Organismo unicelular

Organismo unicelular
Valonia ventricosa , una especie de alga con un diámetro que varía típicamente entre 1 y 4 centímetros (0,4 a 1,6 pulgadas), se encuentra entre las especies unicelulares más grandes.

Un organismo unicelular , también conocido como organismo unicelular , es un organismo que consta de una sola célula , a diferencia de un organismo multicelular que consta de múltiples células. Los organismos se dividen en dos categorías generales: organismos procariotas y organismos eucariotas . La mayoría de los procariotas son unicelulares y se clasifican en bacterias y arqueas . Muchos eucariotas son multicelulares, pero algunos son unicelulares, como los protozoos , las algas unicelulares y los hongos unicelulares . Se cree que los organismos unicelulares son la forma de vida más antigua, y las primeras protocélulas posiblemente surgieron hace entre 3500 y 4100 millones de años. ^{[1] [2]}

Aunque algunos procariotas viven en colonias , no son células especializadas con funciones diferentes. Estos organismos viven juntos y cada célula debe llevar a cabo todos los procesos vitales para sobrevivir. Por el contrario, incluso los organismos multicelulares más simples tienen células que dependen unas de otras para sobrevivir.

La mayoría de los organismos multicelulares tienen una etapa de ciclo de vida unicelular. Los gametos , por ejemplo, son células reproductoras unicelulares en los organismos multicelulares. ^[3] Además, la multicelularidad parece haber evolucionado de forma independiente muchas veces en la historia de la vida.

Algunos organismos son parcialmente unicelulares, como Dictyostelium discoideum . Además, los organismos unicelulares pueden ser multinucleados , como Caulerpa , Plasmodium y Myxogastria .

Las protocélulas primitivas fueron las precursoras de los organismos unicelulares actuales. Aunque el origen de la vida sigue siendo en gran medida un misterio, en la teoría que prevalece actualmente, conocida como la hipótesis del mundo del ARN , las primeras moléculas de ARN habrían sido la base para catalizar las reacciones químicas orgánicas y la autorreplicación. ^[4]

La compartimentación era necesaria para que las reacciones químicas fueran más probables, así como para diferenciar las reacciones con el entorno externo. Por ejemplo, una ribozima replicadora de ARN temprana podría haber replicado otras ribozimas replicadoras de diferentes secuencias de ARN si no se las hubiera mantenido separadas. ^[5] Estas células hipotéticas con un genoma de ARN en lugar del genoma de ADN habitual se denominan " ribocélulas " o "ribocitos". ^[4]

Cuando los anfifilos como los lípidos se colocan en agua, las colas hidrófobas se agregan para formar micelas y vesículas , con los extremos hidrófilos hacia afuera. ^{[2] [5]} Las células primitivas probablemente usaban vesículas de ácidos grasos autoensamblables para separar las reacciones químicas y el medio ambiente. ^[5] Debido a su simplicidad y capacidad de autoensamblarse en agua, es probable que estas membranas simples fueran anteriores a otras formas de moléculas biológicas tempranas. ^[2]

Los procariotas carecen de orgánulos unidos a la membrana, como las mitocondrias o un núcleo . ^[6] En cambio, la mayoría de los procariotas tienen una región irregular que contiene ADN, conocida como nucleoide . ^[7] La ​​mayoría de los procariotas tienen un solo cromosoma circular , lo que contrasta con los eucariotas, que normalmente tienen cromosomas lineales. ^[8] Nutricionalmente, los procariotas tienen la capacidad de utilizar una amplia gama de material orgánico e inorgánico para su uso en el metabolismo, incluido el azufre, la celulosa, el amoníaco o el nitrito. ^[9] Los procariotas son relativamente ubicuos en el medio ambiente y algunos (conocidos como extremófilos) prosperan en entornos extremos.

Las bacterias son una de las formas de vida más antiguas del mundo y se encuentran prácticamente en todas partes en la naturaleza. ^[9] Muchas bacterias comunes tienen plásmidos , que son moléculas de ADN cortas, circulares y autorreplicantes que están separadas del cromosoma bacteriano. ^[11] Los plásmidos pueden transportar genes responsables de nuevas capacidades, siendo de importancia crítica actual la resistencia a los antibióticos. ^[12] Las bacterias se reproducen predominantemente de forma asexual a través de un proceso llamado fisión binaria . Sin embargo, alrededor de 80 especies diferentes pueden experimentar un proceso sexual conocido como transformación genética natural . ^[13] La transformación es un proceso bacteriano para transferir ADN de una célula a otra, y aparentemente es una adaptación para reparar el daño del ADN en la célula receptora. ^[14] Además, los plásmidos se pueden intercambiar mediante el uso de un pilus en un proceso conocido como conjugación . ^[12]

Las cianobacterias fotosintéticas son posiblemente las bacterias más exitosas y cambiaron la atmósfera primitiva de la Tierra oxigenándola. ^[15] Los estromatolitos , estructuras formadas por capas de carbonato de calcio y sedimentos atrapados que quedaron de las cianobacterias y las bacterias de la comunidad asociada, dejaron amplios registros fósiles. ^{[15] [16]} La existencia de estromatolitos proporciona un excelente registro del desarrollo de las cianobacterias, que están representadas en los eones Arqueano (hace 4 mil millones a 2,5 mil millones de años), Proterozoico (hace 2,5 mil millones a 540 millones de años) y Fanerozoico (hace 540 millones de años hasta la actualidad). ^[16] Gran parte de los estromatolitos fosilizados del mundo se pueden encontrar en Australia Occidental . ^[16] Allí, se han encontrado algunos de los estromatolitos más antiguos, algunos de los cuales datan de hace unos 3.430 millones de años. ^[16]

El envejecimiento clonal ocurre de forma natural en las bacterias y aparentemente se debe a la acumulación de daños que pueden ocurrir incluso en ausencia de factores estresantes externos. ^[17]

Los respiraderos hidrotermales liberan calor y sulfuro de hidrógeno , lo que permite que los extremófilos sobrevivan mediante el crecimiento quimiolitotrófico . ^[19] Las arqueas son generalmente similares en apariencia a las bacterias, de ahí su clasificación original como bacterias, pero tienen diferencias moleculares significativas, sobre todo en su estructura de membrana y ARN ribosómico. ^{[20] [21]} Al secuenciar el ARN ribosómico, se descubrió que las arqueas probablemente se separaron de las bacterias y fueron las precursoras de los eucariotas modernos, y en realidad están más relacionadas filogenéticamente con los eucariotas. ^[21] Como sugiere su nombre, Archaea proviene de una palabra griega archaios, que significa original, antiguo o primitivo. ^[22]

Algunas arqueas habitan los entornos biológicamente más inhóspitos de la Tierra, y se cree que esto imita de alguna manera las duras condiciones iniciales a las que probablemente estuvo expuesta la vida ^{[ cita requerida ]} . Algunos ejemplos de estos extremófilos arqueanos son los siguientes:

• Termófilos , temperatura óptima de crecimiento de 50 °C-110 °C, incluidos los géneros Pyrobaculum , Pyrodictium , Pyrococcus , Thermus aquaticus y Melanopyrus. ^[23]
• Psicrófilos , temperatura óptima de crecimiento inferior a 15 °C, incluidos los géneros Methanogenium y Halorubrum . ^[23]
• Alcalinófilos , pH óptimo de crecimiento mayor a 8, incluido el género Natronomonas . ^{[23] [24]}
• Acidófilos , pH óptimo de crecimiento inferior a 3, incluidos los géneros Sulfolobus y Picrophilus . ^{[23] [25]}
• Los piezófilos (también conocidos como barófilos ) prefieren presiones altas de hasta 130 MPa, como los entornos oceánicos profundos, incluidos los géneros Methanococcus y Pyrococcus . ^[23]
• Los halófilos crecen óptimamente en altas concentraciones de sal entre 0,2 M y 5,2 M de NaCl , incluidos los géneros Haloarcula , Haloferax y Halococcus . ^{[23] [26]}

Los metanógenos son un subconjunto significativo de las arqueas e incluyen muchos extremófilos, pero también son omnipresentes en ambientes de humedales, así como en los rumiantes y el intestino posterior de los animales. ^[27] Este proceso utiliza hidrógeno para reducir el dióxido de carbono en metano, liberando energía en la forma utilizable de trifosfato de adenosina . ^[27] Son los únicos organismos conocidos capaces de producir metano. ^[28] En condiciones ambientales estresantes que causan daño al ADN , algunas especies de arqueas se agregan y transfieren ADN entre células. ^[29] La función de esta transferencia parece ser reemplazar la información de la secuencia de ADN dañada en la célula receptora por información de la secuencia no dañada de la célula donante. ^[30]

Las células eucariotas contienen orgánulos unidos a membranas. Algunos ejemplos incluyen mitocondrias, un núcleo o el aparato de Golgi. Las células procariotas probablemente se transformaron en células eucariotas hace entre 2.000 y 1.400 millones de años. ^[31] Este fue un paso importante en la evolución. A diferencia de los procariotas, los eucariotas se reproducen mediante mitosis y meiosis . El sexo parece ser un atributo omnipresente y antiguo, e inherente a la vida eucariota . ^[32] La meiosis, un verdadero proceso sexual, permite una reparación recombinatoria eficiente del daño del ADN ^[14] y una mayor variedad de diversidad genética al combinar el ADN de los progenitores seguida de recombinación . ^[31] Las funciones metabólicas en los eucariotas también están más especializadas al seccionar procesos específicos en orgánulos. ^{[ cita requerida ]}

La teoría endosimbiótica sostiene que las mitocondrias y los cloroplastos tienen orígenes bacterianos. Ambos orgánulos contienen sus propios conjuntos de ADN y tienen ribosomas similares a los de las bacterias. Es probable que las mitocondrias modernas fueran alguna vez una especie similar a Rickettsia , con la capacidad parasitaria de ingresar a una célula. ^[33] Sin embargo, si las bacterias fueran capaces de respirar, habría sido beneficioso para la célula más grande permitir que el parásito viviera a cambio de energía y desintoxicación de oxígeno. ^[33] Los cloroplastos probablemente se convirtieron en simbiontes a través de un conjunto similar de eventos, y lo más probable es que sean descendientes de las cianobacterias. ^[34] Si bien no todos los eucariotas tienen mitocondrias o cloroplastos, las mitocondrias se encuentran en la mayoría de los eucariotas y los cloroplastos se encuentran en todas las plantas y algas. La fotosíntesis y la respiración son esencialmente inversas entre sí, y el advenimiento de la respiración junto con la fotosíntesis permitió un acceso mucho mayor a la energía que la fermentación sola. ^{[ cita requerida ]}

Los protozoos se definen en gran medida por su método de locomoción, incluyendo flagelos , cilios y pseudópodos . ^[35] Si bien ha habido un debate considerable sobre la clasificación de los protozoos causado por su gran diversidad, en un sistema actualmente hay siete filos reconocidos bajo el reino Protozoa: Euglenozoa , Amoebozoa , Choanozoa sensu Cavalier-Smith , Loukozoa , Percolozoa , Microsporidia y Sulcozoa . ^{[36] [37]} Los protozoos, como las plantas y los animales, pueden considerarse heterótrofos o autótrofos. ^[33] Los autótrofos como Euglena son capaces de producir su energía mediante la fotosíntesis, mientras que los protozoos heterótrofos consumen los alimentos canalizándolos a través de un esófago con forma de boca o envolviéndolos con pseudópodos, una forma de fagocitosis . ^[33] Aunque los protozoos se reproducen principalmente de forma asexual, algunos protozoos son capaces de reproducirse sexualmente. ^[33] Los protozoos con capacidad sexual incluyen las especies patógenas Plasmodium falciparum , Toxoplasma gondii , Trypanosoma brucei , Giardia duodenalis y especies de Leishmania . ^[14]

Los ciliados o cilioforos son un grupo de protistas que utilizan cilios para desplazarse. Algunos ejemplos son Paramecium , Stentors y Vorticella . ^[38] Los ciliados son muy abundantes en casi todos los entornos donde se puede encontrar agua, y los cilios baten rítmicamente para propulsar al organismo. ^[39] Muchos ciliados tienen tricocistos , que son orgánulos con forma de lanza que pueden liberarse para atrapar presas, anclarse o para defenderse. ^{[40] [41]} Los ciliados también son capaces de reproducirse sexualmente y utilizan dos núcleos exclusivos de los ciliados: un macronúcleo para el control metabólico normal y un micronúcleo separado que experimenta meiosis. ^[40] Algunos ejemplos de estos ciliados son Paramecium y Tetrahymena , que probablemente emplean la recombinación meiótica para reparar el daño del ADN adquirido en condiciones estresantes. ^{[ cita requerida ]}

Los amebozoos utilizan pseudópodos y flujo citoplasmático para desplazarse en su entorno. Entamoeba histolytica es la causa de la disentería amebiana. ^[42] Entamoeba histolytica parece ser capaz de realizar meiosis . ^[43]

Las algas unicelulares son autótrofas similares a las plantas y contienen clorofila . ^[44] Incluyen grupos que tienen especies tanto multicelulares como unicelulares:

• Euglenophyta , algas flageladas, en su mayoría unicelulares, que se encuentran a menudo en agua dulce. ^[44] A diferencia de la mayoría de las otras algas, carecen de paredes celulares y pueden ser mixotróficas (tanto autótrofas como heterótrofas). ^[44] Un ejemplo es Euglena gracilis .
• Clorofitas (algas verdes), en su mayoría algas unicelulares que se encuentran en agua dulce. ^[44] Las clorofitas son de particular importancia porque se cree que están más estrechamente relacionadas con la evolución de las plantas terrestres. ^[45]
• Diatomeas , algas unicelulares que tienen paredes celulares silíceas. ^[46] Son la forma más abundante de algas en el océano, aunque también se pueden encontrar en agua dulce. ^[46] Representan alrededor del 40% de la producción marina primaria del mundo y producen alrededor del 25% del oxígeno del mundo. ^[47] Las diatomeas son muy diversas y comprenden alrededor de 100.000 especies. ^[47]
• Dinoflagelados , algas flageladas unicelulares, algunas de las cuales están blindadas con celulosa . ^[48] Los dinoflagelados pueden ser mixotróficos y son las algas responsables de la marea roja . ^[45] Algunos dinoflagelados, como Pyrocystis fusiformis , son capaces de bioluminiscencia . ^[49]

Los hongos unicelulares incluyen las levaduras . Los hongos se encuentran en la mayoría de los hábitats, aunque la mayoría se encuentran en la tierra. ^[50] Las levaduras se reproducen a través de mitosis, y muchas utilizan un proceso llamado gemación , donde la mayor parte del citoplasma está en manos de la célula madre. ^[50] Saccharomyces cerevisiae fermenta carbohidratos en dióxido de carbono y alcohol, y se utiliza en la elaboración de cerveza y pan. ^[51] S. cerevisiae también es un organismo modelo importante, ya que es un organismo eucariota que es fácil de cultivar. Se ha utilizado para investigar el cáncer y las enfermedades neurodegenerativas , así como para comprender el ciclo celular . ^{[52] [53]} Además, la investigación con S. cerevisiae ha desempeñado un papel central en la comprensión del mecanismo de recombinación meiótica y la función adaptativa de la meiosis . Candida spp . son responsables de la candidiasis , causando infecciones de la boca y/o garganta (conocida como candidiasis) y vagina (comúnmente llamada infección por levaduras). ^[54]

La mayoría de los organismos unicelulares son de tamaño microscópico y, por lo tanto, se clasifican como microorganismos . Sin embargo, algunos protistas y bacterias unicelulares son macroscópicos y visibles a simple vista. ^[55] Algunos ejemplos incluyen:

• Se han reportado ejemplares de Brefeldia maxima , un moho mucilaginoso , de hasta un centímetro de espesor, con una superficie de más de un metro cuadrado y un peso de hasta alrededor de 20 kg ^[56].
• Los xenofióforos , protozoos del filo Foraminíferos , son los ejemplos más grandes conocidos, y Syringammina fragilissima alcanza un diámetro de hasta 20 cm (7,9 pulgadas) ^[57].
• Nummulite , foraminíferos
• Valonia ventricosa , un alga de la clase Chlorophyceae , puede alcanzar un diámetro de 1 a 4 cm (0,4 a 2 pulgadas) ^{[58] [59]}
• Acetabularia , alga
• Caulerpa , alga, ^{[60] [¿ fuente poco fiable? ]} puede crecer hasta 3 metros de largo ^[61]
• Gromia sphaerica , ameba, de 5 a 38 mm (0,2 a 1 pulgada) ^[61]
• Thiomargarita magnifica es la bacteria más grande, alcanzando una longitud de hasta 20 mm.
• Epulopiscium fishelsoni , una bacteria
• Stentor , ciliados apodados animálculos trompeta
• Bursaria , los ciliados colpodianos más grandes.