Semana 15

Por M en C Rafael Govea Villaseñor
Versión 1.3
Última modificación: 2020-05-18


Chicos:

Espero que sigan en casa. Apenas vamos a pasar al otro lado de la cima de la curva epidemiológica. Pronto, también terminará la Jornada Nacional de la Sana Distancia. 

Iztapalapa tiene un color rojo bordó (muy oscuro) en el Semáforo COVID. Así que quedémonos en casa. Evitemos contagiarnos y transmitir la enfermedad a otros.

¿Cómo saber a cuál Reino pertenece un Organismo?

Existen de 30 millones a 100 millones de especies de seres vivos. La mayoría de las especies ni siquiera ha sido descrita, mucho menos se ha estudiado y cada día se extinguen muchas de ellas sin que podamos siquiera registrar que se han perdido para siempre como consecuencia de la destrucción de su hábitat, su sobre-explotación o el desequilibrio ecológico provocado por las actividades humanas.

La clasificación de las especies tiene por objetivo:

1. Reflejar su historia evolutiva o filogenia.
2. Reconocer cual especie está relacionada con cual otra, y
3. Recordar sus rasgos característicos de tipo anatómico, fisiológico e incluso comportamental

El esquema de clasificación de 5 Reinos, según Whittaker se usa ampliamente en docencia para describir la diversidad. En realidad se sabe que no se puede describir de modo riguroso y fiel la filogenia de los organismos mediante este esquema, pero resulta que los biólogos aún no llegamos a un acuerdo acerca de un esquema científicamente mejor. Hace falta una gran cantidad de estudios para llegar a un mejor esquema reconocido por los taxónomos como reflejo fiel de la realidad.

Mientras tanto, colocamos a cada especie en uno de 5 diferentes reinos:

1. Monera
2. Protista
3. Animalia
4. Fungi
5. Plantae

Para ello usamos 6 rasgos distintivos y de acuerdo con ellos asignamos a la especie a cada uno de esos reinos, a saber los siguientes criterios:

1. Tipo de célula: Procariótica (pro- = antes, cario- = núcleo, -oti- =ser o existir), si posee nucleoide o Eucariótica (  verdadero) si tiene núcleo celular.
2. Número de células por organismo: Unicelular, con 1 célula, Multicelular, con muchas células o Pluricelular, si tiene muchos tipos de células.
3. Tipo de nutrición: Autótrofa, si obtiene sus átomos de carbono a partir de CO2 o Nutrición Heterótrofa, si obtiene sus carbonos de las sustancias del cuerpo de otro organismo.
4. Número de núcleos/célula: Monocarionte, si tiene 1 sólo núcleo o Dicarionte, si tiene 2 núcleos en cada célula durante un tiempo significativo de su existencia.
5. Movilidad: Sésil o sedentario, cuando no se desplaza y Móvil cuando se desplaza y se mueve.
6. Tipo de Estructuras Sexuales: Multicelulares, cuando están conformadas por muchas células y Unicelulares, cuando están conformadas sólo por los gametos.

Ejemplos de organismos poseedores de los rasgos mencionados:

Tipo de células

Célula procariótica como en esta bacteria. Noten el nucleoide de color blancuzco dentro del citoplasma:


Célula Eucariótica como en esta microfotografía electrónica de la rebanada delgada de una célula animal, una célula sanguínea de caimán:

Noten el núcleo rodeado de doble membrana en este acercamiento en una célula animal distinta.

Las flechas señalan los poros nucleares

Número de células por organismo

Organismo unicelular como en las levaduras de cerveza:





Organismo multicelular como en este protista, el alga Ulva. Noten en la segunda fotografía a 1000x que las dos capas de células que constituyen su cuerpo están conformadas casi por un sólo tipo de células:




Organismo Pluricelular como en las plantas. Noten los distintos tipos de células en esta rebanada delgada de un corte transversal de raíz:

Tipo de nutrición

Nutrición Autótrofa como en este monera, la cianobacteria Scytonema sp que lleva a cabo la fijación de CO2 por fotosíntesis.




Nutrición Heterótrofa como en este hongo basidiomiceto que se alimenta del árbol que parasita.

Número de núcleos por célula

Monocarionte como en estas dos Trichomonas vaginalis, cada una con un núcleo oscuro.





Dicarionte como esta célula en un corte transversal del la hifa del hongo parásito de los pinos llamado Lasiodiplodia theobromae.




Vean también, estas hifas de la especie Rhizoctonia observadas al microscopio confocal. Noten que las flechas amarillas señalan el tabique que separa a una célula de otra y las flechas blancas señalan al núcleo. Estas hifas son dicariontes.

Movilidad

Móvil como esta amiba:





Sésil o sedentario: Como como estas Vorticella, que aunque mueven sus cilios, también llamados undulipodios cortos, y su tallo, ellas NO se desplazan, son un organismos fijos

Tipo de Estructuras Sexuales
Estructuras Sexuales Unicelulares como en estas dos filamentos de Spirogyra sp. que usan como gametos a una de sus células.




Estructuras sexuales Multicelulares como la flor en las plantas

Resumen de los criterios para asignar un organismo dado a un Reino según Whittaker:

Espero sus comentarios o dudas.

Semana 14

Por M. en C. Rafael Govea Villaseñor

Versión 2.0
2019-05-16
Última modificación 2020-05-05

Chicos. 

Espero sigan guardándose en casa. La epidemia aún no termina y después de ella podría sobrevenir un segundo brote. Para que ello no ocurra, debemos comportarnos distinto a como lo hacíamos antes de esta pandemia. 

Porque, además, no será la última. En años venideros tendremos otra epidemia del virus de Gripe. Si modificamos nuestra conducta tal vez podamos detenerla en el lugar donde surja y no se extienda a todo el planeta.

Biodiversidad

La Clasificación de las especies de organismos que han existido y de las que aún sobreviven es un problema científico aún no resuelto del todo. Ahora sabemos que los sistemas de clasificación propuestos en el pasado no cumplen con su primera finalidad de reflejar la historia evolutiva de la Vida. 

Sin embargo, los biólogos aún no nos hemos puesto de acuerdo sobre un esquema de clasificación que refleje correctamente las relaciones evolutivas de todos los tipos de organismos y a la vez, permita una descripción nemotécnicamente eficaz de los millones de especies de seres vivos.

Se han propuesto otros esquemas de 2, 3, 4... 8 o más Reinos, pero sin alcanzar el consenso de la comunidad científica. Los primeros esquemas, como el Haeckel (1866) en el siglo 19 se han mostrado incompletos. Por ello están es desuso.

El esquema de 5 reinos de Whittaker permite conocer un panorama útil de la diversidad. Pero no es una descripción correcta de toda la Biota de la Tierra. No lo es porque no refleja correctamente la evolución de todos los linajes de organismos. Algunos linajes están sobre dimensionados y otros no son visibles, además de ser incompleto. 

Existe el esquema de 3 Dominios  de Woese (1977). Esta opción siendo correcta, no permite por si mismo visualizar con suficiente resolución toda la diversidad de la Biota.

Como ya lo mencioné, los biólogos aún no hemos llegado a un consenso sobre un sistema de taxones que describan correctamente la evolución y sirva para describir mnemotécnicamente un panorama de la biodiversidad tal como la conocemos. Por lo tanto usaremos el esquema de 5 Reinos de Whittaker (1959) para describir la biodiversidad aprovechando el nivel básico del blog y también el esquema de 3 Dominios de Woese. La representación ecléctica de Whittaker+Woese, la vemos en el siguiente esquema:

Esquema de 5 Reinos de Wittaker

Whittaker  clasificó a los organismos recurriendo primero a tres niveles de complejidad:

• El procariótico. Por poseer células con nucleoide y por tanto, sin núcleo celular.
• El eucariótico unicelular. Por poseer células eucarióticas (con núcleo y un extenso sistemas de endomembranas). Ademas de vivir solas enfrentando directamente el entorno y
• El eucariótico multicelular. En este nivel, los organismos están constituidos por la asociación de muchas células nucleadas que enfrentan juntas los cambios ambientales.

 Luego, Whittaker usó el tipo de nutrición presente en cada nivel.

Ello le llevó a proponer el Reino Fungi (nutrición heterótrofa por absorción) a los reinos Animalia (nutrición heterótrofa por ingestión) y Plantae (nutrición autótrofa). Los dos últimos ya eran reconocidos desde hace siglos.

Vean los siguientes ejemplos de organismos de los reinos según Whittaker.

Reino Monera 

El reino Monera fue el primer reino en existir, de allí su nombre (mon- = uno = solitario). Este reino está formado por todos los organismos con células procarióticas, es decir con el material genético directamente en el citoplasma (nucleoide). Los organismos procarióticos pueden ser heterótrofos o autótrofos, móviles o sésiles, aerobios o anaerobios, unicelulares o multicelulares, de vida libre, simbioticos o parásitos y desintegradores o productores de materia orgánica.

Existen 2 linajes principales las Eubacterias (eu- verdadera) y Arqueobacterias (arqueo = viejo). Woese a fines del siglo pasado, propuso crear un nivel taxonomico superior, el Dominio y asignar las bacterias citadas a los dominios, respectivamente: Bacteria y Archaea.

Vean a esta eubacteria patógena unicelular en fotografía de falso color verde, se llama Staphylococcus aureus suele vivir en nuestro cuerpo como microbio amigo y tambien como patógeno:



Vean a esta eubacteria fotosintética multicelular, Anabaena:

Los heterocistos, las células verde-brillantes llevan a cabo la fijación de nitrógeno

Esta arqueobacteria llamada Methanococcus sp. es de vida libre, es un organismo anaerobio (an- = no; aero- = aire [es decir sin oxigeno] y -bio = vida, ser vivo), autótrofo (auto- = por si mismo y trof- = comer) capaz de vivir a alta temperatura en los humeros blancos submarinos:

Usa CO2 para oxidar el H2 y generar energía y CH4 como desecho

Vean a esta arqueobacteria anaerobia: Pyrococcus furiosus:
Fue descubierta en una zona volcánica. P. furiosus es un anaerobio hipertermofilo (hiper- = mucho más, termo- = calor y -filo = amor, afinidad) y usa péptidos y carbohidratos como fuente de carbonos.*

Su temperatura óptima de crecimiento es de 100º C

Reino Protista

En un tiempo se les creyó ser los primeros organismos, de allí su nombre (prot- = primero e -ista = entendido como aumentativo) es decir: los primeros. Este reino, ya había sido propuesto, pero  Whittaker lo concibió conformado por todos los organismos eucarióticos unicelulares. Esta idea resultó poco adecuada porque la multicelularidad evolucionó en muchos linajes diferentes. Lyn Margulis reunió a los grupos unicelulares con sus parientes multicelulares y denominó al reino, Protoctista (octis- = fundador, -ista = como aumentativo) significando los primerísimos fundadores.

Con todo, este reino esta deficientemente definido y suele incorporar a cualquier especie eucariótica que no cumpla con los criterios para ser considerada animal, hongo o planta verde.

Actualmente, todas las propuestas de clasificación dividen a este grupo en 6 u 8 reinos o supergrupos. Conforme avancen los estudios de secuenciación de genomas de especies claves de todos los grupos será posible llegar a un consenso. Por ejemplo. Noten que los reinos Animalia, Fungi y Plantae son solamente ramitas de estos supergrupos.

Baldauf SL 2008 An overview of the phylogeny and diversity of eukaryotes J.Sys.Ev. 46

Los Protistas o Protoctistas pueden ser heterótrofos o autótrofos, móviles o sésiles (sesi- = sentado), aerobios o unos pocos anaerobios, unicelulares o multicelulares, de vida libre o parásitos y desintegradores, consumidores o productores de materia orgánica



Vean al protista fotosintético Pediastrum es un organismo multicelular:




Vean a Volvox otro protista fotosintético multicelular foto y gif animado:

Esta esfera hueca de hasta 50 mil células se llama Volvox

Varios ejemplares de Volvox- animado

Con todo, la mayoría de los protistas son unicelulares como este Stentor (foto y gif animado):

Reino Animalia
De los animales (anim- = ánima, animado) sólo pondré poco material porque son los organismos que más conocen. Somos organismos eucarióticos mayormente pluricelulares con nutrición heterótrofa por ingestion. Móviles y con estructuras sexuales multicelulares.

Un magnífico retrato de un chimpancé perteneciente a nuestra especie hermana:




Reino Fungi
Los hongos son mayoritariamente multicelulares (hay unicelulares) y su cuerpo se llama micelio. Son sedentarios. Vean esta fotografía de alta resolución del micelio:




El micelio (mic- = hongo) es el verdadero cuerpo de los hongos y está formado de Hifas (hif- = tejido fino o delicado), filamentos conformados por cadenas de células alargadas . A veces las hifas también se ramifican como la mostrada en la foto.



Los hongos al tener nutrición heterótrofa por absorción suelen ser parásitos o simbiontes. Las hifas del hongo crecen entre las células de los tejidos y absorben nutrientes. Noten las hifas en el espacio intercelular:

Algo semejante ocurre en los tejidos de la mazorca del maíz cuando el hongo huitlacoche crece en ella:




Los hongos pasan en su ciclo de vida por un estado dicariótico (di- = 2 y cario- = núcleo), Lo que comúnmente llamamos hongo es sólo la estructura reproductora denominada seta (que mal usamos para nombrar a un hongo comestible). Vean estas setas:
Amanita flavoconia.


O estas otras creciendo sobre materia orgánica muerta.






Reino Plantae
Las plantas (plant- = plantar, estar fijo al suelo) verdes son el último reino en evolucionar a partir de protoctistas fotosintéticos que invadieron el medio terrestre hace unos 400 millones de años. Son organismos pluricelulares con nutrición autótrofa. Sedentarios (sésiles).

Vean estas centenas de plantitas que llamamos musgos, Polytrichum commune:


Los helechos son plantas que ya tienen vasos conductores de savia.



Los pinos son ejemplo de las plantas que producen semillas desnudas:

Una tomatera es un ejemplo de una planta con flores, mismas que dan semillas dentro de frutos:

Esquema de los 3 Dominios de Woese

Al secuenciar y comparar el gen del ARN de la subunidad menor del ribosoma de una muestra de especies. Woese y sus colegas encontraron 3 linajes en toda la Vida. Dos de ellos se clasificaban como Monera y el tercer linaje contenía a los 4 reinos restantes, según Wittaker.

Tres linajes de la Vida, según Woese

Woese propuso la creación de una categoría taxonómica superior a Reino, el Dominio. A los dominios procarióticos los él les denominó Bacteria y Archaea. El tercer dominio y último en surgir (cuando aparece la célula eucariótica) se llama Eukarya, mismo que como ya dijimos contiene a todos los reinos eucarióticos según Whittaker.

Versión reciente de los 3 linajes.

Distinguir a los 3 Dominios no es fácil respecto a los Dominios con morfología procariótica. En la siguiente tabla se comparan diversas características:

-
*  Pyroccocus furiosus, en Microbe Wiki. visitado el 22/08/2014: https://microbewiki.kenyon.edu/index.php/Pyrococcus_furiosus

Semana 13

Evolución Celular

versión 1.0

2020/05/04

Última modificación: 2020/05/05

Chicos.

Espero sigan cuidándose y protegiendo a sus familiares con enfermedades crónicas y con más de 60.

La Vida apareció en la Tierra probablemente hace unos 4.8 Ga, aunque con toda seguridad fue hace más de 3.5 Ga. En el eón llamado Arqueano (arque- = antiguo). 

Representación artística del eón Arqueano

Las primeras células muy probablemente se originaron en el fondo oceánico. En unas estructuras llamadas Chimeneas Hidrotermales Submarinas que aún existen en la actualidad. En estas estructuras existe la fuente de energía química y condiciones termodinámicas adecuadas para impulsar los procesos análogos a los vitales y cuya evolución dió origen a los primeros seres vivos.

Ventosa alcalina de la "Ciudad Perdida" en el fondo del océano Atlántico.

Las primeras células fueron claramente de tipo procariótico.

Células procariotas: pequeñas sin organelos membranosos..

Durante más de 2 mil millones de años (2 Ga) todas las especies formadas por evolución fueron procarióticas. Al estudiar las secuencias del ADN de sus genomas, hoy sabemos que muy pronto la Vida se dividió en dos linajes, Bacteria y Archaea:

Carl Woese (1977) descubrió los dos linajes de especies con células procarióticas.

Las arqueobacterias y las eubacterias no pueden distinguirse visualmente entre sí. Ambos linajes tienen el mismo modo de vida y complejidad procariótica. Las diferencias entre ellas son profundas pero a nivel de sus secuencias de ADN y a nivel molecular. Por ello, es difícil hablar de ellas de un modo que tenga sentido y sea comprensible para los conocimientos previos de los estudiantes de bachillerato. Solamente como una probadita mencionamos:

Algunas diferencias entre las arqueobascterias y eubacterias.

Desde un tiempo muy lejano los dos linajes se separaron y siguieron divergiendo evolutivamente. En algún momento no más de hace 2 Ga apareció la célula Eucariótica. Con la fusión de dos organismos unicelulares procarióticos (endosimbiosis): una arqueobacteria y una eubacteria cuya evolución dio lugar una estructura celular nueva, capáz de mayores posibilidades morfológicas y de complejidad.

Fusión celular más probable, según lo que sabemos ahora.

La coevolución de ambas células dió origen a la célula eucariótica donde aún podemos reconocer a la eubacteria ancestral en las mitocondrias.

Así la Vida en la Tierra, entre hace 1. y 2 Ga, estaba representada por tres dominios según Woese:

Aunque al principio sólo existían organismos unicelulares eucarióticos del Reino Protista, según Whittaker.

Y dos Reinos según Whittaker: Monera y Protista.

Reino Monera.

Un ejemplo de organismo del Reino Protista.

Durante varios cientos de millones de años, a partir de la primera célula eucariótica evolucionaron muchos linajes de protistas y en algún momento de la coevolución de un protista con una cianobacteria aparecen las células eucarióticas fotosintéticas (algas). Las cianobacterias devienen con el tiempo en cloroplastos. 

Más tarde, hace unos 800 a 600 Ma, con la evolución de la multicelularidad y el desarrollo embrionario aparecieron los linajes que Whittaker denominó Reinos: Fungi, Animalia y Plantae.

Esquema de 5 Reinos según Whittaker

Endosimbiosis en Eukarya dando origen a diferentes tipos de algas