Organismo unicelular

Un organismo unicelular, también conocido como organismo unicelular, es un organismo que consta de una sola célula, a diferencia de un organismo multicelular que consta de varias células. Los organismos unicelulares se dividen en dos categorías generales: organismos procarióticos y organismos eucarióticos. Todos los procariotas son unicelulares y se clasifican en bacterias y arqueas. Muchos eucariotas son multicelulares, pero muchos son unicelulares, como los protozoos, las algas unicelulares y los hongos unicelulares. Se cree que los organismos unicelulares son la forma de vida más antigua, con protocélulas tempranas que posiblemente surgieron hace 3.800 a 4.000 millones de años.

Aunque algunos procariotas viven en colonias, no son células especializadas con funciones diferentes. Estos organismos viven juntos y cada célula debe llevar a cabo todos los procesos vitales para sobrevivir. Por el contrario, incluso los organismos multicelulares más simples tienen células que dependen unas de otras para sobrevivir.

La mayoría de los organismos multicelulares tienen una etapa del ciclo de vida unicelular. Los gametos, por ejemplo, son unicélulas reproductivas para organismos multicelulares. Además, la multicelularidad parece haber evolucionado de forma independiente muchas veces en la historia de la vida.

Algunos organismos son parcialmente unicelulares, como Dictyostelium discoideum . Además, los organismos unicelulares pueden ser multinucleados, como Caulerpa , Plasmodium y Myxogastria.

Hipótesis evolutiva

Las protocélulas primitivas fueron las precursoras de los organismos unicelulares actuales. Aunque el origen de la vida sigue siendo en gran parte un misterio, en la teoría predominante actualmente, conocida como la hipótesis del mundo del ARN, las primeras moléculas de ARN habrían sido la base para catalizar reacciones químicas orgánicas y la autorreplicación.

La compartimentación era necesaria para que las reacciones químicas fueran más probables, así como para diferenciar las reacciones con el ambiente externo. Por ejemplo, una ribozima replicadora de ARN temprana puede haber replicado otras ribozimas replicadoras de diferentes secuencias de ARN si no se mantuvieron separadas. Estas células hipotéticas con un genoma de ARN en lugar del genoma de ADN habitual se denominan 'ribocélulas' o 'ribocitos'.

Cuando los anfífilos como los lípidos se colocan en el agua, las colas hidrofóbicas (temerosas del agua) se agregan para formar micelas y vesículas, con los extremos hidrofílicos (amantes del agua) mirando hacia afuera. Es probable que las células primitivas usaran vesículas de ácidos grasos autoensamblables para separar las reacciones químicas y el medio ambiente. Debido a su simplicidad y capacidad para autoensamblarse en agua, es probable que estas membranas simples sean anteriores a otras formas de moléculas biológicas tempranas.

Procariotas

Los procariotas carecen de orgánulos unidos a la membrana, como las mitocondrias o un núcleo. En cambio, la mayoría de los procariotas tienen una región irregular que contiene ADN, conocida como nucleoide. La mayoría de los procariotas tienen un solo cromosoma circular, lo que contrasta con los eucariotas, que suelen tener cromosomas lineales. Nutricionalmente, los procariotas tienen la capacidad de utilizar una amplia gama de materiales orgánicos e inorgánicos para su uso en el metabolismo, incluidos azufre, celulosa, amoníaco o nitrito. Los procariotas son relativamente ubicuos en el ambiente y algunos (conocidos como extremófilos) prosperan en ambientes extremos.

Bacterias

Las bacterias son una de las formas de vida más antiguas del mundo y se encuentran prácticamente en todas partes en la naturaleza. Muchas bacterias comunes tienen plásmidos, que son moléculas de ADN cortas, circulares y autorreplicantes que están separadas del cromosoma bacteriano. Los plásmidos pueden portar genes responsables de nuevas habilidades, siendo la resistencia a los antibióticos de importancia crítica actual. Las bacterias se reproducen predominantemente asexualmente a través de un proceso llamado fisión binaria. Sin embargo, alrededor de 80 especies diferentes pueden sufrir un proceso sexual denominado transformación genética natural. La transformación es un proceso bacteriano para transferir ADN de una célula a otra y aparentemente es una adaptación para reparar el daño del ADN en la célula receptora.Además, los plásmidos se pueden intercambiar mediante el uso de un pilus en un proceso conocido como conjugación.

Las cianobacterias fotosintéticas son posiblemente las bacterias más exitosas y cambiaron la atmósfera primitiva de la tierra al oxigenarla. Los estromatolitos, estructuras formadas por capas de carbonato de calcio y sedimentos atrapados que quedaron de las cianobacterias y las bacterias comunitarias asociadas, dejaron extensos registros fósiles. La existencia de estromatolitos brinda un excelente registro en cuanto al desarrollo de cianobacterias, que están representadas en el Arcaico (hace 4000 millones a 2500 millones de años), Proterozoico (hace 2500 millones a 540 millones de años) y Fanerozoico (hace 540 millones de años a actualidad) eones. Gran parte de los estromatolitos fosilizados del mundo se pueden encontrar en Australia Occidental.Allí se han encontrado algunos de los estromatolitos más antiguos, algunos datan de hace unos 3.430 millones de años.

El envejecimiento clonal ocurre naturalmente en las bacterias y aparentemente se debe a la acumulación de daño que puede ocurrir incluso en ausencia de factores estresantes externos.

Arqueas

Los respiraderos hidrotermales liberan calor y sulfuro de hidrógeno, lo que permite que los extremófilos sobrevivan mediante el crecimiento quimiolitotrófico. Las arqueas son generalmente similares en apariencia a las bacterias, de ahí su clasificación original como bacterias, pero tienen diferencias moleculares significativas, sobre todo en la estructura de su membrana y el ARN ribosómico. Al secuenciar el ARN ribosómico, se descubrió que Archaea probablemente se separó de las bacterias y fueron los precursores de los eucariotas modernos, y en realidad están más relacionados filogenéticamente con los eucariotas. Como sugiere su nombre, Archaea proviene de una palabra griega archaios, que significa original, antiguo o primitivo.

Algunas arqueas habitan en los ambientes biológicamente más inhóspitos de la tierra, y se cree que esto imita de alguna manera las condiciones tempranas y duras a las que probablemente estuvo expuesta la vida . Ejemplos de estos extremófilos arqueanos son los siguientes:

• Termófilos, temperatura óptima de crecimiento de 50 °C-110 °C, incluidos los géneros Pyrobaculum , Pyrodictium , Pyrococcus , Thermus aquaticus y Melanopyrus.
• Psicrófilos, temperatura óptima de crecimiento inferior a 15 °C, incluidos los géneros Methanogenium y Halorubrum.
• Alcaliphiles, pH óptimo de crecimiento superior a 8, incluido el género Natronomonas .
• Acidófilos, pH óptimo de crecimiento inferior a 3, incluidos los géneros Sulfolobus y Picrophilus .
• Los piezófilos (también conocidos como barófilos) prefieren presiones altas de hasta 130 MPa, como los ambientes oceánicos profundos, incluidos los géneros Methanococcus y Pyrococcus .
• Halófilos, crecen de manera óptima en altas concentraciones de sal entre 0,2 M y 5,2 M NaCl, incluidos los géneros Haloarcula , Haloferax , Halococcus .

Los metanógenos son un subconjunto significativo de arqueas e incluyen muchos extremófilos, pero también son ubicuos en ambientes de humedales, así como en los rumiantes y el intestino posterior de los animales. Este proceso utiliza hidrógeno para reducir el dióxido de carbono en metano, liberando energía en la forma utilizable de trifosfato de adenosina. Son los únicos organismos conocidos capaces de producir metano. Bajo condiciones ambientales estresantes que causan daño al ADN, algunas especies de arqueas se agregan y transfieren ADN entre células. La función de esta transferencia parece ser reemplazar la información de secuencia de ADN dañada en la célula receptora por información de secuencia no dañada de la célula donante.

Eucariotas

Las células eucariotas contienen orgánulos unidos a la membrana, como las mitocondrias, un núcleo y los cloroplastos. Las células procariotas probablemente se transformaron en células eucariotas hace entre 2000 y 1400 millones de años. Este fue un paso importante en la evolución. A diferencia de los procariotas, los eucariotas se reproducen mediante mitosis y meiosis. El sexo parece ser un atributo ubicuo, antiguo e inherente de la vida eucariótica. La meiosis, un verdadero proceso sexual, permite una reparación recombinacional eficiente del daño en el ADN y una mayor variedad de diversidad genética al combinar el ADN de los padres seguido de una recombinación. Las funciones metabólicas en los eucariotas también están más especializadas al dividir procesos específicos en orgánulos.

La teoría endosimbiótica sostiene que las mitocondrias y los cloroplastos tienen orígenes bacterianos. Ambos orgánulos contienen sus propios conjuntos de ADN y tienen ribosomas similares a bacterias. Es probable que las mitocondrias modernas alguna vez fueran una especie similar a Rickettsia , con la capacidad parasitaria de ingresar a una célula. Sin embargo, si la bacteria fuera capaz de respirar, habría sido beneficioso para la célula más grande permitir que el parásito viviera a cambio de energía y desintoxicación de oxígeno. Los cloroplastos probablemente se convirtieron en simbiontes a través de un conjunto similar de eventos, y lo más probable es que sean descendientes de las cianobacterias.Si bien no todos los eucariotas tienen mitocondrias o cloroplastos, las mitocondrias se encuentran en la mayoría de los eucariotas y los cloroplastos se encuentran en todas las plantas y algas. La fotosíntesis y la respiración son esencialmente opuestas entre sí, y el advenimiento de la respiración junto con la fotosíntesis permitió un acceso mucho mayor a la energía que la fermentación sola.

Protozoos

Los protozoos se definen en gran medida por su método de locomoción, incluidos flagelos, cilios y seudópodos. Si bien ha habido un debate considerable sobre la clasificación de los protozoos debido a su gran diversidad, en un sistema hay actualmente siete filos reconocidos bajo el reino Protozoa: Euglenozoa, Amoebozoa, Choanozoa sensu Cavalier-Smith, Loukozoa, Percolozoa, Microsporidia y Sulcozoa. Los protozoos, al igual que las plantas y los animales, pueden considerarse heterótrofos o autótrofos. Los autótrofos como Euglena son capaces de producir su energía mediante la fotosíntesis, mientras que los protozoos heterótrofos consumen alimentos canalizándolos a través de una garganta similar a una boca o engulliéndolos con seudópodos, una forma de fagocitosis.Mientras que los protozoos se reproducen principalmente asexualmente, algunos protozoos son capaces de reproducirse sexualmente. Los protozoos con capacidad sexual incluyen las especies patógenas Plasmodium falciparum , Toxoplasma gondii , Trypanosoma brucei , Giardia duodenalis y especies de Leishmania .

Ciliophora, o ciliados, son un grupo de protistas que utilizan los cilios para la locomoción. Los ejemplos incluyen Paramecium , Stentors y Vorticella . Los ciliados son muy abundantes en casi todos los ambientes donde se puede encontrar agua, y los cilios baten rítmicamente para propulsar al organismo. Muchos ciliados tienen tricocistos, que son orgánulos en forma de lanza que se pueden descargar para atrapar presas, anclarse o defenderse. Los ciliados también son capaces de reproducirse sexualmente y utilizan dos núcleos exclusivos de los ciliados: un macronúcleo para el control metabólico normal y un micronúcleo separado que sufre meiosis. Ejemplos de tales ciliados son Paramecium y Tetrahymenaque probablemente empleen la recombinación meiótica para reparar el daño del ADN adquirido en condiciones de estrés.

Los Amebozoa utilizan seudópodos y flujo citoplasmático para moverse en su entorno. Entamoeba histolytica es la causa de la disentería amebiana. Entamoeba histolytica parece ser capaz de meiosis.

Algas unicelulares

Las algas unicelulares son plantas autótrofas y contienen clorofila. Incluyen grupos que tienen especies tanto multicelulares como unicelulares:

• Euglenophyta, algas flageladas, en su mayoría unicelulares que se encuentran a menudo en agua dulce. A diferencia de la mayoría de las otras algas, carecen de paredes celulares y pueden ser mixotróficas (tanto autótrofas como heterótrofas). Un ejemplo es Euglena gracilis .
• Chlorophyta (algas verdes), en su mayoría algas unicelulares que se encuentran en agua dulce. Las clorofitas son de particular importancia porque se cree que están más estrechamente relacionadas con la evolución de las plantas terrestres.
• Diatomeas, algas unicelulares que tienen paredes celulares silíceas. Son la forma más abundante de algas en el océano, aunque también se pueden encontrar en agua dulce. Representan alrededor del 40% de la producción marina primaria del mundo y producen alrededor del 25% del oxígeno del mundo. Las diatomeas son muy diversas y comprenden unas 100.000 especies.
• Dinoflagelados, algas flageladas unicelulares, algunas de ellas acorazadas con celulosa. Los dinoflagelados pueden ser mixotróficos y son las algas responsables de la marea roja. Algunos dinoflagelados, como Pyrocystis fusiformis , son capaces de bioluminiscencia.

Hongos unicelulares

Los hongos unicelulares incluyen las levaduras. Los hongos se encuentran en la mayoría de los hábitats, aunque la mayoría se encuentran en la tierra. Las levaduras se reproducen a través de la mitosis, y muchas usan un proceso llamado gemación, donde la mayor parte del citoplasma está en manos de la célula madre. Saccharomyces cerevisiae fermenta los carbohidratos en dióxido de carbono y alcohol, y se utiliza en la elaboración de cerveza y pan. S. cerevisiae también es un organismo modelo importante, ya que es un organismo eucariota que es fácil de cultivar. Se ha utilizado para investigar el cáncer y las enfermedades neurodegenerativas, así como para comprender el ciclo celular. Además, la investigación con S. cerevisiae ha jugado un papel central en la comprensión del mecanismo de recombinación meiótica y la función adaptativa de la meiosis. Cándida spp. son responsables de la candidiasis, que causa infecciones en la boca y/o la garganta (conocidas como aftas) y en la vagina (comúnmente llamadas candidiasis).

Organismos unicelulares macroscópicos

La mayoría de los organismos unicelulares son de tamaño microscópico y, por lo tanto, se clasifican como microorganismos. Sin embargo, algunos protistas y bacterias unicelulares son macroscópicos y visibles a simple vista. Ejemplos incluyen:

• Brefeldia maxima , un moho mucilaginoso, se han reportado ejemplos de hasta un centímetro de espesor con un área de superficie de más de un metro cuadrado y pesando hasta alrededor de 20 kg.
• Los xenofióforos, protozoos del filo Foraminíferos, son los ejemplos más grandes conocidos, con Syringammina fragilissima alcanzando un diámetro de hasta 20 cm (7,9 pulgadas)
• Nummulite , foraminíferos
• Valonia ventricosa , un alga de la clase Chlorophyceae, puede alcanzar un diámetro de 1 a 4 cm (0,4 a 2 pulgadas)
• Acetabularia , algas
• Caulerpa, alga, puede crecer hasta 3 metros de largo
• Gromia sphaerica, ameba, de 5 a 38 mm (0,2 a 1 pulgada)
• Thiomargarita namibiensis es la bacteria más grande, alcanzando un diámetro de hasta 0,75 mm
• Epulopiscium fishelsoni, una bacteria
• Stentor, ciliados apodados animálculos de trompeta