Con el descubrimiento y uso constante del microscopio, los biólogos reconocieron la existencia de dos tipos celulares: los procariontes y los eucariontes. La característica que se tomo en cuenta para darles nombre fue la presencia o ausencia de núcleo. Los eucariontes (del griego eu, verdadero y karyon, núcleo) tienen su material genético encerrado en una envoltura o doble capa de fosfolípidos, mientras los procariontes (pro, antes) lo tienen en el citoplasma. El nombre sugiere que los procariontes son los organismos más antiguos en el planeta.
Como ya se menciono, se trata de microorganismos unicelulares cuyo material genético no se encuentra rodeado de membranas. Fueron agrupados durante mucho tiempo bajo la denominación general de bacterias, hasta que alrededor de 1970, Carl Woese, de la Universidad de Illinois, al analizar las secuencias de nucleótidos de varias moléculas de ARN ribosomal, pudo inferir la existencia de tres grandes divisiones o dominios en los que se podían agrupar todas las especies biológicas. Los dominios Bacteria y Archaea incluyen a todos los procariontes y el dominio Eukarya agrupa a los protistas, los hongos, las plantas y los animales.
El dominio Bacteria constituye la mayor parte de los seres vivos que existen en nuestro planeta; habitan en el suelo y en ambientes acuáticos, realizan funciones diversas y afectan la salud de varias especies incluyendo al ser humano. Las Archaea, llamadas también arqueobacterias, comprenden un grupo separado que habita normalmente en ambientes de temperatura o salinidad extremas.
Las sustancias químicas básicas que se encuentran en todos los organismos son similares: agua, carbohidratos, lípidos, ácidos nucléicos y proteínas, al igual que las reacciones utilizadas para metabolizar el alimento, construir proteínas y almacenar energía. Es en la estructura en donde encontramos diferencias sensibles entre las células de las bacterias y las arquea y las del dominio
Eukarya.
Las principales características distintivas de los procariontes, además de que carecen de envoltura nuclear, son las siguientes:
1. Su tamaño es muy pequeño. Una bacteria típica varia entre 0.2 y 2.0 μm (micras) de diámetro y de 2 a 8 de longitud, aunque se conocen bacterias enormes visibles a simple vista, como la Epulopiscium fishelsoni.
2. Su reproducción es asexual, usualmente por bipartición: La célula primero duplica su material genético haploide, después aumenta su tamaño y finalmente aparece un tabique que la divide en dos. Existen algunos casos de bacterias que forman agregados celulares llamados cuerpos fructíferos en los que se forman esporas que germinan para dar origen a nuevas bacterias. En algunas bacterias se presentan fenómenos de sexualidad, que se caracterizan por un intercambio genético entre bacterias de la misma especie o, en ocasiones, con bacterias de especies diferentes.
3. Sus paredes celulares casi siempre contienen un polisacárido complejo denominado peptidoglicano.
Este último es una molécula que contiene un polímero de azúcar y un fragmento de proteína.
4. La nutrición de los procariontes es muy variada: algunos son fotoautótrofos, esto significa que utilizan la energía del Sol y el bióxido de carbono como fuente de carbono; los hay fotoheterótrofos, que usan luz solar como fuente de energía, pero compuestos orgánicos como fuente de carbono; otros son quimioheterótrofos, que como fuente de energía y de carbono utilizan compuestos orgánicos, y también tenemos los quimioautótrofos, que obtienen la energía de la oxidación de compuestos inorgánicos, como sulfuro de hidrogeno, y el bióxido de carbono como su fuente principal de carbono.
5. No tienen organelos membranosos, aunque muchas bacterias pueden presentar membranas internas que desempeñan funciones como la fotosíntesis.
6. Normalmente tienen una cadena cerrada de acido desoxirribonucleico (ADN), aunque puede haber hasta cuatro copias idénticas. Además, algunas bacterias poseen pequeñas cantidades de ADN llamadas plásmidos, que contienen genes, a menudo importantes para la bacteria.
7. Su ADN no está asociado con las proteínas histonas, como ocurre con la mayoría de los eucariontes.
8. No presentan citoesqueleto (red de proteínas filamentosas que se observa en el citoplasma de los eucariontes), aunque se han descubierto filamentos sencillos hechos de proteínas similares a las que forman parte del citoesqueleto en las células eucariontes.
9. Carecen de centríolos, flagelos formados por microtúbulos y cuerpos basales.
La importancia de los procariontes es enorme en nuestro planeta. A pesar de que algunos son patógenos para el ser humano, la mayoría son indispensables para el desarrollo de la vida en la Tierra; casi todos los gases de la atmosfera son subproductos del metabolismo de los procariontes: el nitrógeno, por ejemplo, constituyente fundamental de proteínas y ácidos nucléicos, procede prácticamente de la fijación bacteriana de este elemento.
Por su parte, el oxigeno hizo su aparición gracias a la acción de las cianobacterias, que fueron las primeras células en realizar la fotosíntesis, primero anoxigénica, sin producción de oxigeno y, posteriormente, oxigénica, produciendo oxigeno al romperse las moléculas de agua, a fin de liberar el hidrogeno necesario para los procesos anabólicos. Las cianobacterias proliferaron en los mares someros y asoleados; como resultado liberaron gran cantidad de oxigeno molecular que, paulatinamente, dio origen a la atmosfera actual y desencadeno, junto con el surgimiento de la sexualidad, la gran biodiversidad de la Tierra.
Las archaea constituyen un importante grupo de procariontes. Entre ellos se encuentran organismos metanógenos que obtienen su energía de la reducción del bióxido de carbono para producir metano. Se localizan en medios anaerobios ricos en materia orgánica en descomposición, como las aguas estancadas. También existen en el tracto digestivo de los animales, en fuentes termales y en el fondo de los océanos.
Los halófilos ("amantes de la sal") crecen usando como fuente de energía proteínas, pero necesitan altas concentraciones salinas para sobrevivir. Su hábitat se localiza a lo largo de las costas, en sitios de concentración de sal e incluso en el Mar Muerto.
Otras arquea son los termófilos o "amantes del calor" que viven en fuentes termales sulfurosas o en pilas humeantes de residuos de carbón. Los sitios preferidos para colectar estos extraños organismos son los asociados con el vulcanismo activo. Su presencia se detecta por el olor del sulfuro de hidrogeno que procede de la reducción del azufre. Algunas termófilas se nutren de materia orgánica como proteínas y azucares y reducen el azufre, de la misma manera en que nosotros reducimos el oxigeno durante la respiración aerobia.
El hecho de que las arqueas vivan en ambientes privados de oxigeno, concuerda con la idea de que el ambiente de la Tierra primitiva, cuando se inicio la aparición de las primeras formas de vida, tenía solo restos de oxigeno libre. De esta manera, según una de las hipótesis mas aceptadas en la actualidad, el planeta estuvo habitado por formadores de metano, utilizadores de azufre y todo tipo de anaerobios que no producían ni utilizaban oxigeno libre.
Los eucariontes pertenecen al dominio Eukarya. En este dominio se incluyen, como se ha mencionado, los reinos de los protistas, hongos, plantas y animales. Es decir, las células de estos grupos tienen el ADN confinado por una doble membrana biológica llamada envoltura nuclear. Además, la célula eucarionte tiene en general varios compartimientos en donde se localizan diversas funciones. Ejemplos de estos compartimientos son organelos como el núcleo, la mitocondria, el cloroplasto, el retículo endoplásmico, el aparato de Golgi, los lisosomas y los peroxisomas. También presentan otros componentes muy organizados como el citoesqueleto. Asimismo, la célula eucarionte en general se divide por medio de mitosis, un proceso diferente al de la bipartición de procariontes. Aunque no tiene plásmido como las bacterias, si presenta ADN fuera del núcleo, en las mitocondrias y en los cloroplastos. Este ADN, sin embargo, tiene características similares a las del ADN de los procariontes.
El origen de los eucariontes ha sido uno de los temas biológicos mas discutidos. Se parte de la idea de que los primitivos eucariontes debieron ser células simples que carecían de mitocondrias y cloroplastos, similar a algunos de los eucariontes tempranamente divergentes ("primitivos") actuales, como el parasito unicelular causante de diarrea en niños, Giardia, o la especie que afecta a la vagina, Trichomonas vaginalis. Sin embargo, mientras para algunos investigadores estos organismos constituyen reliquias de células primitivas que nunca sufrieron procesos de endosimbiosis, para otros, se trata de eucariontes que tuvieron mitocondrias pero, por alguna razón, las perdieron en el transcurso de su evolución.
La hipótesis mas aceptada sobre el origen de los eucariontes propone que, por lo menos en lo referente a mitocondrias y cloroplastos, estos son el resultado de la fusión de varias líneas de bacterias y posiblemente también de arqueas. Un tipo bacteriano aerobio habría ingresado en el interior de un eucarionte primitivo que quizá ya tenía un núcleo y un sistema primitivo de endomembranas formados por la invaginación de la membrana plasmática.
Las bacterias aerobias establecidas de forma permanente en el interior de los eucariontes primitivos probablemente les proporcionaban energía en abundancia a cambio de alojamiento y alimento asegurado. Con el tiempo, estos procariontes perdieron su individualidad al transferir parte de su genoma al genoma de la célula hospedera y, paulatinamente, se convirtieron en mitocondrias.
De la misma manera, un grupo de procariontes fotosintetizadores confirieron la nueva e importante cualidad de aprovechar la energía solar y usar como fuente de carbono una sustancia inorgánica. Se supone que estos procariontes fotoautótrofos fueron los ancestros de los cloroplastos, organelos fotosintetizadores de las algas unicelulares y de las plantas. Es importante subrayar que la presencia de estos endosimbiontes que optimizaron el aprovechamiento de la energía en las células eucariontes primitivas, tuvo un impacto enorme en la evolución posterior de los organismos multicelulares.
De acuerdo con Margulis, quien retomo la hipótesis de la endosimbiosis propuesta desde hace más de un siglo, las evidencias que respaldan el origen endosimbiótico de cloroplastos y mitocondrias se refieren a lo siguiente: 1] La presencia de ADN y ribosomas muy similares a los de las bacterias; 2] Ambos organelos presentan su ADN en forma de cadenas cerradas que es típica de los procariontes; 3] El tamaño y la estructura de la mitocondria es parecida a la de una bacteria gramnegativa sin pared celular, y 4] de manera similar, los cloroplastos se asemejan a las cianobacterias, que efectúan una fotosíntesis análoga a la de los eucariontes fotoautótrofos.
