Así como un ladrillo es el componente básico de una pared, la célula humana es la unidad funcional básica del cuerpo humano. Nuestro cuerpo tiene alrededor de cien billones de ellas. Y así como ocurre con una pared de ladrillos, el requisito de que no se derrumbe significa que sea lo suficientemente resistente como para sucumbir a las fuerzas de la naturaleza, nuestras células también deben resistir la naturaleza. Por esta y otras razones, los doscientos tipos diferentes de células del cuerpo tienen características comunes que les permiten seguir reglas para vivir, crecer y funcionar correctamente.
En la época de Darwin, se consideraba que una célula era solo una bolsa de sustancias químicas que contenían en su interior varias estructuras de función desconocida. Durante el último siglo se ha demostrado que la célula es una enorme microciudad impulsada por software que contiene muchos edificios diferentes de tamaño nanométrico con máquinas programadas de tamaño pico (10-12 metros) que son capaces de utilizar energía para construir las estructuras y realizar las funciones necesarias para la vida. Aquí hay un breve resumen de algunos de los aspectos de la célula humana que primero deben entenderse para apreciar por qué debe tomar el control para sobrevivir en el mundo.
Una pared muy delgada, llamada membrana plasmática, rodea la célula. La membrana plasmática define los límites de la célula y la separa de otras células y del mundo exterior. Sirve para mantener lo que se necesita dentro de la célula y lo que no se necesita fuera de ella. Las sustancias químicas importantes y las estructuras vitales de la célula no serían muy útiles si no se mantuvieran en un solo lugar.
La sustancia principal de la célula, que llena el espacio dentro de la membrana plasmática, es un líquido llamado citosol. El citosol está formado por agua con diferentes sustancias químicas disueltas en su interior. La cantidad de agua dentro de la célula es su volumen y el número total de partículas químicas disueltas dentro de cada unidad de volumen de agua es su concentración. Se dice que el citosol está más concentrado cuando hay más partículas químicas por unidad de volumen de agua y menos concentrado cuando hay menos partículas químicas por unidad de volumen de agua. Además, para un número determinado de partículas químicas en el citosol, un aumento de volumen da como resultado una disminución de la concentración y una disminución del volumen da como resultado un aumento de la concentración.
Cada célula no sólo está compuesta de agua, sino que también está rodeada de agua. El agua del interior de la célula tiene una alta concentración de potasio y proteínas y una baja concentración de sodio. El agua fuera de la célula tiene una alta concentración de sodio y una baja concentración de potasio y proteínas. En otras palabras, la composición química del agua dentro de la célula es exactamente opuesta a la del agua exterior. La membrana plasmática sirve para separar las dos soluciones diferentes entre sí.
Dado que el agua de la célula ocupa espacio, aplica una cierta presión contra la membrana plasmática. Piense en un neumático de bicicleta. Cuanto más se infla, más presión de aire se aplica contra la pared del neumático. Dado que la membrana plasmática está formada por materia con una estructura específica, como el neumático de la bicicleta, también tiene límites físicos a la hora de permanecer intacta y funcional bajo presión.
Suspendidos dentro de la célula hay estructuras, llamadas orgánulos, y proteínas importantes que juntas realizan funciones que permiten la vida. Entre ellos se encuentran el núcleo, que contiene la información genética que la célula necesita para vivir y reproducirse, las mitocondrias, de donde se obtiene la energía para el funcionamiento celular, el retículo endoplasmático rugoso y el aparato de Golgi, que son las fábricas que producen proteínas, los lisosomas, que son las plantas de reciclaje donde se descompone el material celular usado, y los microtúbulos y microfilamentos, que son el citoesqueleto de soporte que permite a la célula alterar su forma en respuesta a cambios en su entorno.
Consideremos ahora lo que exigen algunas de las leyes de la naturaleza para que la célula sobreviva en el mundo. Los números reales tienen consecuencias reales. Si la célula no puede tomar el control para seguir las reglas, entonces la vida rápidamente se convertirá en muerte.
Ya sea una montaña, un grano de arena o una molécula, todos los objetos materiales tienen masa y, por lo tanto, se necesita energía para cambiarlos. Por lo tanto, para producir, mover o controlar cualquier cosa se requiere que la célula tenga suficiente energía. Al igual que una bombilla sin electricidad o un automóvil sin gasolina, sin suficiente energía la célula está casi muerta.
El contenido químico de la célula debe mantenerse relativamente constante para que viva y funcione correctamente. Esto significa que el líquido dentro de la célula debe mantener su alto nivel de potasio y proteínas y su bajo nivel de sodio. Si el contenido químico de la célula no está en el rango correcto, entonces la célula muere rápidamente.
Finalmente, como se señaló anteriormente, la membrana plasmática que rodea la célula tiene limitaciones físicas definidas y, por tanto, es sensible a los cambios de presión. Piensa en inflar un globo. La presión del aire que la pared del globo puede soportar antes de explotar es limitada. Así también el volumen de la célula debe mantenerse dentro de ciertos límites. Si la presión del agua contra la membrana plasmática aumenta demasiado, entonces, como ocurre con un globo, se producirá la muerte celular, literalmente por explosión.
Tenga en cuenta también que la célula no es autosuficiente. Para sobrevivir necesita recibir constantemente nuevos suministros de sustancias químicas, como glucosa, para obtener energía. También debe deshacerse constantemente de sustancias químicas tóxicas, como el dióxido de carbono procedente de la descomposición de la glucosa. Sin embargo, para sobrevivir, la célula se enfrenta a un gran dilema. Al dejar que estos químicos pasen a través de su membrana plasmática, la célula queda expuesta al contenido químico del agua que se encuentra justo afuera de su puerta. Y recuerda, el contenido químico del agua exterior es totalmente diferente al del agua interior de la célula. Recuerde que la célula debe controlar su contenido químico y su volumen para mantenerse viva.
Piensa en una ciudad amurallada y asediada por enemigos. Los residentes de la ciudad se están quedando poco a poco sin comida y agua y necesitan desesperadamente nuevos suministros para sobrevivir. De alguna manera deben poder abrir las puertas lo suficiente como para traer lo que necesitan sin ser invadidos al mismo tiempo por el enemigo.
Al permitir que estos químicos pasen a través de su membrana plasmática, la célula se enfrenta a un dilema, resultado de las leyes de la naturaleza que gobiernan el movimiento de químicos y fluidos. Al bajar la guardia para permitir que algunas sustancias químicas entren y salgan, la célula corre el riesgo de perder el control de su contenido y volumen químicos. Si eso sucede, la célula perecerá.
¿Qué leyes de la naturaleza están implicadas en el dilema de la célula y, si no se les resiste algún diseño ingenioso, cómo provocan la catástrofe que es la muerte celular? Vuelve la próxima vez y lo descubriremos.
Artículo publicado originalmente en inglés por Howard Glicksman en Evolution News & Science Today
Crédito de la imagen: Wikimedia commons