Qual è l’unità fondamentale alla base della vita, un fenomeno allo stesso tempo così semplice e così complesso, che ne ha permesso lo sviluppo? Senza dubbio la cellula, che, nonostante le sue piccole dimensioni, può essere definita come una macchina complessa ed ultraefficiente. La vita, infatti, è un fenomeno gerarchico costituito da più livelli, alle cui fondamenta vi è proprio la struttura cellulare. Ma com’è definita la cellula? E qual è la sua organizzazione?
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La teoria cellulare
L’espressione “cellula” (piccola cella) fu coniata nel 1665 dal fisico Robert Hooke. Il fisico, osservando il sughero al microscopio, definì in realtà impropriamente cellule quelle che erano scompartimenti vuoti di un tessuto vegetale ormai morto.
Nel XVII secolo infatti, si era ancora ben lontani dal comprendere la vera natura della cellula e il suo grado di complessità. Si era fatta strada all’epoca, tra gli scienziati, la convinzione che vedeva alla base del fenomeno vitale la presenza di una “vis vitalis”, una forza vitale. Grazie poi al successivo perfezionamento della microscopia, il botanico Schleiden e lo zoologo Schwann osservando tessuti biologici al microscopio, proposero nel 1830 i primi due punti di quella che ha poi preso il nome di teoria cellulare:
- Tutti gli organismi sono composti da cellule
- La cellula è l’unità organizzativa di base della materia vivente
Ai quali si aggiunse più tardi il terzo punto formulato da Rudolf Virchow, che affermava che ogni cellula avesse origine dalla divisione di una cellula preesistente.
3.“Omnis cellula e cellula”
La teoria cellulare ha contribuito significativamente a scardinare la convinzione dell’esistenza di una forza vitale, aprendo nuovi orizzonti di studio alla biologia. La citologia in particolare è una branca della biologia che si propone di studiare la cellula in quanto unità costituente della vita. Tali studi hanno finalmente reso possibile scacciare quell’alone di mistero che aleggiava intorno ai fenomeni d’interesse biologico, chiarendone in parte l’origine ed il funzionamento.
Cosa caratterizza una cellula?
Preso atto dunque che la cellula è l’unità fondamentale della vita, viene dunque spontaneo chiedersi: cosa caratterizza una cellula?
Una cellula, qualunque essa sia, presenta delle caratteristiche imprescindibili che la classificano come tale. Innanzitutto ogni cellula è un sistema complesso ed organizzato, che presenta un corredo genetico specifico. Per corredo genetico specifico s’intende un proprio DNA contenente tutte le informazioni per il corretto svolgimento dell’attività cellulare.
Inoltre, ogni cellula è capace di riprodursi (tramandando così il proprio DNA) e assimila, produce e utilizza energia. Un’altra delle caratteristiche più importanti delle cellule è quella di rispondere agli stimoli, presentando dunque capacità d’interazione con l’ambiente in cui si trovano, permettendo inoltre una capacità auto-regolativa. In particolare, quest’ultima caratteristica elencata risulta fondamentale per lo sviluppo della vita.
La capacità di auto-regolarsi e di interagire con l’ambiente e con le altre cellule è quella che infatti ha poi permesso lo sviluppo degli organismi pluricellulari. Negli organismi pluricellulari infatti, in particolare nei metazoi, le cellule sono differenziate, ognuna di loro cioè assolve ad una specifica funzione correlata alla morfologia della cellula stessa. Solo grazie alla capacità di collaborare tra loro dunque e di formare tessuti, le cellule dei metazoi possono garantire il corretto funzionamento dell’organismo di cui fanno parte, come accade nell’uomo.
Com’è organizzata la cellula?
Ogni cellula presenta una membrana plasmatica che la delimita e separa il suo ambiente interno (citoplasma) da quello extracellulare. Nel citoplasma risiedono i diversi organuli responsabili delle funzioni cellulari. Tra gli organuli comuni a tutte le cellule vi sono i mitocondri (centrale energetica della cellula) e i ribosomi (responsabili della sintesi proteica).
Tuttavia, vi sono una serie di altri organuli presenti solo in alcuni tipi di cellule. Assodato che ogni cellula presenta determinate caratteristiche è necessario, infatti, distinguere le cellule di organismi eucarioti (piante, funghi, animali, protisti) da quelle dei procarioti (come i batteri), che presentano un’organizzazione differente.
Procarioti ed eucarioti
I procarioti sono organismi unicamente unicellulari, pertanto le cellule dei procarioti non sono differenziate ma sono totalmente autonome e autosufficienti. Gli eucarioti invece, possono essere sia unicellulari che pluricellulari e presentano un’organizzazione cellulare molto più complessa, specialmente in casi come quelli dei metazoi, che presentano cellule differenziate.
Una delle più grandi differenze tra eucarioti e procarioti dipende dal fatto che i primi presentano all’ interno delle loro cellule un sistema membranoso interno (SMI). L’ SMI, assente nei procarioti, comprende una serie di organuli (reticolo endoplasmatico, apparato di Golgi) che permettono lo svolgimento di più reazioni chimiche contemporaneamente nella cellula.
Tale SMI infatti, separa le zone interne della cellula, rendendo ogni zona adatta ad un determinato processo chimico che avrà luogo in quel compartimento cellulare. Tale separazione evita perciò che i vari processi chimici entrino in contatto e si compromettano tra loro. Da questo deriva una regolazione molto più fine della molteplicità dei processi cellulari, caratterizzante le cellule eucariote.
Inoltre, le cellule eucariote presentano anche il nucleo, da cui il nome “eucariote”, che significa proprio “con nucleo”. Il nucleo non è altro che una estroflessione del reticolo endoplasmatico (dunque sempre parte del sistema membranoso interno) dove risiede il genoma cellulare. La separazione del genoma dall’ ambiente citoplasmatico permette una regolazione più fine dei processi di sintesi proteica.
Nei procarioti, dove il nucleo è assente, il genoma, di forma circolare ad anello, si trova in una zona citoplasmatica detta nucleoide. In tali cellule perciò i processi di sintesi proteica sono più semplici e immediati.
Le differenze elencate sono solo una parte di tutte le differenze esistenti tra le cellule eucariote e quelle procariote. Tuttavia, queste lasciano già intuire l’organizzazione molto più semplice che caratterizza i procarioti.
Eccezioni alla teoria cellulare: i virus
Nonostante la teoria cellulare rappresenti uno dei cardini della biologia, non si può non aprire una parentesi sui virus. L’esistenza dei virus è stata scoperta solo con l’avvento recente della microscopia elettronica.
I virus infatti, pur essendo più piccoli delle cellule e presentando un’organizzazione decisamente più semplice, hanno alcune caratteristiche in comune con queste ultime, tra le quali la capacità di replicarsi: i virus costituiscono perciò un’eccezione alla teoria cellulare e sono considerati come l’anello di congiunzione tra l’inanimato e la vita.
Quella dei virus è però da considerarsi un’organizzazione di livello molecolare più che cellulare, visto che questi presentano alcune caratteristiche prettamente appartenenti all’inanimato come la cristallizzazione (capacità di congelamento).
Inoltre, i virus possono replicarsi soltanto attraverso parassitismo, ossia sfruttando una cellula ospite, che diviene dunque infetta. Solo usufruendo della biochimica di una cellula ospite i virus possono far sì che i propri costituenti vengano sintetizzati e poi assemblati.
Carla Aversano
Bibliografia
Colombo R., Olmo E., Biologia – Cellula e Tessuti, Edi-ermes, 2014.