Tema 72

Els éssers pluricel·lulars constitueixen les formes de vida més complexes del planeta: organismes formats per multitud de cèl·lules diferenciades i coordinades que, en conjunt, realitzen les tres funcions vitals —nutrició, reproducció i relació— amb un grau d'eficiència i d'especialització inabastable per a un ésser unicel·lular. Aquest tema recorre aqueixa complexitat des de la mateixa organització cel·lular fins a l'enorme diversitat de plantes i animals, i tanca amb el seu paper en els ecosistemes i en la vida humana.

Es tracta d'un tema panoràmic i de síntesi dins del bloc de biologia del temari. El seu interès didàctic és doble: d'una banda, integra conceptes que l' alumnat ha anat construint (cèl·lula, teixit, funció vital, classificació); d'una altra, assenta les bases de l'educació ambiental i del respecte per la biodiversitat. Convé subratllar d'entrada que la pluricel·lularitat no és un succés únic: va sorgir de manera independent diverses vegades al llarg de l' evolució —en plantes, animals, fongs i diverses algues—, la qual cosa il·lustra bé el poder de la selecció natural descrita per Darwin.

1. Els éssers pluricel·lulars

Un ésser pluricel·lular està format per moltes cèl·lules que no viuen de forma independent, sinó que depenen unes d'altres i col·laboren de manera coordinada. No s'ha de confondre amb una colònia d'organismes unicel·lulars (com algunes cianobacteris), en la qual cada cèl·lula podria sobreviure per separat. El gènere Volvox, una alga verda que forma esferes de cèl·lules parcialment especialitzades, representa un model intermedi molt útil per a comprendre el trànsit evolutiu del que és unicel·lular al que és pluricel·lular.

La pluricel·lularitat exigeix tres requisits que l'evolució va haver de resoldre:

• Adhesió cel·lular, mitjançant molècules d'unió i una matriu extracel·lular que cohesiona el conjunt.
• Comunicació intercel·lular, a través de senyals químics i unions que permeten actuar com un tot.
• Diferenciació cel·lular: encara que totes les cèl·lules comparteixen el mateix genoma, expressen gens distints i adquireixen formes i funcions especialitzades (divisió del treball).

Aquesta especialització dóna lloc a nivells d'organització jeràrquics, un concepte central del tema:

$$\text{cèl·lula} \rightarrow \text{teixit} \rightarrow \text{òrgan} \rightarrow \text{sistema/aparell} \rightarrow \text{organisme}$$

Un teixit és un conjunt de cèl·lules semblants que realitzen una mateixa funció; diversos teixits formen un òrgan; els òrgans que cooperen integren un aparell o sistema. L'avantatge evolutiu d'aquesta organització és l' aparició de propietats emergents: el conjunt fa coses que cap cèl·lula aïllada podria fer (regular el medi intern, assolir gran grandària, colonitzar ambients diversos). Com a contrapartida, exigeix mecanismes de coordinació i de control, inclosa la mort cel·lular programada (apoptosi), que esculpeix teixits i òrgans durant el desenvolupament.

2. La nutrició autòtrofa i heteròtrofa

La funció de nutrició consisteix a obtenir matèria i energia per a construir i mantenir l'organisme. Segons la font de carboni, es distingeixen dos grans models.

Nutrició autòtrofa

Els organismes autòtrofs fabriquen la seua pròpia matèria orgànica a partir de matèria inorgànica senzilla (CO₂, aigua, sals). És el cas de les plantes, les algues i molts bacteris. La majoria són fotoautòtrofs: usen la llum com a font d'energia mitjançant la fotosíntesi, que en les plantes ocorre en els cloroplasts gràcies al pigment clorofil·la:

$$6\,\mathrm{CO_2} + 6\,\mathrm{H_2O} + \text{llum} \longrightarrow \mathrm{C_6H_{12}O_6} + 6\,\mathrm{O_2}$$

La fotosíntesi transcorre en dues etapes: una fase lluminosa (en els tilacoides, on l'energia de la llum genera ATP i NADPH i s'allibera $\mathrm{O_2}$ de l'aigua) i una fase fosca o cicle de Calvin (en l'estroma, on es fixa el $\mathrm{CO_2}$ en glucosa). Existeixen a més quimioautòtrofs —bacteris com les nitrificants o les del sofre— que obtenen l'energia de l'oxidació de compostos inorgànics en lloc de la llum.

Nutrició heteròtrofa

Els organismes heteròtrofs —animals, fongs i molts microorganismes— no poden sintetitzar matèria orgànica i han d'incorporar-la ja elaborada d'altres éssers vius. Segons com l'obtinguen es distingeixen la nutrició holozoica (ingestió d'aliment sòlid, típica d'animals), sapròfita (descomposició de matèria morta, típica de fongs i bacteris) i paràsita.

Ambdós models, autòtrof i heteròtrof, comparteixen la respiració cel·lular, que allibera l'energia química de la glucosa en els mitocondris:

$$\mathrm{C_6H_{12}O_6} + 6\,\mathrm{O_2} \longrightarrow 6\,\mathrm{CO_2} + 6\,\mathrm{H_2O} + \text{energia (ATP)}$$

En un ésser pluricel·lular la nutrició no és tasca d'una cèl·lula, sinó d'aparells complets. En els animals intervenen l'aparell digestiu (digestió), el respiratori (intercanvi de gasos), el circulatori (transport) i l'excretor (eliminació de deixalles). En les plantes, l'arrel absorbeix aigua i sals, el xilema i el floema els transporten, i els estomes de les fulles regulen l' intercanvi gasós.

3. La reproducció sexual i asexual

La funció de reproducció garanteix la continuïtat de l'espècie mitjançant la producció de nous individus. Existeixen dues modalitats amb conseqüències genètiques i evolutives molt distintes.

Reproducció asexual

Intervé un sol progenitor i es basa en la mitosi, per la qual cosa la descendència és genèticament idèntica al parental (clons). Les seues formes més comunes són la gemmació (una gemma creix fins a desprendre's; Hydra, llevats), la fragmentació (regeneració a partir d'un tros; estrelles de mar, planàries), l'esporulació (formació d'espores; fongs, falgueres) i la multiplicació vegetativa en plantes (estolons, tubercles, rizomes, esqueixos). És ràpida i no requereix parella, però no genera variabilitat, la qual cosa resulta desavantatjosa davant de canvis ambientals.

Reproducció sexual

Intervenen dos progenitors (o almenys dos gàmetes) i es basa en la meiosi i la fecundació. La meiosi redueix a la meitat el nombre de cromosomes en formar els gàmetes (cèl·lules haploides):

$$2n \;\xrightarrow{\;\text{meiosi}\;}\; n$$

La fecundació —unió d'un gàmeta masculí i un de femení— restitueix la dotació cromosòmica i origina el zigot diploide, que per mitosi desenvoluparà el nou individu:

$$n + n \;\xrightarrow{\;\text{fecundació}\;}\; 2n \;(\text{zigot})$$

El seu gran avantatge és la variabilitat genètica, fruit de la recombinació i de la mescla de dos genomes, que aporta matèria primera a l'evolució. Segons la grandària dels gàmetes es parla d'isogàmia, anisogàmia i oogàmia. En els animals la fecundació pot ser externa o interna, i el desenvolupament, ovípar, ovovivípar o vivípar. En les plantes existeix una alternança de generacions entre una fase productora d'espores (esporòfit, $2n$) i una altra productora de gàmetes (gametòfit, $n$), un concepte clau que connecta aquest apartat amb la classificació vegetal.

4. La percepció d'estímuls i l'elaboració de respostes

La funció de relació permet a l'organisme captar estímuls del medi —intern o extern— i respondre de forma adequada, mantenint l'equilibri intern o homeòstasi. L'esquema general és comú a tots els éssers pluricel·lulars:

$$\text{estímul} \rightarrow \text{receptor} \rightarrow \text{coordinació} \rightarrow \text{efector} \rightarrow \text{resposta}$$

En els animals

Disposen de dos sistemes de coordinació complementaris. El sistema nerviós ofereix respostes ràpides i breus: els receptors sensorials capten l' estímul, les neurones transmeten la informació mitjançant impulsos electroquímics (potencial d'acció) i sinapsis, i els efectors (músculs i glàndules) executen la resposta. L'arc reflex és el circuit més simple de resposta involuntària. El sistema endocrí, per la seua banda, produeix respostes més lentes i duradores mitjançant hormones que viatgen per la sang i regulen el creixement, el metabolisme o la reproducció.

En les plantes

Manquen de sistema nerviós, però també perceben i responen. La seua coordinació és química, mitjançant fitohormones (auxines, giberel·lines, citoquinines, àcid abscísic i etilè), que regulen el creixement, la floració o la maduració dels fruits. Les seues respostes es manifesten com a moviments:

• Tropismes: creixements direccionals, orientats segons l'estímul, com el fototropisme (cap a la llum), el gravitropisme (segons la gravetat) o el tigmotropisme (per contacte, en les plantes enfiladisses).
• Nàsties: moviments ràpids i no direccionals, com el tancament de les fulles de la sensitiva (Mimosa pudica) en ser tocada.

5. La diversitat dels éssers vius: els grans models d'organització de vegetals i animals

L'enorme varietat de formes de vida s'ordena mitjançant la taxonomia. Linné va establir en el segle XVIII la nomenclatura binomial —cada espècie s'anomena amb dues paraules en llatí, gènere i epítet específic (Homo sapiens)— i una jerarquia de categories: domini, regne, fílum/divisió, classe, ordre, família, gènere i espècie. Sobre aquesta base, la classificació de cinc regnes de Whittaker (Moneres, Protoctists, Fongs, Plantes i Animals) i, més recentment, el sistema de tres dominis de Woese (Bacteris, Arqueus i Eucariotes) reflecteixen les relacions evolutives revelades per la biologia molecular. La teoria endosimbiòtica de Lynn Margulis explica, a més, l'origen de mitocondris i cloroplasts de la cèl·lula eucariota.

Grans models d'organització vegetal

El regne vegetal mostra una tendència evolutiva cap a la conquesta del medi terrestre:

• Talòfits (algues): sense verdaders teixits ni òrgans; cos anomenat tal·lus.
• Briòfits (molses i hepàtiques): terrestres, sense teixits conductors, amb gametòfit dominant i dependents de l'aigua per a la reproducció.
• Pteridòfits (falgueres): ja amb teixits vasculars (xilema i floema) i esporòfit dominant, però sense llavors.
• Espermatòfits (amb llavor): gimnospermes, de llavor nua (coníferes), i angiospermes, amb flors i llavors protegides pel fruit, el grup més diversificat i reeixit.

Grans models d'organització animal

El regne animal s'ordena atenent trets del pla corporal: la simetria (radial o bilateral), el nombre de capes embrionàries (diblàstics o triblàstics), la presència de celoma (acelomats, pseudocelomats, celomats) i el destí del blastopor (protostomats i deuterostomats). De forma clàssica es distingeix entre:

• Invertebrats: porífers (esponges), cnidaris (meduses, coralls), cucs (platelmints, nematodes, anèl·lids), mol·luscs, artròpodes —el fílum més nombrós, amb insectes, aràcnids i crustacis— i equinoderms.
• Vertebrats (subfílum dels cordats): peixos, amfibis, rèptils, aus i mamífers, caracteritzats per un esquelet intern amb columna vertebral.

6. Importància dels animals i plantes en la vida quotidiana

Plantes i animals són indispensables tant per a l'equilibri dels ecosistemes com per a la vida humana.

En el pla ecològic, les plantes són els productors primaris: fixen el $\mathrm{CO_2}$ atmosfèric, alliberen l'$\mathrm{O_2}$ que respirem, formen la base de les cadenes tròfiques i, amb les seues arrels, subjecten i generen el sòl. Els animals intervenen en la pol·linització, la dispersió de llavors, el control de poblacions i, juntament amb fongs i bacteris, en la descomposició que recicla els nutrients. Tot això constitueix els anomenats serveis ecosistèmics.

En el pla econòmic i social, l'agricultura i la ramaderia sostenen l' alimentació humana; obtenim fibres tèxtils (cotó, llana, seda), fusta, paper, biocombustibles i nombroses matèries primeres. En l'àmbit de la salut, molts medicaments procedeixen d'éssers vius: l'àcid acetilsalicílic (aspirina) deriva de la salicina del salze (Salix), la quinina del quino, el taxol del teix (Taxus) o la digoxina de la digital (Digitalis). Aquesta dependència justifica la urgència de conservar la biodiversitat, un patrimoni que l'activitat humana està erosionant a gran velocitat.

Aplicació didàctica

En el currículum LOMLOE (Real Decreto 217/2022), els continguts d'aquest tema es distribueixen al llarg de la matèria de Biologia i Geologia de l'ESO. L' organització dels éssers vius, la cèl·lula i la classificació s'aborden en 1r d'ESO; les funcions vitals (nutrició, relació i reproducció) i la seua comparació entre vegetals i animals es desenvolupen en cursos posteriors, i s' aprofundeixen en el Batxillerat. Són continguts idonis per a desenvolupar la competència STEM i la consciència ambiental (competència ciutadana), i per a plantejar situacions d'aprenentatge al voltant de la biodiversitat local, l' hort escolar o l'alimentació sostenible.

Convé anticipar les idees prèvies i errors freqüents: creure que les plantes "s'alimenten" del sòl i no de la llum i el $\mathrm{CO_2}$; pensar que només respiren els animals (les plantes fotosintetitzen i respiren); confondre respiració cel·lular amb intercanvi de gasos; o assumir que els clons asexuals són "iguals però més febles". El treball amb material real, l'observació microscòpica de teixits, les claus dicotòmiques de classificació i les eixides de camp resulten especialment eficaces per a corregir aquestes concepcions alternatives i consolidar l'aprenentatge.

Conclusió

Els éssers pluricel·lulars representen un salt de complexitat —l'organització en teixits, òrgans i sistemes— que permet realitzar les funcions de nutrició, reproducció i relació amb una eficàcia sense precedents. La nutrició autòtrofa i heteròtrofa, la reproducció sexual i asexual i la percepció d'estímuls i elaboració de respostes són les tres claus funcionals que, combinades amb els grans models d'organització vegetal i animal, expliquen l'astoradora diversitat de la vida. Comprendre aqueixa diversitat i el paper que plantes i animals exerceixen en els ecosistemes i en la nostra vida quotidiana és, a més d'un contingut curricular central, el fonament d'una educació ambiental responsable i del compromís amb la conservació de la biodiversitat.