Lectura :Teoría celular

LECTURA PARA ALUMNOS

LA TEORÍA CELULAR Y  LOS DESCUBRIMIENTOS QUE CONTRIBUYERON A SU FORMULACIÓN. (Duchesneau, 1992)

1. La microscopia y la teoría celular

Uno de los hechos científicos sobresalientes del siglo XVI fue la aplicación del microscopio a la observación de la naturaleza. Y no porque esta ampliación del poder de la investigación diese enseguida los resultados que eran lógicos de esperar. El espíritu aun no estaba maduro para interpretar correctamente las imágenes que los cristales de aumento ponían delante de los ojos. Se vieron células mucho antes de comprender lo que era una célula.

De todas formas, debido al papel esencial que lo infinitamente pequeño desempeña en los fenómenos vitales, la creación de la técnica microscópica marca una etapa decisiva; condujo rápidamente hacia numerosos descubrimientos de detalle, y revelando una variedad y una complejidad inesperadas de las estructura orgánicas, estimuló vivamente la curiosidad de los investigadores, al mismo tiempo que les acostumbraba a la observación paciente, minuciosa y continua.

La antigüedad conocía, desde luego, las propiedades de aumento de las lentes de vidrio o de cristal y ya en el siglo XVIII, la lupa era usualmente utilizada por todos aquellos a quienes su profesión obligaba a manejar objetos pequeñísimos (relojeros, joyeros) y por los mercaderes de tejidos, para contar los hilos de los paños. Pero a comienzos del siglo XVII los sabios hicieron servir las lentes para sus investigaciones.

En aquella época podían escoger entre dos clases de microscopios: el sencillo y el compuesto. El sencillo no era más que una lente montada; el compuesto estaba formado de una combinación de lentes.

Con el microscopio sencillo el holandés Leeuwenhoek realizó los descubrimientos que han inmortalizado su nombre. Anton Van Leeuwenhoek trabajando en casa de un negociante de tejidos a los dieciséis años, ve manejar y a veces maneja él mismo, el instrumentillo de aumento de que sirven los mercaderes para examinar  los paños y se divierte colocando debajo de la lupa    Fig.No.1 Anton Van Leeuwenhoek otras lentes; y así, poco a poco, se apasiona ante el aspecto singular que cobran las cosas menudas cuando se les agranda. Por pasatiempo se dedica a la talla de vidrios de aumento, lo hace con tanta habilidad, que pronto concibe el proyecto de consagrar su vida a la observación microscópica.

Conservó su empleo durante 39 años y tanto sus microscopios como sus observaciones eran ya célebres en su país cuando, el 19 de mayo de 1673, envió su primer trabajo a la Royal Society de Londres. Se trataba de algunas observaciones realizadas sobre musgos, la abeja doméstica y un pequeño insecto parásito del hombre. Su precisión y minucia causaron una sensación profunda en el círculo de los naturalistas y a partir de entonces ya no cesó de comunicar sus observaciones en forma de cartas a la Royal Society de la cual fue miembro a partir de 1680. Su última carta lleva la fecha de 20 de noviembre de 1719 (365 cartas en total). Todo lo que tenía a la mano desfiló por las lentes de Leeuwenhoek: gotas de sangre, de agua estancada, de vinagre, restos de piel, de hueso, de órgano, tendones, músculos, trozos de carne, pedazos de hoja o de corteza, excrementos de rana o de ratón, cochinillas, polvo de diamante, humor acuoso de ballena, sarro de dentadura, lana de cordero, cenizas de tabaco o de heno, tela de araña, entre otras. Todo ello sin idea preconcebida, sin orden ni plan, pasando del reino animal al reino vegetal y al mineral, del objeto común al objeto excepcional, del producto natural al producto manual. No tiene ninguna preocupación teórica y su único objetivo es ver cosas nuevas. Con cuidado ferviente y con una paciencia sin igual explora sin cesar el mundo hasta entonces cerrado de lo no visible.

Fig. No.2 Imagen del microscopio de Anton Van Leeuwenhoek

Si se deben a Leeuwenhoek tantos descubrimientos es porque por un lado, su capacidad de observación era asombrosa y por otra la calidad de sus instrumentos ópticos era suprema. Sus lentes, biconvexas y de gran curvatura aventajaban en transparencia y calidad a las mejores de la época. Tenía cuatrocientas diecinueve, alguna de las cuales era de cristal de roca y hasta diamante. Había montado doscientas cuarenta y siete lentes en microscopios, la mitad de los cuales eran de plata y tres de oro, siendo su construcción rudimentaria.

Sin embargo, a pesar de que las lentes de Leeuwenhoek eran superiores tanto como su agudeza visual, su poca preparación académica no le permitieron interpretar científicamente todas sus observaciones a pesar de que los detalles dibujados con tanta precisión fueron causa de admiración por la Royal Society.

2. Desarrollo histórico del concepto celular

El primer acontecimiento importante en la biología celular tuvo lugar en 1665 cuando Robert Hooke inglés e integrante de la Royal Society  informó de algunas observaciones realizadas con un microscopio primitivo en el cual colocó un pedazo de corcho muy delgado y vio “una gran cantidad de pequeñas celdillas” a las que Hooke llamó “células” porque le recordaban las pequeñas habitaciones o celdas ocupadas por los monjes. También en 1665 publicó en su libro Micrographia, que algunos tipos de células contenían “jugos”. Sin embargo concedió particular atención a la gruesa pared celular que era evidente y ésta, más que el contenido de las células siguió siendo el centro de los estudios celulares durante cerca de 150 años.

La palabra célula había aparecido en 1665 y Robert Hooke la había acuñado por vez primera (en latín cellula significa cámara pequeña) pero ni remotamente había imaginado la verdadera naturaleza y significado de la célula, pues solo había percibido en ella los “tabiques” que evocaba el aspecto de un panal de colmena. En cambio Malpighi (1672) y Grew (16672) sin emplear el término de célula habían comprendido que determinadas partes de la planta están formadas de pequeñísimos organismos elementales (utrículos, sáculos, vesículas) dando la impresión de que las células eran unidades de materia viva limitadas por paredes bien diferenciadas. En esa época se consideraba que el rasgo fundamental de la célula era la pared en sí misma más que el contenido que encerraba. Puesto que las células de los tejidos animales carecen de paredes diferenciadas, no pudieron ser resueltos en las células animales elementos equivalentes a las paredes de las células vegetales y el parecido básico entre las células animales y vegetales en cuanto a la estructura microscópica pasó inadvertido.

Entre estos lejanos precursores y los fundadores de la teoría celular, es importante señalar a Dutrochet (fisiólogo y físico francés 1776-1847) que se aproximó más a la verdad cuando escribió: “no hay pues, duda alguna que los órganos de los animales están formados por utrículos aglomerados al igual que los vegetales. Vemos así que la naturaleza posee un plan uniforme para la estructura íntima de los seres organizados en animales y vegetales”.

Fig. No.3 Roberth Hooke y su microscopio compuesto.

Sea cual fuere el mérito de todos éstos trabajos preliminares, a Schleiden y Schwann es quienes corresponde la parte preponderante del establecimiento de la teoría celular, no solo por el valor intrínseco de su aportación, sino por la considerable influencia que ejercieron en el pensamiento de su época. Sus obras son comunes y no pueden ser disociadas sin riesgo de cometer una injusticia. La de Schwann  atañe a la estructura de los animales, la de Schleiden a la estructura de las plantas, sin embargo, es natural que una generalización tan vasta como la de la teoría celular se haya producido por el encuentro de un botánico y de un zoólogo.

Mathias Jacob Schleiden nació en 1804, en Hamburgo, hijo de un connotado médico. Despues de haber estudiado derecho en la Universidad de Heildelberg se hizo abogado, pero esta profesión le causó tantos disgustos que hasta quiso suicidarse. Con 27 años de edad empieza a tener pasión por las ciencias naturales y vuelve a la Universidad de Jena en la que permanece hasta 1862. Despues de una breve estancia en Rusia regresa a Alemania, estableciéndose en Dresde y muere en 1881.

A Schleiden se le deben importantes obras de botánica teórica, él insistió sobre la mutua dependencia de los elementos o células que componen un organismo y también sobre la función del núcleo, el cual según él, constituye el germen de la célula.

Theodor Schwann nació en pueblito cercano a Dusseldorff, su padre trabajaba en una librería. Despues de haber sido en Würtzburg alumno de Johannes Müller (fisiólogo alemán 1801-1858) y luego su asistente en Berlín, ocupó la cátedra de anatomía en la Universidad de Lovaina, conservando este puesto durante nueve años, luego fue profesor de Lieja y murió en Colonia en 1882; solo un año después de Schleiden.

Se deben a Schwann, al margen de sus investigaciones fundamentales  sobre la constitución celular de los tejidos animales, numerosos trabajos que se refieren a variadísimos puntos de la anatomía y de la fisiología; estructura de las fibras nerviosas; propiedades de la pepsina, respiración del embrión de pollo, entre otras.

3. Desarrollo de la Teoría Celular

Las mejoras de la óptica de la luz en los años 1830 permitieron rápidamente el reconocimiento de los límites celulares más finos de otros tipos de tejidos animales. Cuando fue posible observar los detalles estructurales del interior de la célula, el énfasis pasó gradualmente, desde la pared al contenido y el término de “célula” tomó el significado moderno. Hacia 1830, se reconoció que el contenido líquido de la célula es la sustancia principal de los organismos vivos: J.E. Purkinje eligió el término protoplasma para nombrar esta sustancia en una publicación aparecida en 1840.

En 1833 Robert Brown publicó un artículo que describía la estructura microscópica de los órganos reproductivos de las plantas. En este artículo Brown llamó la atención sobre el núcleo como una característica constante de todas las células vegetales. Este trabajo que posteriormente fue objeto de amplia difusión, estableció que la célula nucleada era la unidad de los tejidos vivos en las plantas y fue la base del posterior desarrollo de la teoría celular. Poco después en 1839 Schwann observó que el tejido cartilaginoso de los animales poseía una estructura microscópica “que se parece exactamente al tejido celular parenquimatoso de las plantas”. Este trabajo se vio favorecido por el hecho de que el material extracelular del tejido cartilaginoso ocupa una posición análoga a la de la pared celular en las plantas. Esto permitió a Schwann reconocer la naturaleza celular de los tejidos animales.

Schwann y Schleiden eran amigos y en una casual conversación menciona “Un día que cenaba con el señor Schleiden, este ilustre botánico me indicó la importante función que el  núcleo desempeña en el desarrollo de las células vegetales. Me acordé enseguida de haber visto un órgano semejante en las células de la cuerda dorsal del renacuajo y en aquel mismo momento percibí la gran importancia que tendría mi descubrimiento si llegaba a demostrar que, en las células de la cuerda dorsal, este núcleo desempeña el mismo papel que el núcleo de las plantas en el desarrollo de las células vegetales”.

Acto seguido, ambos investigadores se encaminaron al laboratorio de Schwann para examinar los núcleos en cuestión, y Schleiden no vaciló en establecer  en el acto la identidad entre ambas clases de núcleos en toda clase de tejidos animales. Al año siguiente Schwann publica la famosa memoria “Investigaciones microscópicas sobre la analogía de estructura entre los animales y los vegetales”.

En esta obra Schwann pone de relieve con gran claridad todas las ideas que hoy se han hecho clásicas sobre la unidad estructural del reino vivo; considera a la célula como una unidad elemental de la vida, como punto de partida del desarrollo individual. Además el solo hecho de emplear la expresión TEORÍA CELULAR basta para mostrar que Schwann comprendía plenamente el alcance general de las nuevas concepciones que propone: “el desarrollo de esta proposición segun la cual existe un principio general para la producción de todos los cuerpos orgánicos, y que este principio es la formación de células, así como las conclusiones que pueden sacarse de ella, pueden ser comprendidas en la denominación de teoría celular”.

4. Interpretaciones incorrectas de la célula

A pesar de todo, la concepción que Schleiden y Schwann tenían de la célula, no estaba exenta de errores, desde luego. Los puntos de vista equivocados que sostenía Schleiden (y que influenciaban a Schwann) sostenían que como un primer paso, la célula para reproducirse necesitaba que el núcleo se formara por la agregación de pequeños gránulos protoplásmicos. Luego el núcleo aumentaba en volumen desarrollándose finalmente en la célula hija mientras aun se hallaba en los extremos de la célula progenitora. Esta idea por la cual el núcleo deriva de gránulos protoplásmicos y que después madura en las células hijas se llamó “formación celular independiente”. La hipótesis perduró durante muchos años, debido en parte, a la influencia de Schleiden sobre otros científicos y a su empuje al defender sus ideas. Pero la noción de célula iba a rectificarse y a precisarse rápidamente; en el espacio de treinta años tenía que alcanzar casi su forma actual, gracias a los trabajos de otros científicos como Remak, Virchow, Henle, Purkinje, Von Mohl, Max Schultze, Ranvier, Nägeli entre otros.

Por ejemplo en una crítica de la hipótesis de Schleiden, Hugo Von Mohl dice que “la explicación en conjunto demuestra que Schleiden no ha visto una sola vez la división de la célula”. Pronto aparecieron evidencias experimentales que contradecían directamente a Schleiden. Las observaciones de crecimiento tisular en las plantas indicaban que las células se multiplicaban por división más que por formación celular independiente. En 1846 Karl Von Nägeli combinó y formalizó estas observaciones y concluyó a partir de estos trabajos y de sus propias y extensas investigaciones en el desarrollo de las plantas que todas las células vegetales derivan de la división directa de una célula en dos células hijas. Sin embargo al igual que muchos citólogos Nägeli creyó que la pared celular era la estructura más importante de la división y no exceptuó la hipótesis de Schleiden de que el núcleo se formaba de nuevo en las células por la agregación de gránulos protoplásmicos: De esta forma Nägeli afirmó la formación libre del núcleo pero no de las células.

Desarrollos parecidos tuvieron lugar para las células animales. En 1841, Robert Remak observó la división de las células de la sangre de los embriones en dos células hijas iguales y los citólogos K.E. Von Baer y R.A. Von Kölliker interpretaron la formación del surco en los huevos fecundados como un proceso de división celular. Finalmente en 1855, Virchow después de un estudio preciso del crecimiento celular en tejidos humanos, estableció con claridad que las células proceden solo por división de otras preexistentes. La expresión de este concepto por Virchow “omnis cellula e cellula” (toda célula proviene de otra célula), se ha convertido en un celebrado aforismo en la historia de la biología. Este concepto condujo a la apreciación remarcada por Virchow y otros, de que una secuencia ininterrumpida de  divisiones celulares relaciona los organismos celulares primitivos con los animales y plantas de nuestros días.

5. Postulados de la teoría celular

Aunque el núcleo celular ya se había descrito con anterioridad, fue en la década de 1870 cuando se estableció su importancia como la base física para la continuidad entre generaciones. El significado del núcleo en la reproducción se demostró claramente en 1875-1876 cuando Oscar Hertwig señaló que para que un huevo se desarrolle en embrión deben fusionarse dos núcleos. Se indicó que hechos semejantes caracterizaban la reproducción en los vegetales.

Hacia fines del siglo XIX los cromosomas ya se habían contado e identificado; también descritos los procesos de la división celular: mitosis y meiosis. Estos y otros estudios establecieron  que  la continuidad entre las generaciones dependía del núcleo celular. Las células se originan solamente de otras entidades semejantes, debido a la constancia nuclear basada en la transmisión de un grupo de cromosomas de padres a descendientes.

Estos y otros descubrimientos realizados durante el siglo XIX proporcionaron información suficiente para sustentar una teoría celular unificadora que abarcaba a todos los seres vivos conocidos en esa época.

De esta manera la Teoría celular establece:

§  Todos los organismos están formados por células.

§  Las células son las unidades de estructura y función de los organismos

§  Todas las células provienen de células preexistentes.

A finales del siglo XIX se aceptó que las células son la base para comprender las enfermedades y hasta mediados del siglo XX la Patología se apoyó casi exclusivamente en el enfoque celular (Citológico)

Bibliografía

Duchesneau, F. 1992. “Cómo nació la Teoría Celular”. Mundo Científico. No. 120. Vol.12. Barcelona.

Audersik, T y G. Audersik. 2003. La vida en la Tierra, 6ª Edic.. Prentice Hall. México

GUÍA DE LECTURA

LA TEORÍA CELULAR Y LOS DESCUBRIMIENTOS QUE CONTRIBUYERON A SU FORMULACIÓN (síntesis del artículo: (Duchesneau, 1992)

Nombre(s)___________________________________________________________________________________________________________________________________________

Grupo______________ Asignatura ______________Fecha___________

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1. ¿Quién diseñó sus propios microscopios y menciona las observaciones que hizo en torno a las ciencias naturales, así como la época en qué ocurrió?

2. ¿Cuáles fueron las aportaciones de Robert Hooke a la ciencia?

3. ¿Cómo se complementa el concepto de estructura celular con las aportaciones de Purkinje y Brown?

4. ¿En qué consistía la hipótesis de “formación celular independiente”?

5. ¿De qué manera se complementan las observaciones realizadas por Schleiden y Schwann?

6. ¿Cómo contribuyeron los estudios embriológicos en la estructuración de Teoría Celular?

7. A Rudolph Virchow se le atribuye el descubrimiento de:

8. ¿Qué hecho confirmó la semejanza entre los organismos animales y vegetales?

9. Menciona los postulados de la teoría celular.

10. Menciona cronológicamente los eventos socio-históricos más relevantes vinculados con la Teoría Celular.

Nota: después de la lectura los estudiantes expondrán una síntesis de la lectura a través de: presentación en power point, mapa didáctico (conceptual, mental), rotafolio o representación teatral.