Organismos unicelulares: características, reproducción, nutrición
Los organismos unicelulares son seres cuyo material genético, maquinaria enzimática, proteínas y demás moléculas necesarias para la vida se encuentran confinadas en una sola célula. Gracias a ello, son entes biológicos sumamente complejo, a menudo de muy pequeño tamaño.
De los tres dominios de la vida, dos de ellos – las arqueas y las bacterias – están formado por organismos unicelulares. Además de ser unicelulares, estos organismos procariotas carecen de núcleo y son extremadamente diversos y abundantes.
En el dominio restante, los eucariotas, encontramos organismos tanto unicelulares como pluricelulares. Dentro de los unicelulares tenemos a los protozoos, algunos hongos y algunas algas.
Índice del artículo
- 1 Características principales
- 2 Diferencias entre bacterias y arqueas
- 3 Diferencias con organismos pluricelulares
- 4 Reproducción
- 5 Abundancia
- 6 Nutrición
- 7 Ejemplos de organismos unicelulares
- 8 Referencias
Hace aproximadamente 200 años, los biólogos de la época consideraban que los organismos formados por una sola célula eran relativamente sencillos. Esta conclusión se debía a la poca información que recibían de las lentes que usaban para su visualización.
Hoy en día, gracias a los avances tecnológicos relacionados a la microscopia, podemos visualizar el complejo entramado de estructuras que poseen los seres unicelulares y la gran diversidad que exhiben estos linajes. A continuación discutiremos las estructuras más relevantes en los organismos unicelulares, tanto en eucariotas como en procariotas.
Material genético
La característica más resaltante de una célula procariota es la carencia de una membrana que delimite el material genético. Es decir, la ausencia de un núcleo verdadero.
En contraste, el ADN se ubica como una estructura prominente: el cromosoma. En la mayoría de bacterias y arqueas, el ADN está organizado en un cromosoma circular grande asociado a proteínas.
En una bacteria modelo, como Escherichia coli (en los apartados siguiente hablaremos más de su biología), el cromosoma alcanza una longitud lineal de hasta 1 mm, casi 500 veces el tamaño de la célula.
Para lograr almacenar todo este material, el ADN debe tomar una conformación súper-enrollada. Este ejemplo es extrapolable a la mayoría de los integrantes de las bacterias. La región física donde se ubica esta estructura compacta de material genético se denomina nucleoide.
Además del cromosoma, los organismos procariotas pueden poseer cientos de pequeñas moléculas de ADN adicionales, denominadas plásmidos.
Estos, al igual que el cromosoma, codifican para genes específicos, pero se encuentran físicamente aislados del mismo. Como son útiles en circunstancias muy puntuales, conforman una especie de elementos genéticos auxiliares.
Ribosomas
Para la fabricación de las proteínas, las células procariotas cuentan con una compleja maquinaria enzimática denominada ribosomas, distribuyéndose en todo el interior celular. Cada célula puede contener unos 10.000 ribosomas.
Maquinaria fotosintética
Las bacterias que llevan a cabo fotosíntesis poseen una maquinaria adicional que les permite la captación de la luz solar y posterior conversión en energía química. Las membranas de las bacterias fotosintéticas poseen invaginaciones donde se almacenan las enzimas y pigmentos necesarios para las complejas reacciones que realizan.
Estas vesículas fotosintéticas pueden mantenerse unidas a la membrana plasmática o bien pueden desprenderse y ubicarse en el interior celular.
Citoesqueleto
Como su nombre lo indica, el citoesqueleto es el esqueleto de la célula. La base de esta estructura está compuesta por fibras de naturaleza proteica, esenciales para el proceso de división celular y para el mantenimiento de la forma celular.
Investigaciones recientes han demostrado que el citoesqueleto en procariotas está formado por un entramado complejo de filamentos, y no es tan simple como anteriormente se pensaba.
Organelas en procariotas
Históricamente, una de las características más resaltantes de un organismo procariota era su carencia de compartimentos internos u organelas.
Hoy en día se acepta que las bacterias poseen tipos específicos de organelas (compartimientos rodeados por membranas) relacionados con el almacenamiento de iones de calcio, cristales minerales que participan en la orientación celular, y de enzimas.
Dentro del linaje de los eucariotas también tenemos organismos unicelulares. Estos se caracterizan por tener el material genético confinado en un organelo rodeado de una membrana dinámica y compleja.
La maquinaria para la fabricación de proteínas también está formada por los ribosomas en estos organismos. Sin embargo, en los eucariotas estos son más grandes. De hecho, la diferencia de tamaño en los ribosomas es una de las diferencias principales entre ambos grupos.
Las células eucariotas son más complejas que las procariotas descritas en el apartado anterior, ya que presentan subcompartimentos rodeados por una o varias membranas denominadas organelas. Entre ellas tenemos a las mitocondrias, retículo endoplasmático, aparato de Golgi, vacuolas y lisosomas, entre otros.
En el caso de los organismos con capacidad de realizar fotosíntesis, tienen la maquinaria enzimática y pigmentos almacenados en estructuras denominados plastos. Los más conocidos son los cloroplastos, aunque también existen los amiloplastos, cromoplastos, etioplastos, entre otros.
Algunos eucariotas unicelulares presentan pared celular, como las algas y los hongos (aunque varían en la naturaleza química de las mismas).
Como mencionamos, los dominios de arqueas y bacterias están formados por individuos unicelulares. Sin embargo, el hecho de compartir esta característica no quiere decir que los linajes sean iguales.
Si comparamos a fondo ambos grupos nos daremos cuenta que difieren de la misma manera que nosotros – o cualquier otro mamífero – diferimos de un pez. Las diferencias fundamentales son las siguientes.
Empezando desde los límites celulares, las moléculas que forman la pared y la membrana de ambos linajes difieren profundamente. En las bacterias, los fosfolípidos consisten en ácidos grasos unidos a un glicerol. En contraste, las arqueas presentan fosfolípidos (isoprenoides) altamente ramificados anclados al glicerol.
Además, los enlaces que forman a los fosfolípidos también difieren, trayendo como consecuencia una membrana más estable en las arqueas. Por esta razón, las arqueas pueden vivir en ambientes donde las condiciones de temperatura, pH y demás son extremas.
La pared celular es una estructura que protege al organismo celular del estrés osmótico generado por la diferencia de concentraciones entre el interior celular y el medio ambiente, formando una especie de exoesqueleto.
Generalmente, la célula exhibe una concentración elevada de solutos. Según los principios de ósmosis y difusión, el agua entraría a la célula, expandiendo su volumen.
La pared protege a la célula de la ruptura, gracias a su estructura firme y fibrosa. En las bacterias, el componente estructural principal es el peptidoglicano, aunque pueden estar presentes ciertas moléculas, como glicolípidos.
En el caso de las arqueas, la naturaleza de la pared celular es bastante variable y en algunos casos desconocida. No obstante, el peptidoglicano ha estado ausente en los estudios realizados hasta la fecha.
En términos de la organización estructural del material genético, las arqueas son más parecidas a los organismos eucariotas, ya que los genes se encuentran interrumpidos por regiones que no serán traducidas, denominados intrones – el término usado para las regiones que sí se traduce es “exón”.
Contrariamente, la organización del genoma bacteriano se realiza principalmente en operones, donde los genes se encuentran en unidades funcionales ubicados una tras otra, sin interrupciones.
La diferencia crucial entre un organismo pluricelular y uno unicelular es el número de células que componen al organismo.
Los organismos pluricelulares se componen de más de una célula, y generalmente cada una está especializada en una labor particular, siendo la división de las tareas una de sus características más resaltantes.
En otras palabras, como la célula ya no tiene que realizar todas las actividades necesarias para mantener a un organismo vivo, surge la división de las tareas.
Por ejemplo, las células neuronales cumplen tareas completamente diferentes a las que llevan a cabo las células del riñón o las musculares.
Esta diferencia de las tareas realizadas se expresa en diferencias morfológicas. Es decir, no todas las células que componen a un organismo pluricelular son iguales en su forma – las neuronas tienen forma de árbol, las células musculares son alargadas, y así sucesivamente.
Las células especializadas de los organismos pluricelulares se agrupan en tejidos y estos a su vez en órganos. Los órganos que cumplen funciones similares o complementarias se agrupan en sistemas. Así, tenemos una organización jerárquica estructural que no aparece en los entes unicelulares.
Los organismos unicelulares se reproducen asexualmente. Nótese que en estos organismos no hay estructuras especiales involucradas en la reproducción, como ocurre en distintas especies de seres pluricelulares.
En este tipo de reproducción asexual, un padre da origen a la descendencia sin necesidad de un compañero sexual, ni de la fusión de gametos.
La reproducción asexual se clasifica de distintas maneras, generalmente usando como referencia el plano o la forma de división que use el organismo para dividirse.
Un tipo común es la fisión binaria, donde un individuo da origen a dos organismos, idénticos al parental. Algunos tienen la capacidad de realizar fisión generando más de dos descendientes, lo que se conoce como fisión múltiple.
Otro tipo es la gemación, donde un organismo da origen a uno más pequeño. En estos casos, el organismo parental brota una prolongación que sigue creciente hasta un tamaño adecuado y seguidamente se desprende de su progenitor. Otros organismos unicelulares pueden reproducirse mediante la formación de esporas.
Aunque la reproducción asexual es típica de los organismos unicelulares, no es única de este linaje. Ciertos organismos pluricelulares, como las algas, las esponjas, los equinodermos, entre otros pueden reproducirse mediante esta modalidad.
Aunque en los organismos procariotas no existe la reproducción sexual, estos pueden intercambiar material genético con otros individuos mediante un evento denominado transferencia horizontal de genes. Este intercambio no involucra paso del material de padres a hijos, sino que ocurre entre individuos de una misma generación.
Esto ocurre por tres mecanismos fundamentales: la conjugación, la transformación y la transducción. En el primer tipo se pueden intercambiar trozos largos de ADN mediante conexiones físicas entre dos individuos por medio de un pili sexual.
En los dos mecanismos el tamaño del ADN intercambiado es menor. La transformación es la toma de ADN desnudo por una bacteria y la transducción es la recepción de ADN foráneo consecuencia de una infección viral.
La vida se puede dividir en tres dominios principales: las arqueas, las bacterias y los eucariotas. Los dos primeros son procariotas, porque su núcleo no está rodeado de una membrana y son todos organismos unicelulares.
Según estimados actuales, existen más de 3.1030 individuos de bacterias y arqueas en la tierra, la mayoría de ella sin nombre y sin descripción. De hecho, nuestro propio cuerpo está formado por poblaciones dinámicas de estos organismos, que establecen relaciones simbióticas con nosotros.
La nutrición en los organismos unicelulares es extremadamente variada. Existen tanto organismos heterótrofos como autótrofos.
Los primeros tienen que consumir su alimento del medio ambiente, generalmente fagocitando partículas nutritivas. Las variantes autótrofas poseen toda la maquinaria necesaria para la conversión de energía lumínica en química, almacenada en azúcares.
Como cualquier organismo vivo, los unicelulares requieren de ciertos nutrientes como agua, una fuente de carbono, iones minerales, entre otros, para su crecimiento y reproducción óptima. Sin embargo, algunos requieren también de nutrientes específicos.
Debido a la gran diversidad de los organismos unicelulares, es complejo hacer una lista de ejemplos. Sin embargo, mencionaremos a los organismos modelo en biología y a organismos con relevancia médica e industrial:
El organismo mejor estudiado es, sin lugar a dudas, la bacteria Escherichia coli. Aunque algunas cepas pueden tener consecuencias negativas para la salud, E. coli es un componente normal y abundante de la microbiota humana.
Es beneficiosa bajo distintas perspectivas. En nuestro tracto digestivo la bacteria ayuda a la producción de ciertas vitaminas y a excluir competitivamente a microorganismos patógenos que pudieran ingresar a nuestro organismo.
Además, en los laboratorios de biología es uno de los organismos modelos más usados, siendo de gran utilidad para los descubrimientos en la ciencia.
Es un parásito protozoario que vive dentro de las células y causante de la enfermedad de Chagas. Este es considerado un problema de salud pública importante en más de 17 países localizados en el trópico.
Una de las características más resaltantes de este parásito es la presencia de un flagelo para la locomoción y una sola mitocondria. Son transmitidos a su huésped mamífero por unos insectos pertenecientes a la familia Hemiptera, denominados triatominos.
Otros ejemplos de microorganismos son Giardia, Euglena, Plasmodium, Paramecium, Saccharomyces cerevisiae, entre otros.
- Alexander, M. (1961). Introduction to soil microbiology. John Wiley and Sons, Inc..
- Baker, G. C., Smith, J. J., & Cowan, D. A. (2003). Review and re-analysis of domain-specific 16S primers. Journal of microbiological methods, 55(3), 541-555.
- Forbes, B. A., Sahm, D. F., & Weissfeld, A. S. (2007). Diagnostic microbiology. Mosby.
- Freeman, S. (2017). Biological science. Pearson Education.
- Murray, P. R., Rosenthal, K. S., & Pfaller, M. A. (2015). Medical microbiology. Elsevier Health Sciences.
- Reece, J. B., Urry, L. A., Cain, M. L., Wasserman, S. A., Minorsky, P. V., & Jackson, R. B. (2014). Campbell biology. Pearson education.