¿Cómo surgió esta asombrosa célula de la Tierra?

La vida comienza en una célula. La primera celda se divide en dos, y las dos se dividen en cuatro, y así sucesivamente. Después de solo la duplicación número 47, tienes 100 mil millones (1000000000000000) de celdas y estás listo para formar finalmente una persona. Desde el momento en que el óvulo es fertilizado hasta que usted fallece, cada una de estas células es plenamente consciente de su función de sustentarlo y protegerlo.

No tienes secretos con tus células y ellas saben más sobre ti que tú mismo. Cada célula lleva un conjunto de códigos genéticos (el manual de instrucciones de su cuerpo) por lo que no sólo sabe cómo hacer su trabajo, sino también cualquier otro trabajo en su cuerpo. Durante su vida, nunca tendrá que recordarle a una célula que vigile su estado de trifosfato de adenina o que encuentre un lugar para almacenar ese folato extra que aparece de repente. Hará algunas de estas cosas por usted y un millón de cosas más.

Cada célula es un milagro de la naturaleza. Incluso la célula más simple tiene una estructura tan sofisticada que la sabiduría humana nunca podrá igualarla. Por ejemplo, para hacer incluso una célula de levadura rudimentaria, se necesitan tantas piezas como un avión Boeing 777, y hay que ensamblarlas dentro de una esfera de sólo 5 micrones de diámetro, y luego también hay que conducir esa esfera para que se reproduzca en alguna forma.

Sin embargo, en comparación con las células humanas, las células de levadura no son nada en términos de diversidad o complejidad. Pero las células de levadura tienen interacciones complejas que las hacen aún más interesantes.

Tu célula es una nación de mil millones de ciudadanos, cada uno de los cuales, de alguna manera única, sirve de todo corazón a tus intereses generales. Hacen todo por ti, te hacen sentir feliz y tener pensamientos. Te permiten pararte, estirarte y saltar. Cuando comes, absorben nutrientes, te proporcionan energía y eliminan los desechos: todo lo que aprendiste en biología en la escuela secundaria, sin olvidar que primero te dará hambre y te hará sentir mejor durante la comida. y no te olvidarás de comer en el futuro. Hacen que tu cabello crezca, tus oídos produzcan cera y tu cerebro funcione en silencio. Gestionan cada rincón de tu cuerpo: cuando estás amenazado, intervendrán para protegerte. Se sacrificarán por ti sin dudarlo; miles de millones de células lo hacen cada día, pero nunca expresas gratitud a ninguna de ellas a lo largo de tu vida. Por lo tanto, detengámonos por un momento y expresémosles nuestra admiración y aprecio.

Es posible que sepamos un poco sobre cómo las células hacen todo lo que hacen (cómo almacenan grasa, producen insulina y realizan otras actividades necesarias para mantener una entidad tan compleja como la suya), pero sólo un poco. Hay al menos 200.000 tipos diferentes de proteínas activas en el cuerpo. Pero hasta ahora no conocemos más del 2% de ellos. (Algunas personas elevan este número a alrededor del 50%. Obviamente, depende de cómo se defina la palabra "saber").

Siempre suceden cosas sorprendentes en el mundo de las células. En la naturaleza, el óxido nitroso es un gas tóxico extremadamente terrible y una de las principales causas de la contaminación del aire. Cuando a mediados de los años 80 los científicos descubrieron que las células humanas producían constantemente este gas, se sorprendieron un poco. Al principio, los científicos estaban confundidos acerca de su función, pero luego descubrieron que está en todas partes: controla el flujo sanguíneo y los niveles de energía de las células, ataca el cáncer y otros patógenos, regula el sentido del olfato e incluso ayuda con las erecciones del pene. Esto también explica por qué la nitroglicerina, también conocida como dinamita, alivia la angina. (Se convierte en óxido nitroso en la sangre, lo que hace que los músculos de las paredes internas de los vasos sanguíneos se relajen, permitiendo que la sangre pase más suavemente). En menos de 10 años, el gas pasó de ser una toxina externa en la naturaleza a una panacea omnipresente en el cuerpo humano.

Según el bioquímico belga Christian de Duve, hay "algunos cientos" de células diferentes que varían significativamente en tamaño y forma: las células nerviosas tienen forma de hilo y pueden extenderse hasta 1 metro de largo; tienen forma de disco; y las células fotoeléctricas que nos ayudan a darnos la visión tienen forma de bastón.

El tamaño de las células también varía mucho: lo más impresionante es el momento del embarazo, cuando un espermatozoide que no quiere quedarse atrás gravita hacia un óvulo que es 85.000 veces más grande (esta es una manifestación visual del deseo de conquista del hombre). Sin embargo, el ancho promedio de una célula humana es de sólo unas 20 micras (aproximadamente el 2% de 1 milímetro), tan pequeño que es casi invisible, pero lo suficientemente grande como para albergar miles de estructuras complejas como mitocondrias y millones de moléculas. En su nivel más básico, las células también varían en su viabilidad. Las células de tu piel están muertas. Es posible que se sienta un poco humillado al pensar que cada parte superficial de su cuerpo está muerta. Si eres un adulto de tamaño promedio, estás cubierto por aproximadamente 2 kilogramos de piel muerta, de los cuales miles de millones de pequeños trozos de tejido se desprenden cada día. Si pasa un dedo por un estante polvoriento, esa marca está hecha en gran parte de piel muerta.

La mayoría de las células rara vez viven más de un mes, pero hay algunas excepciones notables. Las células del hígado pueden sobrevivir varios años, aunque sus componentes internos se renuevan cada pocos días. Las células cerebrales duran toda la vida. Desde que naciste, has tenido alrededor de 100 mil millones de células, que es el número máximo de células que puedes tener. Se estima que se pierden aproximadamente 500 células por hora. Entonces, si realmente lo piensas, no deberías perder ni un momento de tu tiempo. La buena noticia es que los componentes básicos de las células cerebrales siempre se reemplazan, por lo que, al igual que las células del hígado, las células cerebrales en realidad solo viven alrededor de un mes. De hecho, se cree que ninguna parte de nosotros (incluidos los perdidos) es la misma que hace nueve años. Puede parecer una locura, pero a nivel celular todos somos jóvenes.

El primero en describir las células fue Robert Hooke, a quien mencionamos anteriormente. Discutió con Isaac Newton sobre el descubrimiento de la ley del cuadrado inverso de los movimientos planetarios. Hooke vivió hasta los 68 años y logró muchos logros en su vida (no solo fue un teórico consumado, sino también un maestro en la fabricación de instrumentos de precisión), pero fue su libro más vendido, completado en 1665, el que le valió la mayor reputación. El libro Micrografías: o descripción fisiológica de entidades diminutas utilizando una lupa. Presentó al público fascinado un mundo microscópico cuya complejidad, diversidad, bullicio e ingeniosa estructura estaban mucho más allá de la imaginación anterior.

Hooke fue el primero en descubrir muchas escenas microscópicas, incluidas pequeñas cavidades en las plantas. A estas cavidades les dio un nombre: "células", porque le recordaban a la celda de un monje. Hooke calculó que un centímetro cuadrado de corcho contenía aproximadamente 195.255.750 de esas pequeñas cavidades: era la primera vez que aparecía en la ciencia un número tan grande. Había pasado aproximadamente una generación desde la invención del microscopio, pero la diferencia fue que el microscopio de Hooke alcanzó un nivel soberbio. Podían aumentar hasta 30 veces, lo que los hacía únicos entre la tecnología óptica del siglo XVII.

Así, sólo 10 años después, cuando Hooke y otros miembros de la Royal Society de Londres recibieron imágenes e informes de un comerciante de telas de lino en Delft, Países Bajos, observados usando un microscopio de 275 aumentos, no pudieron No puedo evitar sentirme un poco sorprendido. El nombre del comerciante de lienzos era Antoni van Leeuwenhoek. Aunque tenía poca educación formal y ninguna formación científica, era un observador entusiasta y dedicado y un genio técnico.

A día de hoy, todavía no sabemos cómo pudo crear un microscopio de tan alto aumento con un sencillo equipo manual. No es más que un pequeño trozo de vidrio incrustado en una espiga de madera. Su microscopio se parece más a una lupa que a lo que la mayoría de nosotros consideramos un microscopio, pero en realidad no se parece mucho a ninguno de los dos. Leeuwenhoek fabricó un nuevo instrumento para cada experimento que realizó. Sin embargo, siempre guardó silencio sobre su tecnología, pero reveló la situación a los británicos sobre cómo mejorar la resolución.

Durante un período de 50 años (que increíblemente comenzó cuando tenía 40 años) presentó casi 200 informes a la Royal Society, todos escritos en bajo holandés únicamente en este idioma. Leeuwenhoek enumeró algunos de los hechos que descubrió, acompañados de unos bellos dibujos, pero sin ninguna explicación o explicación.

Sus informes incluían casi todo lo que podía analizarse: moho del pan, picaduras de abeja, células sanguíneas, dientes, cabello, su propia saliva, semen e incluso heces (de los dos últimos, también dijo que los había examinado (con disculpas por el hedor), todo lo cual apenas se había observado microscópicamente antes.

En 1676, Leeuwenhoek afirmó en un informe que había descubierto microorganismos en un reactivo de agua con pimienta. La Royal Society utilizó todo el equipo avanzado que Gran Bretaña pudo producir para buscar este "pequeño animal", y no fue hasta un año después que finalmente se resolvió el problema de la ampliación. Leeuwenhoek descubrió los protozoos. Según sus cálculos, en un poco de agua hay 8.280.000 de estos microorganismos, una cantidad mayor que la población de los Países Bajos. El mundo está lleno de seres así, y sus métodos de supervivencia y su número superan con creces lo que la gente imaginaba antes.

Inspirados por los sorprendentes descubrimientos de Leeuwenhoek, otros comenzaron a mirar fijamente los microscopios, a veces con tanta atención que a veces descubrieron cosas que en realidad no existían. El venerable investigador holandés Nicola Hartsock afirmó haber visto "personajes preformados" en los espermatozoides, a los que llamó "enanos". Hubo un tiempo en el que mucha gente creía que todos los humanos (de hecho, todos los seres vivos) no eran más que ampliaciones de un cuerpo materno pequeño y completo. El propio Leeuwenhoek se entregaba ocasionalmente a intereses personales. En uno de sus experimentos menos exitosos, quedó casi ciego mientras intentaba estudiar las propiedades explosivas de la pólvora observando de cerca una pequeña explosión.

Leewenhoek descubrió las bacterias en 1683, pero debido a las limitaciones de la tecnología de la microscopía, se mantuvieron en ese nivel durante el siguiente siglo y medio. No fue hasta 1831 que se vio el núcleo por primera vez: fue descubierto por el escocés Robert Brown. Brown era un botánico que a menudo se interesaba por la historia de la ciencia, aunque siempre fue desconocida. Vivió de 1773 a 1858. Llamó a su descubrimiento núcleo, en honor al latín nucula, que significa nuez pequeña. No fue hasta 1839 que alguien se dio cuenta realmente de que las células son la matriz de toda la vida. Fue el alemán Sodo Schwann quien tuvo esta idea. Este descubrimiento no sólo fue relativamente tardío en términos de conocimiento científico, sino que al principio no fue ampliamente aceptado. No fue hasta la década de 1860, gracias al trabajo histórico del francés Louis Pasteur, que se demostró plenamente que la vida no puede surgir espontáneamente sino que debe provenir de una célula preexistente. Esta teoría, conocida como "teoría celular", es la base de toda la biología moderna.

La célula ha sido comparada con muchas cosas, desde "una compleja refinería química" (físico James Terfel) hasta "una metrópolis densamente poblada" (biólogo Guy Brown). Las células son ambas y ninguna. Se dice que es como una refinería por las enormes actividades químicas que tienen lugar en su interior; se dice que es como una metrópoli porque está abarrotada, ocupada y llena de interacciones. Parece caótica, pero tiene un carácter autónomo. atmósfera. Pero es esencialmente más aterradora que cualquier ciudad o fábrica que hayas visto jamás. En primer lugar, no hay distinción entre arriba y abajo dentro de la célula (la gravedad casi no tiene efecto en cosas del tamaño de una célula), y cada espacio de tamaño atómico se utiliza por completo. La actividad existe en todas partes y la electricidad fluye constantemente. Puede que no creas que llevas mucha electricidad, pero en realidad es así. Los alimentos que comemos y el oxígeno que respiramos se sintetizan en corrientes eléctricas en nuestras células. Entonces, ¿por qué no nos noqueamos cuando nos tocamos, o por qué no quemamos el sofá cuando nos sentamos en él? La razón es que todo esto sucede a una escala muy pequeña: el voltaje es de sólo 0,1 voltios y la distancia de transmisión se mide en nanómetros. Sin embargo, si se amplía esto, el impacto que produce equivale a 20 millones de voltios por metro cuadrado, tanta carga como el núcleo de un rayo.

Independientemente de su forma y tamaño, todas las células de su cuerpo están construidas de manera muy similar: tienen una cubierta o membrana y un núcleo que almacena la información genética que necesita para funcionar correctamente. Entre los dos se encuentra una capa de espacio ocupada llamada citoplasma. La membrana celular no es, como la mayoría de nosotros imaginamos, una gelatina duradera que se puede perforar con un alfiler, sino que está hecha de sustancias grasas llamadas lípidos, según Sherwin B. Newland. En otras palabras, es más o menos similar a ". aceite de motor ligero".

Si estas cosas le parecen inestables, recuerde: las cosas se ven diferentes bajo un microscopio. A nivel molecular, el agua se convierte en un gel pesado para todo y los lípidos son literalmente como el acero.

Si tuvieras la oportunidad de visitar una celda, no te gustaría. Si los átomos se agrandaran hasta el tamaño de un guisante, una célula se convertiría en una esfera de 800 metros de diámetro, sostenida por una compleja estructura en forma de haz llamada citoesqueleto. En su interior, millones y millones de objetos, algunos del tamaño de pelotas de baloncesto, otros del tamaño de coches, pasaban zumbando como balas. Es casi imposible encontrar un punto de apoyo aquí, y objetos de todas direcciones te golpearán y destrozarán miles de veces por segundo. Incluso para los miembros que han estado dentro de la celda durante mucho tiempo, es un lugar peligroso. Cada hebra de ADN es atacada o dañada en promedio cada 8,4 segundos (10.000 veces al día) por productos químicos u otras sustancias que la golpean o la desgarran, y todas estas heridas deben cerrarse rápidamente a menos que las células no quieran vivir. ya no.

Las proteínas son extremadamente activas. Están siempre girando, temblando y volando. Chocan entre sí mil millones de veces por segundo. Las enzimas en sí mismas también son proteínas. Están corriendo haciendo 1000 tareas por segundo, al igual que las hormigas obreras en un disparo rápido. Están constantemente construyendo y reconstruyendo moléculas, restando una parte de esto y agregando una parte de aquello. Algunas enzimas monitorean el paso de las proteínas y etiquetan aquellas que están dañadas sin posibilidad de reparación o defectuosas con marcadores químicos. Luego, las proteínas marcadas forman una estructura llamada proteasa, donde se descomponen y se forman nuevas proteínas. Varias proteínas permanecen viables durante menos de media hora, otras durante semanas. Pero todos existen de maneras increíblemente locas. Como señala Dedif: "Todo en una molécula se mueve a velocidades increíblemente rápidas que ni siquiera podemos imaginar".

Pero si las cosas en el mundo molecular se ralentizaran lo suficiente como para observarlas más de cerca, En la medida en que interactúan, las cosas parecen menos abrumadoras. Descubrirá que una célula no es más que millones de objetos: lisosomas, endosomas, ribosomas, ligandos, peroxisomas, proteínas de diferentes tamaños y formas, todos relacionados con millones de objetos individuales que chocan entre sí para realizar tareas mundanas: absorber energía de los nutrientes. , agregarse en nuevas estructuras, eliminar desechos, defenderse de los invasores, enviar y recibir mensajes y realizar reparaciones. Una célula normalmente contiene alrededor de 20.000 proteínas diferentes, casi 2.000 de las cuales contienen al menos 50.000 moléculas cada una. "Esto significa", dijo Newland, "incluso si sólo contamos aquellas moléculas con más de 50.000 de cada tipo, el número total de moléculas de proteína contenidas en cada célula es de al menos 100 millones. Este es un número asombroso, del que podemos entender un poco acerca de la intensidad de las actividades bioquímicas en nuestros cuerpos”.

La energía consumida por esta actividad también es muy grande. Su corazón debe bombear unos 340 litros de sangre por hora, más de 8.000 litros por día y 3 millones de litros por año (suficiente para llenar cuatro piscinas olímpicas) para llevar oxígeno fresco a todas sus células. (Esto significa que si haces ejercicio extenuante en reposo, este número aumentará a 6 veces). El oxígeno es absorbido por las mitocondrias, que son las centrales eléctricas de la célula. Por lo general, hay alrededor de 1.000 de estas centrales eléctricas en una celda, y el número exacto varía mucho según lo que hace la celda y la cantidad de energía que requiere.

Como recordarás, mencionamos anteriormente que se cree que las mitocondrias fueron bacterias capturadas que ahora colonizan nuestras células. Conservan sus propias instrucciones genéticas, se dividen según su propio horario y hablan su propio idioma. También recordarás que es gracias a su amable atención que estamos bien. ¿Por qué dices eso? Porque casi todos los alimentos y el oxígeno que ingresa a su cuerpo se procesan y se entregan a las mitocondrias, donde los convierten en una molécula llamada trifosfato de adenosina o ATP.

Quizás no hayas oído hablar del ATP, pero es lo que mantiene tu cuerpo funcionando correctamente. Las moléculas de ATP son esencialmente como un conjunto de pequeñas baterías que se mueven dentro de la célula, proporcionando toda la energía para la actividad celular, y se gana mucho en el proceso.

En cada momento de tu vida, normalmente hay mil millones de moléculas de ATP en cada célula de tu cuerpo. Después de 2 minutos, su energía se agotará y luego mil millones de nuevas moléculas de ATP ocuparán su lugar. La cantidad de ATP que usted produce y consume cada día es aproximadamente la mitad de su peso corporal. Toca tu piel cálida, ese es tu ATP en acción.

Cuando las células ya no son necesarias, mueren de forma noble. Desmantelan todos los pilares y contrafuertes que los sostienen y devoran silenciosamente sus componentes. Este proceso se llama apoptosis o mecanismo de muerte celular. Miles de millones de células mueren por usted cada día y miles de millones de células individuales limpian sus restos por usted. Las células también pueden morir violentamente, como cuando estás infectado, pero en la mayoría de los casos mueren cuando se les ordena. De hecho, las células se matan a sí mismas si no reciben instrucciones de otra célula para permanecer vivas (si no reciben instrucciones de otra célula para mantenerse activas). Las células realmente necesitan consuelo.

Algunos organismos que consideramos primitivos tienen cierto nivel de organización celular que hace que el nuestro parezca descuidado y soso. Separe las células de la esponja (por ejemplo, a través de un filtro) y viértalas en una solución, donde se volverán a ensamblar rápidamente y volverán a formar una esponja. Puedes hacer este experimento una y otra vez y siempre volverán a unirse obstinadamente. Esto se debe a que, al igual que usted y yo, y todos los demás seres vivos, tienen un impulso irresistible: seguir viviendo.

Y todo se debe a una molécula muy extraña e inquebrantable de la que sabemos muy poco. Las moléculas en sí no están vivas y la gran mayoría de ellas no hacen nada en absoluto. Su nombre es ADN. Antes de comenzar a comprender su importancia crítica para la ciencia y para nosotros, es necesario retroceder unos 160 años, a la Inglaterra victoriana, a la época en que vivió el naturalista Charles Darwin. En ese momento, Darwin propuso una de "las mejores teorías de todos los tiempos", pero estuvo encerrada en un cajón durante los siguientes 15 años. La razón requiere que dediquemos un tiempo a explicarla claramente.