La teoría celular






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fecha de publicación26.10.2015
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LA TEORÍA CELULAR




Apunte de la cátedra : Introducción a la Biología - LIGA – FHCS


El concepto biológico estableciendo que todos los seres vivos están compuestos por unidades estructurales y funcionales independientes interrelacionadas llamadas células, recién comenzó a cobrar forma a principios del siglo XIX. Con la aparición del microscopio compuesto y ópticas que apoyaron los hechos observados y alguna especulaciones de hombres de ciencia de aquella época, fue posible comenzar a construir conocimientos que hoy nos resultan indiscutibles. La Teoría Celular, que hoy parece una generalización incontrovertible fue, durante siglos, una hipótesis negada o, al menos intensamente discutida.

Un gran microscopista holandés, Van Leewenhoeck (1632) observó células vivas, dejando el primer registro de ello. Pero el significado de las observaciones de Hooke o de Van Leewenhoeck no fueron comprendidas hasta casi dos siglos después.

En 1655 Robert Hooke, luego de mejorar el microscopio que había hecho, le permitió hacer una observación trascendental: pequeñas cavidades o celdas en delgadas láminas de corcho. En realidad, Hooke vio un conjunto de paredes celulares (con células muertas) formando una estructura en panal de abejas y no células con su contenido. Este científico no concibió la Teoría Celular pero fue quien utilizó el microscopio como instrumento en Biología. Durante los 150 años siguientes, numerosos científicos realizaron cuidadosas observaciones sobre las células, pero ninguno estableció una teoría general que explicara los hechos observados.

El concepto de célula fue cambiando gradualmente y con el aporte de Brown (1831) descubriendo el núcleo y Dujardin (1835) descubriendo el contenido celular, dicho concepto tomó la siguiente forma: la célula es una masa de protoplasma limitada por una membrana y que posee un núcleo. En 1833 Brown estaba en condiciones de afirmar que la pequeña vesícula que llamó «núcleo» era constante en las células que había observado. Inmediatamente, dos biólogos alemanes Schleiden (1838) y Schwan (1838) trabajando con tejidos vegetales y animales respectivamente, llegan a la misma conclusión: todos los organismos vivientes están formados por células que tienen vida independiente pero que funcionan coordinadamente. Estos científicos no descubrieron la célula, ni siquiera le dieron su nombre, pero postularon una teoría general que, avalada por observaciones científicas, provocó un cambio fundamental de la Biología.

Schleiden había observado los núcleos de las células vegetales y había llegado a la conclusión de que intervenían en el desarrollo de las células. Schwann tuvo oportunidad de escuchar sus opiniones y escribió: «... recordé haber observado un órgano en las células del notocordio (estudiaba renacuajos) e inmediatamente me di cuenta de la extraordinaria importancia que tendría mi descubrimiento si conseguía demostrar que ese núcleo tenía el mismo papel en las células del notocordio, que el desempeñado por el núcleo en el desarrollo de las células vegetales».

Así se estableció el primer postulado de la Teoría Celular: todos los seres vivientes están compuestos por células y sus productos celulares.

Estos notables investigadores no parecieron tener ideas muy ajustadas sobre alguna estructura constituyente de la célula. No comprendían cómo se reproducían, aunque conocían el núcleo celular y lo identificaban con el proceso de reproducción. También hablaban de la membrana, siempre presente, delimitando la célula. Schwann decía que las células se originaban en una masa indiferenciada de protoplasma («sustancia viva»). Poco tiempo después, gracias al perfeccionamiento de diversos métodos y de los instrumentos ópticos, Remak pudo comprobar que «las células animales nacen de células embrionarias, por divisiones sucesivas».

Por entonces, la polémica entre los partidarios de la «generación espontánea» y los científicos que sostenían que la vida provenía de vida preexistente, estaba «al rojo vivo». Hacía más de un siglo que se intentaba el diseño de experimentos apropiados para demostrar que «la vida podía surgir espontáneamente en un medio adecuado, sin requerirse organismos vivientes previos» (generación espontánea) o para rebatir esta hipótesis.

Fue por esa época (1855) que Wirchow describió la división celular. El descubrimiento de la mitosis (Fleming, 1880) y de los cromosomas (cuerpos del núcleo celular que se colorean) y su identificación con la reproducción celular, permitieron ampliar los conceptos precedentes sentando la base explicativa de cómo las células aseguran la continuidad de las generaciones. Nacía el segundo postulado de la Teoría Celular, aunque aún no era ampliadamente aceptado: Toda célula proviene de una célula preexistente.

Con estos nuevos descubrimientos, Schwann fue atacado por Remak, que lo acusaba de «espontaneísta», y Wirchow afirmó que las ideas de la generación espontánea «... o son herejía pura o son obra del demonio». El argumento no se basa en el conocimiento científico, y denota una postura mística frente al problema. Por supuesto, este no fue el camino para resolver la controversia..........................

Desde tiempo atrás, Redl, Spallanzani y otros científicos trataron de hallar un diseño experimental apropiado, siguiendo un método científico que los fue acercando a un conocimiento más consistente. Pero las técnicas, los instrumentos y, por consiguiente los conocimientos disponibles, no eran suficientes. Además, el concepto de célula como mínima unidad vital estaba rodeado de un cierto misticismo que lo hacía «indiscutible». En consecuencia las discusiones se tornaron violentas y la Academia de Ciencias de París decidió poner fin al problema instituyendo un Premio a quién demostrara alguna hipótesis concluyente. Fue Louis Pasteur quien realizó las experiencias apropiadas y demostró que la vida aparecía si y sólo si los medios de cultivo utilizados habían tenido contacto con individuos vivos que habían permanecido vivos en esos medios, originando nuevos organismos. Muchos años pasaron para que la imagen de célula fuera modificada. La mayoría de las organelas celulares se describieron en esa época: el Aparato de Golgi, centríolos, mitocondrias, cloroplastos. También se descubrió la mitosis y la relación de los cromosomas con ella. Pero con la aparición del microscopio electrónico se pudo establecer la ultraestructura celular y estudiar con mayor exactitud algunos procesos biológicos fundamentales.

Es importante tener en cuenta que toda esa Biología Celular (llamada entonces Citología) era fundamentalmente descriptiva y morfológica. La forma era una preocupación central que dejaba de lado la mayor de las veces las funciones. Los procesos metabólicos se mencionaban, pero no se estudiaban. A comienzos del siglo pasado, Harrison separó células de organismos pluricelulares y logró cultivarlas .Este fue el comienzo de una nueva etapa en la experimentación biológica. El aspecto (forma, tamaño, etc.) de las células se modificó en el cultivo y, más aún, cambiaba según las condiciones a que éste era sometido (nutrientes, alimentos, temperatura, gases). La forma no era «tan permanente» y estaba directamente relacionada con los «procesos metabólicos». Comenzaron a estudiarse entonces las «células vivas»…………..

El desarrollo de la Teoría Celular nos muestra cómo las ideas y los hechos se interrelacionaban de tal manera, que las especulaciones (hipótesis) que se asientan en hechos observables y reproducibles son las que tienen mayor probabilidad de ser corroboradas.

Como conclusión podemos afirmar que la Teoría Celular es una conceptualización biológica de notables alcances, que permite relacionar la vida de un organismo multicelular con la vida de la célula. Junto a la Teoría de la Evolución y a la Genética Molecular (gracias al descubrimiento de la estructura del ADN, del Código Genético y del mecanismo de la síntesis de proteínas) forma parte de la estructura conceptual de la biología.

Entonces, en base a la Teoría Celular, los organismos vivientes están integrados y originados por células. Estas células son pequeñas masas de protoplasma (griego protos: primero, previo; griego plasma: formado) rodeado por una membrana y constituyen la unidad de la vida, ya que son las porciones más pequeñas de protoplasma que pueden realizar las funciones vitales y poseer, por lo tanto, existencia independiente.
Actualmente la Teoría Celular puede anunciarse del siguiente modo:
1 - La célula constituye la unidad morfológica y fisiológica de todos los organismos vivos que conocemos, es decir, de cualquiera de los cinco Reinos. Por consiguiente, los organismos están constituidos íntegramente por células y sus productos.

2- Las propiedades de un organismo dependen de las de sus células, de la interrelación entre las mismas y con sus productos celulares.

3 - las células se originan (en la historia contemporánea de la Biología) de otras células semejantes y la continuidad se mantiene a través del material genético.

4 - La unidad de materia más pequeña que se puede caracterizar como viva es la célula.
Hoy en día nadie duda que las células sólo se originan a partir de otras células preexistentes. La formulación de este postulado de la Teoría Celular tiene una larga historia de experimentación y controversias que duraron más de 2 siglos.

A mediados del siglo XVII se presentan las primeras características del pensamiento moderno. A diferencia del pasado, dejan de aceptarse las ideas impuestas por los filósofos de la antigüedad o por la Iglesia, así como el «naturalismo» del Renacimiento que si bien se oponía a las afirmaciones de la Iglesia, explicaba los fenómenos de la naturaleza mediante «milagros». Se desarrolla el espíritu crítico y surge la necesidad de experimentar para comprobar las ideas: se busca racionalizar los fenómenos y explicarlos sin respuestas religiosas ni sobrenaturales que involucren la existencia de «fuerzas ocultas».

Esto hizo necesario que se recurriera a la observación y a la experimentación. Algunos hombres se dedicaron a experimentar y observar con el objeto de brindar explicaciones certeras........ En el siglo XVI, se admitía sin discusión que la materia inerte podía engendrar animales de orden inferior: gusanos, piojos, escorpiones y hasta ranas y ratones. Se pensaba que todo lo que fermenta y se pudre se transforma en origen de nueva vida. De esta forma, mediante generación espontánea, se formaban continuamente una multitud de seres vivos.

Los vitalistas sostenían que los seres vivos «inferiores» (gusanos, piojos, ratas, etc.) se originaban a partir de la materia inerte. Creían que la materia inerte poseía una «fuerza vital» que le permitía dar vida a dichos seres. A esta idea se la denomina teoría de la «generación espontánea». Sin embargo, no todos los pensadores compartían esta teoría. A lo largo de los años distintos investigadores trataron de demostrar lo contrario, esto es, que los seres vivos sólo se originan a partir de seres vivos preexistentes.
Redl (1626-1694) se permitió dudar de la teoría de la generación espontánea, lo cual de por sí ya era un mérito…... Realizó experimentos tratando de demostrar que los vitalistas estaban equivocados. En 1668 lleva a cabo un experimento crucial y da el primer golpe a la teoría de la generación espontánea. Redl colocó trozos de carne en frascos de vidrio, dejó algunos abiertos (testigo) y cubrió otros con papel. A los pocos días, la carne que estaba en los frascos abiertos estaba llena de gusanos, mientras que la carne que estaba en los frascos cerrados no presentaba gusanos. Redi quería demostrar que la carne por sí sola no podía generar los gusanos. Sin embargo, los vitalistas objetaron este experimento, ya que la carne encerrada no generaba gusanos porque le faltaba aireación. Redl modificó su experimento y colocó una gasa en lugar de papel. Los resultados no se modificaron. Sus experimentos demostraron sin duda alguna que una causa externa es la responsable de la aparición de los gusanos y que ésta no actuaba sobre la carne cuando se interponía la gasa o el papel. Los gusanos se originaban a partir de huevos de moscas que sólo podían ser depositados en la carne de los frascos abiertos.

El experimento de Redl, si bien sencillo, tenía gran alcance. Redl se preguntaba si lo que pasaba con las larvas de las moscas no sucedería también con otros animales y plantas que se creían originados a partir de «suciedad» o materia en descomposición. Así, en 1668 surgió por primera vez la idea de la «continuidad vital» que tenemos aún hoy. Pero dicha idea se impondría recién dos siglos más tarde, después de interminables controversias. Uno de los hechos más importantes del siglo XVII en relación a la ciencia fue la aplicación del microscopio a la observación de la naturaleza. Muchos hombres se dedicaron a observar al microscopio distintos materiales y a describirlos. Con un microscopio sencillo el holandés van Leeuwenhoek realizó todos sus descubrimientos. Este investigador construía sus microscopios tallando él mismo las lentes, y se dedicó a observar todo lo que estaba a su alcance: gotas de sangre, de vino, de agua estancada, restos de piel, de hueso, de órganos, tendones, músculos, pepitas de naranja, hojas, etc., pasando del reino animal al vegetal, del vegetal al mineral, de objetos comunes a objetos extraordinarios. Describía el material observado y enviaba cartas con las descripciones a la Royal Society de Londres y a la Academia de Ciencias de París. Entre los principales descubrimientos de van Leeuwenhoeck podemos citar los glóbulos de la sangre (1673) y los organismos unicelulares, tanto procariotas (bacterias) (1683) como eucariotas (protozoos y algas unicelulares) (1675).

El descubrimiento de los protozoos tuvo una gran repercusión; surgieron las siguientes preguntas: si se trata de pequeños animales…………… ¿cuál es su origen?, ¿provienen de un conjunto de moléculas inertes que se «organizaron»?,……….. ¿se originan de gérmenes depositados por progenitores similares a ellos?

El problema de la teoría de la generación espontánea, lejos de solucionarse, ahora también quedaba planteado para estos seres microscópicos. Entonces, quedaba por dilucidar si Redl tenía razón y por lo tanto, aceptar que la materia inerte no puede generar vida y que sólo un organismo organizado puede dar origen a otro. Si esto era así (Van Leeuwenhoeck estaba de acuerdo), entonces había «animáculos» o gérmenes diseminados por todas partes, que se desarrollaban en líquidos adecuados.

Los que sostenían la teoría de la generación espontánea pensaban ahora que estos organismos descubiertos con el uso del microscopio eran el «eslabón perdido» entre la materia inerte y los seres inferiores observables a simple vista. El descubrimiento de los protozoos impulsó con más fuerza la teoría de la generación espontánea, lejos de desterrarla. Este debate no se resolvió hasta el siglo XIX porque era sumamente difícil probar la presencia de unicelulares que den origen a otros. A diferencia del experimento de Redl, en el cual alcanzaba con aislar la carne del contacto con las moscas, ahora era necesario esterilizar los líquidos para eliminar los microbios e impedir su desarrollo.

A partir del siglo XVII los científicos también se plantearon otros temas que no desarrollaremos aquí, como por ejemplo, la reproducción y herencia, la posibilidad de modificación de las especies de generación en generación y el surgimiento de nuevas especies (esto último en el siglo XIX). La biología no estaba detenida en el conflicto teoría de la generación espontánea vs. continuidad vital, sino que también avanzaba en otras áreas.

Needham (1713-1781) opinaba que los animáculos (seres microscópicos) se originaban a partir de moléculas provenientes de la materia en descomposición, o sea, apoyaba la teoría de la generación espontánea. Realizó una experiencia para demostrar su hipótesis: Colocó jugo de cordero en un frasco cuidadosamente cerrado, lo calentó durante media hora en cenizas calientes para eliminar los microbios que pudiera haber en las paredes o aire del frasco o en el líquido mismo. Pero, a pesar de las precauciones, en el frasco apareció una gran cantidad de animáculos que, según Needham, sólo podían originase por generación espontánea. Este experimento causó mucha sensación. Tenía similitudes con el experimento de Redl quien, sin embargo, se oponía a la teoría de la generación espontánea. ¿Cuál es la similitud? Needham calentó el frasco tratando de eliminar los gérmenes que son el «agente externo», Redl también aisló el «agente externo» (las moscas) con la gasa y el papel,

Para los científicos de aquella época, Needham había eliminado los gérmenes. Pero en el líquido se desarrollaron los microbios para gran satisfacción de quienes eran partidarios de la teoría de la generación espontánea. (En realidad, los gérmenes no habían desaparecido por completo ya que Needham no había calentado el frasco lo suficiente).

En el siglo XVIII Spallanzani, un importante investigador italiano, llevó a cabo varios experimentos, como por ejemplo las primeras fecundaciones artificiales. También realizó experimentos con la intención de desterrar la teoría de la generación espontánea. Ya habían pasado 100 años desde las observaciones de van Leeuwenhoeck y no se había solucionado el problema del origen de los seres vivos. Spallanzani repitió el experimento de Needham sin ninguna idea preconcebida y sólo para verificar si dicho experimento era correcto. Sin embargo, mejoró los pasos para eliminar los gérmenes: cerró mejor los frascos y los calentó por más tiempo. En estas nuevas condiciones, el resultado fue completamente diferente: los animáculos no aparecieron.

Entre ambos investigadores se estableció una larga discusión. Needham decía que el experimento de Spallanzani no era comparable al suyo porque el calentamiento excesivo de los frascos había destruido la «fuerza genésica» o «vegetativa» de los líquidos y además, había alterado el aire; esto, según él, impedía el desarrollo y la vida de los gérmenes. Needham estaba equivocado, pero sus objeciones no eran absurdas. Las condiciones experimentales de la época no eran adecuadas para llevar a cabo un experimento que disipara las dudas.

Llegamos a la segunda mitad del siglo XlX y el problema de la generación espontánea seguía sin resolución. Era relativamente fácil impedir el nacimiento de seres vivos en los líquidos calentados y aislados del aire libre, pero era sumamente complicado probar que los gérmenes no aparecían porque se habían eliminado los microbios y no por alguna otra condición propia del experimento. Según los partidarios de la teoría de la generación espontánea, las condiciones del experimento destruían las «fuerzas vitales» que posibilitaban la aparición de vida a partir de materia inerte.

Luego llegó Pasteur (1822-1895) que se dedicó a distintos temas relacionados con la física, química, biología y medicina. Entre otros temas, se dedicó a experimentar como químico las fermentaciones lácteas y alcohólicas y advirtió que toda fermentación es producto de micro-organismos vivos: los fermentos (hoy: levaduras).

Estudiando el origen de estos pequeños seres, se vio obligado a considerar el problema de la generación espontánea. Encontró microorganismos en todas partes (en el aire, sobre distintos objetos, etc.) y descubrió que también eran responsables de los fenómenos de putrefacción, descomposición y enfermedades. Además de estudiar el origen de dichos seres, Pasteur aportó métodos para combatirlos. Experimentó la inoculación con microbios atenuados formulando la base teórica para la vacuna, que después generalizó en la práctica Jenner. En cuanto a la teoría de la generación espontánea, realizó una serie de experimentos con el objeto de desterrarla. Descubrió que una infusión de levadura, hervida previamente, podía conservarse sin cambios durante años (si únicamente está en contacto con aire esterilizado). Observó que el líquido se alteraba en pocos días si le agregaba un algodón previamente impregnado con polvo de aire. Introdujo un líquido fácilmente fermentable en un balón, luego calentó y estiró el cuello del balón hasta darle forma de tubo sinuoso. Hirvió, entonces, el líquido durante algunos minutos. Al interrumpirse el calentamiento, el aire podía entrar en el balón por el extremo abierto del cuello, pero no entraban los microorganismos porque quedaban retenidos en las paredes húmedas del cuello. Colocó este balón sobre una estufa y el líquido se mantenía estéril a pesar de estar en contacto con el aire. Para demostrar que el líquido conservaba su capacidad de fermentar, cortó el cuello sinuoso y permitió el ingreso de aire con microbios. Al poco tiempo, el líquido fermentó.

Esto constituyó la «contraprueba» que demostró a los partidarios de la teoría de la generación espontánea que el calentamiento no había alterado el líquido y que éste no había fermentado porque no había estado en contacto con gérmenes...... Los vitalistas ya no podían argumentar que el líquido había perdido sus «fuerzas vitales». Con esto, Pasteur demostró que sólo se genera vida a partir de vida preexistente y defenestró finalmente las ideas de los espontaneístas.


FIN

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