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LOS SERES VIVOS: TAXONOMIA Y SISTEMATICA Dra. Ana María Zarate 1 Hace alrededor de 3700 millones de años aparecieron en nuestro planeta las primeras células procariotas que han persistido hasta la actualidad ; hace alrededor de 1700 millones de años aparecieron células más complejas: las eucariotas, que siguieron una pauta evolutiva diferente dando lugar a diferentes seres vivos, algunos de los cuales han permanecido como seres unicelulares como los protozoos, otros tienen representantes uni y pluricelulares, como hongos y algas, y otros son organismos pluricelulares como animales y plantas. Esta gran diversidad de seres vivos necesita ser nombrados. Todos tienen nombres comunes que difieren de acuerdo al lugar donde se encuentran; con frecuencia se utilizan nombres diferentes para organismos semejantes o viceversa. Durante siglos los naturalistas intentaron describir y explicar la inmensa diversidad del mundo biológico. Actualmente los biólogos se enfrentan constantemente con la inmensa y difícil tarea de determinar y clasificar la vasta diversidad de organismos con la que compartimos el planeta Tierra. Para saber con exactitud a que organismo nos estamos refiriendo, es necesario realizar una clasificación científica que agrupe y organice a los seres vivos en una estructura jerárquica sin superposiciones. Para ello existen la Sistemática y la Taxonomía. La Sistemática es una rama de la Biología que estudia la variedad de seres que existen, o han existido, tratando de organizarlos en sistemas de clasificación ordenados, interpretando la diversidad a través de las relaciones de parentesco existentes entre ellos. La Taxonomía es la ciencia de la clasificación biológica. Se encarga de describir, identificar y clasificar a los organismos en un sistema jerarquizado e inclusivo. En esta ciencia cada nivel del sistema se denomina categoría taxonómica y las diferentes categorías se incluyen una dentro de otras, desde la categoría fundamental (especie) hasta otras de mayor rango como género, familia, orden, clase, phylum (filo o división). Según aumenta la complejidad de las clasificaciones van apareciendo categoría intermedias (como subphylum, superclase, subclase, infraclase, superorden, suborden, superfamilia, subfamilia). Todas estas categorías taxonómicas y los elementos que contienen reciben el nombre genérico de taxones. Un grupo taxonómico o taxón, es un grupo de organismos tratados como un grupo, con un nombre, en una taxonomía formal. Las categorías taxonómicas que se dan a continuación están colocadas en rango taxonómico descendente: • Clase • Orden • Familia • Tribu • Género • Especie La taxonomía en su sentido más amplio se descompone en tres partes: 1. Clasificación 2. Nomenclatura 3. Identificación 2 1. Clasificación La clasificación es la estructuración de los organismos en grupos o taxones en función de semejanzas mutuas o del parentesco evolutivo. El creador de la Taxonomía fue el botánico sueco Carl von Linneo (1707-1778); su sistema de nomenclatura, el sistema binomial, se usa todavía en la actualidad. La clasificación de los seres vivos fue evolucionando a medida que se perfeccionaron las técnicas que permitían conocer más acerca de los organismos (Figura 1). Hasta mediados del siglo XIX se conocían sólo dos reinos: ANIMAL y VEGETAL. Luego de comenzar a conocerse la existencia de microorganismos, en 1866, Ernst Haeckel (1834-1919) creó un tercer reino al que llamó los PROTISTAS. Con el desarrollo del microscopio fue posible el reconocimiento de las células eucariotas y procariotas, lo que condujo a la ubicación de las bacterias en un reino separado de microorganismos, sin núcleo al que se le dio el nombre de PROCARIOTAE. En 1969, R. H. Whittaker (1920- 1980) propuso un sistema de clasificación en cinco reinos (Figura 1).: Reino Monera: incluye a todos los microorganismos procariotas. Reino Protista: incluye a todos los microorganismos eucariotas unicelulares u ocasionalmente multicelulares. Reino Fungi: incluye a los hongos en sus diversas formas Reino Plantae: incluye a las plantas inferiores y superiores Reino Animalia: agrupa a todos los animales, vertebrados e invertebrados. Posteriormente, las técnicas de biología molecular se usaron para estudiar la composición del ARN ribosómico. El ARN ribosómico (ARNr) 16S es la macromolécula más ampliamente utilizada en estudios de filogenia y taxonomía bacterianas. Su aplicación como cronómetro molecular fue propuesta por Carl Woese ( 1928-2012), un microbiólogo estadounidense de la Universidad de Illinois, a principios de la década de 1970 (Figura 2). Los estudios de Woese originaron la división de los procariotas en dos grupos o reinos: Eubacteria y Archaeobacteria, cuya divergencia es tan profunda como la encontrada entre ellos y los eucariotas. Además, permitieron establecer las divisiones mayoritarias y subdivisiones dentro de ambos reinos. Posteriormente, Woese introdujo el término dominio para sustituir al reino como categoría taxonómica de rango superior, y distribuyó a los organismos celulares en tres dominios: Bacteria, Archaea y Eukarya, (Figura 1 y Figura 3) el último de los cuales engloba a todos los seres eucariotas. Desde entonces, el análisis de los ARNr 16S se ha utilizado ampliamente para establecer las relaciones filogenéticas dentro del mundo procariota, causando un profundo impacto en nuestra visión de la evolución y, como consecuencia, en la clasificación e identificación bacteriana. De hecho, las ediciones vigentes de los dos tratados fundamentales de bacteriología, el Bergey's Manual of Systematic Bacteriology (http://www.springer-ny.com/bergeysoutline/ main.htm) y The Prokaryotes (http://www.prokaryotes.com), basan su estructuración del mundo procariota en las relaciones filogenéticas establecidas con esta macromolécula. Los Dominios establecidos por Woese son entonces: 3 Dominio Bacteria: procariotas unicelulares cuya pared celular contiene peptidoglucano. Dominio Arquea: procariotas unicelulares cuya pared celular no contiene peptidoglucano. Dominio Eukarya: todos los eucariotas Figura 1: Historia de la evolución de la clasificación de los seres vivos Figura 2. Estructura secundaria de los ARNr16s/18s de los tres Dominios 4 Figura 3. Dominios biológicos en los que se organizan los seres vivos Características de cada Dominio Bacteria Este dominio está constituido esencialmente por procariontes, muy comunes en la naturaleza. Esta dividido en doce grandes linajes. Los más antiguos incluyen organismos hipertermófilos (que pueden vivir a altas temperaturas) y los más modernos por están integrados por cianobacterias, proteobacterias (o bacterias rojas) así como por bacterias grampositivas y gramnegativas. Esta clasificación del domino Bacteria se realizó sobre características fenotípicas. Si bien en general se ha mantenido la nomenclatura histórica, en la actualidad los microorganismos se han agrupado de acuerdo con la afinidad entre las secuencias de ARNr. Esta molécula permite utilizar un criterio filogenético o evolutivo, para separar especies con características fenotípicas similares que carecen de ancestro común o agrupar microorganismos de tamaño o morfología diferentes pero con afinidad molecular. Archaea Los miembros que componen este dominio son los procariontes que existen en ambientes extremos. Se conocen dos grandes grupos: Crenarqueota, formado por bacterias hipertermófilas y Euriarqueota, formado por bacterias productoras de metano (metanogénicas) y por bacterias que pueden vivir en concentraciones salinas altas (halófilas). Se ha propuesto un tercer grupo denominado TACK; estos organismos corresponden a procariontes que viven en ambientes muy extremos: temperaturas medias a bajas(5ºC), fuentes hidrotermales, ambientes geotermales acuáticos y terrestres, en sedimentos del fondo marino, en grandes profundidades. Eucarya (Figura 4 y Figura 5) El dominio eucariota reúne en sí todos los organismos eucariontes que existen. Los miembros de este dominio poseen células eucarióticas. Los reinos Protista, Fungi, Planta y Animalia componen este dominio, convirtiéndolo en uno de los más diversos a nivel celular. 5 A pesar de ser bastante aceptado, la teoría del sistema de los 3 dominios de Woese ha encontrado alguna resistencia por parte de diversos investigadores, siendo aún necesario desarrollar mucha investigación en esta área de forma a volverla ampliamente aceptada. Figura 4: Diversidad biológica del grupo Eukaria Figura 5. Características de los reinos pertenecientes al dominio Eukarya. Existe un grupo de microorganismos, los virus. Estos no son asignados a ningún reino ya que ellos son microorganismos acelulares, que no comparten todas características de los seres vivientes. 2. Nomenclatura La nomenclatura es la rama de la taxonomía que se ocupa de la asignación de nombres a grupos taxonómicos de conformidad con normas publicadas La nomenclatura da nombres a los organismos y su objetivo es precisamente elegir el nombre adecuado y nombrarlo siempre de la misma manera, evitando así confusiones. Es importante diferenciar entre taxonomía y nomenclatura, ya que nomenclatura es únicamente darle el nombre al organismo luego que se ha completado el trabajo taxonómico. 6 La especie es la categoría taxonómica fundamental, que le da un nombre único y universal, científico, a los organismos vivos. El nombre científico utiliza un esquema binomia, en el cual el nombre está constituido por 2 palabras: la primera es una palabra en latín o latinizada, que se escribe con la primera letra en mayúscula e indica el GÉNERO, usualmente esta palabra proviene del nombre del descubridor u otro científico relacionado o describe la morfología del microorganismo. La segunda palabra indica la ESPECIE, se escribe con minúscula, y es usualmente descriptivo refiriéndose al color, origen, patogenicidad, etc. Ejemplo: Bacillus subtilis ↓ ↓ Género Especie Los nombres científicos de los organismos deben ser escritos en letra cursiva (Itálica) o en su defecto cada palabra debe ser subrayada. Ej: Bacillus subtilis o Bacillus subtilis El nombre científico es único de cada especie, exclusivo y universal. Por otra parte el género puede ser común a varias especies que se encuentran emparentadas de forma muy cercana. La nomenclatura recomienda la sustitución del género por su inicial seguida de punto en los casos en que exista repetición. De este modo, la primera vez que aparece cualquier género en un texto hay que consignar el nombre completo pero cuando vuelva a repetirse debemos usar la abreviatura a fin de evitar repeticiones, Ej: Candida albicans, C. tropicalis, C. parapsilosis, C. glabrata, C. guilliermondii, C. krusei y C. kefyr. En los libros y artículos académicos, a veces, no se identifican intencionalmente las especies plenamente y se recurre a utilizar la abreviatura "sp." en singular o "spp." en plural, en lugar del epíteto específico, por ejemplo: Canis sp. La abreviatura plural "spp." se utiliza generalmente para referirse a todas las especies individuales dentro de un género. Para una especie concreta cuyo epíteto específico es desconocido o carece de importancia se utiliza "sp.". Las abreviaciones como «sp.», «spp.», «subsp.», etc., no deben estar en cursivas. DEFINICION DE ESPECIE Y CLASIFICACION DE LOS ORGANISMOS EUCARIOTAS En los organismos superiores cuando hablamos de especie hacemos referencia a un grupo de poblaciones naturales cuyos individuos se entrecruzan entre si de manera exitosa, dejando descendencia fértil y que están aislados de otros grupos desde el punto de vista de la reproducción. En el dominio Eukaria encontramos organismos muy diversos. En 1969 los organismos eucariotas simples, unicelulares (la mayoría) o pluricelulares autótrofos y heterótrofos, se ubicaron en el Reino Protista; un reino “comodín, ya que históricamente a los organismos eucariotas que no concordaban con ningún reino se los colocaba en este. Aquí se agruparon alrededor de 200.000 especies que son muy diversas. La secuenciación de ARNr permite dividir a los Protista en grupos sobre la base de su descendencia de antepasados comunes. Los Hongos (Reino Fungi) incluyen las levaduras unicelulares, los hongos filamentosos (mohos) multicelulares y las especies macroscópicas de setas. 7 Los vegetales (Reino Plantae) incluye algunas algas y todos los musgos, helechos, coníferas y plantas con floración. Todos son multicelulares. Los animales (Reino Animalia), incluye a los animales sin (Invertebrados) y con (vertebrados) esqueleto interno. DEFINICION DE ESPECIE Y CLASIFICACION DE LOS ORGANISMOS PROCARIOTAS Una especie procariota se define de un modo algo diferente de una especie eucariota, En las bacterias la división celular no está ligada directamente a la conjugación sexual, que es infrecuente y no necesita ser específica de la especie. Por consiguiente una especie procariota se define como una población de células con características semejantes. Los miembros de una especie bacteriana en esencia son indistinguibles entre si pero se distinguen de los miembros de otras especies. El esquema de clasificación taxonómica de los procariotas se encuentra en el Bergey´s Manual of Systematic Bacteriology, 2 nd Edition. De acuerdo al mismo los procariotas se clasifican en dos dominios: Bacteria y Archaea; cada dominio está dividido en filos. La clasificación se basa en las similitudes de las secuencias de nucleótidos en el rRNA. Las bacterias crecen en un tiempo dado en los medios de cultivo. Un cultivo puro a menudo es un clon, es decir un una población de células derivadas de una única célula parental; todas las células del clon deberían ser idénticas, sin embargo en algunos casos los cultivos puros de la misma especie no son idénticos en todos los aspectos. Cada uno de estos grupos se denomina cepas. Las cepas se identifican por números, letras o nombres que siguen a un epíteto específico. DEFINICION DE ESPECIE Y CLASIFICACION DE LOS VIRUS El International Committee on Taxonomy of virus, define a una especie viral como una población de virus con características similares (como morfología, genes y enzimas) que ocupa un nicho ecológico particular. Los virus no se clasifican como parte de ninguno de los tres dominios. El nicho ecológico de un virus es su célula huésped específica, de modo que los virus pueden estar más estrechamente relacionados con sus huéspedes que con otros virus. Los virus han sido agrupados en familias sobre la base de: 1) el tipo de ácido nucleico); 2) la estrategia de replicación y 3) la morfología. El sufijo –virus se usa para los nombres del género; los nombres de familias terminan en-viridae y los nombres de ordenes terminan en -ales Por Ej. Famila Herpes-viridae, género Simples virus, herpes virus humano 2. El código de nomenclatura gestionado por el Comité Internacional de Taxonomía de Virus difiere de otros por muchos aspectos. Esencialmente, los nombres de los órdenes y las familias se ponen en itálica y los de las especies no siguen la nomenclatura binomial salvo bajo la forma de: [Virus] de la [enfermedad, es decir no se usan epítetos específicos para los virus por lo tanto las especies virales se designan con nombres descriptivos comunes, por ejemplo virus de la Inmunodeficiencia Humana (HIV) y las subespecies, si las hay, se designan con número (HIV-1) 8 3. Identificación La identificación constituye el lado práctico de la taxonomía que consisteen establecer que un organismo determinado pertenece a un taxón reconocido. La información acerca de los organismos obtenidas de por diferentes métodos, nos permite no sólo la clasificación de nuevos organismos sino también, la identificación de los ya conocidos, aislados de muestras de orígenes diversos.
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