1. Origen dels éssers vius: hipòtesis sobre l’aparició de la vida a la Terra
1.2 Teoria de la generació espontània
1.4. teoria de la síntesi abiòtica
3. La cèl·lula procariota i la cèl·lula eucariota
3.1. Origen de la cèl·lula eucariota
3.2. Organització de la cèl·lula procariota
3.3. Organització de la cèl·lula eucariota
1. Origen dels éssers vius
El problema de l’origen de la vida s’ha plantejat des de diverses perspectives, que, òbviament, en els seus inicis, van ser especialment de tipus místic i religiós, però que, ja des de l’aparició de la filosofia, van intentar evitar recórrer al mite, la qual cosa va preparar el terreny per a explicacions d’ordre científic.
1.1 Creacionisme
Durant molts segles, la teoria més acceptada per explicar l’origen dels éssers vius ha estat el Creacionisme. El creacionisme és la creença religiosa de què l’univers i la vida es van originar gràcies a l’acció d’un ésser diví, creador de tot el que existeix. Es fonamenten en relats mítics i èpics transmesos de manera oral o recollits en llibres que es consideren sagrats.
Les teories creacionistes sempre han estat vinculades a una religió: hinduisme (Brahma), la religió musulmana (Al·là), cristianisme (Déu); però no tenen cap fonament científic.
En la tradició més estesa a occident -la concepció dominant durant segles, lligada a les creences religioses de matriu judeocristiana-, es concebia l’origen de la vida com un acte de creació divina, creació que podia entendre’s com feta d’una vegada per sempre, o com una creació més o menys contínua, la qual cosa explicava la generació espontània.
1.2 Teoria de la generació espontània
La majoria dels científics des d’Aristòtil (384-322 a. C.) fins ben entrat el segle XIX tenien el convenciment que alguns éssers vius sorgien de manera espontània de determinats substrats gràcies a una mena de força vegetativa que emanava de la mateixa matèria: la teoria de la generació espontània.
Pel que fa als organismes petits, la idea d’una generació espontània o abiogènesi era fàcilment contrastable amb les observacions que qualsevol podia fer —era, per tant, una teoria científica— i amb el sentit comú. Del blat sortien ratolins; de la carn putrefacta, cucs i mosques; del fang, gripaus.
Inclòs es van arribar a proposar fórmules per obtenir nous éssers vius: J. B. Helmont (1577-1644) afirmava aconseguir ratolins a partir de grans de blat.
Aquesta teoria va regnar gairebé sense oposició durant més de dos mil anys, fins que va ser finalment refutada per Louis Pasteur l’any 1863.
Un dels primers a demostrar la falsedat de la teoria de la generació espontània va ser el metge italià Francesco Redi (1626-1697). Així i tot, els investigadors més crítics havien d’enfrontar-se a les creences que durant segles s’havien observat com veritables, amb la qual cosa sovint es posava en dubte la seva credibilitat. Spallanzani va tornar a demostrar experimentalment al segle XVIII que la teoria de la generació espontània era incorrecta, però no seria fins gairebé un segle després que Louis Pasteur aconseguiria rebatre la teoria de la generació espontània.
L’experiment de Redi (1668)
Dut a terme per Francesco Redi, metge italià, que dubtava que els insectes poguessin sorgir espontàniament de la putrefacció, i suposava que en algun moment algun insecte adult havia de dipositar ous o larves sobre la matèria en descomposició.
Per comprovar-ho, Redi va dipositar tres trossos de carn en el fons de tres envasos diferents: un obert i els altres dos segellats amb gases que permetessin l’ingrés de l’aire al flascó però no de les mosques adultes. Després de passar el temps, hi va haver cucs a la carn exposada i no a les segellades, encara que sí que van trobar ous de mosca sobre les gases.
L’experiment de Spallanzani (1769)
L’experiment desenvolupat posteriorment pel naturalista Lázaro Spallanzani (1729-1799), va ser una mena de preludi a la pasteurització.
El 1769 va refutar John Needham quan va repetir el seu experiment, buscant demostrar que no hi ha generació espontània de vida. Per això, en ampolles de vidre segellades –no com Needham– Spallanzani va col·locar teixits en descomposició, prèviament esterilitzats amb calor. Ell va bullir per més temps els brous nutritius, eliminant així la possibilitat del sorgiment espontani de microorganismes.
Així, va invalidar l’experiment de Needham, i va observar que la força vegetativa persisteix, ja que en tornar a exposar els brous a l’aire lliure, els gèrmens es desenvolupen sobre ells. L’anglès afirmava que les coccions de l’italià destruïen l’esperit vital i Spallanzani va demostrar que l’única cosa que la cocció destruïa era les espores dels bacteris, no pas un principi de vida d’índole místic, ja que si les espores de l’ambient podien arribar al caldo, aquest es contaminava de nou.
L’experiment de Pasteur (1861)
Va demostrar que tot procés de fermentació i descomposició orgànica és degut a l’acció d’organismes vius i que el creixement dels microorganismes en vins nutritius no era degut a la generació espontània.
Per demostrar-ho, va realitzar un senzill experiment, que ha passat a la història.
- Pasteur va usar dos flascons amb coll de cigne, el nom del qual ve del coll allargat i capil·lar en forma de S, que permetia que l’aire entrés al flascó. En cada un va ficar una quantitat igual de brou de carn i els va bullir per esterilitzar-los.
- Va observar que en cap dels flascons van créixer microorganismes, així que va tallar el coll d’un dels matrassos.
- El matràs amb el coll tallat va desenvolupar microorganismes al seu brou un temps després de ser tallat.D’aquesta manera Louis Pasteur va mostrar que els microorganismes no es formaven espontàniament a l’interior del brou, refutant així la teoria de la generació espontània i demostrant que tot ésser viu procedeix d’un altre ésser viu anterior).
Aquest principi científic que va ser la base de la teoria germinal de les malalties i la teoria cel·lular i va significar un canvi conceptual sobre els éssers vius i l’inici de la microbiologia moderna.
1.3. Teoria de la panspèrmia
El filòsof grec Anaxàgores propugnava en el segle V aC la idea de la panspèrmia, segons la qual hi havia un nombre infinit de gèrmens o spermata distribuïts per tot l’Univers que haurien donat lloc a qualsevol forma de vida. Va ser durant els segles XIX i XX quan aquesta teoria ressorgeix de la mà de científics com Hermann Von Helmholtz (1879) i Svante Arrhenius (1903).
El 1906, el físic suec Svante August Arrhenius va usar aquest terme per postular que la vida hauria pogut arribar a la Terra procedent de l’espai. La idea de cèl·lules o espores que viatjaven pel cosmos era sustentada per altres científics de l’època, però calia explicar com era possible que una estructura orgànica pogués resistir la radiació còsmica i després entrar a l’atmosfera terrestre sense desintegrar-se a conseqüència de les altes temperatures.
Analitzant la composició dels meteorits, podem determinar que contenen substàncies orgàniques relacionades amb la vida. Com que els meteorits van ser freqüents a l’inici de la formació del planeta, alguns científics consideren que les molècules bàsiques de la vida van arribar de l’espai.
Posteriorment, en alguns meteorits s’han trobat aminoàcids d’origen indubtablement extraterrestre, i els radiotelescopis han revelat la presència de petites concentracions de molècules orgàniques en la matèria interestel·lar. Inclòs el 1996, la NASA va anunciar la troballa del que semblaven bacteris fòssils en un meteorit marcià, però avui en dia encara no ha estat científicament confirmat.
A mode de resum, aquesta presentació sobre les primeres teories sobre l’origen de la vida:
1.4. Teoria de la síntesi abiòtica
Un cop establert, a partir dels experiments de Pasteur, que només la vida podia generar vida (biogènesi), quedava encara una gran pregunta per contestar: i el primer ésser viu, com es va formar? Quines són les condicions per a què es formi la vida?
Una vegada refusada la generació espontània, la qüestió de l’origen de la vida es va centrar a intentar explicar l’origen de la primera cèl·lula. Els coneixements en astronomia i de l’origen del sistema solar permetien especular sobre les condicions en què va sorgir aquesta cèl·lula.
Simultàniament, Oparin i Haldane van elaborar una sèrie d’hipòtesis establint, a partir d’aquestes possibles condicions, la seqüència probable d’esdeveniments que originarien la vida.
La hipòtesi d’Oparin i Haldane
Per separat, el bioquímic rus Aleksandr I. Oparin, el 1924, i el biòleg anglès J. B. S. Haldane, el 1928, van imaginar un mateix escenari químic: una atmosfera primitiva de caràcter reductor.
En comptes d’oxigen (que hauria destruït immediatament qualsevol estructura viva), aquesta atmosfera contindria compostos reduïts com el metà (CH4), el vapor d’aigua (H2O) i l’amoníac (NH3).
El bioquímic Oparin (1894-1980) va proposar la idea d’una evolució química gradual dels gasos que eren presents a l’atmosfera primitiva de la Terra fins a les primeres cèl·lules formades al fons dels oceans. A partir de substàncies inorgàniques i sota l’acció de diverses fonts d’energia (com les descàrregues elèctriques dels llamps), es van sintetitzar abiogènicament els primers compostos orgànics, i la concentració i agregació d’aquests va donar lloc a la formació d’altres compostos de més complexitat. Aquest procés va continuar, passant per una espècie de complexos prebiòtics anomenats coacervats (estructures tancades formades per una capa de polímers envoltant un medi intern que podria contenir enzims, arribant a presentar un metabolisme molt senzill que els permetria créixer i replicar-se), fins a constituir les primeres cèl·lules vives.
Aquest procés s’hauria donat en les següents etapes:
- Síntesi abiogènica. Formació dels primers compostos orgànics a partir de la matèria inorgànica present en l’atmosfera primitiva de caràcter reductor.
- Polimerització. Formació de llargues cadenes de macromolècules complexes sota l’acció de diverses fonts d’energia, aconseguint així compostos complexos i indispensables per a la vida: proteïnes, polisacàrids i àcids nucleics.
Coacervació. Formació de coacervats, és a dir, d’agregats microscòpics de proteïnes i polímers separats del medi ambient per una protomembrana. No són éssers vius, però són el pas immediatament anterior.- Origen de la cèl·lula primitiva. La incorporació als coacervats d’àcids nucleics va permetre l’herència i, per tant, la selecció natural, donant origen pròpiament a la vida en la forma de les primeres cèl·lules autòtrofes.
El 1929 John Haldane arribava a unes conclusions molt similars a les d’Oparin i formulava una teoria de l’origen de la vida que partia d’una atmosfera semblant a la suggerida pel rus, i hi introduïa la noció de brou o sopa primitiva: aigües oceàniques enriquides amb matèria orgànica on s’haurien format les primeres estructures (no cel·lulars) amb capacitat per autoreplicar-se.
És per això que parlem de la teoria d’Oparin-Haldane o teoria de la Síntesi prebiòtica segons la qual la vida a la Terra podria haver sorgit pas a pas de matèria no viva a través d’un procés d’evolució química gradual.
Els experiments de Miller i Urey
El 1953 Stanley L. Miller (1930-2007), un estudiant de doctorat de la Universitat de Chicago va proposar al seu director Harold Urey, realitzar un experiment per contrastar la hipòtesi d’Aleksandr Oparin i JBS Haldane segons la qual en les condicions de la Terra primitiva s’havien produït reaccions químiques que van conduir a la formació de compostos orgànics a partir d’inorgànics, que posteriorment van originar les primeres formes de vida. Urey pensava que els resultats no serien concloents però finalment va acceptar la proposta de Miller.
Van dissenyar un aparell en el qual van simular algunes condicions de l’atmosfera de la Terra primitiva postulades per Oparin i Haldane, dissenyant un dels experiments més importants de la història de la biologia. És conegut amb el nom de l’experiment de Miller i Urey.
Van sotmetre mescles gasoses (hidrogen, metà, amoníac i vapor d’aigua) a descàrregues elèctriques en un recipient a una temperatura de 80ºC (simulaven l’atmosfera primitiva, la temperatura de la terra i les descàrregues dels llamps). Passades unes setmanes, el resultat obtingut van ser 13 dels 20 aminoàcids, les molècules a partir de les quals es formen les proteïnes.
L’experiment mostrava que era possible que la Terra primitiva hagués evolucionat de condicions abiòtiques (sense vida) a condicions prebiòtiques (prèvies a la vida), la possibilitat de la síntesi de molècules orgàniques a partir de compostos inorgànics en un ambient aquós.
Recomanable també que et passis per la secció de la Videoteca i miris aquests vídeos:
La ciència pot explicar l’origen de la vida?
2. La teoria cel·lular
La teoria cel·lular és la part fonamental i més rellevant de la Biologia que explica la importància i la rellevància de la cèl·lula i el paper que tenen aquestes cèl·lules en la constitució de la matèria viva. A la teoria cel·lular es va arribar gràcies a una sèrie d’avenços científics relacionats amb la millora de la qualitat dels microscopis.
La cèl·lula és el nivell d’organització de la matèria més petit que té la capacitat per metabolitzar i autoperpetuar, per tant, té vida i és la responsable de les característiques vitals dels organismes.
L’ésser humà sempre ha sentit curiositat per conèixer l’organització dels éssers vius, tot i que les dificultats tècniques han estat una barrera molt important. En principi podien existir diverses possibilitats, per exemple que els éssers vius estiguessin formats per diferents materials que s’associessin, com ara “substància os”, “substància pèl”, “substància carn”, etc.
El concepte de cèl·lula com a unitat funcional dels éssers vius no es va desenvolupar fins al segle XIX, entre 1830 i 1880. Però el concepte havia aparegut gairebé 200 anys abans.
La teoria cel·lular va ser una conseqüència dels avenços tècnics, sobretot al camp de la microscopia, i va suposar una revolució a la ciència de l’època.
Hooke descobreix la cèl·lula
Els primers coneixements sobre la cèl·lula daten de l’any 1665, quan el científic anglès Robert Hooke (1635 – 1703) va publicar el llibre Micrographia.
En aquest llibre, Hooke detallava els resultats de les seves observacions sobre els teixits vegetals, fetes amb un microscopi construït per ell mateix i que arribava a uns cinquanta augments.
Hooke havia estat observant una làmina de suro i havia vist que el teixit estava constituït per unes petites cavitats polièdriques que recordaven a les cel·les d’un rusc d’abelles. Va establir el terme cèl·lula (del llatí cellulae “petites cel·les”, cambretes) per designar-les. No va saber demostrar què significaven aquestes cel·les com a constituents dels éssers vius. El que estava veient eren cèl·lules vegetals mortes amb la seva característica forma poligonal.
Vols saber més d’Hooke? El genio olvidado de Hooke
Leeuwenhoek, un apassionat del món microscòpic
Durant la segona meitat del segle XVII, els microscopistes es trobaven abocats a l’observació de les diferents parts d’organismes vivents. Un comerciant de teles, topògraf i vidrier neerlandès, Antoni van Leeuwenhoek (1632-1723), va aconseguir perfeccionar la tècnica del polit de lents i, combinant diferents lents va aconseguir construir microscopis de major augment que els que hi havia fins aleshores (fins 200 augments!)
Anton van Leeuwenhoek, el primer a observar microorganismes.
Leeuwenhoek era un home meticulós. Sabia de l’existència del microscopi i dels treballs de Robert Hooke (1635-1701) i encuriosit pel que es podia veure a través del microscopi es va dedicar a observar mitjançant aquestes lents tot allò que se li acudia (sang, aigua estancada, esperma, cavitat bucal…) i a dibuixar tot allò que hi veia.
En 1676, estudiant al microscopi una mostra d’aigua d’un bassal, van Leeuwenhoek va trobar organismes vius diminuts, als que va descriure com animàlculs.
Leeuwenhoek va ser probablement la primera persona a veure bacteris i altres microorganismes. En una extensa carta de disset fulls, datada del 9 d’octubre de 1676, descriu el que actualment anomenem protozous. Descriu nombrosos organismes, la determinació és més o menys possible en l’actualitat: Euglena, Volvox, Vorticella campanula, Oicomonas termo, Oxytricha sp., Stylonychia sp., …
En 1677 s’esmenta per primera vegada els espermatozoides en una carta enviada a la Royal Society, en la qual parla d’animàlculs molt nombrosos a l’esperma.
La microscòpia durant el segle XVIII mostra d’aquesta manera un món microscòpic d’enorme diversitat, però, paradoxalment, va comportar que es revifés amb força la creença en la generació espontània recolzada en el passat per estudiosos com Jan van Helmont (1577-1644) i que ja havia estat rebutjada per diversos científics, entre ells Francesco Redi (1668).
Aparentment i tal com demostrava Leeuwenhoek, només calia posar substàncies en descomposició en un lloc càlid durant un curt període i les minúscules “bèsties vives” apareixien sota la lupa davant els mateixos ulls.
Brown descobreix el nucli cel·lular
Durant el segle XVIII gairebé no hi va haver avenços en citologia; això va ser degut al fet que les aberracions cromàtiques i esfèriques de les lents no permetien millorar la qualitat d’observació dels primers microscopis. Per això i perquè les cèl·lules dels teixits animals generalment no tenen parets cel·lulars gruixudes, no es va poder descobrir que aquests també estan constituïts per cèl·lules.
Durant el segle XIX, gràcies a la correcció de les aberracions òptiques i a la millora de les tècniques de preparació microscòpica (fixació, inclusió i tinció), es van poder estudiar les cèl·lules amb més detall i observar-hi diversos estructures a l’interior.
En aquest contexte, el 1831 el botànic escocès Robert Brown va descobrir en les cèl·lules vegetals un corpuscle que va anomenar nucli i en va destacar la importància com a element bàsic de les cèl·lules vegetals.
Schleiden i Schwann, pares de la teoria cel·lular
El 1838 botànic alemany Matthias Jakob Schleiden va posar els primers postulats de la teoria cel·lular en afirmar que la cèl·lula és la unitat elemental de tota l’estructura de les plantes.
El 1839, el zoòleg alemany Theodor Schwann va establir el paral·lelisme entre els teixits animals i els vegetals quan va observar que el teixit cartilaginós estava constituït per cèl·lules a l’interior de la qual també hi havia un nucli, tal com havia descrit Brown per a les cèl·lules vegetals.
El 1839 Van publicar junts l’obra Investigacions microscòpiques sobre la concordança de l’estructura i el creixement de les plantes i els animals on quedava assentat el primer principi de la teoria cel·lular històrica: tot en els éssers vius està format per cèl·lules.
A partir dels postulats de Schleiden i Schwann es va iniciar el desenvolupament de l’anomenada teoria cel·lular, quan se’n van enunciar clarament els dos primers principis:
1) Tots els éssers vius estan constituïts per una o més cèl·lules, o dit d’una altra manera: la cèl·lula és la unitat morfològica de tots els éssers vius.
2) La cèl·lula és capaç de dur a terme tots els processos metabòlics necessaris per mantenir-se amb vida, és a dir, la cèl·lula és la unitat fisiològica dels organismes.
Però tant Schleiden com Schwann van postular idees equívoques sobre l’origen de les cèl·lules. Mentre Schleiden reduïa la formació d’una nova cèl·lula a la gemmació del nucli d’una cèl·lula preexistent, Schwann sostenia que una cèl·lula també es podia formar a partir d’un humor orgànic, fora d’una altra cèl·lula preexistent.
Tot i la idea errònia sobre l’origen de la cèl·lula les seves investigacions van definir un marc general per a l’estudi del món natural i el funcionament general de les cèl·lules. Sobre la base dels postulats de Schleiden i Schwann, en 1855 es va establir un principi que resultaria central per la biologia.
Virchow i “Omnis cellula e cellula”
El 1855, el metge alemany Rudolf Ludwig Karl Virchow (1821-1902) va ser pioner del concepte modern del procés patològic en presentar la seva teoria cel·lular, en la qual explicava els efectes de les malalties en els òrgans i teixits del cos, emfatitzant que les malalties sorgeixen no en els òrgans o teixits en general, sinó de forma primària a cèl·lules individuals. Va ser nominat en tres ocasions al Premi Nobel de Medicina.
Virchow va millorar la teoria cel.lular quan va aportar una idea correcta sobre l’origen de les cèl·lules, punt en el qual Schwann i Schleiden estaven equivocats:
3) Les cèl·lules tan sols poden sorgir a partir d’unes altres d’existents (que en llatí es va expressar amb la frase famosa: “Omnis cellula ex cellula” (tota cèl·lula prové d’una altra cèl·lula).
Santiago Ramón y Cajal, Nobel de Medicina el 1906
Més endavant, l’any 1888, l’aragonès Santiago Ramon i Cajal, metge, històleg i professor universitari, descobreix, aplicant el mètode de tinció de Camillo Golgi, els mecanismes que governen la morfologia i els processos connectius de les cèl·lules nervioses, de la substància grisa i del sistema nerviós cerebroespinal.
La seva teoria va ser acceptada el 1889, durant el Congrés de la Societat Anatòmica Alemanya celebrat a Berlín.
El seu esquema estructural del sistema nerviós com un aglomerat d’unitats independents i definides va passar a conèixer-se com “doctrina de la neurona” i en ella destaca la llei de la polarització dinàmica, model capaç d’explicar la transmissió unidireccional de l’impuls nerviós. L’any 1906 fou guardonat, juntament amb l’italià Camillo Golgi, amb el Premi Nobel de Medicina i Fisiologia “pels seus estudis sobre el sistema nerviós”.
El descobriment de la individualitat de la neurona va concedir a la teoria cel·lular una validesa universal.
S’hi suma la teoria cromosòmica
El 1902, Walter Sutton (1877-1916) i Theodor Heinrich Boveri (1862-1915), autors de la teoria cromosòmica de l’herència van ampliar la teoria cel·lular amb un quart postulat:
4) La cèl·lula conté tota la informació sobre la síntesi de la seva estructura i el control del seu funcionament, i és capaç de transmetre-la als seus descendents, és a dir, la cèl·lula és la unitat genètica autònoma dels éssers vius.
Posteriorment, es va rectificar un dels aspectes equivocats de la primitiva teoria cel·lular, concretament la idea proposada per Schleiden, que defensava que la vida dels organismes pluricel·lulars no era més que la suma de les funcions de les seves cèl·lules.
En realitat, els organismes pluricel·lulars no tan sols tenen diferents tipus de cèl·lules que fan diverses funcions, sinó que també coordinen les funcions de manera integrada i asseguren així la supervivència de l’individu. És a dir, en un nivell determinat, en el nostre cas el pluricel·lular, hi ha propietats que no es donen en el nivell anterior, tal com va suggerir J. Needham en la teoria sobre els nivells d’organització de la matèria.
En resum, la teoria cel·lular enuncia que la cèl·lula és la unitat morfològica, fisiològica i genètica de tots els éssers vius:
- Tots els organismes vius estan compostos per cèl·lules. Els organismes poden tenir una sola cèl·lula (unicel·lulars) o més (pluricel·lulars).
- Totes les funcions vitals tenen lloc dins de les cèl·lules o al seu entorn immediat. La cèl·lula és la unitat fisiològica de la vida.
- Tots els éssers vius tenen el seu origen a les cèl·lules. Aquestes no sorgeixen de manera espontània, sinó que provenen d’altres anteriors.
- Cada cèl·lula conté informació genètica completa, cosa que permet la transmissió hereditària generació a generació.
Altres descobriments importants
- Purkinje (1839): protoplasma vegetal = citoplasma + carioplasma.
- Remak (1852): divisió nuclear directa o amitosi (estrangulació)
- Strasburger (1879): divisió indirecta o cariocinesi (transformacions successives)
- Flemming (1880): divisió en cèl.lules animals o mitosi.
- Waldeyer (1890): identificació dels cromosomes com uns filaments durant la mitosi.
- Perfeccionament del microscopi electrònic (1952)
Un resum en forma de diapositives:
3. La cèl·lula procariota i la cèl·lula eucariota
Com acabem de dir, la cèl·lula és la unitat estructural i funcional bàsica dels éssers vius. Totes les cèl·lules tenen uns components essencials comuns:
- Presenten una membrana plasmàtica que les aïlla del medi que les envolta i constitueix la principal “barrera selectiva” per a l’intercanvi de substàncies amb l’exterior.
- L’interior cel·lular o citoplasma conté una sèrie d’elements (inclusions i, en el cas de les eucariotes, orgànuls) imprescindibles per al funcionament correcte de la cèl·lula.
- Totes les cèl·lules tenen informació genètica en unes macromolècules essencials (ADN i ARN), així com ribosomes implicats en la síntesi de proteïnes.
No obstant això, malgrat compartir una sèrie de característiques essencials quant a estructura i funció, no totes les cèl·lules presenten el mateix nivell de complexitat.
Tanmateix, tal com va assenyalar Édouard Chatton el 1925, existeixen dos grans models diferents d’organització cel·lular: les cèl·lules procariotes i cèl·lules eucariotes.
- Les cèl·lules procariotes, més senzilles, no tenen membrana nuclear i el material genètic es troba dispers al citoplasma. Tenen ribosomes però no tenen orgànuls membranosos.
- Les cèl·lules eucariotes, generalment més complexes i més grans, tenen un nucli i contenen orgànuls membranosos.
Tot i les diferències entre aquests dos tipus de cèl·lules, els mecanismes moleculars són similars el que implica que totes dues procedeixen d’un antecessor comú.
3.1 Origen de la cèl·lula eucariota
Les primeres cèl·lules van sorgir de la sopa primordial fa aproximadament 3.800 milions d’anys. Gairebé amb total seguretat, eren cèl·lules procariotes quimioheteròtrofes: és a dir, que prenien directament els compostos orgànics que necessitaven com a metà, nitrogen, CO2 o CO del medi que els envoltava; ja que aquests eren abundants perquè es generaven per la intensa activitat volcànica i les tempestes elèctriques que hi havia a la Terra en aquella època.
Aquestes cèl·lules van anar refinant la seva capacitat d’obtenir energia fins que, d’entre totes les cèl·lules primigènies, fa aproximadament 3.500 milions d’anys, algunes van començar a ser capaces d’extreure el CO2 de l’aire per incorporar-lo a compostos més complexos gràcies a l’energia de la llum solar.
Els primers organismes fotosintètics no produïen oxigen, però aviat apareixeran les primeres cèl·lules capaces de dur a terme fotosíntesi oxigènica, capaços de transformar el CO2 i l’H2O en glúcids, fent servir la llum solar com a font d’energia i generant O2. Com a conseqüència, aquests primers cianobacteris van començar a alliberar oxigen a l’ambient, canviant l’ambient reductor de l’atmosfera per un ambient oxidant. Aquest esdeveniment que va tenir lloc fa uns 2.400 milions d’anys, es coneix com la Gran Oxidació i va suposar l’extinció de molts éssers vius, però també l’aparició de noves cèl·lules capaces d’utilitzar l’oxigen per a les seves reaccions metabòliques.
Aquest va ser l’origen de cèl·lules procariotes com els bacteris i els arqueobacteris, però fa aproximadament 2000 milions d’anys van començar a aparèixer les primeres cèl·lules eucariotes, que són molt més complexes que les procariotes.
Aquest pas d’un tipus cel·lular a un altre va requerir diversos canvis: inicialment va destacar un perfeccionament del plegament del DNA i la creació d’un nucli on allotjar-lo. Però posteriorment també algunes cèl·lules van desenvolupar orgànuls, que són òrgans cel·lulars amb funcions específiques, com els mitocondris o els cloroplasts els quals els van donar una gran potència metabòlica.
Actualment, s’accepta que els eucariotes tenen un origen monofilètic, és a dir, totes les cèl·lules eucariotes, incloent-hi plantes, animals, fongs, algues i els eucariotes unicel·lulars, descendeixen d’un únic ancestre anomenat LECA (Last Eukaryotic Common Ancestor). Per tant, mentre no es demostri el contrari, la cèl·lula eucariota només es va inventar una vegada durant l’evolució. Mitjançant l’estudi comparat de gens s’ha arribat a la conclusió que LECA tenia un genoma tan complex com els eucariotes actuals i probablement era morfològica i estructuralment semblant als eucariotes actuals.
Tot i que encara no hi ha acord sobre els processos que van implicar l’aparició de LECA, la teoria més acceptada és la que implica la fusió biològica per endosimbiosi d’almenys dos organismes procariotes diferents: un arqueobacteri i un bacteri.
Lynn Margulis (1838-2011) Biòloga evolutiva estatunidenca
La teoria de l’endosimbiosi seriada (Serial Endosymbiosis Theory) va ser desplegada el 1967 per la biòloga Lynn Margulis, basant-se en els treballs oblidats de científics (Schimper, Merezhkovsky i Portier) de finals del segle XIX i principis del XX, que relacionaven la capacitat fotosintètica dels vegetals amb els cianobacteris i que proposaven el origen simbiòtic dels cloroplasts i dels eucariotes.
Publicada el 1967, a la revista Journal of Theoretical Biology, en ella, Margulis exposa que alguns orgànuls de les cèl·lules eucariotes procedeixen de cèl·lules procariotes primitives que haurien establert una relació d’endosimbiosi entre elles. Va descriure successives endosimbiosis fins a arribar a la cèl·lula eucariota.
Lynn Margulis proposa tres processos d’endosimbiosi consecutius:
- Explica l’origen del nucleoplasma i del flagell eucariota. La primera simbiosi es va produir en fusionar-se un bacteri nedador (del tipus espiroquet) amb un arqueobacteri que utilitzava el sofre i la calor com a font d’energia (fermentador o termoacidòfil); així s’originaria un organisme amb les característiques de totes dues que seria el primer eucariota, amb membrana nuclear, i que es convertiria en l’ancestre de tots els organismes eucariotes.
- Explica l’origen dels mitocondris i peroxisomes. Posteriorment, s’incorporaria un bacteri aeròbic, capaç de realitzar la respiració cel·lular, molt més eficient que per obtenir energia que la fermentació; d’aquesta manera, la cèl·lula eucariota adquiriria la capacitat d’obtenir-ne més energia a partir de la matèria orgànica. Així van sorgir les cèl·lules eucariotes amb mitocondris que, posteriorment donarien lloc als fongs i als animals.
- Explica l’origen dels cloroplasts. La tercera simbiosi es va dur a terme entre aquests organismes aerobis i els cianobacteris, que van aportar a la cèl·lula eucariota la capacitat d’obtenir energia a partir de matèria inorgànica mitjançant el procés de fotosíntesi. Així van sorgir les cèl·lules eucariotes amb cloroplasts i mitocondris, que donarien lloc als vegetals.
3.2 Organització de la cèl·lula procariota
3.3 Organització de la cèl·lula eucariota
