Comportamiento de las células, procariotas y eucariotas.

Comportamiento de las células
Imagen: Manuel Medina

La célula es la unidad estructural que constituye a todos los seres vivos, desde las bacterias a algas unicelulares hasta los enormes mamíferos como los elefantes o las ballenas, incluso las gigantescas secuoyas o las gramíneas de una pradera. Es fácil entenderlo cuando observamos a los organismos unicelulares, que a pesar de ser una única célula presenta una complejidad estructural y organizativa, siendo capaz de crecer, reproducirse y transmitir su material genético, así como interactuar con su entorno, respondiendo a estímulos ambientales y siendo capaces de nutrirse y metabolizar la materia orgánica para producir energía. En organismos multicelulares, apreciamos cómo estas conforman tejidos diferenciados y estos a su vez órganos, en donde el comportamiento de las células nos muestra una estructura viva, latiente, que está en constante transformación y cambio a pesar de su aparente inmovilidad.

Introducción al mundo de las células

Podríamos imaginarnos a las células todas iguales, pero este pensamiento es erróneo ya que son tan diversas como organismos vivos hay. Sin embargo, podemos identificar dos modelos básicos entre las células: las procariotas y las eucariotas.

Las procariontes se caracterizan por carecer de un núcleo bien definido rodeado por una membrana plasmática, en cambio el material genético se encuentra en una región del citoplasma conocida como nucleoide y cuenta con una sola molécula de ADN, generalmente de forma circular. Son células pequeñas 1 a 10 micras, carecen de mitocondrias y orgánulos membranosos, están delimitadas por una pared celular con cadenas de disacáridos unidas a péptidos. Este tipo de células se observa en bacterias y arqueobacterias.

Por su parte, las eucariotas presentan un núcleo bien definido con una membrana plasmática, en su interior se contiene el material genético, cuya organización presenta mayor complejidad que en los procariontes, el ADN se asocia a proteínas histonas y no histonas formando cromosomas complejos, cuyo número pueden variar; poseen mitocondrias y orgánulos como el retículo endoplasmático, el aparato de Golgi, ribosomas, cloroplastos y membrana plasmática, pueden tener o no pared celular sin disacáridos unidos a péptidos. Los animales, las plantas y los hongos representan a las células eucariotas.

Los organismos unicelulares son en realidad células individuales que pueden llevar a cabo todas sus funciones y se encuentran representados por bacterias, arqueas, algas, protozoos y hongos como las levaduras. Comprenden el grupo de organismos más diverso y numeroso del planeta Tierra, se estima que existen unas 5×103 bacterias en el mundo sin contar a las arqueas, igualmente hasta ahora se han descrito al menos unas 30.000 especies de protozoos, aproximadamente unas 20.000 especies de algas unicelulares y unas 500 especies de levaduras. En cambio, los organismos pluricelulares y multicelulares son aquellos que se encuentran conformados por más de dos células y que presentan un nivel de organización celular y/o tisular, donde las células muestran un mayor nivel de integración tanto fisiológico y morfológico, y comienza a verse diferenciación de funciones.

El comportamiento de las células difiere según los organismos que estamos estudiando (procariotas o eucariotas, animales, vegetales u hongos), si son unicelulares, pluricelulares o multicelulares e incluso si se trata de tejidos diferenciados o no.

En el presente artículo, vamos a profundizar un poco más en el tema del comportamiento desde una visión celular, entendiéndose como comportamiento de las células: el conjunto de respuestas (o falta de ellas) que puede tener un organismo ante un estímulo ambiental.

Generalidades en el comportamiento de las células

Cuando hablamos del comportamiento de las células debemos hacer referencia a la señalización celular, siendo esta la ruta que permite regular las respuestas de las células a diversos estímulos, tanto del medio externo como interno. Los estímulos son señales que son captadas por receptores en las células, las cuales, contienen información sobre el ambiente y que pueden ocasionar o no una respuesta fisiológica o metabólica, que transforma estas señales externas en señales intracelulares (transducción de la señal).

Las señales intracelulares viajan por el citoplasma hasta el núcleo, donde se genera una respuesta. Cabe destacar, que estas señales involucran un cambio de estado en las moléculas que participan en estas rutas de señalización, desde los receptores hasta los efectores. Cada tipo de célula muestra un conjunto diferente de receptores y rutas de señalización.

En bacterias (células procariotas) la señalización ha sido documentada en el censado de nutrientes, en las respuestas quimiotaxis y en las señalizaciones de quorum. En células eucariotas unicelulares las señales pueden ser feromonas o estímulos ambientales que causan una respuesta quimiotáxica. Mientras que en las eucariotas pluricelulares existen una gran gama de señales y rutas de señalizaciones complejas. En los siguientes segmentos, ahondaremos en algunas de estas señales reguladoras y el tipo de células donde se producen, así como el comportamiento que generan estas señales.

Comportamiento de las células procariotas

Por mucho tiempo, los científicos estudiaron a las células procariotas desde una visión individualista, ya que sus representantes (bacterias y arqueas) son microorganismos unicelulares que pueden llevar a cabo todas sus funciones de forma independiente, a pesar de que normalmente se les encuentra en colonias. Sin embargo, en los últimos años esta visión ha ido cambiando, actualmente se considera cómo los factores bióticos y abióticos afectan el comportamiento y desarrollo de las bacterias y arqueas.

Bacterias

Anteriormente, ya hemos hablado sobre el comportamiento de las bacterias, en donde hemos descrito conductas de cooperación, agresión y comunicación, así como una respuesta conjunta de las colonias ante condicione adversas. Por lo cual, en este segmento solo daremos un breve resumen de cada una de estos comportamientos.

Señalización en bacterias

Las bacterias responden a estímulos ambientales que responden a gradientes de moléculas atrayentes o repelentes, generando una respuesta móvil (quimiotaxis). Los receptores se encuentran ubicados en la pared celular de las bacterias, al captar un estímulo o señal, modulan la actividad proteica y la transferencia de la señal al interior celular; dependiendo de la ruta de señalización ocurre un cambio conformacional, que a su vez puede activar otros mecanismos para generar la respuesta. En el caso de las bacterias flageladas, puede ser inducir el movimiento, y este puede ser direccional o no direccional, dependiendo si se tratan de moléculas atrayentes o repelentes.

Cooperación entre bacterias

El termino cooperación hace referencia a la acción en conjunto de dos o más individuos para obtener un beneficio, siendo considerado parte del comportamiento social. En bacterias, la cooperación puede apreciarse en la formación de estructuras coloniales-comunales denominadas Biofilms o Biopelículas. Las cuales, ofrecen un sitio de adherencia y de agregación de colonias bacterianas (de la misma o diferentes especies) en respuestas a estímulos ambientales e intercelulares. Las bacterias en un biofilms presentan un sistema de señalización e interacción que les permite vivir de manera colectiva, respondiendo de forma conjunta a estímulos ambientales.

De igual forma, se ha registrado que algunas especies de bacterias son capaces de exhibir un comportamiento de cooperación durante su alimentación, atacando de formar conjunta a sus presas como es el caso de Myxococcus xanthus, o de liberar un factor de virulencia cuando sus números les permiten oponerse a las células inmunes, siendo el caso de las bacterias de género Salmonella y Shaphylococcus.

Comunicación

Para que el comportamiento de las células bacterianas se defina cooperativo, es necesario que exista un mecanismo de comunicación. En bacterias viene dado por el intercambio de compuestos químicos que actúan como estímulos para otras bacterias, ya sea de una misma especie o diferente.

Agresión y conflicto

Algunas bacterias son capaces de producir sustancias químicas de carácter antibacterianos (antibióticos, bactericidas u otras toxinas), como una estrategia para competir por recursos como las fuentes de alimentos o el espacio, siendo este un mecanismo de agresión.

Muerte celular programada

Este comportamiento de las células ocurre cuando una población bacteriana puede actuar de forma coordinada ante un estímulo negativo, provocando el deceso de una parte de la colonia en beneficio de la otra. Este tipo de estrategias ha sido comparado con la observada en organismos multicelulares.

Arqueas

Visualmente se puede confundir a una bacteria con una arquea, pero a pesar de sus semejanzas físicas, las arqueas comparten más con las células eucariotas (como algunos genes y rutas metabólicas) que con las bacterias. Cuentan con una historia evolutiva propia e independiente a la de las bacterias, que les ha permitido mantenerse hasta la actualidad. No obstante, son pocos los estudios que se enfoquen en el comportamiento de estos microorganismos a pesar de sus grandes diferencias con las bacterias.

El comportamiento de las células de arqueas durante la natación ha sido estudiado en especies como Halobacterium salinarum, Methanococcus voltae, Methanocaldococcus jannaschii, M. villosus, Pyrococcus furiosus y Sulfolobus acidocaldarius, donde se descubrió que las arqueas pueden mostrar dos tipos de comportamiento.

Comportamientos de natación

Comportamiento de las células arqueas en línea recta o zigzag. En el primer caso, las arqueas se mueven rápidamente. El nado en zigzag es mucho más lento, las arqueas parecieran explorar su entorno.

Comportamiento anticipatorio

Se entiende como la capacidad del organismo de anticipar cambios en los factores ambientales cuando ya los han experimentado; para ello se expuso la especie Halobactierum salinarum a oscilaciones de luz-oscuridad para poder investigar el arrastre diurno de la expresión génica del H. salinarum NRC-1. Se encontró que efectivamente hay evidencias de que las bacterias H. salinarum seguían transcribiendo y expresándose estos genes a pesar de que el estímulo lumínico se les retiró, comprobando que efectivamente ocurría un arrastre diurno.

Comportamiento de las células eucariotas

Sí las bacterias y arqueobacterias comprenden los grupos más numerosos entre los seres vivos, las células eucariotas comprenden el más diverso. Como ya mencionamos, las células eucariotas se dividen en cuatro reinos: Animalia, Plantea, Protista y Fungi, cada uno con características distintivas y definitorias. A su vez, cada grupo se diversifica y podemos encontrar formas unicelulares y pluricelulares o multicelulares. El comportamiento de las células eucariotas va a variar, dependiendo del organismo que se esté estudiando, si es unicelular o pluricelular.

Organismos unicelulares

Las bacterias y arqueas no son los únicos organismos unicelulares, en el dominio Eukaryota nos encontramos a algunos protistas unicelulares como los protozoarios, algas unicelulares y levaduras u hongos levaduriformes. En este segmento hablaremos brevemente sobre algunos comportamientos que exhiben los protozoarios como ejemplos de organismos unicelulares.

Protozoarios

Los microorganismos unicelulares conocidos como protozoos o protozoarios pertenecientes al Reino Protistas y se clasifican en distintos filos; se caracterizan por presentar uno o varios núcleos, carecen de hojas embrionarias, cuentan con orgánulos especializados, pueden desplazarse por medio de seudópodos, flagelos, cilios y movimientos celulares; presentan tanto reproducción sexual como asexual. No forman tejidos ni órganos, aunque pueden formar colonias o agregaciones. Habitan principalmente sistemas acuosos, pero también se les pueden encontrar en sistemas terrestres, aunque su modo de vida puede ser libre, simbiótico o parasitario.

Al igual que las bacterias y seguramente las arqueas cuentan con mecanismos de señalización que le permiten interpretar estímulos ambientales de origen químico o físico, que inducen respuestas y cambios en sus comportamientos. Entre los comportamientos que se han documentado en protozoos destacan: conductas de huida o atracción por moléculas químicas en el ambiente (quimiotaxis), fototaxia o fotofobia ante estímulos lumínicos, cooperación a alimentarse y agregaciones sociales.

Algunas amebas presentan un comportamiento social, siendo el caso de Dyctyostelium discoideum, que en condiciones adversas y escasez de alimento se agrupan formando un seudoplasmodio, donde algunas células de forma “altruista” se sacrificarán para la formación del cuerpo vegetativo o talo, mientras que las demás tendrán una función para garantizar la supervivencia colectiva. Se considera gregarias bioquímicas, no etológicas. Este comportamiento se ha señalado en amebas como Sappinia, Acystotelium y Polysphodylum. Otros protozoarios como Didiunium, presentan una conducta cooperativa cuando se “cazan”, dado que varios ejemplares se agrupan y atacan de forma masiva a su presa que normalmente son amebas.

Comportamiento de las células en organismos pluricelulares

En organismos pluricelulares los niveles de organización se vuelven más complejos, esto se debe a que aparecen los tejidos, órganos y sistemas. Exceptuando algunas células independientes (como eritrocitos y linfocitos), las células en los organismos pluricelulares se encuentran agrupadas en tejidos. Las células tisulares comparten características similares y se encuentran diferenciadas y especializadas en una función. Sin embargo, las que conforman los tejidos no se encuentran estáticas, sino que interactúan constantemente entre sí y con su entorno, llegando a mostrar algunos comportamientos distinguibles, como los siguientes: comunicación y cooperación.

Comunicación celular

Las células en los tejidos se encuentran en contacto, por lo que presentan unas uniones que sirven como vía de comunicación rápidas y son conocidas como uniones gap. Estas se encuentran conformadas por seis proteínas de membranas denominadas “conexinas” que se agrupan y dejan un poro o canal central, formando una estructura denominada conexón. Su función más importante es permitir la comunicación eléctrica, y se aprecia en células de naturaleza excitables como neuronas, fibras musculares lisas y estriadas.

Sin embargo, no son la única vía de comunicación. Existen otras rutas de señalización que funcionan a larga distancias, que se encuentran mediadas por moléculas y funcionan por medio de señales extracelulares o primeros mensajeros, receptores, señales intracelulares o segundos mensajeros. Los primeros mensajeros pueden ser de naturaleza físico-química hidrosoluble e liposoluble, también se diferencian según las células que la produzcas, por lo que podemos identificar señales endocrinas (hormonas), nerviosas (neurotransmisores), neuroendocrinas y exocrinas. O clasificarlas según la distancia en que se produzca la señal, donde tenemos señales: autocrinas (que actúan sobre la misma célula); paracrinas (actúan sobre células cercanas) y finalmente yuxtacrinas (la comunicación se da por contacto).

La comunicación celular sigue un esquema básico: se sintetiza la molécula señal desde una célula emisora, esta liberará las moléculas en el medio donde se dispersará o transportará hacia las células dianas. Por medio de los receptores, las células dianas captan la señal y accionan, generando una respuesta que producirá un cambio fisiológico o metabólico intracelular. En el momento en que la señal cese el comportamiento de las células cesará.

Cooperación celular

Para concluir con el tema que nos ocupa, el comportamiento de las células, es de destacar que la respuesta inmune de las células animales es un ejemplo de cooperación celular. Al reconocer un agente infeccioso patógeno se genera una respuesta inmunitaria en el organismo, donde el primer paso es el reconocimiento del antígeno por parte de los Linfocitos T (células del sistema inmune), estos a su vez activan o no a los linfocitos B, los cuales desencadenan una respuesta inmunológica con la producción de más linfocitos y anticuerpos específicos que atacan al antígeno. Ante la respuesta inmune participan varios tipos de células y anticuerpos.

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