Organismi unicellulari: caratteristiche, riproduzione, nutrizione ed esempi
Gli organismi unicellulari sono esseri il cui materiale genetico, macchinari enzimatici, proteine e altre molecole necessarie per la vita sono confinati in una singola cellula. Grazie a ciò, sono entità biologiche molto complesse, spesso di dimensioni molto ridotte.
Dei tre domini della vita, due di loro - archeologia e batteri - sono costituiti da organismi unicellulari. Oltre ad essere unicellulari, questi organismi procarioti mancano di un nucleo e sono estremamente diversi e abbondanti.
Nel dominio rimanente, gli eucarioti, troviamo sia gli organismi unicellulari che quelli pluricellulari. Dentro l'unicellulare abbiamo i protozoi, alcuni funghi e alcune alghe.
Caratteristiche principali
Circa 200 anni fa, i biologi dell'epoca ritenevano che gli organismi formati da una singola cellula fossero relativamente semplici. Questa conclusione è stata dovuta alle poche informazioni che hanno ricevuto dagli obiettivi che hanno usato per la visualizzazione.
Oggigiorno, grazie ai progressi tecnologici legati alla microscopia, possiamo visualizzare la complessa rete di strutture che gli esseri unicellulari possiedono e la grande diversità che questi lignaggi esibiscono. Successivamente, discuteremo le strutture più rilevanti negli organismi unicellulari, sia negli eucarioti che nei procarioti.
Componenti di una cellula procariotica
Materiale genetico
La caratteristica più notevole di una cellula procariota è la mancanza di una membrana che delimita il materiale genetico. Cioè, l'assenza di un vero nucleo.
Al contrario, il DNA si trova come una struttura prominente: il cromosoma. Nella maggior parte dei batteri e degli archaea, il DNA è organizzato in un grande cromosoma circolare associato alle proteine.
In un batterio modello, come Escherichia coli (nelle sezioni seguenti parleremo più della sua biologia), il cromosoma raggiunge una lunghezza lineare fino a 1 mm, quasi 500 volte la dimensione della cellula.
Per conservare tutto questo materiale, il DNA deve avere una conformazione super avvolta. Questo esempio può essere estrapolato alla maggior parte dei membri dei batteri. La regione fisica in cui si trova questa struttura compatta di materiale genetico è chiamata nucleoide.
Oltre al cromosoma, gli organismi procarioti possono possedere centinaia di piccole molecole di DNA aggiuntive, chiamate plasmidi.
Questi, come il cromosoma, codificano per specifici geni, ma sono fisicamente isolati da esso. Poiché sono utili in circostanze molto specifiche, formano una sorta di elementi genetici ausiliari.
ribosomi
Per la produzione di proteine, le cellule procariotiche hanno un complesso meccanismo enzimatico chiamato ribosoma, distribuito all'interno della cellula. Ogni cellula può contenere circa 10.000 ribosomi.
Macchinario fotosintetico
I batteri che svolgono la fotosintesi hanno un macchinario aggiuntivo che consente loro di catturare la luce solare e convertirla successivamente in energia chimica. Le membrane dei batteri fotosintetici hanno invaginazioni dove sono conservati gli enzimi e i pigmenti necessari per le reazioni complesse che svolgono.
Queste vescicole fotosintetiche possono rimanere attaccate alla membrana plasmatica o possono essere staccate e posizionate all'interno della cellula.
citoscheletro
Come suggerisce il nome, il citoscheletro è lo scheletro della cellula. La base di questa struttura è composta da fibre di natura proteiforme, essenziali per il processo di divisione cellulare e per il mantenimento della forma cellulare.
Ricerche recenti hanno dimostrato che il citoscheletro nei procarioti è formato da una complessa rete di filamenti e non è così semplice come si pensava in precedenza.
Organelles nei procarioti
Storicamente, una delle caratteristiche più notevoli di un organismo procariota era la mancanza di compartimenti interni o di organelli.
Oggigiorno è accettato che i batteri posseggano specifici tipi di organelli (compartimenti circondati da membrane) legati alla conservazione di ioni calcio, cristalli minerali che partecipano all'orientamento cellulare e agli enzimi.
Componenti di una cellula eucariotica unicellulare
All'interno del lignaggio degli eucarioti abbiamo anche organismi unicellulari. Questi sono caratterizzati dall'avere il materiale genetico confinato in un organello circondato da una membrana dinamica e complessa.
I meccanismi per produrre proteine sono anche formati dai ribosomi in questi organismi. Tuttavia, negli eucarioti sono più grandi. In effetti, la differenza di dimensioni nei ribosomi è una delle principali differenze tra i due gruppi.
Le cellule eucariotiche sono più complesse dei procarioti descritti nella sezione precedente, poiché hanno sottocompartimenti circondati da una o più membrane chiamate organelli. Tra questi abbiamo i mitocondri, il reticolo endoplasmatico, l'apparato del Golgi, i vacuoli e i lisosomi, tra gli altri.
Nel caso di organismi con la capacità di effettuare la fotosintesi, hanno i macchinari enzimatici e pigmenti memorizzati in strutture chiamate plastidi. I più noti sono i cloroplasti, anche se ci sono anche amiloplasti, cromoplasti, etioplasti, tra gli altri.
Alcuni eucarioti unicellulari hanno pareti cellulari, come alghe e funghi (anche se variano nella loro natura chimica).
Differenze tra batteri e archaea
Come accennato, i domini di archeologia e batteri sono costituiti da individui unicellulari. Tuttavia, il fatto di condividere questa caratteristica non significa che i lignaggi siano uguali.
Se confrontiamo completamente entrambi i gruppi, ci renderemo conto che differiscono nello stesso modo in cui noi - o qualsiasi altro mammifero - differiamo da un pesce. Le differenze fondamentali sono le seguenti.
Membrana cellulare
A partire dai confini cellulari, le molecole che costituiscono il muro e la membrana di entrambi i lignaggi differiscono profondamente. Nei batteri, i fosfolipidi sono costituiti da acidi grassi attaccati a un glicerolo. Al contrario, l'archaea ha fosfolipidi altamente ramificati (isoprenoidi) ancorati al glicerolo.
Inoltre, anche i legami che formano i fosfolipidi si differenziano, risultando in una membrana più stabile nell'archaea. Per questo motivo, l'archaea può vivere in ambienti dove temperatura, pH e altre condizioni sono estreme.
Parete cellulare
La parete cellulare è una struttura che protegge l'organismo cellulare dallo stress osmotico generato dalla differenza di concentrazione tra l'interno della cellula e l'ambiente, formando una sorta di esoscheletro.
Generalmente, la cellula esibisce un'alta concentrazione di soluti. Secondo i principi di osmosi e diffusione, l'acqua entrerebbe nella cellula, espandendo il suo volume.
Il muro protegge la cellula dalla rottura, grazie alla sua struttura solida e fibrosa. Nei batteri, il principale componente strutturale è il peptidoglicano, sebbene possano essere presenti certe molecole, come i glicolipidi.
Nel caso di archaea, la natura della parete cellulare è abbastanza variabile e in alcuni casi sconosciuta. Tuttavia, il peptidoglicano è stato assente negli studi effettuati fino ad oggi.
Organizzazione del genoma
In termini di organizzazione strutturale del materiale genetico, gli archei sono più simili agli organismi eucarioti, poiché i geni sono interrotti da regioni che non saranno tradotte, chiamate introni - il termine usato per le regioni che è tradotto è «esone ".
Viceversa, l'organizzazione del genoma batterico viene effettuata principalmente negli operoni, dove i geni si trovano in unità funzionali situate una dopo l'altra, senza interruzioni.
Differenze con organismi multicellulari
La differenza cruciale tra un organismo multicellulare e unicellulare è il numero di cellule che compongono l'organismo.
Gli organismi multicellulari sono composti da più di una cellula, e generalmente ognuno di essi è specializzato in un particolare compito, essendo la divisione dei compiti una delle sue caratteristiche più eccezionali.
In altre parole, poiché la cellula non deve più svolgere tutte le attività necessarie per mantenere un organismo vivente, sorge la divisione dei compiti.
Ad esempio, le cellule neuronali svolgono compiti completamente diversi da quelli eseguiti dai reni o dalle cellule muscolari.
Questa differenza nei compiti eseguiti è espressa in differenze morfologiche. Cioè, non tutte le cellule che compongono un organismo multicellulare sono uguali nella loro forma - i neuroni sono a forma di albero, le cellule muscolari sono allungate e così via.
Le cellule specializzate di organismi multicellulari sono raggruppate in tessuti e questi a loro volta in organi. I corpi che svolgono funzioni simili o complementari sono raggruppati in sistemi. Quindi, abbiamo un'organizzazione gerarchica strutturale che non appare in entità unicellulari.
riproduzione
Riproduzione asessuata
Gli organismi unicellulari si riproducono asessualmente. Si noti che in questi organismi non ci sono strutture speciali coinvolte nella riproduzione, come accade in diverse specie di esseri pluricellulari.
In questo tipo di riproduzione asessuata, un padre dà origine alla prole senza il bisogno di un partner sessuale, o la fusione di gameti.
La riproduzione asessuata è classificata in modi diversi, generalmente usando come riferimento il piano o la forma di divisione utilizzata dall'organismo per dividere.
Un tipo comune è la fissione binaria, in cui un individuo dà origine a due organismi, identici al genitore. Alcuni hanno la capacità di eseguire la fissione generando più di due figli, che è noto come fissione multipla.
Un altro tipo è il germogliamento, in cui un organismo ne genera uno più piccolo. In questi casi, l'organismo genitore spunta un'estensione che continua a crescere fino a una dimensione adeguata e quindi si stacca dal genitore. Altri organismi unicellulari possono riprodursi con la formazione di spore.
Sebbene la riproduzione asessuata sia tipica degli organismi unicellulari, non è unica per questo lignaggio. Alcuni organismi multicellulari, come alghe, spugne, echinodermi, tra gli altri, possono riprodursi attraverso questa modalità.
Trasferimento genico orizzontale
Sebbene la riproduzione sessuale non esista in organismi procariotici, essi possono scambiare materiale genetico con altri individui attraverso un evento chiamato trasferimento genico orizzontale. Questo scambio non comporta il passaggio di materiale dai genitori ai figli, ma avviene tra individui della stessa generazione.
Ciò avviene attraverso tre meccanismi fondamentali: coniugazione, trasformazione e trasduzione. Nel primo tipo, lunghi frammenti di DNA possono essere scambiati attraverso connessioni fisiche tra due individui per mezzo di un pili sessuale.
In entrambi i meccanismi, la dimensione del DNA scambiato è inferiore. La trasformazione è la presa di DNA nudo da parte di un batterio e la trasduzione è la ricezione di DNA estraneo come conseguenza di un'infezione virale.
abbondanza
La vita può essere divisa in tre domini principali: archaea, batteri ed eucarioti. I primi due sono procarioti, perché il loro nucleo non è circondato da una membrana e sono tutti organismi unicellulari.
Secondo le stime attuali, ci sono più di 3.1030 individui di batteri e archaea nella terra, molti dei quali senza nome e senza descrizione. In realtà, il nostro corpo è costituito da popolazioni dinamiche di questi organismi, che stabiliscono relazioni simbiotiche con noi.
nutrizione
La nutrizione negli organismi unicellulari è estremamente varia. Esistono organismi eterotrofi e autotrofi.
I primi devono consumare il loro cibo dall'ambiente, generalmente particelle nutritive fagocitarie. Le varianti autotrofi possiedono tutti i meccanismi necessari per la conversione dell'energia luminosa in chimica, immagazzinate negli zuccheri.
Come ogni organismo vivente, quelli unicellulari richiedono determinati nutrienti come acqua, una fonte di carbonio, ioni minerali, tra gli altri, per la loro crescita e riproduzione ottimali. Tuttavia, alcuni richiedono anche nutrienti specifici.
Esempi di organismi unicellulari
A causa della grande diversità degli organismi unicellulari, è complesso fare una lista di esempi. Tuttavia, citeremo gli organismi modello in biologia e organismi con rilevanza medica e industriale:
Escherichia coli
L'organismo meglio studiato è, senza dubbio, il batterio Escherichia coli. Sebbene alcuni ceppi possano avere conseguenze negative sulla salute, E. coli è una componente normale e abbondante del microbiota umano.
È vantaggioso sotto diverse prospettive. Nel nostro tratto digestivo i batteri aiutano la produzione di alcune vitamine e escludono in modo competitivo i microrganismi patogeni che potrebbero entrare nel nostro corpo.
Inoltre, nei laboratori di biologia è uno degli organismi modello più utilizzati, essendo molto utile per le scoperte scientifiche.
Trypanosoma cruzi
È un parassita protozoico che vive all'interno delle cellule e causa la malattia di Chagas. Questo è considerato un importante problema di salute pubblica in più di 17 paesi situati nei tropici.
Una delle caratteristiche più notevoli di questo parassita è la presenza di un flagello per la locomozione e un singolo mitocondrio. Sono trasmessi al loro ospite di mammiferi da insetti appartenenti alla famiglia Hemiptera, chiamati triatomine.
Altri esempi di microrganismi sono Giardia, Euglena, Plasmodium, Paramecium, Saccharomyces cerevisiae, tra gli altri.
