(Ciencias de Joseleg)(Biología)(Introducción y biología celular)(La célula)(Introducción)(Del vitalismo a la abiogénesis)(El fin del vitalismo)(Del microscopio a la teoría celular)(Más que una bolsa de proteínas)(Como se estudia la célula)(Las propiedades de las células)(Generalidades de la célula y su estudio)(La célula procariota)(La célula eucariota)(Introducción a las partes de la célula)(Referencias bibliográficas)(Versión documento word)
La célula es la
unidad fundamental que posee la propiedad de estar viva, sin embargo, su
estudio no vino de la noche a la mañana, e incluso su propia existencia estuvo
involucrada en arduos debates científicos, así como en el foco de la era de los
descubrimientos gracias al desarrollo de nuevas tecnologías, especialmente en
la rama de la óptica. Sin embargo, hay que tener en cuenta que a pesar de que
la célula es la unidad fundamental que posee la propiedad de estar viva, esta no
siempre es el foco del estudio biológico.
Las ciencias de
la naturaleza se han ido construyendo mediante una serie de líneas de
investigación que han demostrado ser exitosas para el descubrimiento de muchos
fenómenos, por ejemplo, el fisicalismo newtoniano que ponía por encima de todas
las cosas, la posibilidad de deducir matemáticamente el comportamiento de los
fenómenos, y así expresar el funcionamiento del universo a través de ecuaciones
matemáticas simples. Otra línea de trabajo es el reduccionismo, tomar una
estructura y tratar de descubrir cómo funciona, mediante el estudio de sus
partes individuales. En años recientes, con el desarrollo de la computación ha
sido posible acceder al polo opuesto del reduccionismo, que es el holismo,
entender cómo interactúan las partes entre sí, generando propiedades que
emergen de las interacciones y que en consecuencia no aparecen al estudiarlas
por separado.
El estudio de la
célula es poco susceptible a la matematización, pero es posible plantear o
trasladar modelos físicos al ambiente celular, algo muy común en textos de
fisiología humana, y además muy útil, ya que eso ayuda a determinar
cuantitativamente el efecto de los fármacos en el cuerpo humano. El
reduccionismo por otro lado, es lo que ha permitido entender cómo funcionan las
diferentes partes de una célula. En este sentido mucha de la información
consignada en los siguientes capítulos y secciones tendrá un enfoque
fuertemente reduccionista, ya que intenta meramente describir la anatomía y
fisiología de la célula individual y sus partes. Para tener un entendimiento
más holista es necesario abandonar el capítulo de la célula y adentrarnos ya
sea en la ecología o en la citología, donde ambas ramas estudian las
interacciones de la célula con sus ambientes circundantes.
Durante el
renacimiento europeo y el nuevo auge del estudio de las ciencias de la
naturaleza se desarrolló un debate antagónico que perduraría casi hasta finales
del siglo XIX, y fue la controversia entre el vitalismo y el fisicalismo, el
cual afectaría fuertemente el modo en que entendemos la existencia de las
células y demás entidades con vida, en oposición a los seres no vivos. En
últimas, se trata de dar una respuesta a la pregunta ¿Qué es un ser vivo?
Mayr (1997) realiza una reconstrucción histórica del debe entre el fisicalismo y
el vitalismo en el siglo XIX. Se resalta como las afirmaciones fisicalistas
afirmaban que todos los seres vivos (menos el hombre) eran simplemente máquinas
que podían ser explicadas por las leyes de la física. Los fisicalistas se
oponían al uso de conceptos metafísicos no observables como la fuerza vital
para explicar los procesos de la naturaleza. En el texto Mayr resalta que lo
que los fisicalistas señalaban como el error en el vitalismo también lo hacían
ellos, ya que conceptos como gravedad o el calor también eran entidades no
observables. Mayr posteriormente comienza a discutir sobre el vitalismo, y como
al interior del contexto del siglo XIX se organiza como un modelo tan válido
como el de la gravedad, la energía o la afinidad para explicar aspectos de la
vida que no podía explicar el fisicalismo. El vitalismo según Mayr (1997) y otros autores (Gilbert
& Sarkar, 2000; Henderson, 2012; Vlaardingerbroek, 2012) se basa en dos ideas generales. La primera es que la vida es influida
por una especie de fuerza vital; y que esta solo se manifiesta en el organismo
como un todo. Como se había dicho anteriormente en el contexto del siglo XIX la
apelación a la fuerza vital, protoplasma o entelequia no es para nada
anticientífico ya que va en consonancia con otras fuerzas invisibles propuestas
precisamente por el fisicalismo.
Figura 1. Ernst Walter Mayr (5 de julio de 1904, Kempten, Alemania – 3 de
febrero de 2005, Bedford, Massachusetts Estados Unidos), fue uno de los más
notables biólogos evolutivos del siglo XX. Fue, además un renombrado taxónomo,
explorador de los trópicos, ornitólogo, historiador de la ciencia y
naturalista. Su obra contribuyó a la revolución conceptual que llevó a la
síntesis moderna de la teoría de la evolución y al desarrollo del concepto
biológico de especie.
En segunda instancia el postulado de que es necesario el todo del organismo para poder recibir esta fuerza sirve para hacer de la biología un campo de estudio independiente de la física o la química. En este último sentido la biología no quedaría relegada a emplear las leyes de la física o la química, sino que debería tomar conciencia de estudiar sus propias leyes. Es este segundo aspecto del vitalismo el que es rescatado por autores como Jacob (Jacob. F, 1973). Según Mayr el vitalismo decae bien entrado el siglo XX debido a la aceptación por parte de las comunidades científicas de la Selección Natural que permite explicar la adaptación en términos de un mecanismo y no en términos de una fuerza metafísica; así como de la genética que permite explicar la transmisión de la información desde los padres a los descendientes en un método definitivamente materialista (Blanco, 2012).
Figura 2. Georges Canguilhem (Castelnaudary, 4 de junio de 1904 —
Marly-le-Roi, 11 de septiembre de 1995) fue un filósofo y médico francés,
miembro del Collège de France, especializado en epistemología e historia de la
ciencia. Su obra se dirige hacia las ciencias de la vida; es una de las más
novedosas de la segunda mitad del siglo XX, al conseguir desbordar, con sus
intuiciones, ese campo estricto. Se dice de él que fue el teórico de la
normatividad, al considerar que las normas visibles son siempre el producto de
un poder regulador previo.
También se discute
como a pesar de una disminución de la aceptación del vitalismo por parte de los
biólogos en el siglo XX, fue acompañado de forma paralela por su aceptación en
los círculos de la física “lo cual es paradójico” con autores tan renombrados
como Bohr o Schrödinger (Hoyningen-Huene,
1991; Mayr, 1997; Roll-Hansen, 2000). Cabe destacar que el vitalismo no desapareció del todo de los autores
en biología, especialmente en el contexto francés donde cabe destacar a Georges
Canguilhem. En base a sus trabajos (Wolfe,
2007) realiza una extensa discusión sobre la
concepción vitalista de Canguilhem. A pesar de que las citas y la discusión
sobre el vitalismo de Canguilhem dejan entre ver que el concepto que el maneja
es un poco diferente, constantemente se ratifica que el vitalismo no es como el
flogisto o el geocentrismo, sería entonces que ¿no es una teoría científica
susceptible de ser falsada?
Más allá de la
discusión filosófica, lo que es importante resaltar, es que el vitalismo de Canguilhem
señala la necesidad de estudiar a los seres vivos como todos integrados de
forma heurística y no como partes reducidas y aisladas del contexto. Esta
afirmación va más en la línea de la segunda idea del vitalismo planteada por
Mayr (1997) en que la fuerza vital solo se manifiesta en la vida como un todo. Sin
embargo y lo que resulta más interesante para la concepción de vitalismo que
tienen numerosos autores es que no declara nada a cerca de fuerzas vitales,
entelequias o fluidos protoplasmáticos. De hecho, Gilbert y Sarkar (2000) definen al vitalismo por esta vía doble,
igual que Mayr: “En el vitalismo,
la materia viviente es ontológicamente superior que la suma de sus partes debido
a alguna fuerza vital, que es adicionado o infundida en las partes químicas”. Lo que se discute no es la parte en que la
vida sea más que la suma de sus partes, el problema recae sobre explicar esa
superioridad en base a un concepto como la Fuerza Vital. Las ciencias naturales
se construyen bajo el presupuesto de un materialismo metodológico (Blanco,
2012), por lo que la Fuerza Vital debe poderse
traducir a algún tipo de interacción material o propiedad emergente (Lazzerini-Ospri,
Stano, Luisi, & Marangoni, 2012; Morowitz, Srinivasan, & Smith, 2010). Mayr (1997) plantea que la resolución del debate entre el fisicalismo y el
vitalismo se logró mediante la adopción de un tercer modelo ecléctico, en el
cual se retoman consideraciones del fisicalismo y el vitalismo. En palabras de
Mayr tanto el vitalismo como el fisicalismo estaban parcialmente en lo correcto
y parcialmente equivocados.
El fisicalismo
cometía el error de negar que los seres vivos poseyeran propiedades que
escapaban de las meras leyes de la física o de la química, pero el vitalismo
era problemático en buscar esas leyes en entelequias abstractas o metafísicas. Se
describe como problemático y no como equivocado, el materialismo metodológico
excluye toda fuerza metafísica no porque se la conciba como una falsedad, sino
porque no contribuyen a la construcción de un proyecto de investigación ya sea
en el campo o en el laboratorio, es decir, aun cuando la Fuerza Vital sea una
entidad metafísica real, las ciencias de la naturaleza deben operar como si
esta no existiera (Blanco, 2012),
y aceptar esto tomó sus propias controversias en cada una de las tres grandes
ciencias de la naturaleza. El
organicismo hace hincapié en el concepto de propiedades emergentes y niveles de
complejidad, conceptos que gozan de gran popularidad al interior de las
comunidades científicas actualmente (Bergandi,
2011; Bersini, Stano, Luisi, & Bedau, 2012; Damiano, 2012; Denton,
Kumaramanickavel, & Legge, 2013; Malaterre, 2013), y que no se consideran metafísicas, la razón por la cual una
propiedad desaparece cuando reducimos el todo a sus partes, es porque al
estudiar las partes por separado no podemos ver el modo en que están actúan en
conjunto, al acoplarse se generan nuevas funciones y emerge una propiedad
nueva, es decir leyes netamente biológicas que no pueden reducirse a la física
o a la química pero igualmente naturalistas y matemáticamente describibles.
El fisicalismo newtoniano encuentra muchas de sus raíces en
el mecanicismo con autores tan influyentes como el propio René Descartes
“1596-1650”, el cual creó un fuerte debate sobre eso que conformaba la
estructura interna de los seres vivos. Por un lado los
fisicalistas-mecaninicistas que defienden la tesis de que los seres vivos se
comportan como máquinas muy complejas, pero como máquinas al fin y al cabo; y
por otro lado los vitalistas que defienden que la estructura interna de los
seres vivos dependen un algo más ininteligible al que se denominó, fuerza vital
entre otros muchos seudónimos que al final terminaron por englobarse en lo que
bien puede ser denomninado el primer paradigma de la pre-biología al cual
denominamos como generación espontánea. Lo llamamos pre-biología ya que la
superación o abandono de la generación espontánea fue uno de los pasos para
construir la biología tal cual la entendemos nosotros.
El punto a resaltar es que no todos los defensores del
vitalismo creían que la fuerza vital fuera ininteligible, de hecho, la fuerza
vital sería semejante a otras fuerzas “explicativas” empleadas en otros campos
del conocimiento, paradójicamente en la física, con su fuerza de gravedad. En
tal caso, la fuerza vital se podría estudiar dentro del marco del naturalismo
metodológico del mismo modo que la fuerza de la gravedad,
convirtiéndola en una explicación naturalista del mundo natural. Aparte de las
dificultades filosóficas también se generaron controversias religiosas, por
ejemplo para el filósofo inglés Ralph Cudworth (Ruestow, 1984)
“1617-1688” la sola idea de intentar explicar a los seres vivos y su origen
mediante mecanismos meramente materialistas ya fuera por la necesidad o el
movimiento fortuito de la materia no solo era irracional, también era una idea
peligrosamente atea.
La generación espontánea no solo estaba apoyada por las
ideas religiosas, sino también por la tradición popular y la tradición
académica. Para cualquier granjero era tangiblemente evidente que las ratas
emergían espontáneamente de las bodegas de grano, o que los gusanos aparecían
como de la nada a partir de un cuerpo en descomposición, esto revela que
desconocían mucho del ciclo de vida de los seres vivos. Un autor que recopiló
este modo de ver y lo plasmó de forma coherente y elegante fue Aristóteles,
quien se convertiría en la mayor autoridad en ciencias de la naturaleza durante
toda la edad media y parte del renacimiento. En este orden de ideas
La generación espontánea es ciertamente el primer método
explicativo para el origen de la vida y su organización ecológica y las ideas
de Aristóteles al respecto serían el estándar sobre el asunto por milenios. En
su Historia Natural Aristoteles nos dice:
“Ahora existe una propiedad de los animales
que tienen en común con las plantas. Algunas plantas son generadas por las
semillas de otras plantas, mientras que otras se autogeneran a través de la
formación de algún principio elemental similar a una semilla; y en estas
segundas plantas algunas derivan sus nutrientes del suelo, mientras que otras
crecen dentro de otras plantas, como he mencionado por cierto en mi tratado de
Botánica. En los animales, algunos se originan de sus padres de acuerdo a su
clase, mientras que otros crece de forma espontánea y no desde su misma clase;
y en estos casos de generación espontánea algunos provienen de la putrefacción
del suelo o la materia vegetal, como es el caso de numerosos insectos, mientras
que otros son generados de forma espontánea al interior de otros animales
mediante las secreciones de varios órganos” (Aristotle, 2014a)
En otro texto, Aristóteles explica más a cerca de este
principio elemental:
“Los animales y las
plantas vienen a ser en lo sólido y lo líquido debido a que existe agua en lo
sólido y aire en lo líquido, y en todo aire existe el calor vital en el sentido
de que todas las cosas poseen un alma. Por lo tanto, los seres vivos se forman
rápidamente siempre que el aire y el calor vital se encuentran encerrados en
algo. Cuando están encerrados, los líquidos corpóreos son calentados, y allí
emergen como si fuera una burbuja” (Aristotle, 2014b)
Dado lo anterior el núcleo fuerte de la generación
espontánea es: la capacidad que tienen
todos los seres vivos de formarse en cualquier momento y cualquier material que
se encuentra en contacto con el aire que contiene la fuerza vital.
Otra de las consecuencias de la generación espontánea es que
opera de forma independiente al tiempo, es decir la generación espontánea opera
de forma semejante seas que retrocedemos en el eje del tiempo o se avanza en el
eje del tiempo, en consecuencia, si la refutas para el presente, esta se cae
tanto en el pasado como en el futuro, ya que debía funcionar en cualquier
tiempo.
Figura 3. El experimento de
Francisco Redi.
La muerte de la generación espontánea fue lenta, y esto se
debe a sus hipótesis auxiliares, es decir explicaciones ad hoc empleadas para proteger el núcleo fuerte. Un ejemplo clásico
es el experimento realizado por Francisco Redi “1626-1697” en el cual se empleaban
gazas para evitar que los insectos llegase a la carne en putrefacción Figura 3.
Colocó un trozo de carne en tres jarras iguales, la 1º la
dejó abierta, la 2º la tapó con un corcho, y la 3º la dejó cubierta con un
trozo de tela bien atada. Después de unas semanas Redi observó que, en la 1º
jarra, la que estaba abierta, habían crecido larvas. En la 2º jarra y en la 3°,
su interior estaba podrido y olía mal, pero no había crecido ninguna larva. Por
lo tanto, la carne de los animales muertos no puede engendrar gusanos a menos
que sean depositados en ella huevos de animales. Redi pensó que la entrada de
aire a los frascos cerrados podría haber influido en su experimento, por lo que
llevó a cabo otro. Puso carne y pescado en un frasco cubierto con gasa o con un
mosquitero; después de tiempo Redi se fijó y descubrió que las moscas o gusanos
dejaban sus huevos no en el frasco sino en la gasa. Por eso la gente que creía
en la generación espontánea; creían que gracias a eso generaban vida. Los
resultados fueron exactamente los mismos que en el primer experimento. Aún con
los resultados obtenidos y los de otros autores, la gente seguía creyendo en la
generación espontánea, y Francesco Redi se vio obligado a admitir que en
ciertas ocasiones sí se podía dar la generación espontánea. Su obra más
importante, donde expuso los resultados de sus experiencias, la escribió en el
año 1684. Suya es la frase Omne vivum ex
ovum, ex vivo que se traduce como todo lo vivo procede de un huevo y este
de lo vivo (Gottdenker, 1979; Parke,
2014).
Este experimento en particular tenía como objetivo demostrar
la invalidez de la generación espontánea de los insectos, no de la generación
espontánea en general, pues el mismo Redi creía en la generación espontánea en
ciertos casos (Strick, 2009b).
En este caso, una hipótesis ad hoc que
puede plantearse al experimento de Redi es que, si bien la gaza permite la
entrada del aire, podría potencialmente impedir el ingreso de la Fuerza Vital.
De este modo se desarrollaron hipótesis auxiliares que defendían las ideas
centrales de la generación espontánea, por ejemplo: La fuerza vital requiere de un espacio lo suficientemente amplio
para ingresar al material en putrefacción.
Una segunda hipótesis auxiliar de la generación espontánea
proviene de la controversia de defensa y ataque a la generación espontánea.
Desde la perspectiva de la defensa de la generación espontánea se encuentran
John Turberville Needham “1713-1781”, y Georges Louis Leclerc conde de Buffon
“1707-1788”; mientras que desde el ataque se tiene a Charles Bonnet “1720-1793”
y principalmente a Lazzaro Spallanzani “1729-1799”. La controversia giro
nuevamente en torno al diseño experimental (Strick, 2009b),
en el caso de Needham el diseño experimental buscada esterilizar el interior
del material de cultivo mediante una ebullición cuidadosa, y aislarlo del
ambiente externo mediante el empleo de una sustancia cerosa. Por su parte
Spallanzani fue mucho más allá, aislando el sistema no con cera, sino con el
vidrio de la capsula de cultivo mediante calentamiento y realizando una
ebullición más vigorosa por más de una hora. Mientras que en el caso de Needham
se encontró crecimiento de protistos y el reporte de animáculos moviéndose, en
el diseño de Spallanzani no hubo crecimiento.
Nuevamente el núcleo firme de la generación espontánea fue
salvado por una nueva hipótesis ad hoc,
en este caso propuesta por Needham:
La fuerza vital es muy sensible a un proceso prolongado de ebullición. Adicionalmente a estas dos hipótesis auxiliares, la generación espontánea poseía dos subhipótesis que pueden ser distinguidas (Farley, 1972) y son el concepto de abiogénesis y heterogénesis. La abiogénesis hace referencia a la capacidad de las sustancias inorgánicas de formar seres vivos; mientras que la heterogénesis hace referencia a la generación espontánea de un tipo de seres vivos a partir de otros seres vivos. La segunda hipótesis le permite a la generación espontánea explicar el fenómeno de los parásitos en una época en que el concepto de un ciclo de vida complejo era desconocido para los historiadores naturales. Como se puede ver en el trabajo de Aristóteles (Aristotle, 2014a, 2014b), ambas sub-hipótesis se encuentran ya contenidas en su propuesta original.
Figura 4. En el experimento de Needham se empleó corcho como barrera, sin embargo este material tiene poros pequeños que no aseguran un correcto aislamiento.
Figura 5. En el experimento de Spallanzani se emplea al vidrio como
barrera, pero los vitalistas argumentaron que el vidrio impedía el contacto con
la fuerza vital.
La situación seria retomada por Luis Pasteur empleando el
experimento de los frascos de cuello de cisne. En su famoso experimento, Louis
Pasteur usó un matraz especial cuyo cuello tenía la forma de una S o el cuello
de un cisne, de ahí el nombre "Matraz de cuello de cisne". Puso un
caldo rico en nutrientes en el matraz, que llamó la "infusión”. Luego
hirvió la infusión matando cualquier microorganismo que ya estuviera presente.
Luego permitió que la infusión reposara (Nakazawa, 2018; Roll-Hansen, 1979).
Debido a la forma del matraz, la infusión se expuso al aire. Sin embargo, las partículas de polvo y otras cosas en el aire nunca llegaron a la infusión. Porque estaban atrapados en la curva del matraz de cuello de cisne. No importa cuánto tiempo dejó reposar el matraz, los microorganismos nunca aparecieron en la infusión. Sin embargo, si inclinaba el matraz y permitía que las cosas atrapadas en el cuello entraran en la infusión, entonces los microorgranismos comenzaron a aparecer en la infusión y se multiplicaron rápidamente. Esto demuestra que los microorganismos no aparecen como resultado de la generación espontánea. En cambio, se introducen en los alimentos a través de partículas de polvo y otras cosas que suceden en el aire y caen en los alimentos (Nakazawa, 2018; Roll-Hansen, 1979).
Figura 6. El experimento de Pasteur dejaba un orificio por donde la fuerza
vital debería penetrar, pero no lo hacía. El problema radicó en que otros
repicaron el experimento con resultados diferentes.
A pesar de que la tradición dice que Luis Pasteur
“1822-1895” refutó contundentemente a la generación espontánea mediante su
trabajo con los frascos de cuello de cisne en 1864 (Cloutier, 1995),
la historia es un poco más complicada que eso. La generación espontánea era
vista como una hipótesis científica aceptable por miembros eminentes de la
comunidad científica de la época (Benton, 1974).
En cualquier caso, el experimento de Pasteur permitió eliminar varias de las
hipótesis auxiliares, así como la mitad del núcleo fuerte.
Para el caso de la hipótesis auxiliar (1) Pasteur no utilizó
gazas para bloquear el frasco, sino que lo dejó abierto con una modificación,
el cuello de la botella tenía forma de un cuello de cisne. El frasco solo
experimentó crecimiento si se rompía el cuello de cisne dejando un cuello
recto, o girando el frasco de forma tal que el líquido de cultivo tuviera
contacto con la parte más baja del cuello de cisne. De esta manera Pasteur
evitaba las afirmaciones sobre el “tamaño de la fuerza vital”. El mismo
procedimiento también evitaba la hipótesis auxiliar (2), aun cuando el caldo de
cultivo era vigorosamente esterilizado, aun permitía el crecimiento de
microorganismos cuando el cuello giraba o era roto. La estructura del cuello
del cisne permitía que el aire ingresara al frasco, pero que el material
particulado se terminara decantado en la parte inferior del cuello de cisne, lo
cual invalidaba el principio aristotélico de una fuerza vital transportada por
el aire.
Sin embargo no todos estuvieron satisfechos con esto, de
hecho el experimento de Pasteur fue seguido por otros trabajos como los de John
Tyndall “1820-1893” (Strick, 2009b)
quien tuvo problemas con la esterilización vigorosa. Esto se debía a la
existencia de las esporas termoestables “desconocidas para él”, pero que fueron
del mismo modo una hipótesis auxiliar que el propuso para proteger el núcleo
fuerte de la propuesta de Pasteur de la biogénesis “toda vida proviene de una vida previa”. Por suerte para el programa
de investigación de la biogénesis, la hipótesis auxiliar de las formas resistentes al calor fue corroborada en
años posteriores por Ferdinand Cohn “1828-1898” (Drews, 2000)
con su descripción de las esporas en 1876
-más de diez años después de los experimentos de Pasteur.
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