24.1: Características de los Hongos

Habilidades para Desarrollar

• Enumerar las características de los hongos
• Describir la composición del micelio
• Describir el modo de nutrición de los hongos
• Explicar la reproducción sexual y asexual en hongos

Si bien los humanos han utilizado levaduras y hongos desde tiempos prehistóricos, hasta hace poco, la biología de los hongos era poco conocida. Hasta mediados del siglo XX, muchos científicos clasificaban los hongos como plantas. Los hongos, como las plantas, surgieron principalmente sésiles y aparentemente enraizados en su lugar. Poseen una estructura similar a tallo similar a las plantas, además de tener un micelio fúngico similar a las raíces en el suelo. Además, su modo de nutrición era poco comprendido. Los avances en el campo de la biología fúngica fueron el resultado de la micología: el estudio científico de los hongos. Con base en evidencia fósil, los hongos aparecieron en la era precámbrica, hace unos 450 millones de años. El análisis de biología molecular del genoma fúngico demuestra que los hongos están más estrechamente relacionados con los animales que con las plantas. Son un grupo polifilético de organismos que comparten características, en lugar de compartir un solo ancestro común.

Conexión de carrera: Micólogo

Los micólogos son biólogos que estudian hongos. La micología es una rama de la microbiología, y muchos micólogos inician sus carreras con una licenciatura en microbiología. Para convertirse en micólogo, son mínimamente necesarios una licenciatura en ciencias biológicas (preferiblemente con especialización en microbiología) y una maestría en micología. Los micólogos pueden especializarse en taxonomía y genómica fúngica, biología molecular y celular, patología vegetal, biotecnología o bioquímica. Algunos microbiólogos médicos se concentran en el estudio de las enfermedades infecciosas causadas por hongos (micosis). Los micólogos colaboran con zoólogos y fitopatólogos para identificar y controlar infecciones fúngicas difíciles, como el devastador tizón del castaño, la misteriosa disminución de las poblaciones de ranas en muchas áreas del mundo, o la epidemia mortal llamada síndrome de la nariz blanca, que está diezmando murciélagos en el Este de Estados Unidos.

Las agencias gubernamentales contratan micólogos como investigadores científicos y técnicos para monitorear la salud de cultivos, parques nacionales y bosques nacionales. Los micólogos también son empleados en el sector privado por empresas que desarrollan productos químicos y biológicos de control o nuevos productos agrícolas, y por empresas que brindan servicios de control de enfermedades. Debido al papel clave que desempeñan los hongos en la fermentación del alcohol y la preparación de muchos alimentos importantes, los científicos con un buen conocimiento de la fisiología fúngica trabajan rutinariamente en la industria de la tecnología alimentaria. La enología, la ciencia de la elaboración del vino, se basa no solo en el conocimiento de las variedades de uva y la composición del suelo, sino también en una sólida comprensión de las características de las levaduras silvestres que prosperan en diferentes regiones vinícolas. Es posible adquirir cepas de levadura aisladas de regiones específicas de cultivo de vid. El gran químico y microbiólogo francés, Louis Pasteur, realizó muchos de sus descubrimientos esenciales trabajando en la humilde levadura cervecera, descubriendo así el proceso de fermentación.

Estructura y función celular

Los hongos son eucariotas, y como tales, tienen una organización celular compleja. Como eucariotas, las células fúngicas contienen un núcleo unido a la membrana. El ADN en el núcleo está envuelto alrededor de proteínas histonas, como se observa en otras células eucariotas. Algunos tipos de hongos tienen estructuras comparables a los plásmidos bacterianos (bucles de ADN); sin embargo, la transferencia horizontal de información genética de una bacteria madura a otra rara vez ocurre en los hongos. Las células fúngicas también contienen mitocondrias y un complejo sistema de membranas internas, incluyendo el retículo endoplásmico y el aparato de Golgi.

A diferencia de las células vegetales, las células fúngicas no tienen cloroplastos ni clorofila. Muchos hongos muestran colores brillantes que surgen de otros pigmentos celulares, que van desde el rojo hasta el verde y el negro. La venenosa Amanita muscaria (agárico de mosca) es reconocible por su gorra roja brillante con manchas blancas (Figura\(\PageIndex{1}\)). Los pigmentos en los hongos están asociados con la pared celular y juegan un papel protector contra la radiación ultravioleta. Algunos pigmentos fúngicos son tóxicos.

Figura\(\PageIndex{1}\): La venenosa Amanita muscaria es originaria de regiones templadas y boreales de América del Norte. (crédito: Christine Majul)

Al igual que las células vegetales, las células fúngicas tienen una pared celular gruesa. Las capas rígidas de las paredes celulares fúngicas contienen polisacáridos complejos llamados quitina y glucanos. La quitina, también encontrada en el exoesqueleto de insectos, da resistencia estructural a las paredes celulares de los hongos. La pared protege a la célula de la desecación y los depredadores. Los hongos tienen membranas plasmáticas similares a otros eucariotas, excepto que la estructura es estabilizada por ergosterol: una molécula esteroide que reemplaza el colesterol que se encuentra en las membranas celulares animales. La mayoría de los miembros del reino Los hongos son no móviles. Los flagelos son producidos únicamente por los gametos en el primitivo Phylum Chytridiomycota.

Crecimiento

El cuerpo vegetativo de un hongo es un talo unicelular o multicelular. Los hongos dimórficos pueden cambiar del estado unicelular al multicelular dependiendo de las condiciones ambientales. Los hongos unicelulares se denominan generalmente levaduras. Las especies Saccharomyces cerevisiae (levadura de panadería) y Candida (los agentes de la candidiasis, una infección fúngica común) son ejemplos de hongos unicelulares (Figura\(\PageIndex{2}\)).

Figura\(\PageIndex{2}\): Candida albicans es una célula de levadura y el agente de candidiasis y aftas. Este organismo tiene una morfología similar a la de las bacterias cocos; sin embargo, la levadura es un organismo eucariota (nótese el núcleo). (crédito: modificación del trabajo del Dr. Godon Roberstad, CDC; datos de barra de escala de Matt Russell)

La mayoría de los hongos son organismos multicelulares. Presentan dos etapas morfológicas distintas: la vegetativa y la reproductiva. La etapa vegetativa consiste en una maraña de esbeltas estructuras filiformes llamadas hifas (singulares, hifas), mientras que la etapa reproductiva puede ser más llamativa. La masa de hifas es un micelio (Figura\(\PageIndex{3}\)). Puede crecer en una superficie, en suelo o material en descomposición, en un líquido, o incluso en tejido vivo. Aunque las hifas individuales deben observarse bajo un microscopio, el micelio de un hongo puede ser muy grande, siendo algunas especies realmente “el hongo enorme”. El gigante Armillaria solidipes (hongo miel) es considerado el organismo más grande de la Tierra, extendiéndose por más de 2,000 acres de suelo subterráneo en el este de Oregón; se estima que tiene al menos 2,400 años de edad.

Figura\(\PageIndex{3}\): El micelio del hongo Neotestudina rosati puede ser patógeno para los humanos. El hongo ingresa a través de un corte o raspado y desarrolla un micetoma, una infección subcutánea crónica. (crédito: CDC)

La mayoría de las hifas fúngicas se dividen en células separadas por paredes terminales llamadas septos (singular, tabique) (Figura\(\PageIndex{4}\)). En la mayoría de los filos de hongos, los pequeños agujeros en los septos permiten el rápido flujo de nutrientes y pequeñas moléculas de célula a célula a lo largo de la hifa. Se describen como septos perforados. Las hifas en moldes de pan (que pertenecen al Phylum Zygomycota) no están separadas por septos. En cambio, están formadas por células grandes que contienen muchos núcleos, un arreglo descrito como hifas coenocíticas (Figura 24.1.4).

Figura\(\PageIndex{4}\): Las hifas fúngicas pueden ser (a) septadas o (b) coenocíticas (coeno- = “común”; -cítica = “célula”) con muchos núcleos presentes en una sola hifa. Una micrografía de luz de campo brillante de (c) Phialophora richardsiae muestra septos que dividen a las hifas. (crédito c: modificación del trabajo de la Dra. Lucille Georg, CDC; datos de barra de escala de Matt Russell)

Los hongos prosperan en ambientes húmedos y ligeramente ácidos, y pueden crecer con o sin luz. Varían en su requerimiento de oxígeno. La mayoría de los hongos son aerobios obligados, requiriendo oxígeno para sobrevivir. Otras especies, como la Chytridiomycota que residen en el rumen del ganado bovino, son anaerobios obligados, en que solo usan respiración anaeróbica porque el oxígeno alterará su metabolismo o los matará. Las levaduras son intermedias, siendo anaerobios faculativos. Esto significa que crecen mejor en presencia de oxígeno usando respiración aeróbica, pero pueden sobrevivir usando respiración anaeróbica cuando no hay oxígeno disponible. El alcohol producido a partir de la fermentación de levadura se utiliza en la producción de vino y cerveza.

Nutrición

Al igual que los animales, los hongos son heterótrofos; utilizan compuestos orgánicos complejos como fuente de carbono, en lugar de fijar el dióxido de carbono de la atmósfera como lo hacen algunas bacterias y la mayoría de las plantas. Además, los hongos no fijan el nitrógeno de la atmósfera. Al igual que los animales, deben obtenerlo de su dieta. Sin embargo, a diferencia de la mayoría de los animales, que ingieren alimentos y luego los digieren internamente en órganos especializados, los hongos realizan estos pasos en el orden inverso; la digestión precede a la ingestión. Primero, las exoenzimas son transportadas fuera de las hifas, donde procesan los nutrientes en el ambiente. Entonces, las moléculas más pequeñas producidas por esta digestión externa son absorbidas a través de la gran superficie del micelio. Al igual que con las células animales, el polisacárido de almacenamiento es el glucógeno, más que el almidón, como se encuentra en las plantas.

Los hongos son en su mayoría sasondas (saprófito es un término equivalente): organismos que derivan nutrientes de la materia orgánica en descomposición. Obtienen sus nutrientes de materia orgánica muerta o en descomposición: principalmente material vegetal. Las exoenzimas fúngicas son capaces de descomponer polisacáridos insolubles, como la celulosa y la lignina de la madera muerta, en moléculas de glucosa fácilmente absorbibles. El carbono, nitrógeno y otros elementos se liberan así en el ambiente. Debido a sus variadas vías metabólicas, los hongos cumplen un importante papel ecológico y están siendo investigados como herramientas potenciales en la biorremediación. Por ejemplo, algunas especies de hongos pueden ser utilizadas para descomponer el gasoil y los hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAP). Otras especies captan metales pesados, como el cadmio y el plomo.

Algunos hongos son parásitos, infectando plantas o animales. El tizón y la enfermedad del olmo holandés afectan a las plantas, mientras que el pie de atleta y la candidiasis (aftas) son infecciones fúngicas de importancia médica en humanos. En ambientes pobres en nitrógeno, algunos hongos recurren a la depredación de nematodos (pequeños gusanos redondos no segmentados). Las especies de hongos Arthrobotrys tienen una serie de mecanismos para atrapar nematodos. Un mecanismo implica la constricción de anillos dentro de la red de hifas. Los anillos se hinchan cuando tocan el nematodo, agarrándolo en un agarre apretado. El hongo penetra en el tejido del gusano extendiendo hifas especializadas llamadas haustoria. Muchos hongos parásitos poseen haustoria, ya que estas estructuras penetran en los tejidos del huésped, liberan enzimas digestivas dentro del cuerpo del huésped y absorben los nutrientes digeridos.

Reproducción

Los hongos se reproducen sexual y/o asexualmente. Los hongos perfectos se reproducen tanto sexual como asexualmente, mientras que los llamados hongos imperfectos se reproducen solo asexualmente (por mitosis).

Tanto en la reproducción sexual como en la asexual, los hongos producen esporas que se dispersan del organismo progenitor ya sea flotando en el viento o engarzando un paseo en un animal. Las esporas de hongos son más pequeñas y ligeras que las semillas de las plantas. El hongo puffball gigante se abre de golpe y libera billones de esporas. La gran cantidad de esporas liberadas aumenta la probabilidad de aterrizar en un ambiente que apoyará el crecimiento (Figura\(\PageIndex{5}\)).

Figura\(\PageIndex{5}\): El (a) hongo bola de hojaldre gigante libera (b) una nube de esporas cuando alcanza la madurez. (crédito a: modificación de obra de Roger Griffith; crédito b: modificación de obra de Pearson Scott Foresman, donado a la Fundación Wikimedia)

Reproducción Asexual

Los hongos se reproducen asexualmente por fragmentación, gemación o producción de esporas. Fragmentos de hifas pueden crecer nuevas colonias. Las células somáticas en levadura forman cogollos. Durante la brotación (un tipo de citocinesis), se forma una protuberancia en el lado de la célula, el núcleo se divide mitóticamente y la yema finalmente se desprende de la célula madre (Figura\(\PageIndex{6}\)).

Figura\(\PageIndex{6}\): Las células oscuras en esta micrografía de luz de campo brillante son la levadura patógena Histoplasma capsulatum, vista en un telón de fondo de tejido azul claro. El histoplasma infecta principalmente los pulmones pero puede diseminarse a otros tejidos, causando histoplasmosis, una enfermedad potencialmente mortal. (crédito: modificación de obra del Dr. Libero Ajello, CDC; datos de barra de escala de Matt Russell)

El modo más común de reproducción asexual es a través de la formación de esporas asexuales, las cuales son producidas por un solo progenitor (a través de la mitosis) y son genéticamente idénticas a ese progenitor (Figura\(\PageIndex{7}\)). Las esporas permiten a los hongos expandir su distribución y colonizar nuevos ambientes. Pueden ser liberados del tallo parental ya sea fuera o dentro de un saco reproductivo especial llamado esporangio.

Figura\(\PageIndex{7}\): Los hongos pueden tener etapas de reproducción tanto asexual como sexual.

Hay muchos tipos de esporas asexuales. Las conidiosporas son esporas unicelulares o multicelulares que se liberan directamente desde la punta o lado de la hifa. Otras esporas asexuales se originan en la fragmentación de una hifa para formar células individuales que se liberan como esporas; algunas de estas tienen una pared gruesa que rodea al fragmento. Sin embargo, otros brotan de la célula progenitora vegetativa. Las esporangiosporas se producen en un esporangio (Figura\(\PageIndex{8}\)).

Figura\(\PageIndex{8}\): Esta micrografía de luz de campo brillante muestra la liberación de esporas de un esporangio al final de una hifa llamada esporangióforo. El organismo es un hongo Mucor sp., un moho que a menudo se encuentra en interiores. (crédito: modificación del trabajo de la Dra. Lucille Georg, CDC; datos de barra de escala de Matt Russell)

Reproducción Sexual

La reproducción sexual introduce variación genética en una población de hongos. En los hongos, la reproducción sexual suele ocurrir en respuesta a condiciones ambientales adversas. Durante la reproducción sexual, se producen dos tipos de apareamiento. Cuando ambos tipos de apareamiento están presentes en el mismo micelio, se le llama homotálico, o autofértil. Los micelios heterotálicos requieren dos micelios diferentes, pero compatibles, para reproducirse sexualmente.

Aunque existen muchas variaciones en la reproducción sexual fúngica, todas incluyen las siguientes tres etapas (Figura\(\PageIndex{7}\)). Primero, durante la plasmogamia (literalmente, “matrimonio o unión del citoplasma”), dos células haploides se fusionan, lo que lleva a una etapa dicariota donde dos núcleos haploides coexisten en una sola célula. Durante la cariogamia (“matrimonio nuclear”), los núcleos haploides se fusionan para formar un núcleo de cigoto diploide. Finalmente, la meiosis tiene lugar en los órganos de gametangios (singulares, gametangios), en los que se generan gametos de diferentes tipos de apareamiento. En esta etapa, las esporas se diseminan al ambiente.

Enlace al aprendizaje

Revise las características de los hongos visitando este sitio interactivo de Wisconsin-online.

Resumen

Los hongos son organismos eucariotas que aparecieron en tierra hace más de 450 millones de años. Son heterótrofos y no contienen pigmentos fotosintéticos como la clorofila, ni orgánulos como los cloroplastos. Debido a que los hongos se alimentan de materia en descomposición y muerta, son sasondas. Los hongos son importantes descomponedores que liberan elementos esenciales en el ambiente. Las enzimas externas digieren los nutrientes que son absorbidos por el cuerpo del hongo, que se llama talo. Una gruesa pared celular hecha de quitina rodea la célula. Los hongos pueden ser unicelulares como levaduras, o desarrollar una red de filamentos llamada micelio, que a menudo se describe como moho. La mayoría de las especies se multiplican por ciclos reproductivos asexuales y sexuales y muestran una alternancia de generaciones. Otro grupo de hongos no tienen ciclo sexual. La reproducción sexual implica plasmogamia (la fusión del citoplasma), seguida de la cariogamia (la fusión de núcleos). La meiosis regenera a los individuos haploides, dando como resultado esporas haploides.

Glosario

hifa coenocítica

hifa única que carece de septos y contiene muchos núcleos

anaerobios faculativos

organismos que pueden realizar respiración tanto aeróbica como anaeróbica y pueden sobrevivir en ambientes ricos en oxígeno y pobres en oxígeno

haustoria

hifas modificadas en muchos hongos parásitos que penetran en los tejidos de sus huéspedes, liberan enzimas digestivas y/o absorben nutrientes del huésped

heterotállico

describe cuando solo un tipo de apareamiento está presente en un micelio individual

homotalico

describe cuando ambos tipos de apareamiento están presentes en el micelio

hifa

filamento fúngico compuesto por una o más células

cariogamia

fusión de núcleos

micelio

masa de hifas fúngicas

micología

estudio científico de hongos

aerobios obligados

organismos, como los humanos, que deben realizar respiración aeróbica para sobrevivir

anaerobios obligados

organismos que solo realizan respiración anaeróbica y a menudo no pueden sobrevivir en presencia de oxígeno

plasmogamia

fusión de citoplasma

saprobe

organismo que deriva nutrientes de la materia orgánica en descomposición; también saprófito

septos

división de la pared celular entre hifas

esporangio

saco reproductivo que contiene esporas

talo

cuerpo vegetativo de un hongo

levadura

término general utilizado para describir hongos unicelulares