Las primeras ideas en torno a cómo las constricciones físicas y matemáticas afectan al crecimiento biológico se deben a D'Arcy Wentworth Thompson y Alan Turing. En sus trabajos postularon la presencia de señales químicas y procesos físico-químicos como la difusión, la activación y la desactivación en el crecimiento celular y orgánico. La comprensión completa de los mecanismos implicados en los organismos actuales requirió el descubrimiento del ADN y el desarrollo de la biología molecular y de la bioquímica.
Varios tipos de moléculas son particularmente importantes durante la "morfogénesis". Los morfogenes son moléculas solubles que pueden difundir y llevar señales que controlan las decisiones de diferenciación celular dependiendo de la concentración química.
Los primeros estudios morfogenéticos fueron hechos en
La acetabularia es un organismo unicelular enorme, de cerca de
Hämmerling intercambió los núcleos de las dos especies, y con esto logró que se formara la cabeza característica de aquella que había donado el núcleo. Así se vio que el núcleo desempeñaba un papel en el control del desarrollo de
Diferenciación celular
La diferenciación celular es el proceso por el que las células adquieren una forma y una función determinada durante el desarrollo embrionario o la vida de un organismo pluricelular, especializándose en un tipo celular. La morfología de las células cambia notablemente durante la diferenciación, pero el material genético o genoma, permanece inalterable, con algunas excepciones.
Una célula capaz de diferenciarse en varios tipos celulares se llama pluripotente. Estas células se llaman células madre en los animales y células meristemáticas en las plantas superiores. Una célula capaz de diferenciarse en todos los tipos celulares de un organismo se llama totipotente. En los mamíferos, solo el cigoto y las células embrionarias jóvenes son totipotentes, mientras que en las plantas, muchas células diferenciadas pueden volverse en totipotentes.
Introducción
En la inmensa mayoría de los organismos pluricelulares, todas las células no son idénticas. Por ejemplo, las células que forman la piel en el ser humano son diferentes de las células que componen los órganos internos. Sin embargo, todos los diferentes tipos celulares derivan de una sola célula inicial o cigoto, procedente de la fecundación de un ovocito II por un espermatozoide, gracias a la diferenciación celular. La diferenciación es un mecanismo mediante el cual una célula no especializada se especializa en numerosos tipos celulares que forman el cuerpo como los miocitos (células musculares), los hepatocitos (células del hígado) o incluso las neuronas (células del sistema nervioso). Durante la diferenciación, ciertos genes son expresados mientras que otros son reprimidos. Este proceso es intrínsecamente regulado gracias al material epigenético de las células. Así, la célula diferenciada se desarrollará en estructuras específicas y adquirirá determinadas funciones.
La diferenciación puede afectar a los cambios de numerosos aspectos de la fisiología de la célula como el tamaño, la forma, la polaridad, la actividad metabólica, la sensibilidad a ciertas señales y la expresión de genes. Todos estos aspectos pueden ser modificados durante la diferenciación. En citopatología, el nivel de diferenciación celular es utilizado como una medida de la progresión de un cáncer.
Todo lo que somos proviene y radica en la primera célula formada después de la fecundación.
Las células de los mamíferos
Las células de los mamíferos se pueden clasificar en tres categorías: Las células de la línea germinal, las células somáticas y las células madre. Cada una de las cerca de 100 mil millones de células del cuerpo humano posee su propia copia del genoma, excepto ciertas células que han perdido su núcleo celular durante su diferenciación, como es el caso de los hematíes. La mayoría de las células son diploides, es decir, que poseen dos copias de cada cromosoma. Estas células se llaman células somáticas. La mayoría de las células que forman el cuerpo humano son de esta categoría.
Todas las células de la línea germinal están destinadas a la formación de gametos (óvulos o espermatozoides) y son las únicas capaces de transmitir su material genético a las generaciones siguientes. Las células madre, tienen la capacidad de dividirse indefinidamente y proporcionar células especializadas.
La diferenciación en el transcurso del desarrollo
El desarrollo comienza cuando un espermatozoide fecunda un óvulo y crea una sola célula que puede potencialmente formar un organismo entero. Durante la primera hora después de la fecundación, esta célula huevo o cigoto se divide en varias células idénticas. En el ser humano, alrededor de cuatro horas después de la fecundación y después de varios ciclos celulares, estas células comienzan a especializarse y formar una esfera que crece llamada blastocisto. Esta esfera posee una capa de células externas (las células periféricas) y un grupo de células internas, llamadas células de la masa interna, que formarán todos los tejidos del cuerpo humano. A pesar de esto, estas células solas no pueden formar individualmente a un organismo entero, estas células son calificadas como pluripotentes. Estas células continúan diferenciándose hasta formar las células madre que producirán las células de los tejidos bien definidos. Por ejemplo, las células madre de la sangre situadas en la médula ósea, producen los hematíes, leucocitos y las plaquetas, y las células madre de la piel formarán todos los tipos celulares que constituyen los tejidos dérmicos. Estas células madre más especializadas se llaman multipotentes.
Diferenciación celular y cáncer
En las neoplasias, el concepto de diferenciación se refiere al grado de especialización de las células neoplásicas. Una célula neoplásica indiferenciada, es una célula más primitiva que aquellas del tejido del cual proviene y por ende, con mayor capacidad mitótica. De ahí el concepto de que una célula neoplásica más diferenciada es aquella más parecida en sus funciones a una célula normal del tejido del cual proviene y una célula poco diferenciada es aquella célula menos diferenciada del tejido original y menos especializada.
Muy diferenciada = Muy parecida al tejido original. Poco diferenciada = Muy diferente al tejido original.
Anaplasia: cuando hay falta de diferenciación y las células tienen formas y tamaños diversos y muchos núcleos y nucléolos.
Crecimiento
Se define como crecimiento al aumento irreversible de tamaño en un organismo, como consecuencia de la proliferación celular, misma que conduce al desarrollo de estructuras más especializadas del organismo, comenzando por las propias células y, pasando por tejidos, hasta llegar a órganos y sistemas. Estas estructuras, más desarrolladas, se hacen cargo de realizar el trabajo biológico más importante.
El crecimiento también se define como el aumento en el número de células de un organismo, lo que conlleva al aumento de tamaño. Es medible y cuantificable. El crecimiento se consigue por una doble acción: un aumento en el tamaño de las células del cuerpo, y un aumento en su número real.
Tanto el crecimiento como la división celular dependen de la capacidad de las mismas para asimilar los nutrientes que encuentran en el ambiente en que se desarrollan. Así, los alimentos son usados por el cuerpo para construir nuevas estructuras celulares.
El crecimiento es el proceso mediante el cual los seres vivos aumentan su tamaño y se desarrollan hasta alcanzar la forma y la fisiología propias de su estado de madurez (edad adulta).
Crecimiento es, también, el proceso cuantitativo expresado en los valores de las dimensiones corporales.
Procesos que producen el crecimiento
El crecimiento de los organismos se produce, en general, por medio de diferentes procesos, entre los que están:
- El aumento en el número de células del cuerpo.
- Por la adicción de nuevas estructuras en el organismo.
- Por renovación del tejido que recubre al cuerpo, como el cambio o muda de piel en las víboras, el de plumaje en las aves o el de pelo en los mamíferos.
- Por modificación de estructuras ya existentes (por ejemplo, el crecimiento del cuerno en un rinoceronte o las astas de un venado).
Factores externos que lo afectan
Hay factores externos que pueden afectar a la célula en su crecimiento. Entre éstos se encuentran las hormonas, que aceleran o inhiben la división celular.
Cada especie tiene diversas características de crecimiento, dependiendo de la información genética e inclusive de la edad. En otras palabras, los vegetales y animales tienen un crecimiento limitado por la especie a la que pertenecen.
El crecimiento es una de las varias funciones reguladas por hormonas.
Hormona del crecimiento y otras hormonas importantes en el ser humano
Adrenalina o epinefrina. Se produce en la médula suprarrenal. Está muy ligada a la actividad del sistema nervioso. Actúa sobre el aparato circulatorio (acelera el ritmo del corazón y aumenta la presión arterial) y sobre el respiratorio (aumenta la frecuencia de las respiraciones). También tiene diversas acciones metabólicas; la más importante de éstas es que aumenta el nivel de glucosa circulante en la sangre. Esta hormona se produce por lo regular en estados de excitación (sustos, principalmente).
Aldosterona. Se produce también en las glándulas suprarrenales. Aumenta Ia retención general de sodio y agua en el organismo.
Corticosterona. Se produce en la corteza de las glándulas suprarrenales. Su función es acelerar el metabolismo general, estimulando Ia transformación de carbohidratos en glucosa.
Estrógeno. Se produce en los ovarios de la mujer. Tiene varias funciones, entre las que se encuentran el funcionamiento cíclico normal de los órganos sexuales femeninos y favorece el desarrollo de las glándulas mamarias y de las características femeninas generales.
Hormona adrenocorticotrópica u hormona adrenocorticotrófica o adrenocorticotropina o adrenocorticotrofina. Se produce en la hipófisis. Su función es estimular Ia producción de Ia hormona corticosterona o cortisona en la corteza suprarrenal.
Hormona del crecimiento o somatotropina o somatotrofina. Se produce en la hipófisis. Controla el desarrollo corporal y el crecimiento de los huesos.
Hormona folículo-estimulante u hormona estimulante del folículo (HFE). Se produce en la hipófisis. En los ovarios de la mujer estimula la ovulación y la producción de la hormona femenina llamada estrógeno. En los testículos, la acción de esta hormona favorece la producción de espermatozoides.
Hormona luteinizante (HL). Se produce en la hipófisis. Su función consiste en lograr que los ovarios produzcan la hormona progesterona, y en el varón impulsa que los testículos produzcan Ia hormona llamada testosterona.
Hormona paratiroidea o parathormona. Se produce en la paratiroides. Su función es mantener en la sangre las concentraciones normales de calcio y fósforo.
Hormona tirotrópica u hormona tirotrófica o tirotrofina o tirotropina. Se produce en Ia hipófisis. Su función es estimular la producción de la hormona tiroidea en la glándula tiroides.
Hormona tiroidea. Se conoce también como tiroxina. Se produce en la glándula tiroides y su función es acelerar el metabolismo nutritivo. Esto lo hace al estimular la velocidad de oxidación de Ia glucosa y, en las grasas, al disminuir su descomposición.
Insulina. Es producida por el páncreas. Su función consiste en mantener la concentración normal de la glucosa en la sangre, pues regula el metabolismo de los carbohidratos.
Noradrenalina o norepinefrina. También se produce en las glándulas suprarrenales. Está muy ligada a la actividad del sistema nervioso. Actúa sobre los aparatos circulatorio y respiratorio. También tiene diversos efectos metabólicos.
Oxitocina. Se produce en la hipófisis. Es la hormona que marca el final de la gestación, provocando contracciones uterinas en el parto. También estimula la contracción de la glándula mamaria para la salida de la leche.
Progesterona. Se produce en los ovarios y ayuda a la preparación y sostenimiento del útero durante el embarazo.
Testosterona. Se produce en los testículos; es la encargada de activar y mantener los caracteres sexuales externos masculinos.
Vasopresina. Se produce en la hipófisis. Esta hormona aumenta la tensión en las arteriolas y la retención de agua en los riñones.