La acaparadora estrella de la pel¨ªcula de la vida

La vida en la Tierra presenta una variedad sorprendente, tanto de formas como de funciones. Sin embargo, hay una caracter¨ªstica com¨²n a todas las formas de vida conocida: desde las ubicuas bacterias hasta los mam¨ªferos, pasando por las plantas, los organismos vivos est¨¢n formados por c¨¦lulas.

Entre la vida y la muerte de un organismo, la c¨¦lula lo hace todo: edifica, repara, controla, cambia, regula, sincroniza, informa, ordena... Debido a su papel clave en la organizaci¨®n de un organismo, las c¨¦lulas son, a la vez, blanco y escudo protector en la mayor¨ªa de las enfermedades, produciendo tumores cuando se dividen indiscriminadamente, o protegi¨¦ndonos de los agentes pat¨®genos por medio del sistema inmune.

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

La muerte programada es un proceso fundamental. Durante la g¨¦nesis del embri¨®n muere hasta el 70% de las c¨¦lulas en algunas estructuras

Las c¨¦lulas forman la estructura ¨ªntima de los organismos pluricelulares, actuando como m¨®dulos que se entrelazan para construir los distintos ¨®rganos y tejidos. Pero las c¨¦lulas, individualmente, poseen una limitada variedad de comportamientos: pueden quedarse en reposo, dividirse, migrar o morirse. Las c¨¦lulas tambi¨¦n se diferencian, es decir, se especializan para llevar a cabo tareas muy determinadas. Un gran enigma de la ciencia moderna es entender c¨®mo las c¨¦lulas, con estas opciones aparentemente limitadas, consiguen formar estructuras tan complejas y diversas como un brazo, un coraz¨®n o un ojo.

La c¨¦lula, unidad fundamental de la vida, cumple los requerimientos esenciales de los sistemas vivos. ?Cu¨¢les son estas caracter¨ªsticas?

La vida es acci¨®n. La vida es un proceso de m¨²ltiples mecanismos en constante renovaci¨®n y en continuo equilibrio con el medio. Sus misterios est¨¢n guardados celosamente en los profundos secretos de su organizaci¨®n, donde mol¨¦culas y reacciones qu¨ªmicas danzan al ritmo impuesto por la din¨¢mica de millones de a?os de procesos evolutivos. Hay una serie de caracter¨ªsticas fundamentales que conjuntamente contribuyen a definir la vida: la autoorganizaci¨®n, la estabilidad, la reproducci¨®n y la utilizaci¨®n de energ¨ªa externa (ver recuadro). Todas esas caracter¨ªsticas pueden encontrarse por separado en la naturaleza en diversos fen¨®menos f¨ªsicos y qu¨ªmicos, pero es su combinaci¨®n lo que define a los seres vivos.

La vida en la Tierra est¨¢ basada en el carbono. Junto a este elemento, el hidr¨®geno, el ox¨ªgeno y el nitr¨®geno son los ¨¢tomos b¨¢sicos, en torno a los cuales se han organizado los componentes celulares. El carbono forma multitud de cadenas y anillos, junto con el ox¨ªgeno y el nitr¨®geno, para construir el esqueleto de las mol¨¦culas fundamentales de la vida: los az¨²cares, las grasas y las prote¨ªnas. Todos estos tipos de mol¨¦culas se utilizan tanto como fuente de energ¨ªa para las c¨¦lulas como para construir sus componentes b¨¢sicos.

El agua, por su parte, ha desempe?ado un papel determinante en la evoluci¨®n de la vida en la Tierra: la vida se origin¨® 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 mayor¨ªa de las reacciones qu¨ªmicas dentro de un organismo ocurren en un ambiente acuoso.

Todos los seres vivos est¨¢n formados por c¨¦lulas. El debate sobre si los virus, pl¨¢smidos y priones (prote¨ªnas que act¨²an con propiedades v¨ªricas y producen enfermedades como la de las vacas locas) pueden considerarse seres vivos no est¨¢ definitivamente cerrado, pero dado que su reproducci¨®n depende de la c¨¦lula a la que infectan, la mayor¨ªa de cient¨ªficos no los considera como tales.

Entre una sola y billones

Algunos organismos, como las bacterias, s¨®lo poseen una c¨¦lula, mientras que otros, como los animales, poseen n¨²meros astron¨®micos (un humano tiene alrededor de 75 billones). Adem¨¢s de esta distinci¨®n entre organismos de una o m¨¢s de una c¨¦lula, hay una distinci¨®n a¨²n m¨¢s 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 c¨¦lulas de organizaci¨®n m¨¢s simple que los dem¨¢s; por ello, al reino Monera se le denomina procariota (c¨¦lulas primitivas). Su material gen¨¦tico se encuentra empaquetado en un ¨²nico cromosoma y en contacto con el resto de los componentes moleculares de la c¨¦lula.

Los otros cuatro reinos (que agrupan a los organismos unicelulares con n¨²cleo, las plantas, los hongos y los animales) se re¨²nen bajo la denominaci¨®n de eucariotas (c¨¦lulas verdaderas). Tienen un n¨²cleo rodeado de membrana (donde reside el material gen¨¦tico, que queda as¨ª aislado del resto de los componentes de la c¨¦lula) e incorporan or-g¨¢nulos en su citoplasma.

Uno de los problemas fundamentales de la biolog¨ªa es comprender c¨®mo a partir de una c¨¦lula inicial (el ovocito fecundado o cigoto) se forma un organismo pluricelular completo con toda su compleja estructura tridimensional. El ovocito se divide en dos c¨¦lulas hijas, las cuales, a su vez, se dividen en otras dos, y as¨ª sucesivamente. Despu¨¦s de seis divisiones, ya ha pasado a tener 2¡Á2¡Á2¡Á2¡Á2¡Á2=64 c¨¦lulas. Despu¨¦s de 20 divisiones sucesivas, ?el embri¨®n tiene ya por encima del mill¨®n!

Las principales actividades

Si las c¨¦lulas s¨®lo se dividieran, sin m¨¢s, lo ¨²nico que se conseguir¨ªa es una masa celular amorfa. En vez de ello, gracias a una serie de procesos denominados morfogen¨¦ticos, las c¨¦lulas logran generar una estructura coherente y funcional, con una organizaci¨®n espacial muy elaborada. Para ello, adem¨¢s de la divisi¨®n o proliferaci¨®n, las c¨¦lulas llevan a cabo otras actividades morfogen¨¦ticas: la muerte, la migraci¨®n y la diferenciaci¨®n. A ellas hay que agregar la propiedad de adhesi¨®n diferencial, que determina diferentes grados de cohesi¨®n para la formaci¨®n de tejidos.

La divisi¨®n celular se conoce con el nombre de mitosis. Mediante este proceso fundamental se ha asegurado la continuidad de la vida desde la aparici¨®n de la primera c¨¦lula hace m¨¢s de 3.500 millones de a?os, y convierte a todos los seres vivos en miembros de una cadena com¨²n. La divisi¨®n celular en una c¨¦lula con n¨²cleo tiene que cumplir dos objetivos b¨¢sicos: hacer que cada c¨¦lula hija posea un juego completo de cromosomas y dotarlas de los org¨¢nulos esenciales para que puedan llevar a cabo las actividades celulares normales.

La muerte celular es otro proceso fundamental. Puede producirse mediante la activaci¨®n de un programa espec¨ªfico de autodestrucci¨®n (apoptosis) o por causas naturales de degradaci¨®n molecular. La apoptosis tiene una importancia capital para el desarrollo correcto de los ¨®rganos en un embri¨®n. El n¨²mero de c¨¦lulas que mueren durante la g¨¦nesis del embri¨®n es de hasta el 70% en algunas estructuras. Gracias a este proceso, los tejidos van formando muchos de los detalles de los futuros ¨®rganos, como si la naturaleza estuviese retirando c¨¦lulas 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 c¨¦lulas situadas entre los futuros dedos. Diversas malformaciones en las que los dedos aparecen unidos por una membrana suceden cuando esas c¨¦lulas no mueren.

Otra actividad celular es la migraci¨®n. Las c¨¦lulas de un embri¨®n en desarrollo realizan viajes de incre¨ªble complejidad. Por ejemplo, el coraz¨®n se origina a partir de unas c¨¦lulas de uno de los tres tejidos embrionarios llamado mesodermo, que migran hacia la parte media del embri¨®n para formar el tubo cardiaco, que dar¨¢ origen al coraz¨®n. Los axones de las c¨¦lulas nerviosas o neuronas recorren enormes distancias dentro del embri¨®n para llegar a situar sus prolongaciones en los lugares adecuados para su funcionamiento, tales como c¨¦lulas musculares, c¨¦lulas de la piel o c¨¦lulas del epitelio intestinal.

Por ¨²ltimo, los procesos de diferenciaci¨®n celular hacen que las c¨¦lulas, en un principio con la capacidad de dar lugar a cualquier tipo celular, vayan perdiendo esa capacidad hasta convertirse en un tipo espec¨ªfico. Este proceso se realiza de manera gradual desde los primeros estadios de desarrollo. La c¨¦lula termina por expresar una serie de prote¨ªnas espec¨ªficas y por mostrar una forma y funci¨®n caracter¨ªstica; por ejemplo, una neurona, un gl¨®bulo rojo, una c¨¦lula muscular del coraz¨®n o una c¨¦lula de la piel. En la especie humana hay 250 tipos celulares distintos.

La actuaci¨®n concertada y organizada en el tiempo y en el espacio de estos comportamientos celulares b¨¢sicos (divisi¨®n, muerte, migraci¨®n y diferenciaci¨®n) permite tanto la correcta construcci¨®n de un embri¨®n como el mantenimiento de un individuo a lo largo de su ciclo vital. Errores en estos procesos producen malformaciones en el embri¨®n en desarrollo y enfermedades en el individuo adulto, tales como el c¨¢ncer. Esta enfermedad se produce cuando c¨¦lulas de un tejido sufren transformaciones que pueden afectar a su diferenciaci¨®n, a un aumento de sus tasas de crecimiento y proliferaci¨®n, y a la invasi¨®n de los tejidos vecinos o de otros m¨¢s lejanos a trav¨¦s del sistema circulatorio.

Desarrollo y crecimiento, regulaci¨®n 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 biolog¨ªa, reside en la puesta en marcha de estos mecanismos en el momento adecuado y en el sitio oportuno.