Historia de la Biología Celular

Introducción

El desarrollo de la biología celular dependen de 2 áreas de la ciencia: la evidencia empírica y el marco teórico apropiado. Aunque esto parezca de lo más obvio la historia de la biología celular nos muestra que estas 2 no siempre convergieron.

Su historia puede ser subdividida en 4 periodos:

 Finales del siglo 17 y casi todo el siglo 18 algunos tipos de patrones estructurales microscópicos de los organismos vivos. Se observaron, describieron, representaron y, a menudo llamado incluso células, sin embargo, todavía no se concibe como células como las conocemos hoy en día; (2) de las células del siglo 19 en adelante fueron vistos por todos los microscopistas y concebidas generalmente como las unidades vitales elementales, (3) en la segunda mitad del siglo 20 algunos cambios se produjeron: la imagen de la celda que cambio drásticamente con la introducción de la microscopía electrónica, requiriendo también de una revisión conceptual mayor. Sin embargo, con el aumento de bioquímica y biología molecular, la célula era a menudo tratados no como la unidad de la vida, sino más bien como un simple agregado de las macromoléculas y (4) desde la década de 1980hemos sido testigos  de un retorno al concepto de las células como las unidades vitales elementales.

En todo momento, incluso cuando lo empírico y lo teórico convergen, la historia de la biología celular se caracteriza por tener un panorama extraordinariamente rico de diferentes formas de ver y concebir. Es casi siempre imposible para identificar exactamente quién había sido el primero en ver, describir o teorizar una célula, uno de sus componentes, o uno de sus fenómenos.

Observaciones Pioneras

Poco después de la invención del microscopio, los "ojos armados" fueron dirigidos a la anatomía fina. Como era de esperare, las primeras células se observaron en las plantas. En realidad, las primeras estructuras que fueron llamadas "células" no eran células como los conocemos hoy en día.

Robert Hooke (1635-1703) habló de "una empresa sumamente infinita de pequeñas y poros muy regulares, tan densa y tan ordenado, y tan cerca el uno al otro, que deja muy poco espacio entre ellos para ser llenado con un cuerpo sólido, él comparó esta estructura a un panal de abejas. Independientemente en 1672, Nehemiah Grew (1641-1712) escribió que el 'parénquima' (un término acuñado por él mismo) de la bardana consistía en una masa de burbujas ", y 10 años más tarde él describió y finamente ilustrado "vejigas", "células" y los "poros" en su famoso “La Anatomía de las planta”.

Las primeras células animales que fueron notadas eran en unidades aisladas, tales como la sangre, corpúsculos o espermatozoides. Varias descripciones independientes de éstos fueron hechas por Malpighi, Jan Swammerdam (1637-1680), Antoni van Leeuwenhoek (1632-1732) y otros, también describe 'glóbulos' en los tejidos animales, pero es dudoso cuál de ellas eran realmente las células.

Durante las décadas siguientes, las células se observaron regularmente por muchos
microscopistas, aunque es mejor que se les considere como parte del tejido celular un término que en este período marco que no es un tejido formado por células individuales, sino un todo indivisible que tiene la función de intersticial, es decir, uniendo las membranas de los órganos o de llenado de los espacios entre ellos.

Los primeros conceptos de célula

 Una importante revisión de la función de las células en la organización vital se produjo en la segunda mitad del siglo 18 siglo, cuando los microscopistas comenzaron a investigar el origen embriológico  de los tejidos.

En el siglo 17, la llamada descripción “Swammerdam” de las estructuras globulares en diversos tejidos de insectos, fue Johann Christian Wolff (1734-1794) quien declarando en 1759 en su Teoría de su disertación generacional que todo el desarrollo no se inicia con órganos u organismos encerradas en miniatura sino con una masa informe de glóbulos microscópicos.

Las nuevas preguntas embriológicas y fisiológicas de este período, cambiaron profundamente el marco teórico de la investigación microscópica,  Al final del siglo 18 era común ver el tejido celular como una etapa intermedia que se cristalizó a partir de una «sustancia madre amorfa, y a  continuación, dando lugar a cada vez a mas tejidos más diferenciados. Del mismo modo, la tendencia a imaginar determinados agentes elementales y materiales como responsable para las actividades básicas vitales, indujo a algunos fisiólogos como Theodor Schwann (1810-1882) a buscar el probable sitios de estos agentes.

La primera mención de la "célula" en su sentido singular fue realizada en 1792 por el fisiólogo Stefano Gallini (1756-1836). Quince años más tarde, Heinrich Friedrich Link (1767-1851)
observó una "doble línea" que separan las células vecinas en la médula de la “Trompeta del Diablo”. En 1812, aún más sorprendente era Paul Jakob Moldenhawer (1766-1827) con la evidencia empírica: con cautela prensado y macerado plantas las frescas obtención de los tejidos de una serie de células individuales cada uno encerrado por una membrana adecuada.

El mérito de haber descubierto el núcleo celular es normalmente atribuido a Robert Brown (1773 1858), aunque probablemente ya visto por Leeuwenhoek, quien en 1682 representado un hueco 'lumen' en las células rojas de la sangre de los peces. En 1781, Felice Fontana (1730-1805) también notó "pequeños cuerpos" en el interior de las células del tejido. Sin embargo, Brown fue el primero que claramente lo identifica como un componente general de las células.

Entre las personas fascinadas por estas manifestaciones fue Matthias Jakob Schleiden (1804 - 1881).

La teoría celular de Schleiden and Schwann

La primacía del botánico Matthias Jakob Schleiden y fisiólogo Theodor Schwann por haber formulado la primera teoría celular fue y sigue siendo criticada a menudo. En efecto, como hemos visto, no eran los primeros en  consideran unidades vitales o las primeras etapas de desarrollo. Kurt Sprengel (1766-1833), Jean-Pierre-Francois Turpin (1775-1840), Henri Dutrochet (1776-1847), Francois- Vincent Raspail (1794-1878), Henri Milne-Edwards (1800-1885), Fernando Meyen (1804-1840) y muchos otros tienen que tomar algunos de los créditos. Jan Evangelista Purkyne (1787-1869), quien formuló una especie de teoría de la célula en 1838, merece una mención especial.
Sin embargo, las generalizaciones hechas por Schleiden en 1838, y sobre todo la teoría formulada por Schwann en 1839 representan la primera teoría sintética celular de la historia y un programa heurístico de investigación experimental.

Schwann y Schleiden, (1847). El "Zellenlehre" generalizada la importancia morfo genética de las células, su autonomía anatómica y fisiológica y su función como bloques de construcción elementales de todos los organismos vivos.

A pesar de presentar varios problemas graves, la teoría de Schleiden y Schwann fue aceptada rápidamente por su maestro Johannes Müller (1801-1858). Müller fue una de las principales autoridades de su tiempo en el campo de la investigación fisiológica y anatómica. Una mención especial merece todavía otro estudiante de Müller, el médico Rudolf Virchow (1821-1902). La teoría celular se encontraba en la base de su nueva concepción profundamente patología. Una parte fundamental del proyecto de reforma fue la reducción y la localización de las causas de las enfermedades humanas a su asiento actual, la célula y por lo tanto la promoción de la anatomía microscópica como un instrumento indispensable para cualquier examen médico.

La base física de la vida

Pronto algunos de los problemas básicos de la teoría celular original se hicieron evidentes. Se vio una profunda revisión en dos aspectos fundamentales: (1) La teoría del origen de las células morfo genética y (2) La definición de la célula. Schleiden and Schwann, según ellos, dentro de gránulos amorfo 'Blastem'  gradualmente aparecen o se cristalizan, que se agregan para formar el nucléolo y luego el núcleo. Por último, el núcleo actúa como "cytoblast ' y construye la celda que poco a poco hincha" como el reloj de arena en el reloj.

En un principio, la teoría Blastem encontró gran adherencia, ya que continuó  aceptando las teorías del siglo 18  sobre la formación de fibras y tejidos.  Tan pronto como los tipos de células especiales fueran identificados, una teoría de reproducción de la célula podría ser unificada.

La segunda revisión de la teoría celular consideraba la cuestión de ¿Qué es una célula? Schleiden y Schwann caracteriza la célula como constituida de “membrana”, “el núcleo” y “moco”. Esta concepción, sin embargo, creó malestar creciente sobre todo entre los zoólogos y fisiólogo, que no pudieron individualizar las membranas celulares o paredes.

Desde Hooke y Grew era conocido que las células de organismo vivos tenían un liquido. En las primeras décadas del siglo 19, varios términos de este líquido celular en circulación, como "jalea" (Treviranus, 1811), 'sarcode' (Dujardin, 1835), 'parénquima' (Valentin, 1836) o "moco '(Schleiden, 1838). "Protoplasma" El término fue introducido en 1839 por Purkyne, aunque él no lo usamos para todos los tipos de células.

Desde 1861, el citoplasma se le asigno un papel destacado cuando Max Schultze y Franz von Leydig (1821-1908) propusieron su nueva definición de la célula como "un grupo de protoplasma que contiene un núcleo. La famosa proclamación de Thomas Huxley (1825-1895)  protoplasma que se considera la "base física de la vida" marcó el nacimiento de la teoría de protoplasma. Aunque Ernest Overton (1865-1933) introdujo tres conceptos fundamentales de la estructura y función de las membranas en 1895, su contribución fue apreciada sólo décadas más tarde.

Sin embargo, el movimiento de Zellforschung, particularmente fuerte en Alemania, elevo a la celda como clave universal para todos los fenómenos vitales, y la teoría celular a la teoría central de las ciencias biológicas. Se equipara la célula a un "organismo elemental '(Brücke), un« microcosmos » (Boveri) e incluso un" pequeño universo "(Hertwig).

Organización Endocelular

Otra amenaza para el status privilegiado de la célula en el concepto de la vida y su organización fue el descubrimiento de las distintas estructuras endocelulares. Algunos citólogos interpretaron estos órganos vitales como unidades autónomas e incluso más elementales, mientras que la célula fue vista como una agregación secundaria de estos.

Durante las últimas décadas del siglo 19, la producción de instrumentos ópticos se había convertido en una empresa industrial, de forma rápida mejora de la resolución y la iluminación, y progresivamente eliminar muchos de los problemas técnicos. Incluso muchas de las estructuras endocelulares descritas en ese siglo fueron hechas con los nuevos instrumentos, Para nombrar los más importantes: plastidios ('Chloroplastiden') fueron descritas por primera vez en 1883 por Friedrich Schmitz (1850-1895) y Andreas Schimper (1856-1901), las mitocondrias ('Bioplasten') en 1886 por Richard Altmann (1852-1900) , los centriolos ("puntos") en 1887 por Edouard van Beneden (1846-1910) y Theodor Boveri (1862-1915), el retículo endoplasmático ('ergastoplasme') en 1897 por Charles Garnier (aunque olvidado y redescubierto en 1945 por Keith Porter, Albert Claude y Fullam Ernest) y el aparato de Golgi ('apparato reticolare interno') en 1898 por Camillo Golgi (1843-1926). Los cromosomas ('transitorische Zytoblasten') fueron probablemente notó por primera vez en 1843 por Carl Wilhelm von Naegeli (1817-1891), y claramente descrito en 1873 por Anton Schneider (1831-1890).

A mediados de la década de 1870, la elucidación del proceso de mitosis encontró su primer clímax en las obras de Eduard Strasburger (1844-1912) y Walther Flemming (1843-1905), y en 1883 Edouard van Beneden dio una contribución decisiva para iluminar el comportamiento de los cromosomas durante la meiosis.

En las primeras décadas del siglo 20, el número de estudios sobre células habían sufrió un enorme crecimiento cuantitativo y la diversificación, y se divide en varias subdisciplinas. Era imposible tener una visión completa. (1856-1939) Edmund Beecher Wilson obra maestra “The Cell” en Desarrollo y Herencia (1896, 2 ª ed 1900;.. 3 ª ed 1925) fue el último tratado citológico escrito por un autor individual. Aunque Wilson defendido siempre la importancia del estudio de la célula completa.

La idea de la célula como la clave del secreto de la vida fue remplazada por una creciente especialización y proyectos de investigación más restringidos y concretos.

El desarrollo de la biología Celular en los 40’s y 50’s

Observación de células vivas o secciones de serie con los microscopios ópticos con frecuencia dieron lugar a especulaciones válidas, aunque no del todo convincentes. Del mismo modo, los métodos histoquímicos existentes resultó ser todavía demasiado bruto para analizar mecanismos endocelulares. Un enfoque diferente que se necesitaba, y fue principalmente a lo largo de dos técnicas desarrolladas en la década de 1930 y adaptado a la investigación con células en las décadas de 1940 y 1950: ultra centrifugación y microscopía electrónica.

La descomposición por medio de centrifugación diferencial allanó el camino para el análisis citoquímico. Independientemente, a partir de la década de 1950, con George Palade de (1912-2008). Uno de los descubrimientos más sorprendentes es la abundancia de las membranas dentro de la célula.

Albert Dalton y Marie Felix micrografías de electrones, por ejemplo, reveló que el aparato de Golgi no estaba hecha de varillas, gránulos o un especial 'sustancia Golgi' sino más bien consistía en una pila de compartimientos membranosos: sacos aplanados, vacuolas grandes y vesículas pequeñas. Igualmente, los estudios llevan a cabo principalmente por las dos escuelas rivales de George Palade y de Fritjof Sjohebra, transforma la mitocondria en sistemas complejos de membranas interna y externa.

Sin embargo, la innovación más trascendente de este periodo fue la tendencia a combinar estas investigaciones ultra estructúrales con los resultados de los estudios citoquímicas.
En la década de 1960, que era principalmente el mérito de bioquímico Peter Mitchell (1920-1992) que tienen parte localizada de la vía de la fosforilación oxidativa en las membranas de las mitocondrias, que fueron identificados por tanto, como los sitios de la energética celular.

Alrededor de 1950, Christian de Duve descubrió los lisosomas, peroxisomas y poco tiempo después,  las relacionó con el metabolismo celular. Estos y otros logros contribuidos a dibujar un nuevo esquema general de la estructura de la célula y el proceso de la célula y para marcar el comienzo de una nueva era de la investigación citológica, el de la biología celular.

Marcos Institucionales

Las primeras revistas científicas enteramente dedicados a la investigación citológica fueron La Cellule, fundada en 1884 por el citólogo belga Jean-Baptiste Carnoy (1836-1899), y el Archivfur Zellforschung (rebautizado en 1924 Zeitschrift fur Zellforschung
Anatomie und mikroskopische), editado en 1908 por Richard Goldschmidt (1878-1958). En el mismo año, Chemie und der Zelle Gewebe (química de la célula y del tejido) se centró en la fermentación y la respiración celular, pero sólo duró dos años.
La sociedad específica primera fue creada en 1933: la Sociedad Internacional de Citología Experimental, en 1947 remplazada por la Sociedad Internacional de Biología Celular. En 1961, la Sociedad Americana de Biología Celular celebró su primera reunión. El primer instituto de investigación dedicado por completo a la biología celular fue probablemente el Kaiser Wilhelm Instituto de Fisiología Celular, fundada en 1930 en Berlín-Dahlem y dirigida inicialmente por el bioquímico Otto Warburg (1883-1970).

Algunas tendencias recientes

A partir de la década de 1980 ha habido un gran renacimiento en los estudios celulares. Antes, los bioquímicos y biólogos moleculares han restringido cada vez más su atención en los componentes individuales de células o macromoléculas (generalmente el ácido desoxirribonucleico, ADN y proteínas). Una vez aclarados los mecanismos básicos y las vías bioquímicas de reacciones específicas, su visión comenzó a ampliar, y las interrelaciones y las vías más complejas entre regiones diferentes de células se investigaron.

Este cambio conceptual tiene sus raíces en la década de 1960, pero ahora se convirtió en inevitable: la necesidad de prever los procesos celulares en tres dimensiones y comprender todos los fenómenos en muchos niveles de la organización. La célula ya no se considera como formado por una matriz y sus inclusiones. Más bien, se concibe como una estructura dinámica, que está constituido por tres sistemas de membrana relativamente independientes.

Del mismo modo, los biólogos moleculares y los investigadores del genoma comenzó a introducir los mecanismos individuales que investigaron en el contexto más amplio celular. En particular, el descubrimiento de corte y empalme alternativo mostró que era imposible entender complejas funciones moleculares tales como la expresión de genes sin tratar células integradas como unidades estructurales y funcionales. Aún otras tendencias en la investigación de células reciente son proyectos de construcción de células artificiales, o al menos para ensamblar células en miniatura con la menor complejidad posible. La historia de los intentos de crear células sintéticas como las estructuras se remonta por lo menos hasta los primeros años del siglo 20, y fue estimulado por la esperanza de obtener una visión adicional en la constitución esencial de las células. Desde Thomas Chang estudios de 1968, sin embargo, los objetivos se han vuelto más prácticos, a saber, para producir útiles 'contenedores' para la investigación médica aplicada y la biotecnología.

En 1966, cuando Janos (John) von Neumann (1903-1957) creó autómatas celulares
o auto-replicantes microestructuras basadas en la abstracción matemática. Aunque muchas de las expectativas para crear verdaderas formas de vida artificial mediante algoritmos tenido sido abandonado, este campo de investigación producido (y todavía produce) modelos teóricos interesantes para el estudio del patrón y de la dinámica de las interacciones en los sistemas vivos.