Context
En el capítol es fa una descripció de la progressiva aparició dels principals grups biològics durant l’evolució de la matèria viva en la Terra. La pluricel·lularitat significa una pas endavant fonamental en la complexificació progressiva de la matèria, ara matèria viva, que segueix una evolució aparentment imparable cap a la producció de l’encèfal humà adaptant-se a la majoria d’entorns biològicament permesos. Es fa també aquí una descripció de les principals formes de diferenciació dels teixits biològics i com s’associen per formar òrgans.
Fa uns 1.100 milions d’anys aproximadament la gran majoria de precursors de plantes, animals i fongs primitius existien com a cèl·lules solitàries encara que algunes vivien en colònies i hi començà a aparèixer la divisió de funcions. Fa uns 900 milions d’anys la pluricel·lularitat començà, en els animals, amb cèl·lules més especialitzades i més dependents les unes de les altres. Així doncs, durant la major part de la història de la Terra no hi hagué organismes pluricel·lulars en terra ferma (vegeu quadre III en el capítol 6).
Els procariotes colonitzarien la terra fa 2.600 milions d’anys, abans de l’origen dels eucariotes. Els peixos, els vertebrats més antics, evolucionaren als oceans fa uns 530 milions d’anys. Els fòssils més antics de plantes i fongs terrestres daten de fa 480-460 milions d’anys, encara que els fongs podrien haver-s’hi desplaçat, a la terra ferma, fa uns 1.000 milions d’anys i les plantes fa uns 700 milions d’anys. Al principi romangueren propers a la riba, però una sèrie de mutacions i variacions els permeté avançar en la colonització de terra ferma. No es coneix el moment en què els animals abandonaren l’oceà per primer cop encara que els artròpodes podrien haver saltat cap a la terra fa 530 milions d’anys.
Ara fa uns 380 milions d’anys, els primers tetràpodes evolucionaren dels peixos. Les aletes es transformarien en membres que permeteren als primers tetràpodes recolzar-se fora de l’aigua i també el fet de començar a respirar aire els facilitaria sobreviure en aigües someres i pobres en oxigen. Alguns s’adaptaren bé i començaren a passar la seva vida adulta a la terra i aparegueren els amfibis. Les plantes també desenvoluparen llavors, cosa que accelerà dràsticament la seva expansió a la terra durant aquest període. Fa 340 milions d’anys, l’aparició de l’ou amniòtic permeté la posta d’ous a la terra ferma. I una mica més tard els mamífers se separaren dels ocells i els rèptils.
Fa 300 milions d’anys es formà el supercontinent més recent, Pangea. Es creu que a causa de l’efecte devastador d’un període de vulcanisme o algun meteorit, l’extinció massiva més gran de la història de la Terra, tingué lloc fa 250 milions d’anys. La vida resistí, però, i fa uns 230 milions d’anys, els dinosaures es diferenciaren dels seus avantpassats rèptils i fa uns 200 milions d’anys serien dominants. Alguns mamífers es començaren a separar durant aquest període com petits animals semblants a ratolins.
Els indicis més antics de plantes amb flors es tenen des de fa uns 132 milions d’anys. Fa 65 milions d’anys, un meteorit d’uns 10 quilòmetres de diàmetre impactà amb la Terra just davant de la península americana del Yucatán, expulsant enormes quantitats de pols i vapor a l’aire que blocaren la llum solar durant un temps llarg, evitant la fotosíntesi. La gran majoria d’animals de grans dimensions, incloent-hi els dinosaures no aviaris, s’extingiren. A partir d’aleshores, els mamífers van esdevenir els vertebrats dominants. L’últim avantpassat comú de tots els primats aparegué fa uns 63 milions d’anys. Fa uns 40 milions d’anys, alguns mamífers terrestres ja havien tornat als oceans i evolucionat en els avantpassats dels dofins i de les balenes.
Teixits i Òrgans
En l’evolució dels éssers vius sorgeixen organismes formats per l’associació de cèl·lules individuals, els organismes pluricel·lulars que acabem de veure (figura 12). El nombre final de cèl·lules pot arribar a ser molt gran, i també la grandària final de l’organisme. El més rellevant, però, és la varietat de característiques estructurals i funcionals especialitzades que assoleixen les diverses subpoblacions de cèl·lules. També és un valor evolutiu rellevant el nivell d’integració de les funcions d’aquests grups cel·lulars amb la finalitat de proporcionar a l’organisme autonomia i una varietat de respostes davant de l’entorn, adaptades cada vegada més bé a la supervivència. Hi ha una línia creixent de complexitat des de les molècules fins a les cèl·lules i els éssers multicel·lulars que necessiten progressivament més mecanismes de coordinació de les poblacions de cèl·lules diferenciades, i, en conseqüència, mecanismes de comunicació intercel·lular eficaços.
Figura 12. Organisme pluricel·lular amb teixits i òrgans.
La forma més simple d’associació cel·lular són els teixits biològics: teixit epitelial, teixit connectiu, teixit muscular i teixit nerviós. Cada teixit representa el comú denominador de diferents varietats i formes d’associació cel·lular. En la figura es representa un organisme pluricel·lular amb esment dels quatre teixits i alguns òrgans i sistemes.
El teixit epitelial
Totes les seves varietats es caracteritzen per representar el paper, en els organismes pluricel·lulars, que fan les membranes plasmàtiques en les cèl·lules individuals. El lligam entre les cèl·lules es fa per mitjà d’aparells moleculars d’unió i comunicació. Les cèl·lules, íntimament unides, formen una interfase entre dos compartiments, per exemple, l’epiteli del tub digestiu constitueix la interfase entre la cavitat ocupada pels aliments ingerits que s’estan digerint i absorbent i els vasos sanguinis que repartiran els nutrients. Així, els epitelis poden realitzar fenòmens d’absorció i secreció de molècules en tots dos compartiments (endocitosis-exocitosis, captació i excreció). Sovint, les diferents superfícies, apical, basal i laterals, tenen plecs que incrementen molt la superfície d’intercanvi. Quan es formen unes quantes capes de cèl·lules epitelials, predominen les funcions de protecció mecànica, com en la pell.
El teixit connectiu
El teixit connectiu fa en els organismes pluricel·lulars la funció que el mitjà extracel·lular fluid acompleix envoltant i contenint les cèl·lules individuals aïllades i lliures i, aquí, en els organismes, aquest fluid s’anomena mitjà interior i remulla el teixit connectiu. Aquest teixit és necessari per a l’arribada i la sortida de les molècules nutritives, energètiques i residuals implicades en el metabolisme i s’infiltra entremig de tots els grups de cèl·lules dels altres teixits i fins i tot entre cèl·lules individuals. El teixit connectiu fluid i aquós allotja també cèl·lules pròpies que produeixin estructures, fibres i molècules de suport per donar-li consistència, elasticitat i capacitat de retenir aigua. És el lloc on, durant el desenvolupament embrionari, el creixement i la regeneració (si és necessària), es formen tots els vasos sanguinis i limfàtics pel desplaçament de molècules i cèl·lules (leucòcits, eritròcits i trombòcits) pertot arreu. Els vasos creen les bases per a la comunicació intercel·lular entre els diferents teixits propers o distants.
El teixit muscular
Totes les cèl·lules tenen un citoesquelet estructural i un de contràctil. El teixit muscular és l’encarregat de fer en els organismes pluricel·lulars les funcions que fa el citoesquelet contràctil en les cèl·lules individuals. Les cèl·lules individuals es mouen quan els filaments proteics del citoesquelet contràctil rellisquen els uns entre els altres, escurçant o allargant així parts de la cèl·lula. En els organismes pluricel·lulars, moltes cèl·lules agrupades produeixen grans quantitats d’aquests filaments, que poden organitzar-se en estructures més ordenades i llargues anomenades miofibretes. Aquestes cèl·lules, anomenades musculars, plenes de miofibretes, es disposen elles mateixes paral·lelament, en registre (en paral·lel) i en sèrie, de manera que la seva contracció coordinada pot produir forts estiraments direccionals capaços d’escurçar i moure els òrgans musculars que les contenen. És així com es contrau una artèria, circumferencialment, per augmentar la pressió sanguínia en l’interior, o la matriu en el moment del part per expulsar el fetus, o els budells per fer avançar els aliments. Algunes cèl·lules musculars esdevenen veritables monstres de l’evolució quan centenars es fusionen per formar fibres cel·lulars d’uns quants centímetres de llargada, que, en contraure’s, escurcen els músculs que les allotgen i, tibant en els seus extrems dels ossos sobre els quals es fixen, els fan moure com palanques per acabar movent el cos.
El teixit nerviós
Finalment, hi ha el teixit nerviós. Si volguéssim comparar el seu paper amb el d’alguna estructura de les cèl·lules individuals generalitzades, per la implicació del teixit nerviós en la regulació i el control de les funcions vegetatives de l’organisme pluricel·lular, podríem dir que aquest teixit, realitza una part significativa de les funcions del nucli cel·lular. Les cèl·lules que el formen, però, les neurones, tenen com a finalitat comunicar a distància senyals de forma ràpida, precisa, eficaç i plàstica en els complexos i grans organismes multicel·lulars. Aquestes funcions les poden fer tant per la seva diferenciació morfològica (prolongacions llarguíssimes) com per la molecular (generació i aprofitament de gradients d’ions entre l’interior i l’exterior de cada cèl·lula per produir senyals elèctrics). Aquesta capacitat, portada a un nivell molt elevat, estar en la base de la memòria i d’altres potencialitats de la ment com el pensament.
Els Òrgans
Els òrgans estan compostos, en diferents proporcions, pels quatre teixits bàsics. Qualsevol òrgan especialitzat dels organismes pluricel·lulars té aquesta organització. Se’n pot veure un exemple en el pla general de disseny estructural del tub digestiu que està format per quatre capes concèntriques (mucosa, submucosa, muscular i serosa). La mucosa està constituïda bàsicament per teixit epitelial per les funcions d’absorció de nutrients i secreció de diferents materials i enzims. Segons la part del tub, aquesta estructura pot formar diferents plecs per incrementar la superfície d’intercanvi. La capa submucosa és connectiva, i com a teixit connectiu allotja arterioles, vènules i limfàtics que envien capil·lars a la mucosa i a la resta de capes. També posseeix una xarxa neuronal local (de Meissner). La capa muscular és ben gruixuda, amb les cèl·lules musculars disposades en diferents direccions circulars i longitudinals per optimitzar i fer més complexos els moviments del tub amb la finalitat de barrejar nutrients i secrecions i fer avançar els aliments. En la capa de teixit muscular hi ha una altra xarxa neuronal (de Auerbach). Totes dues xarxes (Meissner i Auerbach) estan interconnectades i també innervades per terminacions nervioses simpàtiques, i parasimpàtiques que provenen del sistema nerviós central i que regulen vegetativament de forma autònoma l’activitat del tub. La capa externa (la serosa) està revestida d’epiteli peritoneal que secreta un líquid serós que facilita el lliscament de les diferents parts del llarguíssim tub entre elles, dintre de la cavitat abdominal.