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13.3: Protistas

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    La parte A es una micrografía ligera de un organismo unicelular redondo y transparente con espinas largas y delgadas. La parte b es una micrografía ligera de un organismo ovalado transparente con crestas que recorren su longitud. El núcleo es visible como una esfera grande y redonda. Los cilios se extienden desde la superficie del organismo. La parte c es una foto submarina de un bosque de algas marinas que crece desde el fondo marino.
    Figura\(\PageIndex{1}\): Los protistas van desde la microscópica unicelular (a) Acanthocystis turfacea y la (b) Tetrahymena thermophila ciliada hasta las enormes algas multicelulares (c) (Chromalveolata) que se extienden por cientos de pies en “bosques” submarinos. (crédito a: modificación de obra de Yuiuji Tsukii; crédito b: modificación de obra de Richard Robinson, Biblioteca Pública de Ciencias; crédito c: modificación de obra de Kip Evans, NOAA; datos de barra de escala de Matt Russell)

    Los organismos eucariotas que no se ajustaban a los criterios para los reinos Animalia, Hongos o Plantae históricamente fueron llamados protistas y se clasificaron en el reino Protista. Los protistas incluyen a los eucariotas unicelulares que viven en el agua del estanque (Figura\(\PageIndex{1}\)), 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 las algas marinas. 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 ello, 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 a 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 suelen ser específicas de especies, existe un enorme potencial de diversidad protista no descrita que coincide con la diversidad de los huéspedes. Como término catchall para organismos eucariotas que no son animales, plantas, hongos, o cualquier grupo filogenéticamente relacionado, no es sorprendente que pocas características sean comunes a todos los protistas.

    Casi todos los protistas existen en algún tipo de ambiente acuático, incluyendo 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 sobre o en otro organismo y se alimenta de él, muchas veces 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 las células. 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. Aún otros protistas están compuestos por enormes células individuales, multinucleadas, que parecen manchas amorfas de limo o, en otros casos, como helechos. De hecho, muchas células protistas son multinucleadas; en algunas especies, los núcleos son de diferentes tamaños y tienen distintos papeles en la función celular protista.

    Las células protistas individuales varían en tamaño desde menos de un micrómetro hasta las longitudes de 3 metros de las células multinucleadas del alga Caulerpa. Las células protistas pueden estar envueltas por membranas celulares similares a animales o paredes celulares similares a plantas. Otros están encerrados en conchas vítreas a base de sílica o enrolladas con películas de tiras proteicas entrelazadas. La película funciona como una capa de armadura flexible, evitando que el protista sea desgarrado o perforado sin comprometer su rango de movimiento.

    La mayoría de los protistas son móviles, pero diferentes tipos de protistas han evolucionado variados modos de movimiento. Algunos protistas tienen uno o más flagelos, que rotan o azotan. Otros están cubiertos de hileras o mechones de diminutos cilios que golpean en coordinación para nadar. Otros envían pseudopodios 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 acoplando su estrategia de locomoción con un órgano sensor de luz.

    Cómo obtienen energía los protistas

    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 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 envuelve una partícula de alimento y la lleva hacia adentro, pellizcando un saco membranoso intracelular, o vesícula, llamada vacuola alimenticia (Figura\(\PageIndex{2}\)). Esta vesícula luego se fusiona con un lisosoma, y la partícula alimenticia se descompone en pequeñas moléculas que pueden difundirse en el citoplasma y ser utilizadas en el metabolismo celular. Los restos no digeridos finalmente son expulsados de la célula a través de exocitosis.

    En esta ilustración, se muestra una célula eucariota consumiendo una partícula de alimento. A medida que se consume la partícula, se encapsula en una vesícula. La vesícula se fusiona con un lisosoma, y las proteínas dentro del lisosoma digieren la partícula. El material de desecho no digerido se expulsa de la célula cuando una vesícula exocítica se fusiona con la membrana plasmática.
    Figura\(\PageIndex{2}\): Las etapas de fagocitosis incluyen el engullido de una partícula alimenticia, la digestión de la partícula usando enzimas hidrolíticas contenidas dentro de 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 son capaces de utilizar la fotosíntesis o alimentarse de materia orgánica, dependiendo de las condiciones.

    Reproducción

    Los protistas se reproducen por diversos 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 diminutos cogollos que se dividen y crecen al tamaño del protista parental. La reproducción sexual, que involucra meiosis y fecundación, es común entre los protistas, y muchas especies protistas pueden cambiar de reproducción asexual a sexual cuando es necesario. La reproducción sexual a menudo se asocia con períodos en los que se agotan los nutrientes 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 ambiente. Sin embargo, la reproducción sexual también se asocia a menudo con quistes que son una etapa protectora y de descanso. Dependiendo de su hábitat, los quistes pueden ser particularmente resistentes a temperaturas extremas, desecación o pH bajo. Esta estrategia también permite a ciertos protistas “esperar” a los estresores 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 ambiente diferente porque los quistes prácticamente no presentan metabolismo celular.

    Diversidad Protista

    Con el advenimiento de la secuenciación del ADN, las relaciones entre grupos protistas y entre grupos protistas y otros eucariotas comienzan a aclararse. Muchas relaciones que se basaban 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 por la ascendencia común reciente. A este fenómeno se le 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 a todos los protistas, así como animales, plantas y hongos (Figura\(\PageIndex{3}\)); estos incluyen la 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 solo ancestro común y, por lo tanto, todos los miembros están más estrechamente relacionados entre sí que con organismos fuera de ese grupo. Aún faltan pruebas para la monofilia de algunos grupos.

    El gráfico muestra las relaciones de los supergrupos eucariotas, todos ellos surgidos de un ancestro eucariota común. Los seis grupos son Excavata, Chromalveolata, Rhizaria, Archaeplastida, Amoebozoa y Opisthokonta. Excavata incluye a los reinos diplomados, parabasálidos y euglenozoos. Chromalveola incluye los reinos dinoflagelados, apicomplexanos y ciliados, todos dentro del linaje alveolado, y las diatomeas, algas doradas, algas pardas y oomictos, todos dentro del linaje stramenopile. Rizaria incluye cercozoos, formas y radiolarios. Archaeplastida incluye algas rojas y dos reinos de algas verdes, clorofitos y charofitos, y plantas terrestres. Amoebozoa incluye moldes de limo, gimnamoebas y entamoebas. Opisthokonta incluye nucleariides, hongos, choanoflagelados y animales.
    Figura\(\PageIndex{3}\): Los protistas aparecen en los seis supergrupos eucariotas.

    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 africana del sueño y la gastroenteritis transmitida por el agua en humanos. Otros patógenos protistas se aprovechan de las plantas, efectuando la destrucción masiva de cultivos alimentarios.

    Especies de Plasmodium

    Los miembros del género Plasmodium deben infectar a un mosquito y a un vertebrado para completar su ciclo de vida. En los vertebrados, el parásito se desarrolla en las células hepáticas y continúa infectando a los glóbulos rojos, estallando y destruyendo los glóbulos con cada ciclo de replicación asexual (Figura\(\PageIndex{4}\)). De las cuatro especies de Plasmodium conocidas por infectar humanos, P. el falciparum representa el 50 por ciento de todos los casos de malaria y es la principal causa 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 transcurso del paludismo, P. el 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 estallan de las células sanguíneas infectadas, el sistema inmune del huésped monta una respuesta inflamatoria masiva con episodios de fiebre inductora de delirio, ya que los parásitos destruyen los glóbulos rojos, derramando desechos de parásitos en el torrente sanguíneo. P. el falciparum es transmitido 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.

    La micrografía de luz muestra glóbulos rojos redondos, cada uno de aproximadamente 8 micras de diámetro, infectados con P. falciparum en forma de anillo.
    Figura\(\PageIndex{4}\): Esta micrografía de luz muestra un aumento de 100× de glóbulos rojos infectados con P. falciparum (visto como púrpura). (crédito: modificación de obra de Michael Zahniser; datos de barra de escala de Matt Russell)

    Tripanosomas

    T. brucei, el parásito responsable de la enfermedad africana del sueño, confunde al sistema inmunológico humano al cambiar su gruesa capa de glicoproteínas superficiales con cada ciclo infeccioso (Figura\(\PageIndex{5}\)). Las glicoproteínas son identificadas por el sistema inmune como materia extraña, y se monta una defensa específica de anticuerpos contra el parásito. Sin embargo, T. brucei tiene miles de posibles antígenos, y con cada generación posterior, el protista cambia a un recubrimiento de glicoproteína con una estructura molecular diferente. De esta manera, T. brucei es capaz de replicarse continuamente sin que el sistema inmunitario logre eliminar el parásito. Sin tratamiento, la enfermedad africana del sueño conduce invariablemente a la muerte por el daño que causa al sistema nervioso. Durante los periodos epidémicos, la mortalidad por la enfermedad puede ser alta. Las 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 toda el África subsahariana) han ocurrido desde 2009.

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

    La micrografía de luz muestra glóbulos rojos redondos, de aproximadamente 8 micrones de ancho. Entre los glóbulos rojos nadan los tripanosomas en forma de bandas. Los tripanosomas son aproximadamente tres veces más largos que los glóbulos rojos son anchos.
    Figura\(\PageIndex{5}\): Los tripanosomas se muestran en esta micrografía de luz entre los glóbulos rojos. (crédito: modificación de obra de Myron G. Schultz, CDC; datos de barra de escala de Matt Russell)

    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, provocando una enfermedad llamada mildiú velloso (Figura\(\PageIndex{6}\) a). Plantas de uva infectadas con P. viticola aparecen atrofiadas y tienen hojas marchitas decoloradas. La propagación del mildiu velloso provocó el casi colapso de la industria vitivinícola francesa en el siglo XIX.

    La parte A muestra una hoja infectada con mildius vellosos y polvorientos. Donde la hoja está infectada con mildiú velloso, es amarilla en vez de verde. El mildiú polvoriento aparece como una pelusa blanca en la hoja. La parte b muestra una rodaja de papa que se ha dorado y aparece podrida.
    Figura\(\PageIndex{6}\): (a) Los mildius vellosos y polvorientos de esta hoja de uva son causados por una infección de P. viticola. (b) Esta papa exhibe los resultados de una infección por P. infestans, el tizón tardío de la papa. (crédito a: modificación de obra de David B. Langston, Universidad de Georgia, USDA ARS; crédito b: USDA ARS)

    Phytophthora infestans es un oomiceto responsable del tizón tardío de la papa, lo que provoca que los tallos y tallos de papa se descompongan en limo negro (Figura\(\PageIndex{6}\) b). Tizón generalizado de la papa causado por P. los infestanos precipitaron la conocida hambruna irlandesa de papa en el siglo XIX que 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 plagando los cultivos de papa en ciertas partes de Estados Unidos y Rusia, aniquilando hasta el 70 por ciento de los cultivos cuando no se aplican pesticidas.

    Protistas benéficos

    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.

    Los protistas como fuentes de alimento

    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 mediante la fijación de carbono. Por ejemplo, los dinoflagelados fotosintéticos llamados zooxantelas transmiten la mayor parte de su energía a los pólipos coralinos que los alojan (Figura\(\PageIndex{7}\)). 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 construye los arrecifes de coral. Sin simbiontes dinoflagelados, los corales pierden pigmentos algales en un proceso llamado blanqueo de coral, y eventualmente mueren. Esto explica por qué los corales formadores de arrecifes no residen en aguas de más de 20 metros de profundidad: No llega suficiente luz a esas profundidades para que los dinoflagelados puedan fotosintetizar.

    La foto submarina muestra pólipos coralinos. Los pólipos tienen forma de copa y tienen tentáculos que se extienden desde el borde de la copa.
    Figura\(\PageIndex{7}\): Los pólipos corales obtienen nutrición a través de una relación simbiótica con dinoflagelados.

    Los propios protistas y sus productos de la 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 alimento solo para organismos que habitan en el mar. Por ejemplo, ciertas especies anaerobias existen en el tracto digestivo de termitas y cucarachas madereras, donde contribuyen a digerir la celulosa ingerida por estos insectos a medida que perforan la madera. La enzima real utilizada para digerir la celulosa es producida en realidad 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 parecidos a hongos son saprobes, organismos que se alimentan de organismos muertos o la materia de desecho producida por los 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 saprobios tienen la función esencial de devolver los 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 saprobas, como protistas, hongos y bacterias, la vida dejaría de existir ya que todo el carbono orgánico se “ataba” en organismos muertos.

    Resumen de la Sección

    Los protistas son extremadamente diversos en términos de características biológicas y ecológicas debido en gran parte a que son un ensamblaje artificial de grupos filogenéticamente no relacionados. Los protistas muestran estructuras celulares muy variadas, varios tipos de estrategias reproductivas, prácticamente todos los tipos de nutrición posibles y hábitats variados. La mayoría de los protistas unicelulares son móviles, pero estos organismos utilizan diversas estructuras para el transporte.

    El proceso de clasificar a los protistas en grupos significativos está en curso, pero los datos genéticos en los últimos 20 años han aclarado muchas relaciones que antes no estaban claras o equivocadas. La opinión mayoritaria en la actualidad es ordenar a todos los eucariotas en seis supergrupos. El objetivo de este esquema de clasificación es crear cúmulos de especies que todas deriven de un ancestro común.

    Glosario

    Amoebozoa
    el supergrupo eucariota que contiene las amebas y los mohos de limo
    Archaeplastida
    el supergrupo eucariota que contiene plantas terrestres, algas verdes y algas rojas
    Chromalveolata
    el supergrupo eucariota que contiene los dinoflagelados, los ciliados, las algas pardas, las diatomeas y los mohos de agua
    Excavata
    el supergrupo eucariota que contiene organismos flagelados unicelulares con un surco de alimentación
    Opisthokonta
    el supergrupo eucariota que contiene los hongos, animales y choanoflagelados
    parásito
    un organismo que vive sobre o en otro organismo y se alimenta de él, a menudo sin matarlo
    pellicle
    una cubierta celular externa compuesta por tiras proteicas entrelazadas que funcionan como una capa de armadura flexible, evitando que las células se rompan o perforen sin comprometer su rango de movimiento
    Rizaria
    el supergrupo eucariota que contiene organismos que se mueven por movimiento ameboide
    saprobe
    un organismo que se alimenta de material orgánico muerto

    Colaboradores y Atribuciones


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