En términos biológicos, la teoría celular es una teoría científica histórica que dice que los organismos vivos están formados por células, unidades vitales, morfológicas, fisiológicas y genéticas de todos los seres vivos. Está tan establecida, que forma uno de los principios unificadores de la biología. La teoría celular es una explicación ampliamente aceptada de la relación entre las células y los seres vivos.
Orígenes y Desarrollo Histórico
Aunque Robert Hooke describió las células por primera vez en 1665, se tardaron 200 años más en apreciar su importancia y su naturaleza. Hooke utilizó microscopios para ver células muertas en un trozo de corcho de botella y al descubrir algo parecido a pequeños poros, los llamó células. Sin embargo, aún no conocía sus funciones ni su estructura. Lo cierto es que realmente no eran células.
Antoni Van Leeuwenhoek fue otro científico que utilizó microscopios para estudiar las células. Para 1674 se convirtió en la primera persona en ver células vivas bajo un microscopio. Estás pertenecían a unas algas. Se destacó por la fabricación de microscopios. Con sus técnicas superiores de ajuste de la luz, fue capaz de hacer microscopios que podían ampliar más de 200 veces y, en algunos casos, incluso tenía microscopios que aumentaban hasta 500 veces.
Matthias Schleiden y Theodor Schwann fueron científicos que se especializaron en plantas y animales, siendo Schwann experto en estos últimos, y Schleiden en vida vegetal. El fisiólogo alemán Theodor Ambrose Hubert Schwann (1810-1882), tras conocer el trabajo de Schleiden, recordó haber observado las mismas estructuras en tejidos animales. En la notocorda del renacuajo se veían celdillas poliédricas muy parecidas a las de los vegetales, y dotadas asimismo de núcleo. Era la primera vez que alguien unificaba los reinos animal y vegetal en una descripción común.
Incluso se llegó a establecer la naturaleza celular de muchos seres microscópicos. Sin embargo, parecía haber una excepción a la regla: el tejido nervioso. Entre los proponentes de esta teoría se hallaba el italiano Camillo Golgi (1843-1926), quien informó en 1873 de un método para teñir el tejido nervioso basado en reactivos de plata utilizados en fotografía. Por razones desconocidas solo se teñían un 5 por ciento de las células, con lo que el campo visual resultaba más despejado de lo que podía verse utilizando otros métodos. Dibujo de las neuronas del hipocampo de un roedor, realizado por Ramón y Cajal para su libro Textura del sistema nervioso del hombre y los vertebrados (1899).
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Diversos científicos trataban de explicar nuevos descubrimientos relacionados con las células. La división celular fue establecida por Robert Remak y otros investigadores en la década de 1850 y la mitosis fue entendida por primera vez por Walther Flemming en 1882.
Pero, en 1852, el médico alemán Rudolf Ludwig Karl Virchow (1821-1902) observó que en las lesiones incipientes del pulmón de los fallecidos por tuberculosis se localizaban apretados paquetes de núcleos, y que solo cuando habían crecido un poco aparecía el líquido que llenaba los alvéolos. Virchow concluyó que la sustancia intercelular que bañaba muchos tejidos era un producto de la actividad de las células, y no el caldo de cultivo en el que éstas se originaban. En la misma línea, el embriólogo alemán Karl Ernst von Baer (1792-1896) había descubierto que, tras la fecundación del óvulo de la hembra por un espermatozoide, no se observaba el crecimiento de un individuo preformado, sino la división del cigoto (el óvulo fecundado) en dos células, seguidamente en cuatro, ocho…, diferenciándose y reordenándose simultáneamente para formar los órganos del animal.
En cuanto a la propia reproducción celular, von Baer descubrió en 1846 que estaba asociada a la división del núcleo. En 1871 se descubrieron unos filamentos alargados, a los que se denominaron cromosomas, que se dividían longitudinalmente; cada una de las dos mitades migraba a polos opuestos de la célula para formar dos núcleos hijos.
Los Postulados Clásicos de la Teoría Celular
Ante esos descubrimientos y grandes aportaciones a la ciencia, la teoría celular propone tres principios básicos:
1. Todos los seres vivos están formados por una o más células.
Es válida para todos los seres vivos, no importa cuán grande o pequeña, o cuán simple o compleja. Los organismos pueden ser células individuales, que contienen todos los componentes necesarios para un metabolismo, o pueden ser más complejos. Los organismos más complejos dividen las diversas tareas metabólicas en diferentes grupos de células, llamados tejidos. Estos tejidos están dispuestos en compartimentos con membranas que los separan de otros tejidos.
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2. La célula es la unidad de vida (morfológica, fisiológica y genética).
Las células son la unidad de la vida. La teoría celular no se limitó a certificar la presencia de células en todos los tejidos. Su verdadero mérito reside en que hizo de la célula el centro de la actividad del ser vivo, de manera que, por ejemplo, la respiración dejaría pronto de verse como algo que ocurría en los pulmones, como pensaba Lavoisier, y pasaría a interpretarse como un proceso químico propio de toda célula. En la célula tienen lugar los procesos propios de la materia viva. La actividad de un organismo depende de la actividad total de las células independientes. Todos los seres vivos realizan tres funciones vitales: nutrición, relación y reproducción. Cada célula es una membrana de fosfolípidos semipermeables envueltos alrededor de citosol o una solución de agua y solutos disueltos. Una célula es la forma de vida más pequeña y básica.
3. Toda célula procede de otra célula preexistente.
Toda la vida proviene de la vida preexistente. Ninguna célula de la Tierra ha surgido de manera espontánea. Todas las células son el resultado de la división celular. Cuando una célula es lo suficientemente grande, replica su ADN y componentes importantes. Estos componentes se pueden dividir en dos celdas hijas, que son copias entre sí. Es precisamente al abordar la reproducción de los organismos cuando la teoría celular alcanza su plena importancia, ya que confiere a este proceso un significado y un mecanismo. Algunos autores mantienen dudas en este principio, pues, ¿de dónde provino la primera célula que dio origen a la vida? Es como la eterna pregunta del huevo y la gallina. Es posible que las células existentes en la Tierra arcaica no podían desarrollarse en estructuras más complejas a falta de sustancias químicas y energía solar.
La Teoría Celular Moderna
El concepto moderno ha agregado nuevas bases a los tres principios originales, lo que conforma la teoría celular moderna. Estos conceptos son:
1. Las células pasan información (ADN) a nuevas células cuando se dividen.
Los genes llevan información biológica que debe copiarse con precisión para transmitirla a la siguiente generación cada vez que una célula se divide para formar dos células hijas. El descubrimiento de la estructura del ADN también reveló el principio que hace posible esta copia: debido a que cada cadena de ADN contiene una secuencia de nucleótidos que es exactamente complementaria a la secuencia de nucleótidos de su cadena asociada, cada cadena puede actuar como una plantilla o molde para la síntesis de una nueva hebra complementaria. En 1953 Watson y Crick, aunque basándose en las ideas previas de Rosalind Franklin, propusieron un modelo helicoidal para la estructura de ADN (ácido desoxirribonucleico).
2. La energía fluye dentro de las células.
Es decir, el flujo de energía (metabolismo y bioquímica) ocurre dentro de las células. Las reacciones químicas que lleva a cabo una célula normalmente se producirían solo a temperaturas mucho más altas que las que existen dentro de las células. Por esta razón, cada reacción requiere un aumento específico en la reactividad química. Este requisito es crucial, porque permite que cada reacción sea controlada por la célula. El control se ejerce a través de proteínas especializadas llamadas enzimas, cada una de las cuales acelera, o cataliza, solo una de las muchas clases posibles de reacciones que una molécula en particular podría experimentar. Las reacciones catalizadas por enzimas generalmente se conectan en serie, de modo que el producto de una reacción se convierte en el material de inicio, o sustrato para la siguiente. Estas largas vías de reacción lineal están, a su vez, conectadas entre sí, formando un laberinto de reacciones interconectadas que permiten a la célula sobrevivir, crecer y reproducirse.
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3. Todas las células son básicamente iguales en la composición química.
Las células están compuestas por una numerosa cantidad y variedad de moléculas que pueden clasificarse en componentes orgánicos e inorgánicos.
Componentes Orgánicos:
- Glúcidos o hidratos de carbono o azúcares.
- Proteínas.
- Líquidos o grasas.
- Ácidos nucleicos.
Componentes Inorgánicos:
- Agua.
- Iones como cationes (iones cargados positivamente) y aniones (iones cargados negativamente).
- Sales minerales como sulfatos, fosfatos y cloruros.
Tipos Celulares Básicos
Las células se pueden dividir en dos grupos: procariotas y eucariotas. Vamos a ver algunos detalles sobre ellas.
Células Procariotas
Procariotas (pro = previo a, karyon = núcleo): son células sin núcleo. Las células procariotas: no tienen núcleo diferenciado; son generalmente más pequeñas y menos complejas que las células eucariotas y tienen material genético no contenido en el núcleo, entre otras características.
Células Eucariotas
Eucariotas (eu = buen, karyon = núcleo): son células que contienen un núcleo y orgánulos rodeados por membranas. Las células eucariotas: tienen un núcleo diferenciado, son generalmente más grandes y más complejas, tienen material genético en el núcleo, algunos son unicelulares.
Niveles de Organización Biológica
En orden creciente de complejidad, las estructuras vivas son: moléculas, orgánulos, tejidos, órganos, sistemas, organismos, poblaciones, comunidades, ecosistemas, biosfera, astrobiología.