Los 3 dominios en biología (clasificación de Woese)

Los tres dominios de la biología o sistema de tres dominios es una clasificación propuesta por el biólogo Carl Woese a finales de los años 70, que divide a los seres orgánicos en los dominios Bacteria, Archaea y Eukaryota.

Esta clasificación en “dominios” es superior al sistema tradicional de división en cinco o seis reinos, con el que estamos más familiarizados. La división fundamental de los dominios es dividir a los procariotas en dos dominios, donde las arqueas están más relacionadas con los eucariotas, que con el otro grupo de procariotas – las bacterias.

Fuente: Rock ‘n Roll [Public domain], from Wikimedia Commons

Esta ordenación filogenética es ampliamente aceptada por la mayoría de los biólogos. Sin embargo, con el desarrollo de las herramientas bioinformáticas y estadísticas, algunos autores han propuesto nuevas relaciones entre los seres vivos, que desafía la clasificación de Woese.

Historia de la clasificación

División en dos reinos: Animalia y Plantae

Antes de la publicación de los trabajos de Woese y sus colegas, los biólogos usaban una clasificación “tradicional”, usando una dicotomía sencilla e intuitiva que dividía a las plantas de los animales – formalmente Animalia y Plantae.

En esta división, todas las bacterias, hongos y protistas fotosintéticos eran considerados “plantas”, mientras que los protozoarios se agrupaban junto con los animales.

Con el avance de la ciencia, el desarrollo de metodologías modernas y un análisis más a fondo de los seres orgánicos, se hizo evidente que la división en plantas y animales no se ajustaba a la verdadera historia evolutiva de estos. De hecho, era una simplificación “rústica” e inconsistente de las relaciones entre ellos.

División en tres reinos: Animalia, Plantae y Protista

Con el objetivo de subsanar esta situación, el renombrado biólogo evolutivo y ornitólogo Ernst Haeckel añadió un nuevo reino a la lista: el Reino Protista.

Esta clasificación logró una división más clara de formas que, evidentemente, no debían estar agrupadas. Sin embargo, la clasificación seguía siendo alarmantemente problemática.

División en cinco reinos

En 1969 el ecólogo estadounidense Robert Harding Whittaker propuso el esquema de división en cinco reinos: Animalia, Plantae, Fungi, Monera y Prostista.

Este sistema se basa principalmente en los tipos celulares que componen a los organismos. Los integrantes de Monera son seres unicelulares y procariotas, mientras que los protistas también son unicelulares, pero eucariotas.

Los tres reinos restantes – Animalia, Plantae y Fungi – se clasifican en términos de su modo de adquisición de nutrientes. Las plantas tienen las capacidades fotosintéticas, los hongos secretan enzimas al medio, seguido de la absorción de nutrientes, y los animales consumen sus alimentos, con una digestión interna o externa.

La división de los organismos en cinco reinos fue ampliamente aceptada por los sistemáticos de la época, ya que consideraban que la clasificación se ajustaba cada vez más a las relaciones evolutivas reales de los seres vivos.

División en tres dominios

En los años 70, el profesor de la Universidad de Illinois, Carl Woese, empezó a encontrar evidencia de cierto grupo desconocido de organismos unicelulares muy llamativos. Estos vivían en ambientes con condiciones extremas de temperatura, salinidad y pH, donde se pensaba que la vida no podía mantenerse.

A primera vista, estos organismos se clasificaron como bacterias, y se denominaron arqueobacterias. No obstante, una visión más profunda y detallada de las arqueobacterias dejó en claro que las diferencias con las bacterias eran tan notorias que no podían ser clasificadas dentro del mismo grupo. De hecho, la semejanza era meramente superficial.

De este modo, la evidencia molecular permitió a este grupo de investigadores establecer un sistema de clasificación de tres dominios: Bacteria, Archaea y Eukaryota.

Proponer novedosas relaciones genealógicas entre los organismos, marcó un evento de gran importancia en la biología moderna. Este importante descubrimiento llevó a Woese a ganar en el año 2000 la Medalla nacional de Ciencias.

Los tres dominios de la vida

El árbol de la vida propuesto por Carl Woese establece las relaciones genealógicas posibles entre los seres orgánicos, sugiriendo la existencia de tres dominios de la vida.

Esta hipótesis fue propuesta gracias al análisis del ARN ribosomal 16S – abreviado como 16S ARNr.

Este marcador es un componente de la subunidad 30S del ribosoma de los procariotas. Tras los trabajos de Woese, ha sido ampliamente usado para la inferencia filogenética. Hoy en día es muy útil para establecer la clasificación e identificación de las bacterias.

A continuación describiremos las características más notables de cada uno de los miembros que conforman los tres dominios de la vida:

Dominio Archaea

Archaea

Las arqueas son organismos que se caracterizan principalmente por habitar ambientes con condiciones extremas de temperatura, acidez, pH entre otros.

De esta manera, se han encontrado en aguas con concentraciones salinas significativamente elevadas, ambientes ácidos y aguas termales. Además, algunas arqueas también habitan regiones con condiciones “promedio”, como el suelo o el tracto digestivo de algunos animales.

Desde el punto de vista celular y estructural, las arqueas se caracterizan por: no poseen membrana nuclear, los lípidos de las membranas están unidos por enlaces éter, presentan pared celular – pero esta no está compuesta de peptidoglicano, y la estructura de los genes es similar a los eucariotas en cromosomas circulares.

La reproducción de estos procariotas es asexual, y se ha evidenciado transferencia horizontal de genes.

Clasificación de las arqueas

Se clasifican en metanógenas, halófilas y termoacidófilas. El primer grupo usa dióxido de carbono, hidrógeno y nitrógeno para producir energía, produciendo gas metano como producto de desecho. La primera arquea en ser secuenciada pertenece a este grupo.

El segundo grupo, las halófilas son “amantes de la sal”. Para su desarrollo, es menester que el ambiente cuente con una concentración salina unas 10 veces mayor que la del océano. Algunas especies pueden tolerar concentraciones hasta 30 vece mayores. Estos microorganismos se encuentran en el mar muerto y en charcas evaporadas.

Por último, los termoacidófilas son capaces de soportar temperaturas extremas: mayores a 60 grados (algunas pueden tolerar más 100 grados) y menores al punto de congelación del agua.

Es necesario aclarar que estas son las condiciones óptimas para la vida de estos microorganismos – si los exponemos a temperatura ambiente es bastante posible que mueran.

Dominio Bacteria

Bacterias Mycobacterium tuberculosis

El dominio bacteria comprende un amplio grupo de microorganismos procariotas. De manera general, solemos asociarlos con enfermedades. Nada más alejado de la realidad que este malentendido.

Si bien es cierto que ciertas bacterias causan enfermedades mortales, muchas de ellas son beneficiosas o viven en nuestro cuerpo estableciendo relaciones de comensalismo, formando parte de nuestra flora normal.

Las bacterias no tienen membrana nuclear, carecen de organelos propiamente dichos, su membrana celular está integrada por lípidos con enlaces del tipo éster y la pared está compuesta por peptidoglicano.

Se reproducen de manera asexual, y se ha evidenciado eventos de transferencia horizontal de genes.

Clasificación de las bacterias

Aunque la clasificación de las bacterias es realmente compleja, acá trataremos las divisiones fundamentales del dominio, en cianobacterias y eubacterias.

Los integrantes de las cianobacterias son las bacterias fotosintéticas verde azules que producen oxígeno. Según el registro fósil, aparecieron hace unos 3.2 mil millones de años y fueron las responsables del cambio drástico desde un ambiente anaeróbico a un ambiente aeróbico (rico en oxígeno).

Las eubacterias, por su parte, son las bacterias verdaderas. Estas se presentan en variadas morfologías (cocos, bacilos, vibrios, helicoidales, entre otros) y presentan estructuras modificadas para su movilidad, como cilios y flagelos.

Dominio Eukarya

Representación de célula humana eucariota. Se puede apreciar el núcleo

Los eucariotas son organismos que se distinguen primordialmente por la presencia de un núcleo bien definido, delimitado por una membrana biológica compleja.

En comparación con los otros dominios, la membrana presenta variedad de estructura y los lípidos exhiben enlaces del tipo éster. Presentan organelas verdaderas, delimitadas por membranas, la estructura del genoma es similar a las arqueas, y se organiza en cromosomas lineales.

La reproducción de grupo es extraordinariamente variadas, exhibiendo modalidades tanto sexual como asexual, y muchos integrantes del grupo son capaces de reproducirse por las dos vías – no son mutuamente excluyentes.

Clasificación de los eucariotas

Incluye cuatro reinos con formas muy variadas y heterogéneas: los protistas, fungi, pantas y animales.

Los Protistas son eucariotas unicelulares, como las euglenas y los paremecios. Los organismos que comúnmente conocemos como hongos son los integrantes del reino Fungi. Existen formas uni y pluricelulares. Son elementos claves en los ecosistemas para degradar la materia orgánica muerta.

Las plantas están integrados por organismos fotosintéticos con pared celular formada de celulosa, principalmente. Su característica más conspicua es la presencia del pigmento fotosintético: la clorofila.

Comprende a los helechos, los musgos, los helechos, las gimnospermas y las angiospermas.

Los animales comprenden un grupo de seres orgánicos pluricelulares heterótrofos, la mayoría con capacidad de movimiento y desplazamiento. Se dividen en dos grandes grupos: los invertebrados y los invertebrados.

Los invertebrados están formados por los poríferos, cnidarios, nematodos, moluscos, artrópodos, equinodermos y otros pequeños grupos. Del mismo modo, los vertebrados son los peces, anfibios, reptiles, aves y mamíferos.

Los animales han logrado colonizar virtualmente todos los ambientes, incluyendo los océanos y los ambientes aéreos, exhibiendo un complejo juego de adaptaciones para cada uno.

Referencias

  1. Forterre P. (2015). The universal tree of life: an update. Frontiers in microbiology6, 717.
  2. Koonin E. V. (2014). Carl Woese’s vision of cellular evolution and the domains of life. RNA biology11(3), 197-204.
  3. Margulis, L., & Chapman, M. J. (2009). Kingdoms and domains: an illustrated guide to the phyla of life on Earth. Academic Press.
  4. Sapp, J. (2009). The new foundations of evolution: on the tree of life. Oxford University Press.
  5. Sapp, J., & Fox, G. E. (2013). The singular quest for a universal tree of life. Microbiology and molecular biology reviews : MMBR77(4), 541-50.
  6. Staley J. T. (2017). Domain Cell Theory supports the independent evolution of the Eukarya, Bacteria and Archaea and the Nuclear Compartment Commonality hypothesis. Open biology7(6), 170041.

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