Protistas

Los protistas van desde el microscópico, unicelular (a) Acanthocystis turfacea y (b) ciliado Tetrahymena thermophila hasta los enormes y multicelulares (c) kelps (Chromalveolata) que se extienden por cientos de pies en "bosques" submarinos.

Los organismos eucariotas que no se ajustaban a los criterios de los reinos Animalia, Hongos o Plantae históricamente se llamaban protistas y se clasificaban en el reino Protista. Los protistas incluyen los eucariotas unicelulares que viven en el agua del estanque, aunque las especies protistas viven en una variedad de otros ambientes acuáticos y terrestres, y ocupan muchos nichos diferentes. No todos los protistas son microscópicos y unicelulares; existen algunas especies multicelulares muy grandes, como los kelps. Durante las últimas dos décadas, el campo de la genética molecular ha demostrado que algunos protistas están más relacionados con animales, plantas u hongos que con otros protistas. Por esta razón, los linajes protistas originalmente clasificados en el reino Protista han sido reasignados a nuevos reinos u otros reinos existentes. Los linajes evolutivos de los protistas continúan siendo examinados y debatidos. Mientras tanto, el término "protista" todavía se usa informalmente para describir este grupo tremendamente diverso de eucariotas. Como grupo colectivo, los protistas muestran una asombrosa diversidad de morfologías, fisiologías y ecologías.

Características de los protistas

Hay más de 100,000 especies vivas descritas de protistas, y no está claro cuántas especies no descritas pueden existir. Dado que muchos protistas viven en relaciones simbióticas con otros organismos y estas relaciones a menudo son específicas de la especie, existe un gran potencial para la diversidad protista no descrita que coincide con la diversidad de los huéspedes. Como el término general para los organismos eucariotas que no son animales, plantas, hongos o cualquier grupo relacionado filogenéticamente, no es sorprendente que pocas características sean comunes a todos los protistas.

Casi todos los protistas existen en algún tipo de ambiente acuático, incluidos los ambientes marinos y de agua dulce, suelo húmedo e incluso nieve. Varias especies protistas son parásitos que infectan animales o plantas. Un parásito es un organismo que vive en otro organismo y se alimenta de él, a menudo sin matarlo. Algunas especies protistas viven de organismos muertos o sus desechos, y contribuyen a su descomposición.

Estructura Protista

Las células de los protistas se encuentran entre las más elaboradas de todas. La mayoría de los protistas son microscópicos y unicelulares, pero existen algunas formas multicelulares verdaderas. Unos pocos protistas viven como colonias que se comportan de alguna manera como un grupo de células de vida libre y de otras formas como un organismo multicelular. Otros protistas se componen de enormes células individuales, multinucleadas, que parecen manchas amorfas de limo o, en otros casos, helechos. De hecho, muchas células protistas son multinucleadas; En algunas especies, los núcleos son de diferentes tamaños y tienen papeles distintos en la función de la célula protista.

Las células protistas individuales varían en tamaño desde menos de un micrómetro a las longitudes de 3 metros de las células multinucleadas de las algas Caulerpa. Las células protistas pueden estar envueltas por membranas celulares animales o paredes celulares vegetales. Otros están encerrados en conchas de vidrio a base de sílice o enrollados con películas de tiras de proteínas entrelazadas. La película funciona como una armadura flexible, evitando que el protista se rasgue o perfore sin comprometer su rango de movimiento.

La mayoría de los protistas son móviles, pero diferentes tipos de protistas han desarrollado diversos modos de movimiento. Algunos protistas tienen uno o más flagelos, que giran o azotan. Otros están cubiertos de hileras o mechones de pequeños cilios que golpean en coordinación para nadar. Incluso otros envían seudopodios en forma de lóbulo desde cualquier parte de la célula, anclan el pseudopodio a un sustrato y tiran del resto de la célula hacia el punto de anclaje. Algunos protistas pueden moverse hacia la luz al acoplar su estrategia de locomoción con un órgano sensor de luz.

Cómo los protistas obtienen energía

Los protistas exhiben muchas formas de nutrición y pueden ser aeróbicos o anaeróbicos. Los protistas fotosintéticos (fotoautótrofos) se caracterizan por la presencia de cloroplastos. Otros protistas son los heterótrofos y consumen materiales orgánicos (como otros organismos) para obtener nutrición. Las amebas y algunas otras especies protistas heterotróficas ingieren partículas mediante un proceso llamado fagocitosis, en el que la membrana celular engulle una partícula alimenticia y la lleva hacia adentro, pellizcando un saco membranoso intracelular, o vesícula, llamada vacuola alimentaria. Esta vesícula se fusiona con un lisosoma, y ​​la partícula de alimentos se descompone en pequeñas moléculas que pueden difundirse en el citoplasma y usarse en el metabolismo celular. Los restos no digeridos finalmente son expulsados ​​de la célula a través de la exocitosis.

Las etapas de la fagocitosis incluyen la absorción de una partícula de alimentos, la digestión de la partícula utilizando enzimas hidrolíticas contenidas en un lisosoma y la expulsión de material no digerido de la célula.

Algunos heterótrofos absorben nutrientes de organismos muertos o sus desechos orgánicos, y otros pueden usar la fotosíntesis o alimentarse de materia orgánica, dependiendo de las condiciones.

Reproducción

Los protistas se reproducen por una variedad de mecanismos. La mayoría son capaces de alguna forma de reproducción asexual, como la fisión binaria para producir dos células hijas, o la fisión múltiple para dividirse simultáneamente en muchas células hijas. Otros producen pequeños brotes que se dividen y crecen hasta el tamaño del protista parental. La reproducción sexual, que implica meiosis y fertilización, es común entre los protistas, y muchas especies protistas pueden cambiar de reproducción asexual a sexual cuando sea necesario. La reproducción sexual a menudo se asocia con períodos en que los nutrientes se agotan o se producen cambios ambientales. La reproducción sexual puede permitir al protista recombinar genes y producir nuevas variaciones de progenie que pueden ser más adecuadas para sobrevivir en el nuevo entorno. Sin embargo, la reproducción sexual también se asocia a menudo con quistes que son una etapa protectora y de reposo. Dependiendo de su hábitat, los quistes pueden ser particularmente resistentes a temperaturas extremas, desecación o pH bajo. Esta estrategia también permite que ciertos protistas "esperen" los factores estresantes hasta que su entorno se vuelva más favorable para la supervivencia o hasta que sean transportados (como por el viento, el agua o el transporte en un organismo más grande) a un entorno diferente porque los quistes prácticamente no exhiben células metabolismo.

Diversidad Protista

Con el advenimiento de la secuenciación del ADN, las relaciones entre los grupos protistas y entre los grupos protistas y otros eucariotas comienzan a aclararse. Muchas relaciones basadas en similitudes morfológicas están siendo reemplazadas por nuevas relaciones basadas en similitudes genéticas. Los protistas que exhiben características morfológicas similares pueden haber desarrollado estructuras análogas debido a presiones selectivas similares, en lugar de debido a una ascendencia común reciente. Este fenómeno se llama evolución convergente. Es una de las razones por las que la clasificación protista es tan desafiante. El esquema de clasificación emergente agrupa todo el dominio Eukaryota en seis "supergrupos" que contienen todos los protistas, así como animales, plantas y hongos; Estos incluyen Excavata, Chromalveolata, Rhizaria, Archaeplastida, Amoebozoa y Opisthokonta. Se cree que los supergrupos son monofiléticos; Se cree que todos los organismos dentro de cada supergrupo han evolucionado a partir de un ancestro común único, y por lo tanto, todos los miembros están más estrechamente relacionados entre sí que con los organismos fuera de ese grupo. Todavía falta evidencia de la monofilia de algunos grupos.

Patógenos Humanos

Muchos protistas son parásitos patógenos que deben infectar a otros organismos para sobrevivir y propagarse. Los parásitos protistas incluyen los agentes causantes de la malaria, la enfermedad del sueño africana y la gastroenteritis transmitida por el agua en humanos. Otros patógenos protistas se aprovechan de las plantas y provocan la destrucción masiva de los cultivos alimentarios.

Especies de Plasmodium

Los miembros del género Plasmodium deben infectar a un mosquito y un vertebrado para completar su ciclo de vida. En los vertebrados, el parásito se desarrolla en las células del hígado y continúa infectando los glóbulos rojos, explotando y destruyendo las células sanguíneas con cada ciclo de replicación asexual. De las cuatro especies de Plasmodium que se sabe que infectan a los humanos, P. falciparum representa el 50 por ciento de todos los casos de malaria y es la causa principal de muertes relacionadas con enfermedades en las regiones tropicales del mundo. En 2010, se estimó que la malaria causó entre 0,5 y 1 millón de muertes, principalmente en niños africanos. Durante el curso de la malaria, P. falciparum puede infectar y destruir más de la mitad de las células sanguíneas circulantes de un ser humano, lo que lleva a una anemia severa. En respuesta a los productos de desecho liberados a medida que los parásitos brotan de las células sanguíneas infectadas, el sistema inmunitario del huésped monta una respuesta inflamatoria masiva con episodios de fiebre que inducen delirio, ya que los parásitos destruyen los glóbulos rojos y derraman los desechos del parásito en el torrente sanguíneo. P. falciparum se transmite a los humanos por el mosquito africano de la malaria, Anopheles gambiae. Las técnicas para matar, esterilizar o evitar la exposición a esta especie de mosquito altamente agresiva son cruciales para el control de la malaria.

Esta micrografía de luz muestra un aumento de 100 × de los glóbulos rojos infectados con P. falciparum (visto como púrpura).

Tripanosomas

T. brucei, el parásito responsable de la enfermedad del sueño africana, confunde el sistema inmunitario humano al cambiar su gruesa capa de glucoproteínas superficiales con cada ciclo infeccioso. El sistema inmunitario identifica las glicoproteínas como materia extraña, y se monta una defensa de anticuerpos específica contra el parásito. Sin embargo, T. brucei tiene miles de posibles antígenos, y con cada generación posterior, el protista cambia a un recubrimiento de glucoproteína con una estructura molecular diferente. De esta manera, T. brucei es capaz de replicarse continuamente sin que el sistema inmune logre eliminar el parásito. Sin tratamiento, la enfermedad del sueño africana conduce invariablemente a la muerte debido al daño que causa al sistema nervioso. Durante los períodos epidémicos, la mortalidad por la enfermedad puede ser alta. Mayores medidas de vigilancia y control han llevado a una reducción en los casos reportados; Algunos de los números más bajos reportados en 50 años (menos de 10,000 casos en todo el África subsahariana) han ocurrido desde 2009.

En América Latina, otra especie del género, T. cruzi, es responsable de la enfermedad de Chagas. Las infecciones por T. cruzi son causadas principalmente por un insecto chupador de sangre. El parásito habita los tejidos del corazón y del sistema digestivo en la fase crónica de la infección, lo que conduce a la desnutrición y la insuficiencia cardíaca causada por ritmos cardíacos anormales. Se estima que 10 millones de personas están infectadas con la enfermedad de Chagas, que causó 10,000 muertes en 2008.

Los tripanosomas se muestran en esta micrografía de luz entre los glóbulos rojos.

Parásitos de plantas

Los parásitos protistas de las plantas terrestres incluyen agentes que destruyen los cultivos alimentarios. El oomiceto Plasmopara viticola parasita las plantas de uva, causando una enfermedad llamada mildiu (a). Las plantas de uva infectadas con P. viticola parecen atrofiadas y tienen hojas marchitas y descoloridas. La propagación del mildiu causó el casi colapso de la industria del vino francés en el siglo XIX.

(a) El moho velloso y polvoriento en esta hoja de uva es causado por una infección de P. viticola. (b) Esta papa exhibe los resultados de una infección con P. infestans, el tizón tardío de la papa.

Phytophthora infestans es un oomiceto responsable del tizón tardío de la papa, que hace que los tallos y tallos de la papa se descompongan en limo negro (b). La plaga generalizada de la papa causada por P. infestans precipitó la conocida hambruna irlandesa de la papa en el siglo XIX que se cobró la vida de aproximadamente 1 millón de personas y provocó la emigración de Irlanda de al menos 1 millón más. El tizón tardío sigue afectando los cultivos de papa en ciertas partes de los Estados Unidos y Rusia, eliminando hasta el 70 por ciento de los cultivos cuando no se aplican pesticidas.

Protistas beneficiosos

Los protistas desempeñan papeles ecológicos de importancia crítica como productores, particularmente en los océanos del mundo. Son igualmente importantes en el otro extremo de las redes alimenticias como descomponedores.

Protistas como fuentes de alimentos

Los protistas son fuentes esenciales de nutrición para muchos otros organismos. En algunos casos, como en el plancton, los protistas se consumen directamente. Alternativamente, los protistas fotosintéticos sirven como productores de nutrición para otros organismos por fijación de carbono. Por ejemplo, los dinoflagelados fotosintéticos llamados zooxantelas transmiten la mayor parte de su energía a los pólipos de coral que los albergan. En esta relación de beneficio mutuo, los pólipos proporcionan un ambiente protector y nutrientes para las zooxantelas. Los pólipos secretan el carbonato de calcio que forma los arrecifes de coral. Sin simbiontes de dinoflagelados, los corales pierden pigmentos de algas en un proceso llamado blanqueamiento de los corales, y finalmente mueren. Esto explica por qué los corales formadores de arrecifes no residen en aguas de más de 20 metros de profundidad: no hay suficiente luz en esas profundidades para que los dinoflagelados puedan hacer fotosíntesis.

Los pólipos de coral obtienen nutrición a través de una relación simbiótica con dinoflagelados.

Los propios protistas y sus productos de fotosíntesis son esenciales, directa o indirectamente, para la supervivencia de organismos que van desde bacterias hasta mamíferos. Como productores primarios, los protistas alimentan a una gran proporción de las especies acuáticas del mundo. (En tierra, las plantas terrestres sirven como productores primarios). De hecho, aproximadamente una cuarta parte de la fotosíntesis mundial es realizada por protistas, particularmente dinoflagelados, diatomeas y algas multicelulares.

Los protistas no crean fuentes de alimentos solo para los organismos que habitan en el mar. Por ejemplo, ciertas especies anaeróbicas existen en el tracto digestivo de las termitas y las cucarachas que comen madera, donde contribuyen a digerir la celulosa ingerida por estos insectos a medida que atraviesan la madera. La enzima real utilizada para digerir la celulosa en realidad es producida por bacterias que viven dentro de las células protistas. La termita proporciona la fuente de alimento al protista y sus bacterias, y el protista y las bacterias proporcionan nutrientes a la termita al descomponer la celulosa.

Agentes de descomposición

Muchos protistas similares a hongos son saprobes, organismos que se alimentan de organismos muertos o de la materia de desecho producida por organismos (saprófito es un término equivalente), y están especializados para absorber nutrientes de la materia orgánica no viva. Por ejemplo, muchos tipos de oomicetos crecen en animales muertos o algas. Los protistas sapróbicos tienen la función esencial de devolver nutrientes inorgánicos al suelo y al agua. Este proceso permite el crecimiento de nuevas plantas, lo que a su vez genera sustento para otros organismos a lo largo de la cadena alimentaria. De hecho, sin especies sapróbicas, como protistas, hongos y bacterias, la vida dejaría de existir a medida que todo el carbono orgánico quedara "atado" en los organismos muertos.

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