Ser vivo

En biología, un organismo (del griego antiguo ὄργανον (órganon)  'instrumento, implemento, herramienta' y -ισμός (-ismós) ) es cualquier sistema vivo orgánico que funciona como una entidad individual. Todos los organismos están compuestos por células (teoría celular). Los organismos se clasifican por taxonomía en grupos como animales multicelulares, plantas y 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 escarabajos, calamares, tetrápodos, hongos y plantas vasculares son ejemplos de organismos multicelulares que diferencian tejidos y órganos especializados durante el desarrollo.

Un organismo unicelular puede ser un procariota o un eucariota. Los procariotas están representados por dos dominios separados: bacterias y arqueas. Los organismos eucariotas se caracterizan por la presencia de un núcleo celular unido a la membrana y contienen compartimentos adicionales unidos a la membrana llamados orgánulos (como las mitocondrias en animales y plantas y los plástidos en plantas y algas, todos considerados generalmente como 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 oscilan entre 2 millones y 1 billón, de las cuales se han documentado más de 1,7 millones. Se estima que más del 99% de todas las especies, que ascienden a más de cinco mil millones de especies, que alguna vez vivieron, están extintas.

En 2016, se identificó un conjunto de 355 genes del último ancestro común universal (LUCA) de todos los organismos.

Etimología

El término "organismo" (del griego ὀργανισμός, organismos , de ὄργανον, organon , es decir, "instrumento, implemento, herramienta, órgano de sentido o aprehensión") apareció por primera vez en el idioma inglés en 1703 y adquirió su definición actual en 1834 (Oxford Diccionario de inglés). Está directamente relacionado con el término "organización". Existe una larga tradición de definir a los organismos como seres autoorganizados, que se remonta al menos a la Crítica del juicio de Immanuel Kant de 1790 .

Definiciones

Un organismo puede definirse 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, un animal, un hongo o una bacteria, capaz de crecer y reproducirse". Muchas definiciones excluyen los virus y las posibles formas de vida no orgánicas creadas por el hombre, ya que los virus dependen de la maquinaria bioquímica de una célula huésped para reproducirse. Un superorganismo es un organismo que consta de muchos individuos que trabajan juntos como una sola unidad funcional o social.

Ha habido controversia sobre la mejor manera de definir el organismo y, de hecho, sobre si tal 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.

Virus

Los virus normalmente no se consideran organismos porque son incapaces de reproducción, crecimiento o metabolismo autónomos. Aunque algunos organismos también son incapaces de supervivencia independiente y viven como parásitos intracelulares obligatorios, son capaces de metabolizarse y procrear de forma independiente. Aunque los virus tienen algunas enzimas y moléculas características de los organismos vivos, no tienen un metabolismo propio; no pueden sintetizar y organizar los compuestos orgánicos a partir de los cuales se forman. Naturalmente, esto descarta la reproducción autónoma: solo pueden ser replicados pasivamente por la maquinaria de la célula huésped. En este sentido, son similares a la materia inanimada.

Si bien los virus no mantienen un metabolismo independiente y, por lo tanto, generalmente no se clasifican como organismos, tienen sus propios genes y evolucionan mediante mecanismos similares a los mecanismos evolutivos de los organismos. Por lo tanto, un argumento para que los virus se clasifiquen como organismos vivos es su capacidad para evolucionar y replicarse a través del autoensamblaje. Sin embargo, algunos científicos argumentan que los virus ni evolucionan ni se reproducen por sí mismos. En cambio, los virus son desarrollados por sus células anfitrionas, lo que significa que hubo una evolución conjunta de virus y células anfitrionas. Si no existieran las células huésped, la evolución viral sería imposible. Esto no es cierto para las células. Si los virus no existieran, la dirección de la evolución celular podría ser diferente, pero las células, sin embargo, podrían evolucionar. En cuanto a la reproducción, los virus dependen totalmente de la maquinaria de los anfitriones para replicarse.El descubrimiento de virus con genes que codifican para el metabolismo energético y la síntesis de proteínas alimentó el debate sobre si los virus son organismos vivos. La presencia de estos genes sugirió que los virus alguna vez pudieron metabolizar. Sin embargo, más tarde se descubrió que los genes que codifican para el metabolismo de la energía y las proteínas tienen un origen celular. Lo más probable es que estos genes se hayan adquirido a través de la transferencia horizontal de genes desde huéspedes virales.

Química

Los organismos son sistemas químicos complejos, organizados de manera que promueven la reproducción y cierta medida de sostenibilidad o supervivencia. Las mismas leyes que gobiernan la química no viva gobiernan los procesos químicos de la vida. Por lo general, son los fenómenos de organismos completos los que determinan su adecuación a un entorno y, por lo tanto, la supervivencia de sus genes basados ​​en el ADN.

Los organismos claramente deben su origen, metabolismo y muchas otras funciones internas a los fenómenos químicos, especialmente a la química de las grandes moléculas orgánicas. Los organismos son sistemas complejos de compuestos químicos que, a través de la interacción y el entorno, desempeñan una amplia variedad de funciones.

Los organismos son sistemas químicos semicerrados. Aunque son unidades individuales de vida (como requiere la definición), no están cerradas al entorno que las rodea. Para funcionar, toman y liberan energía constantemente. Los autótrofos producen energía utilizable (en forma de compuestos orgánicos) utilizando la luz del sol o compuestos inorgánicos, mientras que los heterótrofos toman compuestos orgánicos del medio ambiente.

El elemento químico principal en estos compuestos es el carbono. Las propiedades químicas de este elemento, como su gran afinidad para unirse con otros átomos pequeños, incluidos otros átomos de carbono, y su pequeño tamaño que lo hace capaz de formar múltiples enlaces, 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 (proteínas).

Macromoléculas

Los compuestos que forman 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 que la componen, se pliega de una manera particular y, por lo tanto, realiza una función particular.

Estas funciones proteicas han sido reconocidas:

1. Enzimas, que catalizan las reacciones del metabolismo.
2. Proteínas estructurales, como la tubulina o el colágeno.
3. Proteínas reguladoras, como factores de transcripción o ciclinas que regulan el ciclo celular
4. Moléculas de señalización o sus receptores, como algunas hormonas y sus receptores.
5. Proteínas defensivas, que pueden incluir todo, desde anticuerpos del sistema inmunitario hasta toxinas (p. ej., dendrotoxinas de serpientes) y 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 lo que hay dentro de una célula y evita que los compuestos entren y salgan libremente de la célula. Debido a la permeabilidad selectiva de la membrana de fosfolípidos, solo pueden atravesarla compuestos específicos.

Estructura

Todos los organismos constan de unidades estructurales llamadas células; algunos contienen una sola célula (unicelulares) y otros contienen muchas unidades (pluricelulares). Los organismos multicelulares son capaces de especializar células para realizar funciones específicas. Un grupo de tales células es un tejido, y en los animales se presentan en cuatro tipos básicos, a saber, epitelio, tejido nervioso, tejido muscular y tejido conectivo. Varios tipos de tejido trabajan juntos en forma de 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 superior con varios órganos que funcionan como un sistema de órganos, como el sistema reproductivo y el sistema digestivo. Muchos organismos multicelulares constan de 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 celulares y para transmitir información a la próxima generación de células.

Hay dos tipos de células, eucariotas y procariotas. Las células procarióticas suelen ser células únicas, mientras que las células eucarióticas suelen encontrarse en organismos multicelulares. Las células procarióticas carecen de una membrana nuclear, por lo que el ADN no está unido 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 diversas proteínas, como las enzimas, la maquinaria principal de la célula. También hay otros tipos de biomoléculas en las células.

Todas las células 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 fabricadas a través de intermediarios de ARN mensajero y ribosomas.
• Metabolismo, incluida la absorción de materias primas, la construcción de componentes celulares, la conversión de energía, 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 vías metabólicas.
• Respuesta a estímulos externos e internos como cambios de temperatura, pH o niveles de nutrientes.
• El contenido celular está contenido dentro de una membrana de superficie celular que contiene proteínas y una bicapa lipídica.

Historia evolutiva

Último ancestro común universal

El último ancestro común universal (LUCA) es el organismo más reciente del que descienden todos los organismos que ahora viven en la Tierra. Por lo tanto, es el ancestro común más reciente de toda la vida actual en la Tierra. Se estima que LUCA vivió hace unos 3.500 a 3.800 millones de años (en algún momento de la era Paleoarcaica). La evidencia más temprana de vida en la Tierra es el grafito biogénico encontrado en rocas metasedimentarias de 3.700 millones de años descubiertas en el oeste de Groenlandia y fósiles microbianos encontrados en arenisca de 3.480 millones de años descubierta en el oeste de Australia. Aunque se estima que más del 99 por ciento de todas las especies que alguna vez vivieron en el planeta se extinguieron,es probable que en la actualidad existan más de mil millones de especies de vida en la Tierra, y las estimaciones y proyecciones más altas alcanzan un billón de especies.

La información sobre el desarrollo temprano de la vida incluye aportes de muchos campos diferentes, incluida la geología y la ciencia planetaria. Estas ciencias aportan 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 procesos geológicos a lo largo del tiempo.

Todos los organismos descienden de un ancestro común o de un acervo genético ancestral. La evidencia de una ascendencia 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 las que no vuelan.

Existe una fuerte evidencia de la genética de que todos los organismos tienen un ancestro común. Por ejemplo, cada célula viva utiliza ácidos nucleicos como material genético y utiliza los mismos veinte aminoácidos como componentes básicos de las proteínas. Todos los organismos usan el mismo código genético (con algunas desviaciones menores y extremadamente raras) para traducir secuencias de ácido nucleico en proteínas. La universalidad de estos rasgos sugiere fuertemente una ascendencia común, porque la selección de muchos de estos rasgos parece arbitraria. La transferencia horizontal de genes dificulta el estudio del último ancestro universal. Sin embargo, el uso universal del mismo código genético, los mismos nucleótidos y los mismos aminoácidos hace que la existencia de tal antepasado sea abrumadoramente probable.

Filogenia

Ubicación de la raíz

La ubicación más comúnmente aceptada de la raíz del árbol de la vida es entre un dominio monofilético de bacterias y un clado formado por arqueas y eucariotas de lo que se conoce como el "árbol de la vida tradicional" según varios estudios moleculares. Una minoría muy pequeña de estudios ha concluido de manera diferente, a saber, que la raíz está en el dominio Bacteria, ya sea en el phylum Firmicutes o que el phylum Chloroflexi es basal a un clado con Archaea y Eukaryotes y el resto de Bacteria como propone 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 a LUCA. Los resultados "representan a LUCA como anaeróbico, fijador de CO ₂ , dependiente de H ₂ con una vía de Wood-Ljungdahl (la vía reductora de acetil-coenzima A), N ₂-fijador y termofílico. La bioquímica de LUCA estaba repleta de grupos de FeS y mecanismos de reacción de radicales. Sus cofactores revelan 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 representan a la clostria metanogénica como un clado basal en los 355 linajes examinados, y sugieren que LUCA habitaba un entorno de ventilación hidrotermal anaeróbico en un entorno geoquímicamente activo rico en H ₂ , CO ₂ y hierro.Sin embargo, se criticó la identificación de estos genes como presentes en LUCA, lo que sugiere que muchas de las proteínas que se supone que están presentes en LUCA representan transferencias de genes 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 lo sugiere 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 "antiguos asexuales", como Amoeba , probablemente eran 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 donante en el cromosoma receptor mediante recombinación. La transformación bacteriana natural se considera un proceso sexual primitivo y ocurre tanto en bacterias como en arqueas, aunque se ha estudiado principalmente en bacterias. La transformación es claramente una adaptación bacteriana y no un hecho accidental, ya que depende de numerosos productos genéticos que interactúan específicamente entre sí para entrar en un estado de competencia natural para realizar 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 filogenética: la reconstrucción de las filogenias mediante la comparación de secuencias genéticas (ADN).

Las comparaciones de secuencias sugieren una transferencia horizontal reciente de muchos genes entre diversas especies, incluso a través de los límites de los "dominios" filogenéticos. Por lo tanto, la determinación de la historia filogenética de una especie no se puede hacer de manera concluyente mediante la determinación de árboles evolutivos para genes individuales.

El biólogo Peter Gogarten sugiere que "la metáfora original de un árbol ya no se ajusta a los datos de la investigación genómica reciente", 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 está desafiando los conceptos tradicionales de organismos y especies. La clonación es el proceso de creación de un nuevo organismo multicelular, genéticamente idéntico a otro, con el potencial de crear especies de organismos completamente nuevas. La clonación es objeto de mucho debate ético.

En 2008, el Instituto J. Craig Venter reunió un genoma bacteriano sintético, Mycoplasma genitalium , utilizando la recombinación en levadura de 25 fragmentos de ADN superpuestos en un solo paso. El uso de la recombinación de levadura simplifica enormemente el ensamblaje de grandes moléculas de ADN a partir de fragmentos tanto sintéticos como naturales. Ya se han formado otras empresas, como Synthetic Genomics, para aprovechar los numerosos usos comerciales de los genomas diseñados a medida.