de pruebas para demostrar que la evolución de la materia viva es un proceso que le es característico y que todos los organismos que viven en la Tierra descienden de un ancestro común.

25 Evidencias del proceso evolutivo La primera evidencia se relaciona con la paleontología, que es la ciencia que estudia los fósiles de las especies animales y vegetales desaparecidas, y dice así: Cuanto más recientes sean los fósiles, tanto más se parecerán a las especies actuales, y viceversa. Por ejemplo, tomemos como referencia un fósil reciente como el mamut y uno más antiguo, como la trilobites: el mamut es perfectamente reconocible como pariente del elefante, mientras que la trilobite nos parece un animal rarísimo.

26 Evidencias del proceso evolutivo La segunda evidencia se relaciona con la biogeografía, o ciencia que estudia la distribución geográfica de los seres vivos: Los animales habitan generalmente la misma región que sus antepasados. Esto explica que la fauna de África sea diferente de la de América a pesar de que varias regiones tengan climas similares. Podemos encontrar otro ejemplo en el hecho de que sólo encontramos canguros en Australia, a pesar de que hay climas similares en otras regiones del mundo.

27 Evidencias del proceso evolutivo La tercera evidencia tiene que ver con la taxonomía, o ciencia que se ocupa de la clasificación de los seres vivos: Las especies se clasifican en géneros, y los géneros a su vez se reúnen en familias. El parecido entre los seres vivos no es fruto del azar, sino de la existencia de antepasados comunes. Y esto, que vale para los individuos, es también válido para las especies.

28 Evidencias del proceso evolutivo La cuarta evidencia tiene que ver con la morfología de los animales. La morfología es la parte de la biología, que estudia la forma de los seres orgánicos: Los órganos aparentemente muy diversos entre una especie y otra pueden ser homólogos, es decir, construidos exactamente con los mismos elementos, pero en proporciones diferentes. Así, la mano del ser humano y la pata del caballo han sido construidas según el mismo ensamblaje óseo (metacarpo). Una tal coincidencia no puede explicarse sino por la transmisión hereditaria de un plan de construcción de miembros, a partir de un ancestro común lejano.

29 Evidencias del proceso evolutivo La quinta evidencia tiene que ver con la embriología, o ciencia que estudia la formación y desarrollo de los embriones: Las etapas iniciales del desarrollo embrionario de especies como los peces, mamíferos y reptiles son muy similares, y sólo se diferencian en las etapas finales. La única explicación posible es que un mismo plan de desarrollo ha sido transmitido en el origen. Esta prueba es particularmente importante ya que en la hipótesis según la cual las especies de mamífero habrían sido creadas individualmente, es inexplicable que sus embriones pasen por un estado de organización que recuerde la adaptación a la vida acuática de los peces, presentando incluso franjas branquiales. La génesis de un individuo ofrece de esta manera un resumen de la evolución de la especie.

30 Evolución de la vida

31 3.800 millones de años Primeras formas de vida millones de años Cianobacterias millones de años Respiración celular aeróbica millones de años Procariotas millones de años Primeras células eucarióticas

32 500 millones de años Las plantas y los hongos colonizaron la tierra 300 millones de años Los anfibios 200 millones de años Los mamíferos 100 millones de años Las aves

33 Mecanismos de la evolución Selección natural : favorece a los genes que mejoran la capacidad de supervivencia y reproducción del organismo. Deriva genética: es el cambio aleatorio en la frecuencia de los alelos, provocado por muestreo aleatorio de los genes de una generación a la siguiente.

34 Consecuencias de la evolución: Adaptación : proceso mediante el cual una población se adecua mejor a su hábitat y también el cambio en la estructura o en el funcionamiento de un organismo que lo hace más adecuado a su entorno.} Coevolución : Cuando interactúan dos especies diferentes, como un patógeno y un hospedador, o un depredador y su presa, las especies pueden desarrollar conjuntos de adaptaciones complementarias. En este caso, la evolución de una especie provoca adaptaciones en la otra y viceversa. Especiación : es el proceso por el cual una especie diverge en dos o más especies descendientes Extinción : desaparición de una especie entera.

35 Microevolución : cambios de las frecuencias génicas en pequeña escala, en una población durante el transcurso de varias generaciones. Macroevolución : son los cambios a mayor escala, desde la especiación (aparición de una nueva especie) hasta las grandes transformaciones evolutivas ocurridas en largos períodos.

36 Impacto de la teoría de la evolución En el siglo XIX, especialmente tras la publicación de «El origen de las especies», la idea de que la vida había evolucionado fue un tema de intenso debate académico centrado en las implicaciones filosóficas, sociales y religiosas de la evolución. Hoy en día, el hecho de que los organismos evolucionan es indiscutible en la literatura científica, y la síntesis evolutiva moderna tiene una amplia aceptación entre los científicos. Sin embargo, la evolución sigue siendo un concepto controvertido por algunos grupos religiosos.

37 El origen de la vida

38 Origen de la vida: conjunto de fenómenos que han determinado la aparición de seres vivientes en la Tierra. La idea de un proceso único procede directamente de las teorías evolucionistas de Charles Darwin, según las cuales todos los seres vivos descienden de un ancestro único. La cuestión del origen de la vida no comenzó a avanzar hasta la década de 1920, cuando empezaron a precisarse los conocimientos sobre el origen de la Tierra.

39 Diversidad de interpretaciones Las explicaciones que, a lo largo de la historia, se han dado sobre el origen de la vida son muy numerosas, aunque todas ellas se pueden reunir en cuatro grandes líneas de explicación:

40 Origen sobrenatural : El origen de lo vivo se debe a uno o varios actos directos de creación divina.

41 Generación espontánea : En determinadas condiciones, los seres vivos surgen a partir de la materia inanimada. Esta explicación presenta dos variantes principales. LA VESIÓN IDEALISTA : Considera imprescindible un impulso vital o espiritual para que se formen organismos. Esta variante es plenamente compatible con el sobrenatural. LA VERSIÓN MATERIALISTA : Que mantiene que los seres vivos pueden surgir a partir de la materia inanimada sin necesidad de impulso vital alguno

42 Teoría de la panspermia : Supone una distribución universal o extraterrestre de gérmenes vivos. La aparición de la vida sobre la tierra podría explicarse si se supiera cómo llegó al planeta.

43 Evolución química y celular : Mantiene que la vida apareció, a partir de materia inerte, en un momento en el que las condiciones de la tierra eran muy distintas a las actuales y se divide en tres. Evolución química. Evolución prebiótica. Evolución biológica

44 Aparición de las moléculas biológicas La primera teoría coherente que explicaba el origen de la vida la propuso en 1924 el bioquímico ruso Alexander Oparin. Se basaba en el conocimiento de las condiciones físicoquímicas que reinaban en la Tierra hace a millones de años. Oparin postuló que, gracias a la energía aportada primordialmente por la radiación ultravioleta procedente del Sol y a las descargas eléctricas de las constantes tormentas, las pequeñas moléculas de los gases atmosféricos (H2O, CH4, NH3) dieron lugar a unas moléculas orgánicas llamadas prebióticas. Estas moléculas, cada vez más complejas, eran aminoácidos (elementos constituyentes de las proteínas) y ácidos nucleicos. Según Oparin, estas primeras moléculas quedarían a trapadas en las charcas de aguas poco profundas formadas en el litoral del océano primitivo. Al concentrarse, continuaron evolucionando y diversificándose

45 El origen de la vida En 1950, Stanley Miller realizó un experimento en el que él simuló el ambiente de la Tierra primitiva. Miller hizo circular metano y amoniaco dentro de un contenedor de vidrio con agua caliente y con una atmósfera simulada. Entonces agregó una descarga eléctrica. En 24 horas, cerca del 50% del carbono del metano había formado aminoácidos (componentes principales de las proteínas) y otras moléculas orgánicas. Se ha encontrado que casi cualquier fuente de energía (electricidad, polvo volcánico caliente, luz, radiación ultravioleta) ha podido convertir las moléculas primitivas en una variedad enorme de compuestos orgánicos complejos.

46 El origen de la vida En 1988, Sidney W. Fox et al, de la Universidad de Miami, realizaron un experimento que simulaba las condiciones primitivas de la Tierra y obtuvieron la síntesis de microesferas de proteínas, con la habilidad de crecer, reproducirse y realizar algunos procesos químicos característicos de las células vivas.


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