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1.3: Fundamentos de la teoría celular moderna - Biología

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Objetivos de aprendizaje

  • Explicar los puntos clave de la teoría celular y las contribuciones individuales de Hooke, Schleiden, Schwann, Remak y Virchow.
  • Explicar las contribuciones de Semmelweis, Snow, Pasteur, Lister y Koch al desarrollo de la teoría de los gérmenes.

Mientras algunos científicos discutían sobre la teoría de la generación espontánea, otros científicos estaban haciendo descubrimientos que conducían a una mejor comprensión de lo que ahora llamamos teoría celular. La teoría celular moderna tiene tres principios básicos:

  • Todos los organismos están hechos de células.
  • Todas las células solo provienen de otras células (el principio de biogénesis).
  • Las células son las unidades fundamentales de estructura y función en los organismos.

Hoy, estos principios son fundamentales para nuestra comprensión de la vida en la tierra. Sin embargo, la teoría celular moderna surgió del trabajo colectivo de muchos científicos.

Los orígenes de la teoría celular

El científico inglés Robert Hooke utilizó por primera vez el término "células" en 1665 para describir las pequeñas cámaras dentro del corcho que observó bajo un microscopio diseñado por él mismo. Para Hooke, las delgadas secciones de corcho se parecían a "panal de miel" o "pequeñas cajas o vejigas de aire". Señaló que cada "Caverna, Burbuja o Celda" era distinta de las demás (Figura ( PageIndex {1} )). En ese momento, Hooke no sabía que las células de corcho llevaban mucho tiempo muertas y, por lo tanto, carecían de las estructuras internas que se encuentran dentro de las células vivas.

A pesar de la primera descripción que hizo Hooke de las células, aún no se reconocía su importancia como unidad fundamental de la vida. Casi al mismo tiempo, un comerciante de telas holandés llamado Antonie van Leeuwenhoek (1632-1723) fue el primero en desarrollar una lente lo suficientemente poderosa para ver microbios. En 1675, utilizando un microscopio simple pero poderoso de su propia creación, Leeuwenhoek pudo observar organismos unicelulares, que describió como "animálculos" o "pequeñas bestias", nadando en una gota de agua de lluvia. Por sus dibujos de estos pequeños organismos, ahora sabemos que estaba mirando bacterias y protistas. Por esta razón se le conoce como el "Padre de la Microbiología".

Casi 200 años después, en 1838, Matthias Schleiden (1804-1881), un botánico alemán que hizo extensas observaciones microscópicas de tejidos vegetales, los describió como compuestos de células. Visualizar las células vegetales fue relativamente fácil porque las células vegetales están claramente separadas por sus gruesas paredes celulares. Schleiden creía que las células se formaban por cristalización, más que por división celular.

Theodor Schwann (1810-1882), un destacado fisiólogo alemán, hizo observaciones microscópicas similares de tejido animal. En 1839, después de una conversación con Schleiden, Schwann se dio cuenta de que existían similitudes entre los tejidos animales y vegetales. Esto sentó las bases de la idea de que las células son los componentes fundamentales de las plantas y los animales.

En la década de 1850, dos científicos polacos que vivían en Alemania impulsaron esta idea más allá, culminando en lo que hoy reconocemos como la teoría celular moderna. En 1852, Robert Remak (1815-1865), un destacado neurólogo y embriólogo, publicó pruebas convincentes de que las células se derivan de otras células como resultado de la división celular. Sin embargo, esta idea fue cuestionada por muchos en la comunidad científica. Tres años más tarde, Rudolf Virchow (1821-1902), un patólogo muy respetado, publicó un ensayo editorial titulado "Patología celular", que popularizó el concepto de teoría celular utilizando la frase latina omnis cellula a cellula ("Todas las células surgen de las células"), que es esencialmente el segundo principio de la teoría celular moderna.1 Dada la similitud del trabajo de Virchow con el de Remak, existe cierta controversia sobre qué científico debería recibir crédito por articular la teoría celular. Consulte la siguiente función Eye on Ethics para obtener más información sobre esta controversia.

Ciencia y plagio

Rudolf Virchow, un destacado científico alemán nacido en Polonia, a menudo es recordado como el "padre de la patología". Bien conocido por sus enfoques innovadores, fue uno de los primeros en determinar las causas de diversas enfermedades al examinar sus efectos en tejidos y órganos. También fue uno de los primeros en utilizar animales en su investigación y, como resultado de su trabajo, fue el primero en nombrar numerosas enfermedades y creó muchos otros términos médicos. A lo largo de su carrera, publicó más de 2.000 artículos y dirigió varias instalaciones médicas importantes, incluida la Charité - Universitätsmedizin Berlin, un destacado hospital y escuela de medicina de Berlín. Pero quizás sea más recordado por su ensayo editorial de 1855 titulado "Patología celular", publicado en Archiv für Pathologische Anatomie und Physiologie, una revista que cofundó el propio Virchow y que aún existe en la actualidad.

A pesar de su importante legado científico, existe cierta controversia con respecto a este ensayo, en el que Virchow propuso el principio central de la teoría celular moderna: que todas las células surgen de otras células. Robert Remak, un antiguo colega que trabajaba en el mismo laboratorio que Virchow en la Universidad de Berlín, había publicado la misma idea tres años antes. Aunque parece que Virchow estaba familiarizado con el trabajo de Remak, se olvidó de dar crédito a las ideas de Remak en su ensayo. Cuando Remak escribió una carta a Virchow señalando las similitudes entre las ideas de Virchow y las suyas, Virchow se mostró despectivo. En 1858, en el prefacio de uno de sus libros, Virchow escribió que su publicación de 1855 era solo un artículo editorial, no un artículo científico, y por lo tanto no era necesario citar el trabajo de Remak.

Según los estándares actuales, el artículo editorial de Virchow ciertamente se consideraría un acto de plagio, ya que presentó las ideas de Remak como propias. Sin embargo, en el 19th siglo, los estándares de integridad académica eran mucho menos claros. La sólida reputación de Virchow, junto con el hecho de que Remak era judío en un clima político algo antisemita, lo protegió de cualquier repercusión significativa. Hoy en día, el proceso de revisión por pares y la facilidad de acceso a la literatura científica ayudan a desalentar el plagio. Aunque los científicos todavía están motivados para publicar ideas originales que promuevan el conocimiento científico, aquellos que considerarían plagiar son conscientes de las graves consecuencias.

En el mundo académico, el plagio representa el robo tanto del pensamiento como de la investigación individual, un delito que puede destruir la reputación y acabar con las carreras.2 3 4 5

Ejercicio ( PageIndex {1} )

  1. ¿Cuáles son los puntos clave de la teoría celular?
  2. ¿Qué contribuciones hicieron Rudolf Virchow y Robert Remak al desarrollo de la teoría celular?

La teoría de los gérmenes de la enfermedad

Antes del descubrimiento de microbios durante el 17th siglo, circularon otras teorías sobre los orígenes de la enfermedad. Por ejemplo, los antiguos griegos propusieron la teoría del miasma, que sostenía que la enfermedad se originaba a partir de partículas que emanaban de la materia en descomposición, como las de las aguas residuales o las fosas negras. Estas partículas infectaron a los seres humanos en las proximidades del material en descomposición. Se pensaba que las enfermedades, incluida la peste negra, que asoló a la población europea durante la Edad Media, se originaron de esta manera.

En 1546, el médico italiano Girolamo Fracastoro propuso, en su ensayo De Contagione et contagiosis mórbis, que las esporas similares a semillas pueden transferirse entre individuos a través del contacto directo, la exposición a ropa contaminada o a través del aire. Ahora reconocemos a Fracastoro como uno de los primeros defensores de la teoría de los gérmenes de la enfermedad, que establece que las enfermedades pueden resultar de una infección microbiana. Sin embargo, en el 16th siglo, las ideas de Fracastoro no fueron ampliamente aceptadas y se olvidaron en gran medida hasta el siglo XIX.th siglo.

En 1847, el obstetra húngaro Ignaz Semmelweis (Figura ( PageIndex {3} )) observó que las madres que daban a luz en salas de hospitales atendidas por médicos y estudiantes de medicina tenían más probabilidades de sufrir y morir de fiebre puerperal después del parto (10% - Tasa de mortalidad del 20%) que las madres en las salas atendidas por parteras (tasa de mortalidad del 1%). Semmelweis observó a estudiantes de medicina que realizaban autopsias y luego realizaban exámenes vaginales en pacientes vivas sin lavarse las manos en el medio. Sospechaba que los estudiantes transmitían enfermedades de las autopsias a los pacientes que examinaban. Sus sospechas fueron apoyadas por la muerte prematura de un amigo, un médico que contrajo una infección fatal en la herida luego de un examen post mortem de una mujer que había muerto de una infección puerperal. La herida del médico muerto había sido causada por un bisturí utilizado durante el examen, y su enfermedad y muerte posteriores fueron muy similares a las del paciente muerto.

Aunque Semmelweis no conocía la verdadera causa de la fiebre puerperal, propuso que los médicos de alguna manera estaban transfiriendo el agente causal a sus pacientes. Sugirió que el número de casos de fiebre puerperal podría reducirse si los médicos y estudiantes de medicina simplemente se lavaran las manos con agua de cal clorada antes y después de examinar a cada paciente. Cuando se implementó esta práctica, la tasa de mortalidad materna en las madres atendidas por médicos se redujo a la misma tasa de mortalidad del 1% observada entre las madres atendidas por parteras. Esto demostró que lavarse las manos era un método muy eficaz para prevenir la transmisión de enfermedades. A pesar de este gran éxito, muchos descartaron el trabajo de Semmelweis en ese momento, y los médicos tardaron en adoptar el procedimiento simple de lavarse las manos para prevenir infecciones en sus pacientes porque contradecía las normas establecidas para ese período de tiempo.

Casi al mismo tiempo que Semmelweis estaba promoviendo el lavado de manos, en 1848, el médico británico John Snow realizó estudios para rastrear la fuente de los brotes de cólera en Londres. Al rastrear los brotes hasta dos fuentes de agua específicas, ambas contaminadas por aguas residuales, Snow finalmente demostró que la bacteria del cólera se transmitía a través del agua potable. El trabajo de Snow es influyente porque representa el primer estudio epidemiológico conocido y resultó en la primera respuesta de salud pública conocida a una epidemia. El trabajo de Semmelweis y Snow refutó claramente la teoría del miasma predominante en ese momento, mostrando que la enfermedad no solo se transmite a través del aire sino también a través de elementos contaminados. Aunque el trabajo de Semmelweis y Snow demostró con éxito el papel del saneamiento en la prevención de enfermedades infecciosas, la causa de la enfermedad no se entendió completamente. El trabajo posterior de Louis Pasteur, Robert Koch y Joseph Lister confirmaría aún más la teoría de los gérmenes de la enfermedad.

Mientras estudiaba las causas del deterioro de la cerveza y el vino en 1856, Pasteur descubrió las propiedades de la fermentación por microorganismos. Había demostrado con sus experimentos con matraces de cuello de cisne que los microbios transportados por el aire, no la generación espontánea, eran la causa del deterioro de los alimentos. También sugirió que si los microbios eran responsables del deterioro y la fermentación de los alimentos, también podrían ser responsables de causar infecciones. Esto sentó las bases de la teoría de los gérmenes de la enfermedad.

Mientras tanto, el cirujano británico Joseph Lister (Figura ( PageIndex {4} )) estaba tratando de determinar las causas de las infecciones posquirúrgicas. Muchos médicos no dieron crédito a la idea de que los microbios en sus manos, en su ropa o en el aire pudieran infectar las heridas quirúrgicas de los pacientes, a pesar de que el 50% de los pacientes quirúrgicos, en promedio, estaban muriendo de infecciones posquirúrgicas. .10 Lister, sin embargo, estaba familiarizado con el trabajo de Semmelweis y Pasteur; por lo tanto, insistió en lavarse las manos y en una limpieza extrema durante la cirugía. En 1867, para disminuir aún más la incidencia de infecciones de heridas posquirúrgicas, Lister comenzó a usar un desinfectante / antiséptico en aerosol de ácido carbólico (fenol) durante la cirugía. Sus esfuerzos extremadamente exitosos para reducir la infección posquirúrgica hicieron que sus técnicas se convirtieran en una práctica médica estándar.

Unos años más tarde, Robert Koch (Figura ( PageIndex {4} )) propuso una serie de postulados (postulados de Koch) basados ​​en la idea de que la causa de una enfermedad específica podría atribuirse a un microbio específico. Usando estos postulados, Koch y sus colegas pudieron identificar definitivamente los patógenos causantes de enfermedades específicas, incluidos el ántrax, la tuberculosis y el cólera.11 El concepto de "un microbio, una enfermedad" de Koch fue la culminación de los 19th El cambio de paradigma del siglo pasado desde la teoría del miasma hacia la teoría de los gérmenes de la enfermedad.

Ejercicio ( PageIndex {3} )

  1. Compare y contraste la teoría del miasma de la enfermedad con la teoría de los gérmenes de la enfermedad.
  2. ¿Cómo contribuyó el trabajo de Joseph Lister al debate entre la teoría del miasma y la teoría de los gérmenes y cómo aumentó esto el éxito de los procedimientos médicos?
  3. ¿Cómo cambió el descubrimiento de microbios la comprensión humana de las enfermedades?

Conceptos clave y resumen

  • Aunque las células fueron observadas por primera vez en la década de 1660 por Robert Hooke, teoría celular no fue bien aceptado durante otros 200 años. El trabajo de científicos como Schleiden, Schwann, Remak y Virchow contribuyó a su aceptación.
  • los teoría del miasma de la enfermedad fue ampliamente aceptado hasta el 19th siglo, cuando fue reemplazado por el teoría de los gérmenes de la enfermedad gracias al trabajo de Semmelweis, Snow, Pasteur, Lister y Koch, entre otros.

Notas al pie

  1. M. Schultz. "Rudolph Virchow". Enfermedades infecciosas emergentes 14 no. 9 (2008): 1480–1481.
  2. B. Kisch. "Líderes olvidados en medicina moderna, Valentin, Gouby, Remak, Auerbach". Transacciones de la American Philosophical Society 44 (1954):139–317.
  3. H. Harris. El nacimiento de la célula. New Haven, CT: Yale University Press, 2000: 133.
  4. C. Webster (ed.). Biología, Medicina y Sociedad 1840-1940. Cambridge, Reino Unido; Cambridge University Press, 1981: 118-119.
  5. C. Zuchora-Walske. Descubrimientos clave en las ciencias de la vida. Minneapolis, MN: Lerner Publishing, 2015: 12-13.
  6. T. Embley, W. Martin. "Evolución eucariota, cambios y desafíos". Naturaleza Vol. 440 (2006): 623–630.
  7. O.G. Berg, C.G. Kurland. "Por qué los genes mitocondriales se encuentran con mayor frecuencia en los núcleos". Biología molecular y evolución 17 no. 6 (2000): 951–961.
  8. L. Sagan. "Sobre el origen de las células mitigantes". Revista de Biología Teórica 14 no. 3 (1967): 225–274.
  9. A.E. Douglas. "La dimensión microbiana en la ecología nutricional de insectos". Ecología funcional 23 (2009):38–47.
  10. Alexander, J. Wesley. "Las contribuciones del control de infecciones a un siglo de progreso" Anales de cirugía 201:423-428, 1985.
  11. S.M. Blevins y M.S. Bronce. "Robert Koch y la 'edad de oro' de la bacteriología". Revista Internacional de Enfermedades Infecciosas. 14 no. 9 (2010): e744-e751. doi: 10.1016 / j.ijid.2009.12.003.

Contribuyente

  • Nina Parker, (Shenandoah University), Mark Schneegurt (Wichita State University), Anh-Hue Thi Tu (Georgia Southwestern State University), Philip Lister (Central New Mexico Community College) y Brian M. Forster (Saint Joseph's University) con muchos autores contribuyentes. Contenido original a través de Openstax (CC BY 4.0; acceso gratuito en https://openstax.org/books/microbiology/pages/1-introduction)


Historia

Dibujo de la estructura de corcho de Robert Hooke que apareció en Micrografía.

La celda fue descubierta por Robert Hooke en 1665. Examinó (bajo un microscopio grueso y compuesto) rebanadas muy delgadas de corcho y vio una multitud de poros diminutos que observó que parecían los compartimentos amurallados en los que viviría un monje. Debido a esta asociación Hooke las llamó células, el nombre que todavía llevan. Sin embargo, Hooke no conocía su estructura o función real. [1] La descripción de Hooke & # 8217s de estas células (que en realidad eran paredes celulares no vivas) se publicó en Micrografía. [2] Sus observaciones celulares no dieron ninguna indicación del núcleo y otros orgánulos que se encuentran en la mayoría de las células vivas.

La primera persona en hacer un microscopio compuesto fue Zacharias Jansen, mientras que la primera en presenciar una célula viva bajo un microscopio fue Antonie van Leeuwenhoek, quien en 1674 describió las algas. Spirogyra y nombró animálculos a los organismos en movimiento, que significa & # 8220animales pequeños & # 8221. [3] Leeuwenhoek probablemente también vio bacterias. [4] La teoría celular contrastaba con las teorías del vitalismo propuestas antes del descubrimiento de las células.

La idea de que las células eran separables en unidades individuales fue propuesta por Ludolph Christian Treviranus [5] y Johann Jacob Paul Moldenhawer. [6] Todo esto finalmente llevó a Henri Dutrochet a formular uno de los principios fundamentales de la teoría celular moderna al declarar que & # 8220La célula es el elemento fundamental de la organización & # 8221. [7]

Las observaciones de Hooke, Leeuwenhoek, Schleiden, Schwann, Virchow y otros llevaron al desarrollo de la teoría celular. La teoría celular es una explicación ampliamente aceptada de la relación entre las células y los seres vivos. La teoría celular establece:

  • Todos los seres vivos u organismos están hechos de células y sus productos.
  • Las células nuevas son creadas por células viejas que se dividen en dos.
  • Las células son las unidades de construcción básicas de la vida.

La teoría celular es válida para todos los seres vivos, sin importar cuán grandes o pequeños, o cuán simples o complejos sean. Dado que según la investigación, las células son comunes a todos los seres vivos, pueden proporcionar información sobre toda la vida. Y debido a que todas las células provienen de otras células, los científicos pueden estudiar las células para aprender sobre el crecimiento, la reproducción y todas las demás funciones que realizan los seres vivos. Al aprender sobre las células y cómo funcionan, puede aprender sobre todo tipo de seres vivos.

El crédito por el desarrollo de la teoría celular se suele atribuir a tres científicos: Theodor Schwann, Matthias Jakob Schleiden y Rudolf Virchow. En 1839, Schwann y Schleiden sugirieron que las células eran la unidad básica de la vida. Su teoría aceptaba los dos primeros principios de la teoría celular moderna (ver la siguiente sección, a continuación). Sin embargo, la teoría celular de Schleiden difería de la teoría celular moderna en que proponía un método de cristalización espontánea que él denominó & # 8220 formación celular libre & # 8221. [8] En 1855, Rudolf Virchow concluyó que todas las células provienen de células preexistentes, completando así la teoría celular clásica. (Tenga en cuenta que la idea de que todas las células provienen de células preexistentes, de hecho, ya había sido propuesta por Robert Remak; se considera que Virchow ha plagado a Remak. [9])


Teoría celular

La teoría celular se refiere a la idea de que las células son la unidad básica de estructura en todos los seres vivos. El desarrollo de esta teoría a mediados del siglo XVII fue posible gracias a los avances en microscopía. Esta teoría es uno de los fundamentos de la biología. La teoría dice que las células nuevas se forman a partir de otras células existentes y que la célula es una unidad fundamental de estructura, función y organización en todos los organismos vivos.

La celda fue descubierta por Robert Hooke en 1665. Examinó (bajo un microscopio grueso y compuesto) rodajas muy delgadas de corcho y vio una multitud de poros diminutos que observó que parecían los compartimentos amurallados en los que viviría un monje. Debido a esta asociación Hooke las llamó células, el nombre que todavía llevan. Sin embargo, Hooke no conocía su estructura o función real. La descripción de Hooke de estas células (que en realidad eran paredes celulares no vivas) se publicó en Micrographia. Sus observaciones celulares no dieron ninguna indicación del núcleo y otros orgánulos que se encuentran en la mayoría de las células vivas.
El primer hombre en presenciar una célula viva bajo un microscopio fue Antony van Leeuwenhoek (aunque el primer hombre en hacer un microscopio compuesto fue Zacharias Janssen), quien en 1674 describió el alga Spirogyra y nombró a los organismos en movimiento animálculos, que significa `` pequeños animales ''. Leeuwenhoek probablemente también vio bacterias. La teoría celular contrastaba con las teorías del vitalismo propuestas antes del descubrimiento de las células.
La idea de que las células eran separables en unidades individuales fue propuesta por Ludolph Christian Treviranus y Johann Jacob Paul Moldenhawer. Todo esto finalmente llevó a Henri Dutrochet a formular uno de los principios fundamentales de la teoría celular moderna al declarar que "La célula es el elemento fundamental de la organización".
Las observaciones de Hooke, Leeuwenhoek, Schleiden, Schwann, Virchow y otros llevaron al desarrollo de la teoría celular. La teoría celular es una explicación ampliamente aceptada de la relación entre las células y los seres vivos. La teoría celular establece:
Todos los seres vivos u organismos están hechos de células y sus productos.
Las células nuevas son creadas por células viejas que se dividen en dos.
Las células son las unidades de construcción básicas de la vida.
La teoría celular es válida para todos los seres vivos, sin importar cuán grandes o pequeños, o cuán simples o complejos sean. Dado que según la investigación, las células son comunes a todos los seres vivos, pueden proporcionar información sobre toda la vida. Y debido a que todas las células provienen de otras células, los científicos pueden estudiar las células para aprender sobre el crecimiento, la reproducción y todas las demás funciones que realizan los seres vivos. Al aprender sobre las células y cómo funcionan, puede aprender sobre todo tipo de seres vivos.
El crédito por el desarrollo de la teoría celular se suele atribuir a tres científicos: Theodor Schwann, Matthias Jakob Schleiden y Rudolf Virchow. En 1839, Schwann y Schleiden sugirieron que las células eran la unidad básica de la vida. Su teoría aceptaba los dos primeros principios de la teoría celular moderna (ver la siguiente sección, a continuación). Sin embargo, la teoría celular de Schleiden difería de la teoría celular moderna en que proponía un método de cristalización espontánea que él llamó "Formación celular libre". En 1858, Rudolf Virchow concluyó que todas las células provienen de células preexistentes, completando así la teoría celular clásica.


Teoría endosimbiótica

A medida que los científicos avanzaban hacia la comprensión del papel de las células en los tejidos de plantas y animales, otros examinaban las estructuras dentro de las propias células. En 1831, el botánico escocés Robert marrón (1773-1858) fue el primero en describir observaciones de núcleos, que observó en células vegetales. Luego, a principios de la década de 1880, el botánico alemán Andreas Schimper (1856-1901) fue el primero en describir los cloroplastos de las células vegetales, identificando su papel en la formación de almidón durante la fotosíntesis y señalando que se dividían independientemente del núcleo.

Basado en la capacidad de los cloroplastos para reproducirse de forma independiente, el botánico ruso Konstantin Mereschkowski (1855-1921) sugirió en 1905 que los cloroplastos pueden haberse originado a partir de bacterias fotosintéticas ancestrales que viven simbióticamente dentro de una célula eucariota. Propuso un origen similar para el núcleo de las células vegetales. Esta fue la primera articulación del hipótesis endosimbiótica, y explicaría cómo las células eucariotas evolucionaron a partir de bacterias ancestrales.

La hipótesis endosimbiótica de Mereschkowski fue impulsada por el anatomista estadounidense Ivan Wallin (1883-1969), quien comenzó a examinar experimentalmente las similitudes entre mitocondrias, cloroplastos y bacterias; en otras palabras, para poner a prueba la hipótesis endosimbiótica mediante una investigación objetiva. Wallin publicó una serie de artículos en la década de 1920 que apoyaban la hipótesis endosimbiótica, incluida una publicación de 1926 en coautoría con Mereschkowski. Wallin afirmó que podía cultivar mitocondrias fuera de sus células huésped eucariotas. Muchos científicos descartaron sus cultivos de mitocondrias como resultado de la contaminación bacteriana. El trabajo moderno de secuenciación del genoma apoya a los científicos disidentes al mostrar que gran parte del genoma de las mitocondrias se ha transferido al núcleo de la célula huésped, lo que impide que las mitocondrias puedan vivir por sí mismas. 6 7

Las ideas de Wallin con respecto a la hipótesis endosimbiótica fueron ignoradas en gran medida durante los siguientes 50 años porque los científicos no sabían que estos orgánulos contenían su propio ADN. Sin embargo, con el descubrimiento del ADN mitocondrial y del cloroplasto en la década de 1960, resucitó la hipótesis endosimbiótica. Lynn Margulis (1938-2011), una genetista estadounidense, publicó sus ideas sobre la hipótesis endosimbiótica de los orígenes de las mitocondrias y los cloroplastos en 1967. 8 En la década previa a su publicación, los avances en microscopía habían permitido a los científicos diferenciar las células procariotas de las eucariotas. . En su publicación, Margulis revisó la literatura y argumentó que los orgánulos eucariotas como las mitocondrias y los cloroplastos son de origen procariota. Presentó un creciente cuerpo de datos microscópicos, genéticos, de biología molecular, fósiles y geológicos para respaldar sus afirmaciones.

Una vez más, esta hipótesis no fue inicialmente popular, pero la creciente evidencia genética debido al advenimiento de la secuenciación del ADN apoyó la teoría endosimbiótica, que ahora se define como la teoría de que las mitocondrias y los cloroplastos surgieron como resultado de que las células procariotas establecieran una relación simbiótica dentro de un huésped eucariota (Figura 3). Con la teoría endosimbiótica inicial de Margulis ganando amplia aceptación, amplió la teoría en su libro de 1981 Simbiosis en la evolución celular. En él, explica cómo la endosimbiosis es un factor impulsor importante en la evolución de los organismos. La secuenciación genética y el análisis filogenético más recientes muestran que el ADN mitocondrial y el ADN del cloroplasto están muy relacionados con sus homólogos bacterianos, tanto en la secuencia del ADN como en la estructura cromosómica. Sin embargo, el ADN mitocondrial y el ADN del cloroplasto se reducen en comparación con el ADN nuclear porque muchos de los genes se han movido desde los orgánulos al núcleo de la célula huésped. Además, los ribosomas mitocondriales y de cloroplasto son estructuralmente similares a los ribosomas bacterianos, más que a los ribosomas eucariotas de sus huéspedes. Por último, la fisión binaria de estos orgánulos se parece mucho a la fisión binaria de las bacterias, en comparación con la mitosis realizada por las células eucariotas. Desde la propuesta original de Margulis, los científicos han observado varios ejemplos de endosimbiontes bacterianos en las células eucariotas modernas. Los ejemplos incluyen las bacterias endosimbióticas que se encuentran dentro de las entrañas de ciertos insectos, como las cucarachas, 9 y los orgánulos similares a bacterias fotosintéticas que se encuentran en los protistas. 10

Figura 3. Según la teoría endosimbiótica, las mitocondrias y los cloroplastos se derivan de la absorción de bacterias. Estas bacterias establecieron una relación simbiótica con su célula huésped que finalmente llevó a que las bacterias evolucionaran hacia mitocondrias y cloroplastos.
  • ¿Qué afirma la teoría endosimbiótica moderna?
  • ¿Qué evidencia respalda la teoría endosimbiótica?

La teoría de los gérmenes de la enfermedad

Antes del descubrimiento de los microbios durante el siglo XVII, circularon otras teorías sobre los orígenes de las enfermedades. Por ejemplo, los antiguos griegos propusieron la teoría del miasma, que sostenía que la enfermedad se originaba a partir de partículas que emanaban de la materia en descomposición, como la de las aguas residuales o los pozos negros. Estas partículas infectaron a los seres humanos en las proximidades del material en descomposición. Se pensaba que las enfermedades, incluida la peste negra, que asoló a la población europea durante la Edad Media, se originaron de esta manera.

En 1546, el médico italiano Girolamo Fracastoro propuesto, en su ensayo De Contagione et contagiosis mórbis, que las esporas similares a semillas pueden transferirse entre individuos a través del contacto directo, la exposición a ropa contaminada o a través del aire. Ahora reconocemos a Fracastoro como uno de los primeros proponentes de la teoría de los gérmenes de la enfermedad, que establece que las enfermedades pueden resultar de una infección microbiana. Sin embargo, en el siglo XVI, las ideas de Fracastoro no fueron ampliamente aceptadas y se olvidaron en gran medida hasta el siglo XIX.

Figura 4. Ignaz Semmelweis (1818-1865) fue un defensor de la importancia del lavado de manos para prevenir la transferencia de enfermedades entre pacientes por parte de los médicos.

En 1847, el obstetra húngaro Ignaz Semmelweis (Figura 4) observó que las madres que dieron a luz en salas de hospitales atendidas por médicos y estudiantes de medicina tenían más probabilidades de sufrir y morir de fiebre puerperal después del parto (tasa de mortalidad del 10% al 20%) que las madres de las salas atendidas por parteras (1 % tasa de mortalidad). Semmelweis observó a estudiantes de medicina que realizaban autopsias y luego realizaban exámenes vaginales en pacientes vivas sin lavarse las manos en el medio. Sospechaba que los estudiantes transmitían enfermedades de las autopsias a los pacientes que examinaban. Sus sospechas fueron apoyadas por la prematura muerte de un amigo, un médico que contrajo una infección fatal en la herida luego de un examen post mortem de una mujer que había muerto de una infección puerperal. La herida del médico muerto había sido causada por un bisturí utilizado durante el examen, y su enfermedad y muerte posteriores fueron muy similares a las del paciente muerto.

Aunque Semmelweis no conocía la verdadera causa de la fiebre puerperal, propuso que los médicos de alguna manera estaban transfiriendo el agente causal a sus pacientes. Sugirió que el número de casos de fiebre puerperal podría reducirse si los médicos y estudiantes de medicina simplemente se lavaran las manos con agua de cal clorada antes y después de examinar a cada paciente. Cuando se implementó esta práctica, la tasa de mortalidad materna en las madres atendidas por médicos se redujo a la misma tasa de mortalidad del 1% observada entre las madres atendidas por parteras. Esto demostró que lavarse las manos era un método muy eficaz para prevenir la transmisión de enfermedades. A pesar de este gran éxito, muchos descartaron el trabajo de Semmelweis en ese momento, y los médicos tardaron en adoptar el procedimiento simple de lavarse las manos para prevenir infecciones en sus pacientes porque contradecía las normas establecidas para ese período de tiempo.

Casi al mismo tiempo que Semmelweis estaba promoviendo el lavado de manos, en 1848, el médico británico John Nieve realizó estudios para rastrear la fuente de los brotes de cólera en Londres. Al rastrear los brotes hasta dos fuentes de agua específicas, ambas contaminadas por aguas residuales, Snow finalmente demostró que la bacteria del cólera se transmitía a través del agua potable. El trabajo de Snow es influyente porque representa el primer estudio epidemiológico conocido y resultó en la primera respuesta de salud pública conocida a una epidemia. El trabajo de Semmelweis y Snow refutó claramente la teoría del miasma predominante en ese momento, mostrando que la enfermedad no solo se transmite a través del aire sino también a través de elementos contaminados.

Aunque el trabajo de Semmelweis y Snow demostró con éxito el papel del saneamiento en la prevención de enfermedades infecciosas, la causa de la enfermedad no se entendió completamente. El trabajo posterior de Louis Pasteur, Robert Kochy Joseph Lister corroboraría aún más la teoría de los gérmenes de la enfermedad.

Mientras estudiaba las causas del deterioro de la cerveza y el vino en 1856, Pasteur descubrió las propiedades de la fermentación por microorganismos. Había demostrado con sus experimentos con matraces de cuello de cisne (ver Figura 3 en Generación espontánea) que los microbios en el aire, no la generación espontánea, eran la causa del deterioro de los alimentos, y sugirió que si los microbios eran responsables del deterioro y la fermentación de los alimentos, también podrían ser responsable de causar la infección. Esta fue la base de la teoría de los gérmenes de la enfermedad.

Mientras tanto, el cirujano británico Joseph Lister (Figura 5a) intentaba determinar las causas de las infecciones posquirúrgicas. Muchos médicos no dieron crédito a la idea de que los microbios en sus manos, en su ropa o en el aire pudieran infectar las heridas quirúrgicas de los pacientes, a pesar de que el 50% de los pacientes quirúrgicos, en promedio, estaban muriendo de infecciones posquirúrgicas. [11] Lister, sin embargo, estaba familiarizado con el trabajo de Semmelweis y Pasteur, por lo tanto, insistió en lavarse las manos y en una limpieza extrema durante la cirugía. En 1867, para disminuir aún más la incidencia de infecciones de heridas posquirúrgicas, Lister comenzó a usar un desinfectante / antiséptico en aerosol con ácido carbólico (fenol) durante la cirugía. Sus esfuerzos extremadamente exitosos para reducir la infección posquirúrgica hicieron que sus técnicas se convirtieran en una práctica médica estándar.

Unos años más tarde, Robert Koch (Figura 5b) propuso una serie de postulados (postulados de Koch) basados ​​en la idea de que la causa de una enfermedad específica podría atribuirse a un microbio específico. Using these postulates, Koch and his colleagues were able to definitively identify the causative pathogens of specific diseases, including anthrax, tuberculosis, and cholera. Koch’s “one microbe, one disease” concept was the culmination of the nineteenth century’s paradigm shift away from miasma theory and toward the germ theory of disease. Koch’s postulates are discussed more thoroughly in How Pathogens Cause Disease.

Figure 5. (a) Joseph Lister developed procedures for the proper care of surgical wounds and the sterilization of surgical equipment. (b) Robert Koch established a protocol to determine the cause of infectious disease. Both scientists contributed significantly to the acceptance of the germ theory of disease.

Piénsalo

  • Compare and contrast the miasma theory of disease with the germ theory of disease.
  • How did Joseph Lister’s work contribute to the debate between the miasma theory and germ theory and how did this increase the success of medical procedures?

Clinical Focus: Anika, Part 2

This example continues Anika’s story that started in Spontaneous Generation.

After suffering a fever, congestion, cough, and increasing aches and pains for several days, Anika suspects that she has a case of the flu. She decides to visit the health center at her university. The PA tells Anika that her symptoms could be due to a range of diseases, such as influenza, bronchitis, pneumonia, or tuberculosis.

During her physical examination, the PA notes that Anika’s heart rate is slightly elevated. Using a pulse oximeter, a small device that clips on her finger, he finds that Anika has hypoxemia—a lower-than-normal level of oxygen in the blood. Using a stethoscope, the PA listens for abnormal sounds made by Anika’s heart, lungs, and digestive system. As Anika breathes, the PA hears a crackling sound and notes a slight shortness of breath. He collects a sputum sample, noting the greenish color of the mucus, and orders a chest radiograph, which shows a “shadow” in the left lung. All of these signs are suggestive of neumonía, a condition in which the lungs fill with mucus (Figure 6).

We’ll return to Anika’s example in later pages.

Figure 7 (credit “swan-neck flask”: modification of work by Wellcome Images)

Conceptos clave y resumen

  • Although cells were first observed in the 1660s by Robert Hooke, teoría celular was not well accepted for another 200 years. The work of scientists such as Schleiden, Schwann, Remak, and Virchow contributed to its acceptance.
  • Endosymbiotic theory states that mitochondria and chloroplasts, organelles found in many types of organisms, have their origins in bacteria. Significant structural and genetic information support this theory.
  • los miasma theory of disease was widely accepted until the nineteenth century, when it was replaced by the germ theory of disease thanks to the work of Semmelweis, Snow, Pasteur, Lister, and Koch, and others.

Opción multiple

Which of the following individuals did not contribute to the establishment of cell theory?

[reveal-answer q=�″]Show Answer[/reveal-answer]
[hidden-answer a=�″]Answer a. Girolamo Fracastoro did not contribute to the establishment of cell theory.[/hidden-answer]

Whose proposal of the endosymbiotic theory of mitochondrial and chloroplast origin was ultimately accepted by the greater scientific community?

[reveal-answer q=�″]Show Answer[/reveal-answer]
[hidden-answer a=�″]Answer c. Lynn Margulis proposed the endosymbiotic theory of mitochondrial and chloroplast origin.[/hidden-answer]

Which of the following developed a set of postulates for determining whether a particular disease is caused by a particular pathogen?

[reveal-answer q=�″]Show Answer[/reveal-answer]
[hidden-answer a=�″]Answer b. Robert Koch developed a set of postulates for determining whether a particular disease is caused by a particular pathogen.[/hidden-answer]

Complete el espacio en blanco

John Snow is known as the father of _____________.

[reveal-answer q=�″]Show Answer[/reveal-answer]
[hidden-answer a=�″]John Snow is known as the father of epidemiology.[/hidden-answer]

The _____________ theory states that disease may originate from proximity to decomposing matter and is not due to person-to-person contact.

[reveal-answer q=�″]Show Answer[/reveal-answer]
[hidden-answer a=�″]The miasma theory states that disease may originate from proximity to decomposing matter and is not due to person-to-person contact.[/hidden-answer]

The scientist who first described cells was _____________.

[reveal-answer q=�″]Show Answer[/reveal-answer]
[hidden-answer a=�″]The scientist who first described cells was Robert Hooke.[/hidden-answer]

Conclusiones clave

  1. How did the explanation of Virchow and Remak for the origin of cells differ from that of Schleiden and Schwann?
  2. What evidence exists that supports the endosymbiotic theory?
  3. What were the differences in mortality rates due to puerperal fever that Ignaz Semmelweis observed? How did he propose to reduce the occurrence of puerperal fever? Did it work?
  4. Why are mitochondria and chloroplasts unable to multiply outside of a host cell?
  5. Why was the work of Snow so important in supporting the germ theory?
  1. M. Schultz. "Rudolph Virchow." Enfermedades infecciosas emergentes 14 no. 9 (2008):1480–1481 &crarr
  2. B. Kisch. "Forgotten Leaders in Modern Medicine, Valentin, Gouby, Remak, Auerbach." Transactions of the American Philosophical Society 44 (1954):139–317. &crarr
  3. H. Harris. The Birth of the Cell. New Haven, CT: Yale University Press, 2000:133. &crarr
  4. C. Webster (ed.). Biology, Medicine and Society 1840-1940. Cambridge, UK Cambridge University Press, 1981:118–119. &crarr
  5. C. Zuchora-Walske. Key Discoveries in Life Science. Minneapolis, MN: Lerner Publishing, 2015:12–13. &crarr
  6. T. Embley, W. Martin. "Eukaryotic Evolution, Changes, and Challenges." Naturaleza Vol. 440 (2006):623–630. &crarr
  7. O.G. Berg, C.G. Kurland. "Why Mitochondrial Genes Are Most Often Found in Nuclei." Biología molecular y evolución 17 no. 6 (2000):951–961. &crarr
  8. L. Sagan. "On the Origin of Mitosing Cells." Journal of Theoretical Biology 14 no. 3 (1967):225–274.&crarr
  9. A.E. Douglas. "The Microbial Dimension in Insect Nutritional Ecology." Functional Ecology 23 (2009):38–47. &crarr
  10. J.M. Jaynes, L.P. Vernon. "The Cyanelle of Cyanophora paradoxa: Almost a Cyanobacterial Chloroplast." Tendencias en ciencias bioquímicas 7 no. 1 (1982):22–24. &crarr
  11. Alexander, J. Wesley. "The Contributions of Infection Control to a Century of Progress" Annals of Surgery 201:423-428, 1985. &crarr

Contenido

The cell was first discovered and named by Robert Hooke in 1665. He remarked that it looked strangely similar to cellula or small rooms which monks inhabited, thus deriving the name. However what Hooke actually saw was the dead cell walls of plant cells (cork) . Hooke's description of these cells was published in Micrographia. [1] . Las paredes celulares observadas por Hooke no dieron ninguna indicación del núcleo y otros orgánulos que se encuentran en la mayoría de las células vivas. The first man to witness a live cell under a microscope was Anton Van Leeuwenhoek, who in 1674 described the algae Spirogyra and named the moving organisms animalcules, meaning "little animals".(see). Leeuwenhoek probably also saw bacteria [2] .


The idea that cells were separable into individual units was proposed by Ludolph Christian Treviranus [3] and Johann Jacob Paul Moldenhawer [4] . All of this finally led to Henri Dutrochet formulating one of the fundamental tenets of modern cell theory by declaring that "The cell is the fundamental element of organization" [5]

The observations of Hooke, Leeuwenhoek, Schleiden, Schwann, Virchow, and others led to the development of the cell theory. The cell theory is a widely accepted explanation of the relationship between cells and living things. The cell theory states:

  • All living things are composed of cells.
  • Cells are the basic unit of structure and function in living things.
  • All cells are produced from other cells.

The cell theory holds true for all living things, no matter how big or small, or how simple or complex. Since cells are common to all living things, they can provide information about all life. And because all cells come from other cells, scientists can study cells to learn about growth, reproduction, and all other functions that living things perform. By learning about cells and how they function, you can learn about all types of living things.

Credit for developing Cell Theory is usually given to three scientists, Theodore Schwann, Matthias Jakob Schleiden, and Rudolf Virchow. In 1839 Schwann and Schleiden suggested that cells were the basic unit of life. Their theory accepted the first two tenets of modern cell theory (see next section, below). However the cell theory of Schleiden differed from modern cell theory in that it proposed a method of spontaneous crystallization that he called "Free Cell Formation" [6] . In 1858, Rudolf Virchow concluded that all cells come from pre-existing cells thus completing the classical cell theory.

Classical Cell Theory

  1. All plants are made of cells (Schleiden)
  2. All animals are made of cells (Schwann)
  3. All cells come from pre-existing cells (Virchow)

Modern cell theory

The generally accepted parts of modern cell theory include:

  1. The cell is the fundamental unit of structure and function in living things.
  2. Todas las células provienen de células preexistentes por división.
  3. Energy flow (metabolism and biochemistry) occurs within cells.
  4. Cells contain hereditary information which is passed from cell to cell during cell division
  5. Todas las células son básicamente iguales en composición química.
  6. Todos los seres vivos conocidos están formados por células.
  7. Some organisms are unicellular, made up of only one cell.
  8. Others are multicellular, composed of countless number of cells.
  9. The activity of an organism depends on the total activity of independent cells

Exceptions to the theory

  1. Viruses are considered by some to be alive, yet they are not made up of cells.
  2. The first cell did not originate from a pre-existing cell. See: Origin of life.

Types of cells

Cells can be subdivided into the following subcategories: prokaryotes and eukaryotes. Prokaryotes lack a nucleus (though they do have circular DNA) and other membrane-bound organelles (though they do contain ribosomes). Eubacteria and Archeabacteria are two divisions of prokaryotes. Eukaryotes, on the other hand, have distinct nuclei and membrane-bound organelles (mitochondria, endoplasmic reticulum, vacuoles). In addition, they possess organized chromosomes which store genetic material.


3. Cells come from other cells

As far as we know, no cell on Earth currently has arisen spontaneously. All cells are the result of cell division. When a cell is large enough, it replicates its DNA and important components. These components can then be divided into two daughter cells, which are copies of each other. Variations in the DNA in each cell can lead to changes in how they function, which can result in them dividing at different rates. The cell that reproduces more than the other cell will pass on more of its DNA. The purpose of every cell or organism is to reproduce the DNA in cells.
This third tenet of the cell theory has yet to be disproven. No scientist has ever created a functioning cell without replicating another cell, although some scientists are trying. If they were successful, it would give proof to how life could have evolved. It is thought that a self-replicating molecule mutated, developed the ability to produce a membrane, and thus the first cell was born. The cell was such a successful form of life that all life since has used the same basic template.


Significance of Cell Theory:

Modern concept of cell theory emphasizes the structural and functional relationship among the diverse living forms from bacteria to man.

All cells irrespective of their function and position have a núcleo embedded in the citoplasma and are bounded by membrana celular (unity in structural plan) and the same metabolic processes occur in all the cells primitive or specialized (unity of function). This implies that all the living things have originated from the same primitive ancestral type that originated about two billion years ago.


Summary: What Is the Cell Theory?

The cell theory is one of the foundational theories of biology. It has three main components:

1. All living things are made up of cells.

2. Cells are the basic building blocks of life.

3. All cells come from preexisting cells created through the process of cell division.

As our scientific knowledge has increased over time, additional parts have been added to the theory. Schleiden and Schwann, as well as Virchow, are generally seen as the founders of the cell theory, due to their pioneering scientific work in the 1800s. The cell theory is important because it affects nearly every aspect of biology, from our understanding of life and death, to how we manage diseases, and more.


The Third Lens

Does science aim at providing an account of the world that is literalmente true or objetivamente true? Understanding the difference requires paying close attention to metaphor and its role in science. En The Third Lens, Andrew S. Reynolds argues that metaphors, like microscopes and other instruments, are a vital tool in the construction of scientific knowledge and explanations of how the world works. More than just rhetorical devices for conveying difficult ideas, metaphors provide the conceptual means with which scientists interpret and intervene in the world.

Reynolds here investigates the role of metaphors in the creation of scientific concepts, theories, and explanations, using cell theory as his primary case study. He explores the history of key metaphors that have informed the field and the experimental, philosophical, and social circumstances under which they have emerged, risen in popularity, and in some cases faded from view. How we think of cells&mdashas chambers, organisms, or even machines&mdashmakes a difference to scientific practice. Consequently, an accurate picture of how scientific knowledge is made requires us to understand how the metaphors scientists use&mdashand the social values that often surreptitiously accompany them&mdashinfluence our understanding of the world, and, ultimately, of ourselves.

The influence of metaphor isn&rsquot limited to how we think about cells or proteins: in some cases they can even lead to real material change in the very nature of the thing in question, as scientists use technology to alter the reality to fit the metaphor. Drawing out the implications of science&rsquos reliance upon metaphor, The Third Lens will be of interest to anyone working in the areas of history and philosophy of science, science studies, cell and molecular biology, science education and communication, and metaphor in general.


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