Tema 3. Diversidad de los sistemas biológicos.
•Características generales de los dominios y los reinos.
Características generales de los de los tres dominios y cinco reinos.
Tres Dominios
El gran desarrollo de la biología molecular durante el decenio siguiente permitió grandes avances en la investigación de los seres vivos, y por lo tanto se generaron nuevos conocimientos para su clasificación.
En 1977, Carl Woese y sus colaboradores, haciendo estudios dentro del grupo de los procariotas mediante técnicas de secuenciación a partir de unidades de tamaño 16S del ARNr, se dedicó a comparar las secuencias génicas del ARN ribosómico de diferentes bacterias, encontrando que dentro de los procariotas se habían incluido organismos que, a nivel molecular, eran muy diferentes. Así pudo establecer un árbol filogenético en función de las similitudes entre los ARN procedentes de estas especies que diferían, tanto de los procariotas como de los eucariotas.
Basado en estos estudios, más la comparación de la estructura de los lípidos de la membrana y la sensibilidad a los antibióticos, en 1990 Woese y sus colaboradores plantearon la necesidad de definir un nuevo taxón, el de Dominio, que estaría por encima del Reino y reagruparía en tres grandes dominios a todos los seres vivos, incluyendo en uno de ellos a los 5 reinos de Whittaker.
Este nuevo sistema de clasificación propone la existencia de una célula que fuera un antepasado común de todos los seres vivos, a la que denominaron progenote, que dio lugar a tres tipos diferentes de células, cada una de las cuales representa uno de los tres dominios: Archaea (Arqueobacterias), Bacteria (Eubacteria) y Eucarya (Eucariotas).
Archaea
En este Dominio se agrupan las llamadas arqueobacterias, células procariotas que entre sus características más llamativas tienen la de poseer una pared celular que carece de peptidoglicano y cuyas membranas difieren de las restantes bacterias por estar compuestas de cadenas de carbono ramificadas unidas por enlaces éter. Mientras que son insensibles a algunos antibióticos que afectan a las bacterias, son sensibles a otros que sí afectan a las células eucariotas.
Las aproximadamente 200 especies identificadas de este dominio se caracterizan por vivir restringidas a hábitat marginales con condiciones de vida extrema, como manantiales calientes, lagos de alta salinidad o áreas de baja concentración de oxígeno. Incluyen tres grupos: Halófilas: viven en ambientes extremadamente salinos, como el Mar Muerto, también se encuentran en la salmuera saturada y descomponen los alimentos salados.
Metanógenas: es el grupo dominante y están ampliamente distribuidas en la naturaleza. No existen al aire libre, son anaerobias obligadas, porque el oxígeno las mata. Su metabolismo produce metano a partir de bióxido de carbono e hidrógeno, se encuentran en lugares donde existen altas concentraciones de material orgánico en descomposición, como aguas estancadas, pantanos, plantas de tratamiento de aguas residuales de cloacas y en el tracto digestivo de los animales.
Termoacidófilas: fueron descubiertas en las chimeneas submarinas, cerca de las Islas Galápagos, donde viven en ambientes ricos en óxido y dióxido de carbono, hidrógeno, nitrógeno y azufre. Sobreviven en sitos donde brota el agua a temperaturas que pueden rebasar los 90º C y con una gran acidez de un pH 1 a 2, como las fuentes sulfurosas del Parque Yellowstone.
Las arqueobacterias, a pesar de parecer tan primitivas, se encuentran genéticamente más cercanas a los eucariotas que a las eubacterias. Son organismos extremófilos por los ambientes en que viven, muy semejantes a las que se suponen fueron las condiciones primitivas de la Tierra, tal vez fueron organismos extremófilos los primeros seres vivos de nuestro planeta.
Bacteria
A este Dominio también se le denomina eubacteria y a él pertenecen las bacterias verdaderas. Son células procariotas que carecen de membrana nuclear y organelos celulares, tienen pared celular que contiene peptidoglicano y la membrana celular está compuesta por cadenas de carbono rectas unidas por enlaces éster. Son sensibles a los antibióticos tradicionales y su hábitat es cosmopolita, se les encuentra en el cuerpo de los demás organismos como parásitas o simbióticas, en el suelo y en el agua.
Este dominio incluye a los micoplasmas, cianobacterias (algas verde-azules), bacterias y rickettsias.
Eucaria
Los organismos agrupados en este Dominio son células o están compuestos por células eucariotas, es decir que presentan núcleo verdadero rodeado de una membrana y organelos celulares, los que tienen pared celular no contienen en ella ningún peptidoglicano y sus membranas están compuestas por cadenas de carbono rectas unidas por enlaces éster. No son sensibles a los antibióticos antibacterianos y su hábitat es cosmopolita, se les encuentra en cualquier medio ambiente.
En este Dominio se incluyen los protistas, los hongos, las plantas y los animales.
El estudio de las estructuras y de las secuencias moleculares de los organismos están revelando más sobre sus relaciones evolutivas (principalmente entre los microorganismos) que los clásicos estudios de los fenotipos, por lo que las características básicas para la definición de los niveles taxonómicos han variado del nivel celular al nivel molecular.
Muchos autores han realizado y continúan haciéndolo, diversas propuestas, sobre la base de los nuevos avances y descubrimientos de la bioquímica y de la biología molecular para clasificar de manera más precisa a los seres vivos, aunque sus propuestas no son todavía aceptadas por la generalidad de la comunidad científica.
Mientras tanto, nos quedaremos con la clasificación de los 5 Reinos de Whittaker, con las modificaciones de Margulis y la propuesta de los 3 Dominios de Woese, que presentamos en la figura 3.15.
Sin embargo, habría que empezar a pensar en donde incluir dentro del árbol filogenético de los seres vivos a aquellos “seres” no pertenecientes al mundo celular, como los virus y viriones, así como a las partículas subvirales, ARN satélites, priones, etcétera, que si bien no son entidades celulares, poseen rasgos atribuibles a lo que entendemos por vida y deberían incluirse dentro de las formas que hacen la diversidad biológica.
En 1969, Robert Whittaker propone el sistema de los cinco reinos, basándose principalmente en las diferencias entre procariotas y eucariotas. El reino Monera (procariotas, el reino Protista (Protoctista), el reino Fungi, el reino Plantae y el reino Animalia; siendo la gran novedad el reino Fungi, que lo separó del reino Plantae.
Las Características principales de los cinco reinos propuestos por Whittaker son:
Reino Monera
Es el reino que agrupa a los organismos más antiguos y primitivos de nuestro planeta, se han encontrado registros fósiles de ellos de hace más de 2,000 millones de años. Todos sus miembros son seres procariotas, es decir, microscópicos, unicelulares y que carecen de un núcleo rodeado de membranas y de organelos celulares. El material genético se encuentra disperso en el interior de la célula constituyendo un único cromosoma con disposición de hebra circular. Su nutrición es por absorción fotosíntesis y quimiosíntesis, pero no por ingestión. Pueden ser Aerobios o Anaerobios de vida libre o parásitos, cuando se desplazan lo hacen mediante un flagelo simple.
Su reproducción es asexual por división directa, aunque algunas bacterias presentan una especie de reproducción sexual (recombinación genética) que se conoce como conjugación. Este reino incluye a las bacterias verdaderas (eubacterias), a las algas verde-azules (cianobacterias), a los micoplasmas y a las rickettsias.
Reino Protista
En este reino se agrupan los organismos eucariotas más antiguos que se conocen y que evolutivamente dieron origen a los otros tres reinos restantes: hongos, plantas y animales. Los protistas pueden definirse como aquellos organismos eucariotas que no son plantas ni animales ni hongos, pero que tienen características de todos ellos, a diferencia de los otros tres reinos eucariotas, en los protistas no existen factores morfológicos y fisiológicos que los unifiquen como un grupo natural, por lo que sus límites no están definitivamente establecidos.
Por ser eucariontes, son células con el material genético agrupado formando cromosomas que se encuentran en el interior de un núcleo bien definido y rodeado por una doble membrana, también presentan organelos celulares como mitocondrias, cloroplastos, cilios y flagelos compuestos. Su nutrición es de lo más variada, pueden ser autótrofos o heterótrofos y dentro de estos últimos, parásitos o saprófitos; son capaces de realizar fotosíntesis como las plantas, ingerir su alimento como los animales o absorber nutrientes como los hongos. Todos ellos son Aerobios, es decir que requieren del oxígeno para realizar sus funciones metabólicas. Su reproducción es por fisión binaria , aunque en algunos casos se presenta la meiosis y la fecundación pero no hay formación de embrión.
La mayoría de los protistas son unicelulares, algunos forman colonias simples y otros micelios; aquí también se incluyen algunos grupos de transición con clasificación dudosa y las algas multicelulares (Whittaker y Margulis propusieron en 1978 incluir entre los protistas a las algas y cambiar la denominación del reino por el de Protoctista, aunque en la práctica este nombre no es muy utilizado). En este reino se incluyen los protozoarios, euglenas, mixomicetos y algas unicelulares y pluricelulares (diatomeas, verdes, pardas y rojas).
Reino Fungi
Son organismos eucariotas, unicelulares o pluricelulares, poseen pared celular, aunque no es de celulosa como en los vegetales sino de quitina.
Normalmente los organismos pluricelulares tiene células multinucleadas que forman filamentos llamados hifas que al agruparse constituyen el micelio que da la forma característica al hongo. Carecen de clorofila por lo que son heterótrofos, siendo su nutrición por absorción de los materiales orgánicos e inorgánicos disueltos, provenientes de los animales y plantas en descomposición. Prácticamente todos los hongos son Aerobios, a excepción de las levaduras que obtienen su energía por fermentación. La reproducción es asexual por esporas aunque existe un tipo de reproducción sexual mediante la conjugación de hifas.
Los hongos son indispensables en la cadena alimenticia como descomponedores y recicladores de nutrientes, otros más son parásitos tanto de plantas como de animales. Pertenecen a este reino las levaduras, los mohos y los hongos.
Reino Plantae
Son organismos eucariotas, pluricelulares, que presentan pared celular de celulosa. Tienen una organización celular avanzada ya que forman tejidos, órganos, aparatos y sistemas. Son aerobias y la principal característica del reino es la presencia de clorofila, por lo que su nutrición es autótrofa a través del proceso denominado fotosíntesis. Son consideradas junto con los organismos fotosintetizadores de los reinos Monera y Protista como productores y se encuentran en la base de toda cadena alimenticia.
La reproducción es principalmente sexual por alternancia de generaciones, en donde la fase diploide se desarrolla a partir de un embrión proveniente de la fecundación de los gametos masculino y femenino. Son ejemplos de este reino: hepáticas, musgos, helechos, coníferas y plantas con flores.
Reino Animalia
Son organismos eucariotas y pluricelulares con organización celular compleja ya que forman tejidos, órganos, aparatos y sistemas. Sus células carecen de pared celular. Son el reino de mayor complejidad morfológica y fisiológica. Son Aerobios y su nutrición es heterótrofa por ingestión y dependen de los organismos de los demás reinos y de su propio reino para su alimentación.
Su reproducción es principalmente sexual, con meiosis para la formación de gametos. Son ejemplos de este reino: esponjas, corales, gusanos, moluscos, artrópodos (insectos) y vertebrados (peces, anfibios, reptiles, aves y mamíferos).
Hoy día nuestro medio ambiente se encuentra gravemente amenazado por el calentamiento global, el deterioro de la capa de ozono, la erosión, la acumulación de desperdicios tóxicos y la contaminación. Estos problemas se agudizarán cada vez más si no se pone freno a la explosión demográfica, frecuentemente su raíz principal.
Sin embargo, existe un problema ambiental que, a largo plazo, sobrepasa en importancia a todos los demás: la pérdida de la diversidad biológica de nuestro planeta; esa riqueza de especies, ecosistemas y procesos ecológicos que convierten a la Tierra en el único lugar del universo donde sabemos con certeza que existe vida (Mittermeier y Goettch, 1992). La vida apareció en la Tierra hace más de tres mil millones de años. Confinada primero en las aguas, colonizó las tierras emergidas al final de la era proterozoica (antes conocida como precambrico), aproximadamente hace 700 millones de años.
Las primeras comunidades terrestres, compuestas por microorganismos que habían alcanzado cierto grado de organización comparable al de las algas, invadieron las tierras bajas costeras en las inmediaciones de las zonas húmedas. La Tierra tenía amplias extensiones desérticas e inanimadas, en la atmósfera la concentración de oxígeno era la décima parte de la actual y las temperaturas muy superiores a las actuales. Hoy en día se conocen líquenes y algas capaces de vivir en alternancia de sequía y humedad y también en temperaturas extremas que les permiten colonizar los medios desérticos y las regiones polares.
Con los primeros organismos terrestres se modificó el medio ambiente terrestre y se comenzó a desarrollar un suelo orgánico a través de varias decenas de millones de años. Así, a medida que crecía la actividad de estas primeras comunidades, el terreno se hacía más propicio para la vida. La diversidad era entonces muy pequeña en una misma región, pese a la diversidad taxonómica creciente.
Durante el silúrico y el devónico se formaron gran diversidad de plantas criptógamas y vasculares, las cuales realizaron todas las adaptaciones importantes que permitirían más adelante la aparición de las plantas fanerógamas: presencia de una cutícula impermeable, estomas, esporofito dominante y tejidos vasculares.
También en esa época, el devónico, hace más de 370 millones de años, los animales y más exactamente los artrópodos, conocieron una evolución explosiva, tal como lo atestiguan los numerosos restos fósiles encontrados.
Al final de la era paleozoica, hace aproximadamente 280 millones de años, los insectos se diversificaron de manera extraordinaria, coincidiendo con la diversificación de las plantas vasculares, y, hace 150 millones de años, aparecieron las primeras plantas angiospermas.
Del mismo modo, siempre ligados a las plantas, principal fuente alimenticia, fueron apareciendo y diversificándose los animales. Durante el devónico los peces, los anfibios en el carbonífero, durante el pérmico los reptiles y las aves, y por último, a finales del cretácico y principios del paleogeno aparecieron los mamíferos y, al final, en el pleistoceno, el hombre.
Como todo proceso, la vida tiene dos necesidades básicas: energía y materia. ¿Dónde existen las mayores concentraciones de luz, agua, aire y minerales? Sin duda alguna en el mismo lugar en que se encuentran abrumadoras concentraciones de vida: sobre la superficie de la tierra y a poca profundidad de la superficie de los océanos.
En 1953 miembros de una expedición británica que conquistaron el Everest vieron una pequeña bandada de chovas piquigualdas, pájaros pequeños parecidos al cuervo, a ocho mil 205 metros, la mayor altura a la que se hayan visto animales o plantas.
En 1960 el Dr. Jacques Piccard descendió en el batiscafo “Trieste” a una profundidad de diez mil 920 metros en la fosa de las Marianas, en el Pacífico, y una de las primeras cosas que vio fue una especie de lenguado. A esta profundidad la presión llega a ser de ocho toneladas por pulgada cuadrada.
Estos son los dos extremos de altitud y profundidad en los que la vida no microscópica ha sido fehacientemente comprobada. Incluso estos dos límites pueden inducimos a error, pero hay que puntualizar que el 99 por ciento de la vida del planeta existe sobre la superficie del suelo o en el mar hasta 130 metros de profundidad.
Aunque no conocemos exactamente el número de especies que habitan en el planeta, sí sabemos que desde que Linneo implantó su sistema binomial de clasificación en el año de 1753, han sido identificadas, clasificadas, descritas y formalmente nombradas cerca de 1.4 x 106 especies (Wilson y Peter, 1988).
En cuanto al número de especies de invertebrados, plantas superiores y microorganismos, el conocimiento que se tiene es muy pobre y faltan aún muchísimos por identificar, pero se calcula que existen entre 10 y 30 x 106 especies (Wilson, 1988)..