La acaparadora estrella de la película de la vida

La vida en la Tierra presenta una variedad sorprendente, tanto de formas como de funciones. Sin embargo, hay una característica común a todas las formas de vida conocida: desde las ubicuas bacterias hasta los mamíferos, pasando por las plantas, los organismos vivos están formados por células.

Entre la vida y la muerte de un organismo, la célula lo hace todo: edifica, repara, controla, cambia, regula, sincroniza, informa, ordena... Debido a su papel clave en la organización de un organismo, las células son, a la vez, blanco y escudo protector en la mayoría de las enfermedades, produciendo tumores cuando se dividen indiscriminadamente, o protegiéndonos de los agentes patógenos por medio del sistema inmune.

Del nacimiento a la muerte de un organismo, la célula lo hace todo: edifica, repara, controla, cambia, regula, sincroniza, informa, ordena...

La muerte programada es un proceso fundamental. Durante la génesis del embrión muere hasta el 70% de las células en algunas estructuras

Las células forman la estructura íntima de los organismos pluricelulares, actuando como módulos que se entrelazan para construir los distintos órganos y tejidos. Pero las células, individualmente, poseen una limitada variedad de comportamientos: pueden quedarse en reposo, dividirse, migrar o morirse. Las células también se diferencian, es decir, se especializan para llevar a cabo tareas muy determinadas. Un gran enigma de la ciencia moderna es entender cómo las células, con estas opciones aparentemente limitadas, consiguen formar estructuras tan complejas y diversas como un brazo, un corazón o un ojo.

La célula, unidad fundamental de la vida, cumple los requerimientos esenciales de los sistemas vivos. ¿Cuáles son estas características?

La vida es acción. La vida es un proceso de múltiples mecanismos en constante renovación y en continuo equilibrio con el medio. Sus misterios están guardados celosamente en los profundos secretos de su organización, donde moléculas y reacciones químicas danzan al ritmo impuesto por la dinámica de millones de años de procesos evolutivos. Hay una serie de características fundamentales que conjuntamente contribuyen a definir la vida: la autoorganización, la estabilidad, la reproducción y la utilización de energía externa (ver recuadro). Todas esas características pueden encontrarse por separado en la naturaleza en diversos fenómenos físicos y químicos, pero es su combinación lo que define a los seres vivos.

La vida en la Tierra está basada en el carbono. Junto a este elemento, el hidrógeno, el oxígeno y el nitrógeno son los átomos básicos, en torno a los cuales se han organizado los componentes celulares. El carbono forma multitud de cadenas y anillos, junto con el oxígeno y el nitrógeno, para construir el esqueleto de las moléculas fundamentales de la vida: los azúcares, las grasas y las proteínas. Todos estos tipos de moléculas se utilizan tanto como fuente de energía para las células como para construir sus componentes básicos.

El agua, por su parte, ha desempeñado un papel determinante en la evolución de la vida en la Tierra: la vida se originó en el agua y sigue transcurriendo dentro de ella. Aunque muchos organismos hayan conquistado el medio terrestre, un tejido vivo posee un volumen medio de agua de entre el 75% y el 80%, y la gran mayoría de las reacciones químicas dentro de un organismo ocurren en un ambiente acuoso.

Todos los seres vivos están formados por células. El debate sobre si los virus, plásmidos y priones (proteínas que actúan con propiedades víricas y producen enfermedades como la de las vacas locas) pueden considerarse seres vivos no está definitivamente cerrado, pero dado que su reproducción depende de la célula a la que infectan, la mayoría de científicos no los considera como tales.

Entre una sola y billones

Algunos organismos, como las bacterias, sólo poseen una célula, mientras que otros, como los animales, poseen números astronómicos (un humano tiene alrededor de 75 billones). Además de esta distinción entre organismos de una o más de una célula, hay una distinción aún más importante que divide a los organismos en dos grandes grupos: los procariotas y los eucariotas.

De los cinco reinos de la naturaleza, el de las bacterias (denominado Monera) posee células de organización más simple que los demás; por ello, al reino Monera se le denomina procariota (células primitivas). Su material genético se encuentra empaquetado en un único cromosoma y en contacto con el resto de los componentes moleculares de la célula.

Los otros cuatro reinos (que agrupan a los organismos unicelulares con núcleo, las plantas, los hongos y los animales) se reúnen bajo la denominación de eucariotas (células verdaderas). Tienen un núcleo rodeado de membrana (donde reside el material genético, que queda así aislado del resto de los componentes de la célula) e incorporan or-gánulos en su citoplasma.

Uno de los problemas fundamentales de la biología es comprender cómo a partir de una célula inicial (el ovocito fecundado o cigoto) se forma un organismo pluricelular completo con toda su compleja estructura tridimensional. El ovocito se divide en dos células hijas, las cuales, a su vez, se dividen en otras dos, y así sucesivamente. Después de seis divisiones, ya ha pasado a tener 2×2×2×2×2×2=64 células. Después de 20 divisiones sucesivas, ¡el embrión tiene ya por encima del millón!

Las principales actividades

Si las células sólo se dividieran, sin más, lo único que se conseguiría es una masa celular amorfa. En vez de ello, gracias a una serie de procesos denominados morfogenéticos, las células logran generar una estructura coherente y funcional, con una organización espacial muy elaborada. Para ello, además de la división o proliferación, las células llevan a cabo otras actividades morfogenéticas: la muerte, la migración y la diferenciación. A ellas hay que agregar la propiedad de adhesión diferencial, que determina diferentes grados de cohesión para la formación de tejidos.

La división celular se conoce con el nombre de mitosis. Mediante este proceso fundamental se ha asegurado la continuidad de la vida desde la aparición de la primera célula hace más de 3.500 millones de años, y convierte a todos los seres vivos en miembros de una cadena común. La división celular en una célula con núcleo tiene que cumplir dos objetivos básicos: hacer que cada célula hija posea un juego completo de cromosomas y dotarlas de los orgánulos esenciales para que puedan llevar a cabo las actividades celulares normales.

La muerte celular es otro proceso fundamental. Puede producirse mediante la activación de un programa específico de autodestrucción (apoptosis) o por causas naturales de degradación molecular. La apoptosis tiene una importancia capital para el desarrollo correcto de los órganos en un embrión. El número de células que mueren durante la génesis del embrión es de hasta el 70% en algunas estructuras. Gracias a este proceso, los tejidos van formando muchos de los detalles de los futuros órganos, como si la naturaleza estuviese retirando células con la habilidad con la que un escultor cincela la piedra.

Por ejemplo, cuando la mano comienza a desarrollarse no hay dedos: el primordio embrionario es un agregado de tejido, formando algo parecido a una manopla. Los dedos aparecen como consecuencia de la muerte programada de miles de células situadas entre los futuros dedos. Diversas malformaciones en las que los dedos aparecen unidos por una membrana suceden cuando esas células no mueren.

Otra actividad celular es la migración. Las células de un embrión en desarrollo realizan viajes de increíble complejidad. Por ejemplo, el corazón se origina a partir de unas células de uno de los tres tejidos embrionarios llamado mesodermo, que migran hacia la parte media del embrión para formar el tubo cardiaco, que dará origen al corazón. Los axones de las células nerviosas o neuronas recorren enormes distancias dentro del embrión para llegar a situar sus prolongaciones en los lugares adecuados para su funcionamiento, tales como células musculares, células de la piel o células del epitelio intestinal.

Por último, los procesos de diferenciación celular hacen que las células, en un principio con la capacidad de dar lugar a cualquier tipo celular, vayan perdiendo esa capacidad hasta convertirse en un tipo específico. Este proceso se realiza de manera gradual desde los primeros estadios de desarrollo. La célula termina por expresar una serie de proteínas específicas y por mostrar una forma y función característica; por ejemplo, una neurona, un glóbulo rojo, una célula muscular del corazón o una célula de la piel. En la especie humana hay 250 tipos celulares distintos.

La actuación concertada y organizada en el tiempo y en el espacio de estos comportamientos celulares básicos (división, muerte, migración y diferenciación) permite tanto la correcta construcción de un embrión como el mantenimiento de un individuo a lo largo de su ciclo vital. Errores en estos procesos producen malformaciones en el embrión en desarrollo y enfermedades en el individuo adulto, tales como el cáncer. Esta enfermedad se produce cuando células de un tejido sufren transformaciones que pueden afectar a su diferenciación, a un aumento de sus tasas de crecimiento y proliferación, y a la invasión de los tejidos vecinos o de otros más lejanos a través del sistema circulatorio.

Desarrollo y crecimiento, regulación y enfermedad, son todos procesos que responden a los mismos mecanismos. La clave entre la vida y la muerte, el ser o no ser de la biología, reside en la puesta en marcha de estos mecanismos en el momento adecuado y en el sitio oportuno.