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TEMA 2: CARACTERÍSTICAS GENERALES DE LOS SERES VIVOS

INDICE:

2.1.- LA CÉLULA

La teoría celular.

2.2.- TIPOS DE CÉLULAS.

Célula procariota.

Célula eucariota.

2.3.- FUNCIONES BÁSICAS DE LOS SERES VIVOS

Función de relación.

Función de nutrición.

Función de reproducción.

2.4.- EL DESARROLLO: CRECIMIENTO, DIFERENCIACIÓN CELULAR Y

MORFOGÉNESIS

2.5.- EVOLUCIÓN CELULAR.

Dpto. Biología-Geología Prof. Elena Díaz Pedroche

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2.1. La célula

En el tema anterior se han visto las características que definen la vida, así como los

constituyentes de los seres vivos (bioelementos y biomoléculas). Estas moléculas se unen y se

organizan hasta constituir la unidad de vida más pequeña que existe: la célula.

La teoría celular

Los primeros conocimientos sobre la estructura de las células se remontan a 1665, cuando el

inglés Robert Hooke, examinando un trozo de corcho al microscopio, observó que estaba

dividido en «celdillas» a las que denominó células. Con el perfeccionamiento de los

microscopios, fueron surgiendo nuevos descubrimientos. Así, en 1831, el botánico Robert

Brown descubrió el núcleo, y en 1839, Evangelista Purkinje describió el medio interno de las

células, al que denominó protoplasma.

Tras estudiar en profundidad las células durante años, Matthias Schleiden y Theodor Schwann

formularon en 1839 la teoría celular, que postulaba que todos los seres vivos estaban

constituidos por células. Esta teoría se completó en 1855 gracias a los estudios de Rudolf

Virchow, quien estableció que toda célula procede de otra célula (omnis cellula e cellula). La

consolidación definitiva de la teoría celular se produjo en 1937 mediante la construcción, por

los físicos Ruska y Borries, del primer microscopio electrónico, que permitió la observación de

los distintos orgánulos celulares.

Actualmente, la teoría celular establece que la célula es la unidad vital, morfológica, fisiológica

y genética de todos los seres vivos:

vital, porque es la estructura mínima de la que emergen las propiedades vitales;

morfológica, porque los seres vivos están constituidos por una o más células;

fisiológica, porque genera y mantiene las reacciones químicas que posibilitan las

funciones vitales;

genética, porque mantiene y transmite los caracteres específicos a la vez que es

susceptible de mutar.

2.2. Tipos de células

Según su complejidad estructural, existen dos clases de células: procariotas y eucariotas.

A pesar de la gran variedad de células que existe, todas ellas poseen unas características

estructurales y funcionales comunes:

Presentan una membrana que las individualiza con respecto al medio ambiente externo y

constituye su límite, a través de la cual se realiza el intercambio de sustancias y de

información con el exterior.


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El citoplasma está formado por una disolución coloidal de biomoléculas, que por su gran

tamaño se mantienen en suspensión en el seno del disolvente, lo que le confiere un aspecto

semejante al de la clara de huevo.

En el citoplasma de las células se llevan a cabo las reacciones bioquímicas características de

la vida.

Todas las células poseen moléculas de ácidos nucleicos (ADN y ARN) que contienen el

material genético, es decir, la información necesaria para regular, coordinar y llevar a cabo

la actividad celular. Dicha información determina también las características específicas de

cada individuo y resulta imprescindible para el mantenimiento de la célula, ya que, si se

eliminara, esta degeneraría y moriría.

La forma de una célula guarda relación con las funciones específicas que desempeña.

Originalmente debió de ser esférica; sin embargo, la adaptación a funciones concretas o las

presiones ejercidas por las células contiguas determinan la existencia de un gran número de

formas.

El tamaño, muy variable, oscila entre 0,3 mm y 50 mm, por lo que generalmente solo son

visibles con microscopio, aunque existen también células observables a simple vista, como

el alga unicelular Acetabularia, que puede llegar a medir 10 cm; ciertas células musculares

(15 cm), o los óvulos de las aves (la yema de huevo es, en realidad, una sola célula).

Las principales diferencias entre ellas son:

• La presencia en eucariotas de una envoltura nuclear que rodea al material genético. En

procariotas no existe esta envoltura y su material genético está disperso por el citoplasma

(véase la Figura 2.1).

• Presencia de orgánulos celulares: en procariotas sólo aparecen ribosomas. En eucariotas

aparecen numerosos orgánulos especializados en funciones concretas, lo cual es una

ventaja, ya que la realización de esas funciones se lleva a cabo de una forma más eficiente.

Fig. 2.1. Célula procariota.


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• Presencia en procariotas de una pared celular rodeando a la membrana plasmática. En

eucariotas, esta pared aparece en células vegetales, hongos y algas, pero su estructura y

composición es distinta a la de procariotas.

• En cuanto al tamaño, las células procariotas son mucho más pequeñas que las eucariotas.

Las bacterias son células procariotas, siendo posiblemente las primeras células en aparecer en

el planeta. El resto de organismos están constituidos por células eucariotas.

La citología (del griego citas, “célula” y lagos, “estudio, tratado”), es la ciencia que estudia la

estructura y funciones de las células.

Célula procariota

Las células procariotas no tienen núcleo diferenciado y son de menor tamaño que las células

eucariotas. Son las eubacterias (bacterias verdaderas) y las arqueobacterias (procariotas más

primitivos).

La membrana celular está formada por una doble capa lipídica que contiene proteínas, rodea a

la célula y la separa del medio ambiente. Regula el paso de sustancias hacia y desde la célula e

interviene en procesos como la respiración celular.

Tienen un cromosoma formado por una molécula cíclica de ADN, que se localiza en una zona

del citoplasma llamada nucleoide.

El resto del material celular rodeado por la membrana recibe el nombre de citoplasma. Está

formado por el citosol y los ribosomas.

El citosol está constituido fundamentalmente por agua que contiene disueltos iones y

moléculas, como las proteínas.

Los ribosomas son unos orgánulos sin membrana donde se sintetizan las proteínas y están

libres o unidos a la cara interna de la membrana celular.

Algunas células procariotas tienen características especiales:

Presentan una pared celular que rodea la membrana plasmática. La rigidez de la pared

celular determina su forma y la sostiene.

En algunas células procariotas, rodeando a la pared celular, se encuentra una cápsula

compuesta principalmente por polisacáridos. Estas cápsulas protegen a algunas

bacterias cuando reciben el ataque de los glóbulos blancos en los animales a los que han

infectado.

Algunos grupos de bacterias fotosintéticas, como las cianobacterias, tienen un sistema

de membranas que contienen pigmentos y los enzimas necesarios para la fotosíntesis.


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Hay células procariotas que poseen mesosomas, invaginaciones de la membrana celular

que intervienen en la división celular.

Otras tienen flagelos, unos apéndices que utilizan para desplazarse; y otras presentan

pili, estructuras filiformes localizadas en el exterior de la membrana celular que ayudan

a estas bacterias a adherirse entre sí o a células diferentes.

Célula eucariota

Las células eucariotas difieren según constituyan a animales o a vegetales. La estructura básica

de toda célula eucariota consta de membrana, citoplasma y núcleo. Ambos tipos celulares,

animales y vegetales, presentan determinados orgánulos que las caracterizan, como los

centriolos (en células animales) y los cloroplastos (en células vegetales).

A. Membrana plasmática

Constituye el límite externo de la célula delimitando su territorio. Está formada por una

bicapa de fosfolípidos y por proteínas. Constituye una verdadera

barrera selectiva capaz de controlar el intercambio de sustancias entre el interior y el

exterior celular.

Las células vegetales presentan, rodeando a la membrana plasmática, una cubierta

denominada pared celular, que está formada básicamente por celulosa, y su principal función

es proteger y dar forma a las células vegetales.

B. Citoplasma

Constituye la parte de la célula que se encuentra entre la membrana plasmática y el núcleo.

Está formado por filamentos proteicos que, a su vez, componen el citoesqueleto y por una

Fig. Estructura de la membrana plasmática


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serie de orgánulos rodeados de membranas, todo ello disperso en una matriz acuosa. Esta

matriz se denomina citosol y es donde se llevan a cabo muchas de las reacciones químicas que

tienen lugar en la célula.

El citoesqueleto da forma a la célula, soporte a los orgánulos, interviene en la división celular,

interviene en la formación d cilios y flagelo, y es el responsable de los movimientos celulares.

Los orgánulos que se encuentran en el citoplasma son los siguientes:

Ribosomas: pequeños orgánulos formados por la unión de ARN y proteínas. Aparecen libres

en el citosol o unidos a la membrana del retículo endoplasmático. Su funciónes llevar a cabo

la síntesis de proteínas.

Retículo endoplasmático (RE): está constituido por un conjunto de membranas que forman

una red de tubos y sáculos aplanados interconectados por todo el citoplasma. El RE puede

ser de dos tipos: rugoso (con ribosomas adosados en su cara externa) liso. En el RE se

realiza la síntesis y el transporte de lípidos (liso) y proteínas (rugoso).

Aparato de Golgi: se origina a partir del retículo endoplasmático. Está formado por

dictiosomas, una pila de sacos aplanados rodeados de vesículas.

Sus principales funciones son la modificación de sustancias sintetizadas en el RE, la

secreción de sustancias al exterior celular, por medio de las vesículas que atraviesan

la membrana plasmática, y la formación de membranas y de orgánulos celulares, por

ejemplo, lisosomas.

Mitocondrias: orgánulos ovalados limitados por dos membranas, externa e interna,

separadas por el espacio intermembranoso. La interna tiene unos pliegues que penetran

hacia el interior formando unas estructuras llamadas crestas. El espacio limitado por la

membrana interna se denomina matriz, donde hay pequeñas cantidades de ADN, ARN Y

ribosomas.

La principal función de las mitocondrias es la obtención de energía para mantener las

funciones vitales de la célula, proceso conocido como respiración celular, que consiste en la

oxidación de la materia orgánica.

Lisosomas: vesículas rodeadas de membrana que contienen enzimas digestivas. Se

forman a partir del aparato de Golgi y su principal función es digerir sustancias alimenticias,

moléculas que ya no son necesarias para la célula y orgánulos defectuosos o que no

funcionan adecuadamente (como cloroplastos o mitocondrias).

Peroxisomas: son orgánulos membranosos formados por pequeñas vesículas. Reciben este

nombre porque en su interior se forma peróxido de hidrógeno (H2O2). Se encargan de

neutralizar gran parte de las sustancias tóxicas para el organismo.

En las plantas con semillas oleaginosas hay un tipo de peroxisoma que transforma los ácidos

grados en azúcares necesarios para la germinación de las semillas.


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Vacuolas: orgánulos encargados de digerir y de almacenar nutrientes, sustancias de

desecho, etc. En las células vegetales su función es regular la presión osmótica. Para ello,

existe una gran vacuola en el centro de la célula que puede llegar a ocupar hasta el 90 % de

las mismas.

Plastos: son exclusivos de células vegetales. Pueden ser: cromoplastos (acumulan

pigmentos), amiloplastos (acumulan almidón) y cloroplastos.

Los cloroplastos son los más importantes. Están rodeados de una doble membrana (externa

e interna). El interior, llamado estroma, contiene unas estructuras membranosas con forma

de saco denominadas tilacoides, que cuando están apilados reciben el nombre de grana. En

la membrana de los tilacoides está la clorofila. Esta molécula es capaz de captar la energía

de la luz solar, gracias a la cual los cloroplastos transforman la materia inorgánica en

orgánica, proceso conocido como fotosíntesis. En el estroma hay (como en las

mitocondrias) ADN, ARN Y ribosomas.

Centriolos: aparecen en células eucariotas, excepto en vegetales. Son dos estructuras

proteicas de forma cilíndrica dispuestas entre sí perpendicularmente. Están cerca del núcleo

y constituyen el centrosoma. El centrosoma está formado por los centriolos y una zona

amorfa que los rodea de la que parten unos filamentos proteicos denominados

microtúbulos.

Los centriolos son los responsables de la organización del citoesqueleto, es decir, controlan

la forma y el movimiento de las células (a partir de ellos derivan cilios y flagelos). Participan,

además, en la división celular.

C. Núcleo

Es el centro de control de la célula, ya que contiene el material genético. Está limitado por la

envoltura nuclear, formada por dos membranas, una externa y otra interna, que contienen una

serie de poros que comunican el núcleo con el citoplasma. En el interior del núcleo están la

cromatina, estructura de apariencia granular formada por ADN y proteínas; y el nucléolo,

región donde se produce la síntesis de ribosomas.

Cuando la célula se divide, la cromatina se condensa y

origina unas estructuras independientes, los cromosomas,

formados por la unión de ADN y proteínas; estas últimas

tienen la función de mantener la estructura de los

cromosomas. El nucleoplasma es un líquido que contiene

diversas moléculas, nucléolos y el ADN que, unido a

proteínas, forma la cromatina. Cuando la célula se divide, la

cromatina se condensa y constituye los cromosomas.

Fig. El núcleo celular aloja el material genético

Las estructuras propias de las células eucariotas animales son: el centrosoma y cilios y flagelos.


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Las estructuras propias de las células eucariotas vegetales son: la pared celular, los plastos.

2.3. Funciones básicas de las células

La célula es la unidad de vida más sencilla, ya que es capaz de realizar por sí sola todas las

funciones que caracterizan a un ser vivo, es decir, puede relacionarse, nutrirse, reproducirse y

evolucionar.

Función de relación

Las células pueden percibir cambios del medio externo que las rodea y responder frente a ellos.

Cualquier factor que le provoque irritación y excitación constituye un estímulo. Éstos, ya sean

físicos (cambios de temperatura, luz, presión, etc.) o químicos (sustancias tóxicas, etc.),

provocan una respuesta por parte de la célula, que puede ser:

• Estática: la célula no se mueve, sino que reacciona formando una estructura protectora y

pasando a vida latente hasta que las condiciones vuelven a ser favorables. Esta respuesta se

da en algunas formas de vida unicelulares.

• Dinámica: la célula reacciona efectuando un movimiento de desplazamiento llamado

tactismo (en el que interviene el citoesqueleto). Estos movimientos pueden ser

ameboideos, vibrátiles o contráctiles.

En los movimientos ameboideos, la célula emite un falso pie o pseudópodo, producto

del desplazamiento del citoplasma hacia el lado de donde sale el pie. Se da en

organismos unicelulares que no tienen una membrana rígida, como las amebas.

Los movimientos vibrátiles se producen en células que tienen cilios o flagelos (como los

espermatozoides).

Los movimientos contráctiles provocan el acortamiento de la célula (por ejemplo, en las

células musculares).

Función de nutrición

Como ya sabes, la célula es un sistema de moléculas que intercambian continuamente materia

y energía con el medio exterior que la rodea. Si ese intercambio dejara de producirse, la célula

no podría mantenerse como sistema estable y moriría.

Las sustancias que la célula toma del medio, denominadas nutrientes, son utilizadas por esta

para obtener la energía necesaria para llevar a cabo todas sus funciones vitales, así como para

conservar y renovar todas las estructuras celulares.

En definitiva, los nutrientes proporcionan a la célula y, por tanto, a todo el organismo, los

elementos con los que mantener la organización de su estructura, tanto a nivel fisiológico como

energético.


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a. Tipos de nutrición.

La forma en que los seres vivos obtienen las moléculas necesarias para llevar a cabo su

actividad celular permite distinguir dos tipos de nutrición: autótrofa y heterótrofa.

Los organismos autótrofos (con nutrición autótrofa, del griego autos, “por uno mismo” y

trophos, “alimento”) toman del exterior moléculas inorgánicas sencillas (dióxido de

carbono, agua, sales minerales) con las que construyen las moléculas orgánicas que

necesitan (glúcidos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos).

Esta síntesis de materia orgánica requiere un aporte energético que, generalmente, procede

de la luz solar, aunque algunos organismos autótrofos utilizan la energía de ciertas

reacciones químicas. Este tipo de nutrición es propia de las plantas y de algunos protoctistas

y bacterias.

Así diferenciamos la nutrición autótrofa fotosintética, la energía procede de la luz del sol.

Realizan este tipo de nutrición las bacterias fotosintéticas, las algas y las plantas. En la

nutrición autótrofa quimiosintética la energía procede de la oxidación de determinados

compuestos inorgánicos y únicamente realizan este tipo de nutrición algunas bacterias.

Hay que tener en cuenta que, aunque las plantas son seres autótrofos, no todas sus células

lo son. Las de la raíz, por ejemplo, dependen de las moléculas orgánicas sintetizadas por

otras partes de la planta.

Los organismos heterótrofos (nutrición heterótrofa, del griego hetero, “otro”, y “trophos”,

“alimento”) son incapaces de sintetizar las moléculas orgánicas y deben obtenerlas de otros

organismos, ya fabricadas. Dependen, pues, de la materia orgánica sintetizada por los seres

autótrofos. Todos los animales, los hongos y la mayoría de las bacterias y protoctistas

tienen nutrición heterótrofa.

La nutrición heterótrofa implica la ingestión de unos seres vivos por otros, como ocurre con

los animales herbívoros y carnívoros, o de restos orgánicos de organismos muertos, como

en el caso de los saprófitos.

Los nutrientes que los organismos heterótrofos toman de otros seres vivos no pueden ser

utilizados de modo inmediato por sus células y han de experimentar una serie de

transformaciones que constituyen, en conjunto, el proceso de la digestión.

b. Intercambio de sustancias con el medio ambiente. La incorporación de nutrientes.

Todas las células, desde las procariotas, más sencillas, hasta las eucariotas de los organismos

pluricelulares, mantienen una composición química interna distinta de la del medio que las

rodea. El mantenimiento del ambiente interno depende de la membrana celular, que es la

estructura encargada de seleccionar las sustancias que deben entrar y salir de la célula. En los


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organismos pluricelulares, realiza, además, la función de regular el intercambio de sustancias

entre las distintas células que los constituyen.

El paso de sustancias se efectúa por medio de diversos mecanismos, que dependen de las

sustancias que se van a transportar. Se pueden agrupar en dos tipos: el transporte de moléculas

pequeñas y el transporte de grandes partículas.

El transporte de moléculas pequeñas.

Las sustancias pequeñas se transportan por dos mecanismos:

Transporte pasivo. Se realiza sin consumo de energía, ya que las sustancias se desplazan a

favor de gradiente de concentración, es decir, desde la zona en la que la concentración es

mayor hacia la zona en la que es menor.

Según las características de las moléculas transportadas, se distinguen dos mecanismos de

transporte pasivo: la difusión simple y la difusión facilitada.

Difusión simple: sustancias como el agua, O2, el CO2 y algunas moléculas hidrófobas

atraviesan la membrana a través de la bicapa lipídica; otras como los iones, lo hacen a

través de proteínas canal, que forman poros en el espesor de la membrana. El transporte

ocurre siempre a favor de gradiente de concentración.

Difusión facilitada. Es el mecanismo más utilizado para el transporte de moléculas polares,

como la glucosa y los aminoácidos. La llevan a cabo proteínas de la membrana llamadas

“carriers” o “transportadores”, a las que se une la molécula que se va a transportar. La

unión provoca el cambio de forma del transportador, que permite el paso de la molécula a

través de la membrana.

Transporte activo. Las moléculas o iones se mueven contra gradiente de concentración, es

decir, desde la zona menos concentrada hacia la más concentrada. Para impulsar este


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transporte, se necesita energía, que, normalmente, es aportada por el ATP. Se realiza

mediante la acción de proteínas transportadoras llamadas “bombas”. Un ejemplo es la

bomba de sodio y potasio, que constituye uno de los sistemas de transporte mejor

conocidos.

El transporte de grandes partículas.

Las células disponen de medios para introducir en su citoplasma, o expulsar al exterior,

macromoléculas y grandes partículas (incluso células complejas) que, por ser demasiado

grandes, no pueden atravesar la membrana plasmática.

Estos medios siempre implican la formación de vesículas debido a la deformación de la

membrana plasmática; son la exocitosis (exo = fuera) y la endocitosis (endo = dentro).

Exocitosis. Es un proceso de expulsión de productos de desecho o de secreción (por

ejemplo, hormonas) y consta de tres etapas:

1.- La sustancias que se van a expulsar se encuentran en el citoplasma, dentro de la vesícula

que migran hacia la periferia.

2.- Cuando una vesícula alcanza la membrana celular, se fusiona con ella.

3.- El contenido de la vesícula se libera al exterior.

La exocitosis implica la fusión de vesículas membranosas generadas en el interior celular

con la membrana plasmática; la consecuencia es un aumento de la superficie de esta y su

renovación continua. La célula no crece indefinidamente porque el proceso se compensa

con la endocitosis.

Endocitosis. Es el proceso de incorporación de grandes partículas al interior de la célula. La

endocitosis se produce del siguiente modo:

1.- El material que se va a incorporar a la célula se fija a la membrana, que sufre una

invaginación.

2.- Se produce una vesícula que encierra a la sustancia.

3.- La vesícula se desprende y queda en el citoplasma celular. Como consecuencia de esto,

la membrana se reduce.

Según el tipo de sustancias que la célula incorpora, se distinguen dos mecanismos de

endocitosis: la fagocitosis, cuando la célula introduce grandes partículas sólidas, incluso

células completas; y la pinocitosis, cuando la célula introduce líquidos con pequeñas

moléculas disueltas.


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c. El metabolismo celular.

Una vez dentro de las células, los nutrientes sufren una serie de reacciones químicas complejas

que conforman la base de la actividad vital. El conjunto de todas esas reacciones se denomina

metabolismo. Las reacciones metabólicas fundamentales son muy semejantes en los distintos

tipos de organismos, lo que constituye un argumento a favor del origen común de todos los

seres vivos.

Las reacciones metabólicas presentan las siguientes características:

Se trata de reacciones encadenadas, es decir, el producto final de una reacción

constituye el reactivo inicial de otra. Se establecen, así, secuencias de reacciones

encadenadas que se denominan rutas metabólicas.

Todas las reacciones metabólicas son catalizadas, es decir, necesitan la presencia de una

molécula denominada catalizador para llevarse a cabo.

Estas moléculas se caracterizan porque no intervienen como reactivos en una reacción

química, no se consumen y pueden actuar de forma indefinida, por lo que solo se

requieren en cantidades muy pequeñas. Además los catalizadores disminuyen la energía

de activación, es decir, la energía necesaria para que las moléculas de los reactivos

comiencen a reaccionar.

Los catalizadores biológicos, conocidos como enzimas, son moléculas proteicas

específicas para cada reacción metabólica.

El metabolismo celular comprende dos tipos de procesos metabólicos: catabólicos y anabólicos.

Procesos catabólicos o catabolismo

Consisten en una serie de reacciones de oxidación que transforman moléculas complejas en

otras más pequeñas y sencillas. La energía liberada en estos procesos es utilizada en la síntesis

de nuevas moléculas, la división celular, el trabajo mecánico y el propio funcionamiento de la

célula (mantenimiento de sus características, transporte de nutrientes a través de la

membrana, etc). Una parte de esta energía se desprende también en forma de calor.

La energía desprendida en los procesos catabólicos no puede ser utilizada directamente por los

organismos, por lo que se usa para sintetizar moléculas de ATP. Esta es una forma muy útil de

acumular energía, pues cuando esta es necesaria, el ATP se rompe y la libera.

En el catabolismo existen dos procesos para obtener energía: la respiración y la fermentación.

Respiración. Este proceso catabólico consiste, básicamente, en la oxidación de moléculas

energéticas a lo largo de una serie de etapas en las que se pierden electrones que son

transferidos a otras moléculas aceptoras. El aceptor último de los electrones suele ser el


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oxígeno (respiración aerobia), aunque en algunas bacterias es otra molécula (respiración

anaerobia).

En la respiración aerobia se produce la oxidación total de las moléculas energéticas y se

obtienen productos inorgánicos (dióxido de carbono y agua). El rendimiento energético es

alto. Por ejemplo, la oxidación de una molécula de glucosa libera la energía suficiente para

sintetizar 36 moléculas de ATP. De forma muy esquemática, el proceso sería el siguiente:

Glucosa + 6 O2 6 CO2 + 6 H2O + 36 ATP

La respiración aerobia se realiza, en su mayor parte, en las mitocondrias de las células. Este

tipo de reacciones es propia de organismos aerobios como los animales, las plantas, los

hongos, los protoctistas y la mayoría de las bacterias, que han de tomar oxígeno del

entorno para llevarlas a cabo.

Fermentación. Siempre se realiza en el citoplasma celular, la oxidación de las moléculas

energéticas es incompleta y origina, como productos finales, moléculas orgánicas menos

degradadas que en la respiración. Según la naturaleza de estos productos finales, se

distinguen varios tipos:

En la fermentación láctica, propia de algunas bacterias, el producto final es el ácido

láctico y por cada molécula de glucosa se obtienen dos moléculas de ATP. Es, por

tanto, mucho menos rentable energéticamente que la respiración aerobia.

En la fermentación alcohólica, característica de algunas levaduras, el producto final

es el etanol (alcohol etílico). Al igual que en el caso anterior, se obtienen dos

moléculas de ATP por cada molécula de glucosa.

Dado que en el proceso de fermentación no interviene el oxígeno, los organismos que la

realizan se denominan anaerobios. En algunos casos, el oxígeno resulta tóxico para ellos

(anaerobios estrictos); en otros, sin embargo, según las circunstancias, son capaces de llevar

a cabo tanto la respiración aerobia como las fermentaciones (anaerobios facultativos)

Procesos anabólicos o anabolismo

Consisten en un conjunto de reacciones de reducción, que requieren el aporte de energía para

construir moléculas complejas a partir de otras menores y más sencillos.

Se distinguen dos tipos de procesos anabólicos. En uno de ellos, realizado por todos los seres

vivos, se parte de moléculas orgánicas y se sintetizan otras más complejas. En otro, se elaboran

moléculas orgánicas a partir de inorgánicas. Así se recupera la materia orgánica degradada en la

respiración.

Los organismos autótrofos son los únicos seres que pueden llevar a cabo este último proceso

anabólico. Para ello, es necesario reducir los compuestos inorgánicos aportando energía. Según


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cuál sea la naturaleza de esta fuente energética se distinguen dos procesos anabólicos: la

fotosíntesis y la quimiosíntesis.

Fotosíntesis. La realizan las plantas y algunas bacterias y protoctistas, que obtienen la

energía necesaria para sintetizar las moléculas orgánicas de la luz del Sol.

La fotosíntesis consiste en un proceso de oxidación-reducción, en el que existe un dador de

H+ y de electrones (en las plantas es el agua) y un aceptor inorgánico (dióxido de carbono,

nitratos, sulfatos, …):

AH2 + B A + BH2

De esta manera, la molécula dadora queda oxidada, y la aceptora, reducida. Cuando el

dador es el agua, y el aceptor, el dióxido de carbono, el esquema anterior se expresa de la

siguiente forma, más conocida:

nH2O + nCO2 (CH2O)n + nO2

Como puede verse, en la reacción se libera oxígeno procedente de la molécula de agua. De

este modo, las plantas desprenden a la atmósfera grandes cantidades de esta molécula.

Es un error frecuente considerar que las plantas realizan la fotosíntesis pero no la

respiración. Todas llevan a cabo ambos procesos. En primer lugar sintetizan las moléculas

orgánicas (fotosíntesis) y después las catalizan (respiración).

Los seres heterótrofos solo realizan este último proceso, por lo que necesitan tomar las

moléculas orgánicas fabricadas por los seres autótrofos.

La fotosíntesis se realiza en los cloroplastos de las células vegetales. En el caso de las

bacterias fotosintéticas, que carecen de estos orgánulos, se lleva a cabo en los mesosomas,

unos repliegues de la membrana celular.

Quimiosíntesis. Solo la realizan algunas bacterias. La energía necesaria para sintetizar las

moléculas orgánicas no procede de la luz del Sol, sino de la que se libera en las reacciones

químicas de oxidación de ciertas sustancias inorgánicas.

Según la naturaleza de estas sustancias, existen varios grupos de bacterias quimiosintéticas,

como las nitrificantes y sulfatizantes.

Además de ser imprescindible para las bacterias que la realizan, la quimiosíntesis

desempeña un papel fundamental en los ciclos biogeoquímicos de nuestro planeta,

constituidos por las diversas transformaciones que sufren las moléculas que componen los

seres vivos y gracias a los cuales los bioelementos van formando parte de distintas

moléculas orgánicas e inorgánicas.


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Las reacciones catabólicas y anabólicas son interdependientes: la energía (y, en ocasiones, las

moléculas) desprendida en el catabolismo se utiliza en el anabolismo, y las moléculas complejas

sintetizadas en este proceso pueden, a su vez, catabolizarse.

El catabolismo y el anabolismo no son procesos independientes ya que la energía que se

obtiene en el primero de ellos se utiliza en el segundo. Pero, ¿cómo se transmite esta energía?

A través de una molécula: el ATP (adenosín trifosfato). Se trata de un nucleótido formado por

ribosa, adenina y tres moléculas de ácido fosfórico. Estas últimas se unen entre sí mediante

enlaces de alta energía. De este modo, cuando se rompe uno de estos enlaces, el ATP se

convierte en ADP (adenosín difosfato) y una

molécula de ácido fosfórico, al tiempo que se

libera mucha energía (la misma que necesitó para

formar el enlace). Así, gracias al ATP, la energía

puede transportarse donde la célula la necesite.

Por este motivo el ATP es conocido como la

moneda energética.

Fig. El ATP actúa como mediador energético entre los

procesos de catabolismo y anabolismo.

d. Excreción.

Finalmente, la célula elimina los nutrientes que no ha utilizado y los productos de desecho que

se forman durante el metabolismo, proceso que recibe el nombre de excreción.

Los compuestos de desecho son expulsados de la célula mediante vacuolas, por exocitosis, o

atravesando la membrana plasmática (como, por ejemplo, el C02 resultante de la respiración).

Función de reproducción

Las células pueden dividirse y reproducirse dando lugar a nuevas células hijas con

características semejantes a las de sus progenitoras. Para ello, la célula que se divide duplica su

material genético, de modo que las células hijas resultantes tengan la misma información

genética que la célula madre.

La reproducción resulta imprescindible para mantener la vida, pues las estructuras biológicas se

deterioran con el tiempo y todos los organismos tienen un período de vida determinado. La

aparición de nuevos seres, iguales o muy semejantes a sus progenitores, garantiza la

perpetuación de la vida aunque los individuos concretos vayan desapareciendo.

En resumen, la reproducción es el mecanismo por el que la vida se renueva y se resiste a su

desaparición con el paso del tiempo.

No solamente se reproducen los organismos; también lo hacen las distintas células que

constituyen los organismos.


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A lo largo de su vida, la célula pasa por dos etapas

diferentes: la interfase y la división celular, que constituyen

en conjunto el denominado ciclo celular.

Fig. Etapas del ciclo celular.

• Interfase: abarca la mayor parte de la vida de la célula.

Durante la misma, la célula desarrolla una actividad normal, es decir, se nutre, se relaciona,

crece, se produce la síntesis de las proteínas y de otras biomoléculas orgánicas, y se

especializa. En esta etapa el ADN se encuentra en forma de cromatina. Pero, a partir de un

momento dado, la cromatina empieza a condensarse y se duplican el ADN y los centriolos

que forman el centrosoma; es entonces cuando la célula empieza a prepararse para la

división.

• División celular: proceso por el cual una célula madre va a dar origen a dos células hijas.

Comprende dos fases o etapas: la mitosis y la citocinesis.

Mitosis

Es la etapa de la división celular en la que tiene lugar la división del núcleo. En la mitosis se

distinguen cuatro fases:

Profase: en esta etapa, la más larga de la mitosis, el ADN duplicado en la interfase se

condensa para formar los cromosomas. Éstos están constituidos por dos cromátidas, que

tienen exactamente la misma información genética, unidas por un punto llamado

centrómero.

Por otra parte, se produce la disgregación del nucléolo y la rotura de la membrana nuclear.

Además, cada par de centríolos (duplicados en la interfase) se dirige a un extremo de la

célula, y quedan unidos por un conjunto de microtúbulos que constituyen el huso

acromático, encargado de la separación de los cromosomas.

Metafase: los cromosomas (unidos a los microtúbulos del huso acromático a través del

centrómero) se desplazan hacia la zona media de la célula y forman la denominada placa

ecuatorial.

Anafase: las cromátidas hermanas se separan y migran hacia polos opuestos de la célula.


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Esto sucede así porque los microtúbulos del huso acromático empiezan a acortarse de

modo que van separando las cromátidas de los cromosomas y tirando de ellas hacia un polo

u otro de la célula.

Telofase: cuando las cromátidas han llegado al polo correspondiente, empieza a formarse

de nuevo la membrana nuclear. Las cromátidas se descondensan y los nucléolos aparecen

de nuevo.

De este modo, cada célula hija resultante contiene la misma información genética que la

madre.

El ciclo celular está regulado por una serie de mecanismos de control. Si estos mecanismos

fallan, las células podrían reproducirse sin control y podrían dar lugar a la aparición de células

cancerosas, que pueden desarrollar un tumor.

Citocinesis

Consiste en la división del citoplasma y tiene lugar después de la telofase. Este proceso es

distinto en células animales y vegetales.

En células animales se produce un estrechamiento

en la zona media de la célula, que se va haciendo

más pequeño hasta separarla en dos células hijas.

Las células vegetales no se pueden estrechar porque

tienen una pared celular rígida, por lo que el

citoplasma se divide gracias a la formación de una

nueva pared celular en la zona central de la célula.

Fig. Proceso de citocinesis en células animales (a) y vegetales

(b).

Existe un tipo de división celular especial, la meiosis, que tiene lugar en células implicadas en la

reproducción sexual.

Meiosis

La meiosis es un tipo de división celular en el que las células que se forman tienen la mitad

de cromosomas que la célula madre.

El número de cromosomas de una célula eucariota de una planta o un animal se denomina

número diploide, se designa como 2n y es característico para cada especie (por ejemplo, para

el ser humano es 46). Sin embargo, las células implicadas en la reproducción sexual tienen la

mitad de cromosomas, es decir, n cromosomas, lo que se denomina número haploide.


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En la reproducción sexual se produce la unión de dos células sexuales, los gametos, para formar

una nueva célula, el cigoto, a partir de la cual se desarrollará un nuevo individuo. Por lo tanto, si

los gametos tuvieran 2n cromosomas, cada nueva generación tendría el doble de cromosomas.

Para que esto no ocurra, las células sexuales son haploides, de modo que, al unirse, darán

origen a un nuevo individuo diploide.

La meiosis comienza con la duplicación del ADN. Después se suceden dos divisiones celulares: la

primero división meiótica, en la que el número de cromosomas se reduce a la mitad, y la

segunda división meiótica, que es una mitosis normal.

• Primera división meiótica: se distinguen las siguientes etapas:

Profase I. Es la etapa más larga y compleja de la meiosis. Al principio, como en la mitosis, el

ADN se condensa y se forman los cromosomas. A partir de ahí sucede algo que no pasaba

en la mitosis: los cromosomas homólogos se aparean longitudinalmente y se forman

cromosomas dobles o bivalentes entre los cuales se produce un fenómeno denominado

sobrecruzamiento o entrecruzamiento. Este fenómeno consiste en el intercambio de genes

entre los cromosomas homólogos (recombinación genética), lo que incrementa la

variabilidad genética de la descendencia. Los puntos en los que se produce este intercambio

se llaman quiasmas.

El resto de los fenómenos que suceden en esta etapa son los mismos que en la mitosis, de

modo que al final de esta fase se ha formado el huso acromático.

Metafase I. Durante esta fase los bivalentes se sitúan en el plano ecuatorial del huso

acromático unidos a los microtúbulos a través de los centrómeros.

Anafase I. Los cromosomas homólogos que forman los bivalentes se separan y se dirigen a

cada uno de los polos de la célula. ¿Te has fijado en qué se diferencia esta etapa de la

anafase de la mitosis? En la mitosis migraban a los polos las cromátidas hermanas, pero en

la anafase 1 de la meiosis migran cromosomas homólogos.

Cada uno de los cromosomas homólogos, con sus dos cromátidas (en este caso diferentes,

puesto que se ha producido un intercambio de segmentos), se dirige hacia un polo distinto.

De esta forma, los cromosomas paternos y maternos se distribuyen en los polos al azar,

pero, en cada polo, siempre habrá solo una dotación de n cromosomas con dos cromátidas

cada uno.

Telofase l. Al igual que en la telofase de la mitosis, en esta etapa se forman las membranas

y se divide el citoplasma.

Así, al final de la primera división meiótica se han formado dos células hijas con n cromosomas

y con dos cromátidas cada una, es decir, dos células haploides. Tras la primera meiosis se

produce una pequeña interfase en la que no se produce duplicación del ADN y empieza la

segunda división meiótica.


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Cromosomas homólogos: Las células diploides (2n) tienen dos

series de cromosomas (procedentes del padre y de la madre)

que se emparejan de dos en dos, por lo que reciben el nombre

de cromosomas homólogos. Las células haploides (n) sólo

tienen una serie de cromosomas.

Fig. En el sobrecruzamiento o entrecruzamiento se produce el intercambio de material genético entre cromosomas

homólogos.

• Segunda división meiótica: es igual que una mitosis normal y tiene por objetivo separar las

cromátidas hermanas que, tras la primera división meiótica, permanecían unidas. Las

etapas de esta división se denominan profase II, metafase II, anafase II y telofase II para

diferenciarlas de las de la división anterior y sufren los mismos procesos que en las etapas

que se han visto para la mitosis.

El resultado final de la meiosis es que a partir de una célula madre con 2n cromosomas

se han formado cuatro células hijas con n cromosomas.

Reproducción de los organismos

Al igual que las células individuales, los organismos también se reproducen, lo que permite

sustituir a los individuos que mueren en las poblaciones de todas las especies.

Existen dos modalidades de reproducción: asexual y sexual

Asexual. A partir de un grupo de células, incluso de una sola, se genera un nuevo individuo.

El proceso se realiza por sucesivas divisiones celulares y la posterior especialización de las

células para formar los órganos y aparatos del nuevo individuo, que será idéntico al

progenitor.

La reproducción asexual es más frecuente en las plantas que en los animales y permite un

rápido y fácil aumento del número de organismos.

Sexual. Este tipo de reproducción requiere la intervención de unas células especiales,

denominadas células sexuales o gametos, cuya unión (proceso conocido como

fecundación) origina una célula que recibe el nombre de célula huevo o cigoto (zigoto), que,

por sucesivas divisiones, generará un nuevo individuo.

El cigoto, formado por la unión de ambos gametos, cada uno de un progenitor, posee

características de ambos progenitores.


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En la reproducción asexual, las células se dividen por mitosis, mientras que en la reproducción

sexual, las células que formarán los gametos, se dividen por meiosis.

Ciclos biológicos.

El ciclo biológico de una especie con reproducción sexual es el conjunto de acontecimientos

que tienen lugar desde que se forma un cigoto hasta que este se origina de nuevo para dar

lugar a un descendiente. Existen tres tipos de ciclos biológicos:

Ciclo haplonte: la meiosis ocurre justo después de formarse

el cigoto, que es la única fase diploide, por lo que durante la mayor

parte del ciclo los organismos son haploides. Se da en organismos

poco evolucionados, como algas y hongos unicelulares.

Ciclo diplonte: la meiosis se produce solo en células que van

a originar gametos, de modo que los organismos son diploides y

únicamente son haploides las células encargadas de la reproducción.

Se da en todos los animales, así como en algunos tipos de algas,

hongos y en muchos protozoos.

Ciclo diplohaplonte: es una combinación de los dos ciclos

anteriores. A partir de un organismo adulto diploide, llamado

esporofito, se forman por meiosis unas células, que no son gametos,

llamadas meiosporas. A partir de las meiosporas se forman

organismos haploides llamados gametofitos. Estos últimos dan lugar

a los gametos que, en este caso, no se forman mediante meiosis, ya

que los gametofitos son haploides. La unión de los gametos daría

lugar de nuevo al esporofito, con lo que empezaría otra vez el ciclo.

En el ciclo diplohaplonte se produce lo que se conoce como

alternancia de generaciones, ya que se alternan dos tipos de

organismos adultos: uno diploide, el esporofito, que se reproduce

asexualmente, y otro haploide, el gametofito, que se reproduce

sexualmente. Este ciclo se da en las plantas, muchas algas y algunos

hongos.

Fig. Ciclos biológicos.

Los organismos más evolucionados presentan un ciclo diplonte, y en el caso de las plantas, cuyo

ciclo es diplohaplonte, las más evolucionadas pasan la mayor parte de su vida como esporofito.

Por lo tanto, cuanto más evolucionado está un organismo más tiempo de su vida

transcurre en fase diploide, ya que, evolutivamente hablando, esta fase es más ventajosa: en


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ella se tienen dos copias de cada cromosoma, una procedente del padre y otra de la madre, de

modo que si uno de ellos se altera (por ejemplo, por una mutación), queda otra copia con la

información genética correcta.

2.4.- El desarrollo: crecimiento, diferenciación celular y morfogénesis.

Generalmente el desarrollo de un organismo pluricelular comienza con una célula, el cigoto o

huevo, resultado de la unión del gameto masculino y femenino.

¿Cómo es posible que a partir de una célula surja un ser pluricelular compuesto de miles de

millones de células muy organizadas y especializadas?

El cigoto lleva un programa genético que dirige las etapas del desarrollo: crecimiento,

diferenciación y morfogénesis.

El programa genético está bajo la influencia de los factores ambientales. Por eso, para predecir

cómo será un individuo en el futuro, no basta con saber las características de su programa

genético heredado de sus progenitores, hay que conocer las peculiaridades del ambiente que le

afectan. Por ejemplo, la estatura de un individuo va a depender de su ADN y de otros factores

como la alimentación.

El crecimiento consiste en el aumento de tamaño, que se produce porque las células se dividen

y se expanden. En cada división celular los dos núcleos que se forman en la división mitótica

llevan la misma información que el núcleo del que proceden; sin embargo, las células que

componen el cuerpo de una planta o un animal no son idénticas. Por ejemplo, el cuerpo

humano con sus 100 billones de células contiene unos 200 tipos funcionales distintos. ¿Cómo

puede surgir esta variedad de células: musculares, nerviosas, sanguíneas, etc?

Esta transformación se produce por la diferenciación celular, un proceso que hace que una

célula se especialice en una determinada función, cambie en el contenido de sus sustancias y

con frecuencia su estructura y forma. Por ejemplo, antes de la diferenciación una célula del

embrión humano puede convertirse en muscular, epitelial … Conforme se produce la

diferenciación sus posibilidades disminuyen y llega un momento en que su destino está

completamente determinado. Es cuando la célula ya se ha especializado.

La diferenciación celular se origina porque unos genes se activan y se expresan, mientras que

otros permanecen inactivos. Por ejemplo, en el músculo esquelético de los animales se

expresan los genes que dirigen la formación de la actina y la miosina, proteínas encargadas de

la concentración muscular. Sin embargo, en las células nerviosas, que tienen el mismo ADN que

las musculares, se expresan los genes que les ayudan a realizar la transmisión del impulso

nervioso.

En la activación e inhibición de los genes participan señales del entorno como, por ejemplo, el

contacto con células en el desarrollo embrionario; en otros casos, es la presencia o ausencia de


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moléculas. Estas señales del entorno se traducen en otra señal intracelular que activa o inhibe

genes.

La morfogénesis es un proceso que hace que aparezcan los órganos y se genere la forma del

cuerpo, pero es mucho más que la diferenciación. En la morfogénesis las células mueren, se

alargan, se acortan, cambian de forma, emigran y se dividen en cientos de planos y no en otros.

El crecimiento, la diferenciación y la morfogénesis se repiten generación tras generación y

provocan que a partir de una célula se origine un ser pluricelular.

La última etapa del programa genético consiste en activar las instrucciones que señalan el final

de la vida de los organismos.

En las plantas, las células están limitadas por las paredes celulares y no se mueven, de manera

que la división organizada y la expansión celular son los medios principales para construir su

cuerpo. En los animales, los movimientos celulares son muy importantes en la morfogénesis.

2.5. Evolución celular

Las teorías sobre el origen de la vida tratan de explicar cómo se originaron las primeras formas

de vida. Sin embargo, basta con mirar a nuestro alrededor para ver la gran diversidad de

organismos que habitan la Tierra (plantas, animales, bacterias, etc.). Si todos ellos descienden

de esas primitivas formas de vida, ¿cómo explicar tanta diversidad?

Se explica en función de la capacidad de evolucionar. Las poblaciones de seres vivos, gracias a la

mutación, son variables. Cuando se produce un cambio ambiental se pueden ir seleccionado

aquellos individuos mejor adaptados, así la población cambia, pudiendo originar nuevas

especies.

Hoy en día los expertos opinan que las primeras formas de vida debieron ser autótrofas

quimiosintéticas, que surgieron alrededor de volcanes submarinos a gran profundidad y a

temperaturas elevadas. Serían parecidos a lo que hoy denominamos bacterias extremófilas

(termófilas). Su nutrición era a partir de elementos inorgánicos que oxidaban y de los cuales

obtenían la energía.

Luego surgieron otros autótrofos que utilizaban la luz como fuente de energía (autótrofos

fotosintéticos). La diversificación de los autótrofos fomentó el surgimiento de los heterótrofos,

que pudieron vivir de los productos que los autótrofos generaban.

Se desarrollaron varias clases de bacterias fotosintéticas, las más importantes son las

cianobacterias. Como consecuencia de la fotosíntesis, se empezaría a liberar oxígeno que se iría

acumulando en la atmósfera. Para algunos organismos el oxígeno resultaría tóxico, pero otros

adquirirían la capacidad de utilizarlo, y aparecerían así los procesos de respiración aeróbica

actuales, en los cuales se libera CO2 que, a su vez, sería utilizado por los organismos

fotosintéticos.


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A partir de los organismos procariotas se formaron los eucariotas. Esto puede ser explicado por

la teoria endosimbiótica, formulada por la bióloga estadounidense Lynn Margulis. Según esta

teoría, algunas células procariotas, no fotosintéticas, pudieron volverse depredadoras, es decir,

se alimentaban engullendo a otros organismos mediante procesos de fagocitosis.

Probablemente, estos depredadores no podrían digerir adecuadamente a sus presas, de modo

que, en algunos organismos se pudo establecer una relación de simbiosis entre la presa y el

depredador. Las células atrapadas se fueron especializando en diferentes funciones y dieron

lugar a distintos orgánulos celulares, como, por ejemplo, las mitocondrias (antiguas bacterias

aeróbicas) y los cloroplastos (antiguas bacterias fotosintéticas). Aunque no se han encontrado

restos fósiles que apoyen esta teoría, el hecho de que tanto las mitocondrias como los

cloroplastos posean su propio material genético puede evidenciar que sucedió así.

La simbiosis es una interacción entre dos o más organismos. Puede ser de varios tipos:

• mutualismo (ambos organismos se benefician);

• comensalismo (se beneficia uno pero sin perjudicar al otro );

• y parasitismo (uno se beneficia a costa de perjudicar al otro ).

En el caso de la teoría endosimbiótica, se entiende que esta asociación resultaría beneficiosa

para ambos organismos.

Fig. Según la teoría endosimtnotica, los organismos eucariotas surgieron a partir de los procariotas.

A partir de estas primeras formas de vida eucariotas surgirían los primeros organismos

pluricelulares, formados por la unión de muchas células formando colonias. En las colonias

cada organismo trabaja para sí mismo, es decir, no hay un reparto del trabajo. Según las células

se van especializando en realizar determinadas funciones o trabajos, aparecen los tejidos, que

serán las estructuras de los primeros organismos pluricelulares, como las esponjas. A medida

que los organismos se van complicando, surge la necesidad de crear estructuras más

especializadas, como órganos, aparatos y sistemas.

Debido a que la vida se originó en los océanos primitivos, se piensa que los primeros

organismos pluricelulares evolucionaron en el mar para, posteriormente, colonizar la tierra. Así,

gracias a los procesos evolutivos, fue aumentando la biodiversidad.


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TEMA 2: CARACTERÍSTICAS GENERALES DE LOS … · dividido en «celdillas» a las que denominó...

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