Organismo
Definición
En biología, un organismo (del griego: ὀργανισμός, organismos ) es cualquier entidad individual que exhibe las propiedades de la vida. Es un sinónimo de "forma de vida".
Los organismos se clasifican por taxonomía en grupos específicos, como los animales multicelulares, las plantas y los hongos; o microorganismos unicelulares tales como protistas, bacterias y arqueas. Todos los tipos de organismos son capaces de reproducción, crecimiento y desarrollo, mantenimiento y cierto grado de respuesta a los estímulos. Los seres humanos son animales multicelulares compuestos por muchos trillones de células que se diferencian durante el desarrollo en tejidos y órganos especializados.
Un organismo puede ser un procariota o un eucariota. Los procariotas están representados por dos dominios separados: bacterias y arqueas. Los organismos eucarióticos se caracterizan por la presencia de un núcleo celular unido a la membrana y contienen compartimentos adicionales unidos a la membrana llamados orgánulos (como mitocondrias en animales y plantas y plástidos en plantas y algas, todos generalmente considerados derivados de bacterias endosimbióticas). Los hongos, los animales y las plantas son ejemplos de reinos de organismos dentro de los eucariotas.
Las estimaciones sobre el número de especies actuales de la Tierra varían de 10 millones a 14 millones, de los cuales solo alrededor de 1,2 millones han sido documentados. Se estima que más del 99% de todas las especies, que suman más de cinco mil millones de especies, que alguna vez vivieron se extinguieron. En 2016, se identificó un conjunto de 355 genes del último ancestro común universal (LUCA) de todos los organismos.
Etimología
El término "organismo" (de ὀργανισμός griega, Organismos , desde ὄργανον, Organon , es decir, "instrumento, implementar, herramienta, órgano del sentido o aprehensión") apareció por primera vez en el idioma Inglés en 1703 y tomó en su definición actual para 1834 (Oxford Diccionario de inglés). Está directamente relacionado con el término "organización". Existe una larga tradición de definir organismos como seres autoorganizados, remontándose al menos a la Crítica del juicio de 1790 de Immanuel Kant .
Definiciones
Un organismo se puede definir como un conjunto de moléculas que funcionan como un todo más o menos estable que exhibe las propiedades de la vida. Las definiciones del diccionario pueden ser amplias, utilizando frases como "cualquier estructura viva, como una planta, animal, hongo o bacteria, capaz de crecer y reproducirse". Muchas definiciones excluyen virus y posibles formas de vida no orgánicas creadas por el hombre, ya que los virus dependen de la maquinaria bioquímica de una célula anfitriona para la reproducción. Un superorganismo es un organismo que consiste en muchas personas que trabajan juntas como una sola unidad funcional o social.
Ha habido controversia sobre la mejor manera de definir el organismo y, de hecho, sobre si dicha definición es necesaria o no. Varias contribuciones son respuestas a la sugerencia de que la categoría de "organismo" bien puede no ser adecuada en biología.
Vida no celular
Los virus generalmente no se consideran organismos porque son incapaces de reproducción, crecimiento o metabolismo autónomos. Esta controversia es problemática porque algunos organismos celulares también son incapaces de supervivencia independiente (pero son capaces de metabolismo y procreación independientes) y viven como parásitos intracelulares obligatorios. Aunque los virus tienen algunas enzimas y moléculas características de organismos vivos, no tienen metabolismo propio; no pueden sintetizar y organizar los compuestos orgánicos de los que se forman. Naturalmente, esto excluye la reproducción autónoma: solo pueden ser pasivamente replicados por la maquinaria de la célula anfitriona. En este sentido, son similares a la materia inanimada. Mientras que los virus no soportan un metabolismo independiente y, por lo tanto, generalmente no se clasifican como organismos,
El argumento más común en apoyo de los virus como organismos vivos es su capacidad para experimentar la evolución y replicarse mediante el autoensamblaje. Algunos científicos sostienen que los virus ni evolucionan ni se autorreproducen. De hecho, los virus son evolucionados por sus células hospedadoras, lo que significa que hubo coevolución de virus y células huésped. Si las células huésped no existieran, la evolución viral sería imposible. Esto no es verdad para las células. Si no existieran virus, la dirección de la evolución celular podría ser diferente, pero las células podrían evolucionar. En cuanto a la reproducción, los virus dependen totalmente de la maquinaria de los hosts para replicarse. El descubrimiento de megagenomas virales con genes que codifican el metabolismo energético y la síntesis de proteínas alimentó el debate sobre si los virus pertenecen al árbol de la vida. La presencia de estos genes sugirió que los virus pudieron metabolizar alguna vez. Sin embargo, se descubrió más tarde que los genes que codifican el metabolismo de la energía y la proteína tienen un origen celular. Lo más probable es que estos genes se adquirieron a través de la transferencia horizontal de genes de huéspedes virales.
Química
Los organismos son sistemas químicos complejos, organizados de maneras que promueven la reproducción y algunas medidas de sostenibilidad o supervivencia. Las mismas leyes que gobiernan la química no viviente gobiernan los procesos químicos de la vida. En general, son los fenómenos de organismos enteros los que determinan su aptitud para un entorno y, por lo tanto, la capacidad de supervivencia de sus genes basados en ADN.
Los organismos claramente deben su origen, metabolismo y muchas otras funciones internas a los fenómenos químicos, especialmente la química de las moléculas orgánicas grandes. Los organismos son sistemas complejos de compuestos químicos que, a través de la interacción y el medio ambiente, desempeñan una amplia variedad de funciones.
Los organismos son sistemas químicos semicerrados. Aunque son unidades de vida individuales (como lo requiere la definición), no están cerradas al entorno que las rodea. Para operar, constantemente absorben y liberan energía. Los autótrofos producen energía utilizable (en forma de compuestos orgánicos) usando luz del sol o compuestos inorgánicos mientras que los heterótrofos toman compuestos orgánicos del medio ambiente.
El elemento químico primario en estos compuestos es el carbono. Las propiedades químicas de este elemento, como su gran afinidad por la unión con otros átomos pequeños, incluidos otros átomos de carbono, y su pequeño tamaño que lo hace capaz de formar enlaces múltiples, lo hacen ideal como base de la vida orgánica. Es capaz de formar pequeños compuestos de tres átomos (como el dióxido de carbono), así como grandes cadenas de muchos miles de átomos que pueden almacenar datos (ácidos nucleicos), mantener unidas las células y transmitir información (proteína).
Macromoléculas
Los compuestos que componen los organismos se pueden dividir en macromoléculas y otras moléculas más pequeñas. Los cuatro grupos de macromoléculas son ácidos nucleicos, proteínas, carbohidratos y lípidos. Los ácidos nucleicos (específicamente ácido desoxirribonucleico, o ADN) almacenan datos genéticos como una secuencia de nucleótidos. La secuencia particular de los cuatro tipos diferentes de nucleótidos (adenina, citosina, guanina y timina) dicta muchas características que constituyen el organismo. La secuencia se divide en codones, cada uno de los cuales es una secuencia particular de tres nucleótidos y corresponde a un aminoácido particular. Por lo tanto, una secuencia de ADN codifica una proteína particular que, debido a las propiedades químicas de los aminoácidos de los que está hecha, se pliega de una manera particular y por lo tanto realiza una función particular.
Estas funciones de proteínas han sido reconocidas:
- Enzimas, que catalizan todas las reacciones del metabolismo
- Proteínas estructurales, como tubulina o colágeno
- Proteínas reguladoras, como factores de transcripción o ciclinas que regulan el ciclo celular
- Moléculas de señalización o sus receptores, como algunas hormonas y sus receptores
- Proteínas defensivas, que pueden incluir desde anticuerpos del sistema inmune hasta toxinas (p. Ej., Dendrotoxinas de serpientes) hasta proteínas que incluyen aminoácidos inusuales como la canavanina.
Una bicapa de fosfolípidos forma la membrana de las células que constituye una barrera, que contiene todo dentro de la célula y evita que los compuestos entren y salgan libremente de la célula. Debido a la permeabilidad selectiva de la membrana de fosfolípidos, solo los compuestos específicos pueden atravesarla. En algunos organismos multicelulares sirven como un almacenamiento de energía y median la comunicación entre las células. Los carbohidratos se degradan más fácilmente que los lípidos y producen más energía para compararlos con los lípidos y las proteínas. De hecho, los carbohidratos son la principal fuente de energía para todos los organismos vivos.
Estructura
Todos los organismos consisten en unidades estructurales llamadas células; algunos contienen una sola célula (unicelular) y otros contienen muchas unidades (multicelulares). Los organismos multicelulares pueden especializar células para realizar funciones específicas. Un grupo de tales células es un tejido, y en animales se presentan como cuatro tipos básicos, a saber, epitelio, tejido nervioso, tejido muscular y tejido conjuntivo. Varios tipos de tejido trabajan juntos en forma de un órgano para producir una función particular (como el bombeo de la sangre por el corazón o como una barrera para el medio ambiente como la piel). Este patrón continúa a un nivel más alto con varios órganos que funcionan como un sistema de órganos como el sistema reproductivo y el sistema digestivo. Muchos organismos multicelulares consisten en varios sistemas de órganos, que se coordinan para permitir la vida.
Celda
La teoría celular, desarrollada por primera vez en 1839 por Schleiden y Schwann, establece que todos los organismos están compuestos por una o más células; todas las células provienen de células preexistentes; y las células contienen la información hereditaria necesaria para regular las funciones de las células y para transmitir información a la siguiente generación de células.
Hay dos tipos de células, eucarióticas y procariotas. Las células procariotas generalmente son únicas, mientras que las células eucariotas generalmente se encuentran en organismos multicelulares. Las células procariotas carecen de una membrana nuclear, por lo que el ADN está desatado dentro de la célula; las células eucariotas tienen membranas nucleares.
Todas las células, ya sean procariotas o eucariotas, tienen una membrana que envuelve a la célula, separa su interior de su entorno, regula lo que entra y sale, y mantiene el potencial eléctrico de la célula. Dentro de la membrana, un citoplasma salado ocupa la mayor parte del volumen celular. Todas las células poseen ADN, el material hereditario de los genes y ARN, que contiene la información necesaria para construir varias proteínas, como las enzimas, la maquinaria primaria de la célula. También hay otros tipos de biomoléculas en las células.
Todas las celdas comparten varias características similares de:
- Reproducción por división celular (fisión binaria, mitosis o meiosis).
- Uso de enzimas y otras proteínas codificadas por genes de ADN y hechas a través de intermediarios de ARN mensajero y ribosomas.
- Metabolismo, que incluye la toma de materias primas, la construcción de componentes celulares, la conversión de energía, las moléculas y la liberación de subproductos. El funcionamiento de una célula depende de su capacidad para extraer y utilizar la energía química almacenada en moléculas orgánicas. Esta energía se deriva de las vías metabólicas.
- Respuesta a estímulos externos e internos, como cambios en la temperatura, pH o niveles de nutrientes.
- Los contenidos de las células están contenidos dentro de una membrana de la superficie celular que contiene proteínas y una bicapa lipídica.
Evolución
Último ancestro común universal
El último ancestro común universal (LUCA) es el organismo más reciente del que descienden todos los organismos que viven en la Tierra. Por lo tanto, es el ancestro común más reciente de toda la vida actual en la Tierra. Se estima que el LUCA vivió hace unos 3.500 a 3.800 millones de años (en algún momento de la era paleoarqueana). La primera evidencia de vida en la Tierra es el grafito que se descubrió biogénico en rocas metasedimentarias de 3.700 millones de años descubiertas en el oeste de Groenlandia y fósiles de esteras microbianas halladas en areniscas de 3.48 billones de años descubiertas en Australia Occidental. Aunque se estima que más del 99 por ciento de todas las especies que alguna vez vivieron en el planeta se extinguieron, actualmente hay entre 10 y 14 millones de especies de vida en la Tierra.
La información sobre el desarrollo temprano de la vida incluye aportes de muchos campos diferentes, incluida la geología y la ciencia planetaria. Estas ciencias proporcionan información sobre la historia de la Tierra y los cambios producidos por la vida. Sin embargo, una gran cantidad de información sobre la Tierra primitiva ha sido destruida por los procesos geológicos en el transcurso del tiempo.
Todos los organismos descienden de un antecesor común o conjunto de genes ancestrales. La evidencia de descendencia común se puede encontrar en los rasgos compartidos entre todos los organismos vivos. En la época de Darwin, la evidencia de rasgos compartidos se basaba únicamente en la observación visible de similitudes morfológicas, como el hecho de que todas las aves tienen alas, incluso aquellas que no vuelan.
Existe una fuerte evidencia de la genética de que todos los organismos tienen un ancestro común. Por ejemplo, cada célula viva hace uso de ácidos nucleicos como su material genético, y utiliza los mismos veinte aminoácidos que los bloques de construcción para las proteínas. Todos los organismos utilizan el mismo código genético (con algunas desviaciones extremadamente raras y menores) para traducir secuencias de ácidos nucleicos en proteínas. La universalidad de estos rasgos sugiere fuertemente un ancestro común, porque la selección de muchos de estos rasgos parece arbitraria. La transferencia horizontal de genes hace que sea más difícil estudiar el último ancestro universal. Sin embargo, el uso universal del mismo código genético, los mismos nucleótidos y los mismos aminoácidos hace que la existencia de dicho antepasado sea abrumadoramente probable.
Ubicación de la raíz
La ubicación más comúnmente aceptada de la raíz del árbol de la vida es entre un dominio monofilético Bacterias y un clado formado por Archaea y Eukaryota de lo que se conoce como el "árbol de la vida tradicional" basado en varios estudios moleculares. Una minoría muy pequeña de estudios ha concluido de manera diferente, a saber, que la raíz está en el dominio Bacterias, ya sea en el filo Firmicutes o que el phylum Chloroflexi es basal a un clado con Archaea y Eukaryotes y el resto de Bacterias como lo propuso Thomas Cavalier- Herrero.
La investigación publicada en 2016, por William F. Martin, mediante el análisis genético de 6,1 millones de genes que codifican proteínas de genomas procarióticos secuenciados de varios árboles filogenéticos, identificó 355 grupos de proteínas de entre 286,514 grupos de proteínas que probablemente eran comunes al LUCA. Los resultados "muestran a LUCA como anaeróbico, fijación de CO 2 , dependiente de H 2 con una vía de Wood-Ljungdahl (la vía reductiva de acetil coenzima A), N 2-fijación y termófila La bioquímica de LUCA estaba repleta de clústeres de FeS y mecanismos de reacción radicales. Sus cofactores revelan la dependencia de metales de transición, flavinas, S-adenosil metionina, coenzima A, ferredoxina, molibdopterina, corrinas y selenio. Su código genético requería modificaciones de nucleósidos y metilaciones dependientes de S-adenosilmetionina. "Los resultados muestran la clostria metanogénica como un clado basal en los 355 linajes examinados, y sugieren que el LUCA habitaba un entorno de ventilación hidrotermal anaeróbico en un entorno geoquímicamente activo rico en H 2 , CO 2y hierro Sin embargo, la identificación de estos genes como presentes en LUCA fue criticada, lo que sugiere que muchas de las proteínas que se supone que están presentes en LUCA representan transferencias génicas horizontales posteriores entre arqueas y bacterias.
Reproducción
La reproducción sexual está muy extendida entre los eucariotas actuales, y probablemente estuvo presente en el último ancestro común. Esto es sugerido por el hallazgo de un conjunto central de genes para la meiosis en los descendientes de linajes que divergieron temprano del árbol evolutivo eucariótico. y Malik et al. Además, está respaldado por la evidencia de que los eucariotas considerados anteriormente como "asexuales antiguos", como Ameba , probablemente fueron sexuales en el pasado, y que la mayoría de los linajes ameboides asexuales actuales probablemente surgieron recientemente e independientemente.
En procariotas, la transformación bacteriana natural implica la transferencia de ADN de una bacteria a otra y la integración del ADN del donante en el cromosoma receptor mediante recombinación. La transformación bacteriana natural se considera un proceso sexual primitivo y se produce tanto en bacterias como en arqueas, aunque se ha estudiado principalmente en bacterias. La transformación es claramente una adaptación bacteriana y no una ocurrencia accidental, ya que depende de numerosos productos genéticos que interactúan específicamente entre sí para entrar en un estado de competencia natural para llevar a cabo este complejo proceso. La transformación es un modo común de transferencia de ADN entre procariotas.
Transferencia horizontal de genes
La ascendencia de los organismos vivos se ha reconstruido tradicionalmente a partir de la morfología, pero se complementa cada vez más con la filogenia: la reconstrucción de las filogenias mediante la comparación de la secuencia genética (ADN).
El biólogo Peter Gogarten sugiere que "la metáfora original de un árbol ya no se ajusta a los datos de la investigación reciente del genoma", por lo tanto "los biólogos (deberían) usar la metáfora de un mosaico para describir las diferentes historias combinadas en genomas individuales y usar la metáfora de una red para visualizar el rico intercambio y los efectos cooperativos de HGT entre los microbios ".
Futuro de la vida (clonación y organismos sintéticos)
La biotecnología moderna desafía los conceptos tradicionales de organismo y especie. La clonación es el proceso de crear un nuevo organismo multicelular, genéticamente idéntico a otro, con el potencial de crear especies de organismos completamente nuevas. La clonación es el tema de mucho debate ético.
En 2008, el Instituto J. Craig Venter ensambló un genoma bacteriano sintético, Mycoplasma genitalium , mediante el uso de la recombinación en levadura de 25 fragmentos de ADN superpuestos en un solo paso. El uso de recombinación de levadura simplifica enormemente el ensamblaje de moléculas de ADN grandes tanto de fragmentos sintéticos como naturales. Otras compañías, como Synthetic Genomics, ya se han formado para aprovechar los muchos usos comerciales de genomas diseñados a medida.