Evolución, Células y Tejidos: Fundamentos de la Vida Pluricelular y Vegetal

Biodiversidad

Se refiere a la existencia de variabilidad entre los seres vivos que cohabitan en la biosfera.

Teorías Evolutivas

Lamarckismo (1809)

• Las especies cambian debido a las presiones ambientales.
• El uso y desuso de órganos conlleva su perfeccionamiento o atrofia.
• Los caracteres adquiridos a lo largo de la vida de un individuo para adaptarse al entorno pasan a la descendencia.

Darwinismo (1859)

• Lucha por la supervivencia: En las poblaciones nacen más individuos de los que pueden sobrevivir hasta la madurez.
• Variabilidad heredable: En las poblaciones existe una variabilidad heredable (diferencias que pueden resultar favorables).
• Supervivencia de los más aptos: Los individuos con características más favorables para su entorno tienen mayor probabilidad de sobrevivir y reproducirse.

Neodarwinismo: Teoría Sintética de la Evolución

La evolución es un cambio acumulativo e irreversible de la composición genética de las poblaciones. Puede sintetizarse en los siguientes puntos:

• La unidad evolutiva es la población: un grupo de individuos de la misma especie que coinciden en el espacio y el tiempo, y se reproducen entre sí.
• En las poblaciones existe variabilidad genética: diferentes alelos y diferentes combinaciones de ellos (genotipos).
• El acervo genético de las poblaciones, o conjunto de genotipos y sus frecuencias, cambia a lo largo del tiempo: diversos factores pueden originar nuevos genotipos y variar sus frecuencias.

Organización Pluricelular

Ventajas de los Seres Pluricelulares

• La división del trabajo: Abre la posibilidad de llevar a cabo diferentes trabajos de manera simultánea.
• Aumento de tamaño corporal: Impide ser atacado fácilmente por un ser unicelular y permite explorar nuevos nichos.

Inconvenientes y Soluciones

• Conflicto de intereses: Requiere mecanismos de control y comunicación intercelular para una correcta coordinación entre células.
• Complejidad logística: Necesidad de sistemas complejos para el suministro de nutrientes, retirada de residuos, reproducción y desarrollo.

Diferenciación Celular

¿Cómo pueden las células llegar a ser tan diferentes? En un ser pluricelular, cada célula “expresa” solo una parte de la información de su ADN, mientras que otra parte permanece inactiva. Esta es la base de la diferenciación celular, que conduce a la especialización.

Células Especializadas y Tejidos

Una célula especializada realiza funciones específicas dentro del organismo. Los tejidos son conjuntos de células especializadas, de idéntico origen embrionario y generalmente de un solo tipo, que se organizan para realizar una función concreta.

Células Madre

Se caracterizan porque son capaces de dividirse y renovarse ilimitadamente, sin estar especializadas en ninguna función específica, y pueden diferenciarse para originar diferentes líneas celulares.

Tejidos Vegetales

Tejidos Fundamentales (Parénquima, Colénquima, Esclerénquima)

a) El Parénquima

Sus células son de pared delgada y son las más abundantes y versátiles. Son totipotentes, lo que significa que pueden desdiferenciarse y recuperar la capacidad de dividirse y diferenciarse en otros tipos celulares. Según el contenido de su citoplasma, desarrollan diversas funciones: fotosíntesis, almacenamiento y secreción.

b) El Colénquima

Son células alargadas y de pared celular engrosada de forma desigual. Actúan como soporte de los órganos jóvenes en crecimiento.

c) El Esclerénquima

Sus células tienen pared gruesa, lignificada y dura; suelen estar muertas en la madurez, actuando como refuerzo y soporte de las partes del vegetal que han dejado de crecer. Incluye dos tipos celulares:

• Las fibras: De forma alargada, dispuestas en cordones. De él se obtienen fibras textiles como el lino.
• Las esclereidas: De forma variable, se encuentran dispersas por el tejido fundamental. Abundan en las cubiertas de las semillas, como la cáscara de nuez.

Sistema de Tejido Vascular

Desempeña funciones relacionadas con el transporte de larga distancia dentro de la planta. Lo forman dos tejidos conductores:

El Xilema

Conduce el agua y las sales minerales (savia bruta) desde las raíces hacia el resto de la planta. La célula más característica es la tráquea o elemento del vaso. Son células alargadas que se disponen a continuación unas de otras. En la madurez, pierden su citoplasma y disuelven sus paredes transversales formando tubos continuos llamados vasos.

El Floema

Transporta los productos de la fotosíntesis (savia elaborada) a todas las partes de la planta. La célula característica es la célula cribosa (en gimnospermas y pteridofitas) o el elemento del tubo criboso (en angiospermas). Son alargadas y se encuentran extremo con extremo, formando tubos. Los extremos perforados (áreas cribosas o placas cribosas) permiten la comunicación entre citoplasmas.

Tejidos Animales

Tejidos Epiteliales

Recubren tanto la superficie corporal como los órganos internos y pueden formar glándulas. Se caracterizan por poseer escasa matriz extracelular y células fuertemente unidas.

Tipos de Epitelios:

• Epitelios de revestimiento: Recubren superficies internas y externas. Forman una o varias capas celulares. Hay de varios tipos (simples, estratificados, pseudoestratificados), con o sin especializaciones como cilios (tráquea) o microvellosidades (intestino). Ejemplo: la epidermis, con varias capas de células en continua división; las nuevas empujan a las antiguas, que se van cargando de queratina, mueren y se desprenden.
• Epitelios glandulares: Su función es sintetizar, almacenar y secretar sustancias como enzimas u hormonas. Pueden encontrarse aisladas (células caliciformes) o formando glándulas. Según el destino de sus productos, existen dos tipos principales: endocrinas (vierten a la sangre) y exocrinas (vierten al exterior o a cavidades).

Tejidos Musculares

Es el responsable de los movimientos. Está formado por células alargadas llamadas fibras musculares, especializadas en la contracción.

Tipos de Tejido Muscular:

1. Muscular esquelético: Células largas, cilíndricas, polinucleadas y con estriación transversal visible. Presentan miofibrillas que contienen actina y miosina, filamentos proteicos responsables de la contracción. Su contracción es intensa, rápida y voluntaria.
2. Muscular cardiaco: Células más cortas, uninucleadas, ramificadas y conectadas por discos intercalares. Presentan también aspecto estriado. Su contracción es intensa, rápida, rítmica e involuntaria. Forma el miocardio.
3. Muscular liso: Células alargadas, fusiformes (terminan en punta), uninucleadas y sin estriación transversal. Se localiza en las paredes de órganos internos como el intestino o los vasos sanguíneos. Su contracción es débil, lenta e involuntaria.

Tejido Nervioso

Es el tejido responsable de la recepción de estímulos, el procesamiento de información y la conducción de impulsos nerviosos de una parte a otra del cuerpo.

Tipos de Células Nerviosas:

• Neurona: Unidad funcional del sistema nervioso. Formada por un cuerpo celular o soma (contiene el núcleo), prolongaciones cortas llamadas dendritas (reciben señales) y una larga prolongación llamada axón (transmite señales).
• Células de la glía o neuroglia: Células no nerviosas que proporcionan soporte estructural y metabólico, aislamiento (mielina), protección y defensa a las neuronas. Incluyen astrocitos, oligodendrocitos, microglía y células ependimarias en el SNC.
• Células de Schwann: Es una variedad de célula glial que se encuentra en el sistema nervioso periférico. Envuelven los axones, formando la vaina de mielina en algunos casos, y desempeñan funciones de soporte y regeneración nerviosa.

Tejidos Conectivos (o Conjuntivos)

Constituyen un conjunto variado de tejidos con funciones de unión, soporte, relleno, defensa y transporte. Todos ellos presentan características comunes:

• Las células están dispersas, en número relativamente escaso y presentan gran variedad de tipos.
• El espacio entre las células está ocupado por una abundante matriz extracelular, producida por las propias células. Esta matriz está formada por: fibras proteicas (colágeno, elastina, reticulares) que dan resistencia y elasticidad, y una sustancia fundamental amorfa (gelatinosa, rica en proteoglicanos y agua). Las características de esta matriz determinan las propiedades de cada tejido conectivo.

Son tejidos conectivos: el conjuntivo propiamente dicho, el adiposo, el cartilaginoso y el óseo. La sangre y la linfa a veces se consideran tejidos conectivos especializados.

Tejido Conjuntivo Propiamente Dicho

Actúa como unión y relleno entre los demás tejidos y órganos.

Conjuntivo Laxo:

Matriz abundante y laxa, con diversas células:

• Fibroblastos/Fibrocitos: Células principales, de forma estrellada o fusiforme, responsables de la fabricación de las fibras y la sustancia fundamental de la matriz.
• Macrófagos: Células con capacidad fagocítica, cuya función es eliminar células dañadas, detritos y agentes patógenos. Pueden ser fijos o errantes.
• Adipocitos: Células especializadas en almacenar grasa. Grandes, redondeadas, con una gran gota lipídica que ocupa casi todo el citoplasma. Forman el tejido adiposo, que actúa como reserva energética, aislante térmico y protector mecánico.
• Otras células: Mastocitos, células plasmáticas, leucocitos.

Conjuntivo Denso:

• Predominan las fibras (principalmente colágeno o elásticas) sobre la sustancia fundamental y las células.
• Presente en tendones (conectan músculo a hueso), ligamentos (conectan hueso a hueso), dermis profunda, cápsulas de órganos, válvulas cardiacas.
• Presenta elevada resistencia mecánica a la tracción.

Tejido Cartilaginoso

• El tejido cartilaginoso es firme pero flexible. Su matriz es sólida y elástica.
• Forma el esqueleto de algunos peces (condrictios, como los tiburones) y de los embriones de todos los vertebrados.
• En los vertebrados adultos forma las superficies de articulación de los huesos, así como estructuras de soporte como los anillos de la laringe, la tráquea y los bronquios, el pabellón auricular y el tabique nasal.
• Sus células características son los condrocitos, alojados en lagunas dentro de la matriz.
• Es avascular (no tiene vasos sanguíneos).

Tejido Óseo

• Es el tejido más resistente en los vertebrados debido a que la matriz extracelular está mineralizada por la deposición de sales de calcio (principalmente hidroxiapatita).
• Su función es de sostén estructural, protección de órganos vitales, regulación del metabolismo de calcio y fósforo, y alberga la médula ósea, responsable de la formación de células sanguíneas (hematopoyesis).
• La mayoría de los huesos se forman a partir de un molde de cartílago durante el desarrollo embrionario (osificación endocondral).
• Hay dos tipos de tejido óseo macroscópicamente distinguibles:

Tejido Óseo Compacto:

• Forma la capa externa densa de los huesos, especialmente en la diáfisis (parte central) de los huesos largos.
• Está formado por unidades estructurales llamadas osteonas o Sistemas de Havers. Cada osteona consiste en láminas óseas calcificadas dispuestas en forma de anillos concéntricos alrededor de un canal central (canal de Havers) que contiene vasos sanguíneos y nervios.
• Las láminas presentan pequeñas cavidades llamadas lagunas, que contienen las células óseas maduras u osteocitos.
• Las lagunas están comunicadas entre sí y con el canal central por finos canalículos, por donde los osteocitos extienden prolongaciones citoplasmáticas.
• Es un tejido bien vascularizado, lo que permite su nutrición, crecimiento y reparación.

Tejido Óseo Esponjoso:

• Se encuentra fundamentalmente en los extremos de los huesos largos (epífisis) y en el interior de los huesos planos y cortos.
• Está formado por una red tridimensional de finas placas y espículas óseas llamadas trabéculas. Estas trabéculas están compuestas por laminillas, lagunas y osteocitos, pero no suelen formar osteonas completas.
• Los espacios entre las trabéculas están ocupados por la médula ósea roja (tejido hematopoyético, formador de células sanguíneas) o médula ósea amarilla (principalmente tejido adiposo).

Homeostasis

La homeostasis es el conjunto de procesos fisiológicos coordinados que mantienen estables, dentro de unos límites estrechos, las condiciones del medio interno (como temperatura, pH, concentración de glucosa, etc.), a pesar de las fluctuaciones del entorno externo.

Reproducción Asexual en Plantas

En la reproducción asexual, una célula o una parte de la planta madre se independiza y da origen a un nuevo organismo genéticamente idéntico al progenitor. Se denomina propágulo a la porción de la planta capaz de separarse y generar una nueva. La reproducción asexual se puede dar por fragmentación o esporulación:

Fragmentación (Reproducción Vegetativa)

Una porción pluricelular de la planta madre origina un nuevo individuo. Puede ocurrir mediante estructuras especializadas:

• Por estolones: Ramas laterales aéreas o superficiales que crecen horizontalmente y emiten raíces y tallos verticales en ciertos puntos, originando nuevas plantas (ej. fresa).
• Por rizomas: Tallos subterráneos alargados que crecen horizontalmente y desarrollan yemas que dan lugar a nuevas plantas (ej. lirio, jengibre).
• Por tubérculos: Tallos subterráneos engrosados que almacenan reservas nutritivas y cuyas yemas (ojos) pueden originar nuevas plantas (ej. patata).
• Por bulbos: Estructuras subterráneas formadas por un tallo corto y hojas carnosas modificadas (catafilos) que almacenan sustancias de reserva. Poseen yemas que pueden dar lugar a nuevas plantas (ej. cebolla, ajo, tulipán).

Esporulación Asexual

El propágulo es una célula especializada denominada espora, generada por mitosis (mitospora). Estas esporas son resistentes y capaces de germinar para formar un nuevo individuo cuando las condiciones son favorables. Se da en algunos grupos como algas, hongos, y también en el ciclo de vida de musgos y helechos (aunque en estos, las esporas relevantes para la dispersión se forman por meiosis).

Tipos de Individuos según la Sexualidad en Especies

Considerando la presencia de órganos reproductores masculinos y femeninos:

• Especies Unisexuales: Con dos tipos de individuos: masculinos (producen gametos masculinos) y femeninos (producen gametos femeninos). En las plantas con flores, estas especies se denominan dioicas (pies masculinos y pies femeninos separados). Ejemplo: el sauce, el acebo.
• Especies Hermafroditas: Con un único tipo de individuo que posee órganos reproductores de ambos sexos. En estas especies, cada individuo puede producir tanto gametos masculinos como femeninos.
  • En plantas con flores, si la misma flor tiene estambres (masculino) y carpelos (femenino), se llama flor hermafrodita.
  • Si una misma planta tiene flores masculinas separadas y flores femeninas separadas, la planta se denomina monoica. Ejemplo: el pino, el maíz.

Ciclos de Vida en Plantas (Alternancia de Generaciones)

Muchas plantas presentan una alternancia de generaciones, con una fase haploide (gametofito, n) y una fase diploide (esporofito, 2n).

Briofitas (Musgos)

Dependen del agua para la reproducción sexual (fecundación). La dispersión se realiza por esporas (formadas por meiosis en el esporangio). Las esporas germinan generando protonemas (n), estructuras filamentosas a partir de las que se desarrollan los gametofitos (la planta verde visible del musgo, n). El esporofito (2n) se desarrolla a partir del cigoto (formado por fecundación en el gametofito) y crece sobre el gametofito, dependiendo de él nutricionalmente.

Pteridófitas (Helechos)

También dependen del agua para la fecundación. Son plantas vasculares sin flores, semillas ni frutos. En su ciclo alternan dos generaciones:

• El esporofito (2n): Es la fase dominante, la planta adulta del helecho que vemos. Se desarrolla a partir del cigoto. En sus hojas (frondes) se forman los esporangios (soros) donde ocurre la meiosis, generando esporas haploides (n).
• El gametofito (n): Las esporas haploides, al germinar en condiciones adecuadas, originan el prótalo, una pequeña estructura generalmente fotosintética y de vida corta, que es el gametofito. En el prótalo se forman los órganos sexuales (arquegonios y anteridios) que producirán los gametos. La fecundación del óvulo por un anterozoide flagelado (requiere agua) da lugar al cigoto (2n), que desarrollará un nuevo esporofito.

Espermatofitas (Plantas con Semilla - Gimnospermas y Angiospermas)

El esporofito (2n) es la generación dominante y el gametofito está muy reducido y depende del esporofito.

Ciclo Generalizado (ej. Angiospermas):

1. El esporofito (2n) es la planta adulta (árbol, hierba, etc.).
2. En las flores (órganos reproductores del esporofito) se forman los esporangios:
   • Microsporangios (sacos polínicos): Dentro de las anteras. Aquí, las células madre (2n) sufren meiosis para formar microsporas (n).
   • Megasporangios (óvulos): Dentro del ovario. Aquí, una célula madre (2n) sufre meiosis para formar una megaspora funcional (n) (las otras degeneran).
3. Desarrollo de los Gametofitos:
   • La microspora (n) se desarrolla por mitosis en el gametofito masculino (grano de polen), que contiene típicamente dos núcleos espermáticos (gametos masculinos) y un núcleo del tubo.
   • La megaspora funcional (n) se desarrolla por mitosis dentro del óvulo en el gametofito femenino (saco embrionario), que contiene la ovocélula (gameto femenino) y otros núcleos.
4. Polinización y Fecundación: El grano de polen llega al estigma, germina formando el tubo polínico que crece hasta el óvulo. Ocurre una doble fecundación (en angiospermas): un núcleo espermático fecunda la ovocélula (formando el cigoto 2n) y el otro núcleo espermático se fusiona con otros núcleos del saco embrionario (formando el endospermo 3n, tejido nutritivo).
5. Desarrollo Post-fecundación: El cigoto (2n) se desarrolla en el embrión (nuevo esporofito). El óvulo madura y se transforma en la semilla (que contiene el embrión y el endospermo, rodeados por una cubierta protectora). El ovario madura y se transforma en el fruto.
6. Germinación: La semilla, en condiciones favorables, germina y el embrión crece hasta formar una nueva planta esporofita adulta.

Transporte en Plantas

¿Cómo Entra el Agua y las Sales Minerales en las Células de la Raíz?

• El agua entra en el interior de las células de la raíz (pelos absorbentes) principalmente por ósmosis, siguiendo un gradiente de potencial hídrico (el citoplasma celular suele estar más concentrado en solutos que el agua del suelo).
• Las sales minerales entran en forma de iones disueltos al interior celular mediante transporte activo. Esto requiere gasto de energía (ATP) por parte de las células y la participación de proteínas transportadoras específicas en la membrana celular, ya que a menudo se mueven contra gradiente de concentración.

¿Cómo Llega el Agua y las Sales al Resto de la Planta?

• En los musgos (Briofitas): Al carecer de tejidos vasculares especializados (xilema y floema), el transporte interno de agua y nutrientes es limitado. El paso se realiza principalmente de célula a célula por difusión y ósmosis, y también por capilaridad en los espacios intercelulares y superficies externas. Esto restringe su tamaño y dependencia de ambientes húmedos.
• En el resto de plantas (Vasculares: Pteridófitas, Gimnospermas, Angiospermas): Poseen vasos conductores especializados. El agua y las sales absorbidas por las raíces deben llegar hasta el xilema, localizado en el cilindro central de la raíz. Para ello, deben atravesar los tejidos de la corteza radicular (epidermis, córtex, endodermis). El paso a través de las células de estos tejidos (vía simplasto) ocurre por ósmosis (agua) y transporte activo (iones), o a través de las paredes celulares y espacios intercelulares (vía apoplasto) hasta la endodermis, donde la Banda de Caspary obliga al agua y solutos a entrar en las células para controlar el paso hacia el xilema. Una vez en el xilema, la savia bruta asciende hasta las hojas impulsada principalmente por la transpiración y la cohesión-tensión del agua.

Papel Ecológico de las Plantas

Las plantas tienen papeles esenciales en los ecosistemas, que podemos agrupar en cinco principales:

1. Productores Primarios: Constituyen la base de las cadenas y pirámides tróficas en la mayoría de los ecosistemas terrestres (y muchos acuáticos). Son los principales organismos capaces de convertir la energía solar y el CO₂ atmosférico en materia orgánica (fotosíntesis), indispensable para el resto de los seres vivos.
2. Formadoras de Suelo: Son un factor biótico clave en la formación y mantenimiento de los suelos. La acción mecánica de las raíces, junto con el aporte continuo de materia orgánica muerta (hojas, ramas, frutos, raíces), enriquece el sustrato mineral, mejora su estructura y fertilidad, creando el soporte fundamental para la vida terrestre.
3. Reguladoras del Clima: Influyen significativamente en el clima a escala local y regional. A través de la transpiración, humedecen el ambiente. La cobertura vegetal reduce la velocidad del viento, modera las temperaturas extremas, intercepta la radiación solar y genera microclimas específicos.
4. Generadoras de Biodiversidad: Contribuyen al aumento de la biodiversidad global, tanto por su propia diversidad de especies como por crear hábitats y recursos que sustentan a una inmensa variedad de otras formas de vida (animales, hongos, microorganismos). Las plantas estructuran los ecosistemas, crean nichos ecológicos y favorecen procesos de adaptación y especialización.
5. Reguladoras del Ciclo Hídrico: Desempeñan un papel crucial en el ciclo del agua. La cobertura vegetal intercepta la precipitación, reduce la escorrentía superficial y la erosión. Al formar y mantener suelos porosos, facilitan la infiltración del agua, recargan acuíferos y actúan como filtros naturales, contribuyendo a depurar los cauces y mantener la calidad del agua.