Una cèl·lula (del llatí cellula, diminutiu de cella, 'cel·la') és la unitat bàsica estructural i funcional de tot ésser viu i, de fet, l'element més petit que es pot considerar viu. Els organismes es poden classificar en unicel·lulars o pluricel·lulars segons el nombre de cèl·lules, que en els organismes pluricel·lulars va des de 102 (certs nematodes) fins a 1017 (rorqual blau). En general, les cèl·lules tenen una mida de l'ordre de 10 µm i una massa de l'ordre d'1 ng, tot i que poden ser molt més grans.
La teoria cel·lular, proposada el 1838 per a les plantes i el 1839 per als animals, planteja que tots els organismes es componen de cèl·lules, que aquestes són la unitat bàsica de tot organisme i que totes les cèl·lules es formen a partir d'altres cèl·lules. Així doncs, totes les funcions vitals emanen de la maquinària cel·lular i les interaccions entre cèl·lules. A més a més, la conservació de la informació genètica en l'àcid desoxiribonucleic (ADN) fa que es pugui transmetre de generació en generació.
L'aparició del primer ésser viu a la Terra se sol associar al naixement de la primera cèl·lula. Encara que hi ha moltes hipòtesis sobre aquest fet, generalment es creu que el procés fou encetat per la transformació de molècules inorgàniques en orgàniques en condicions ambientals propícies. Seguidament, aquestes biomolècules s'haurien combinat i haurien creat entitats complexes capaces de replicar-se. Els fòssils d'estructures cel·lulars més antics s'han trobat en roques de la formació de Strelley Pool (Austràlia Occidental) i daten de fa 3.400 milions d'anys. Les dades suggereixen que aquestes cèl·lules tenien un metabolisme anaeròbic basat en el sofre.
Història i teoria cel·lular La història de la biologia cel·lular ha estat lligada al progrés tecnològic que en permetés l'estudi. Així doncs, les primeres observacions de la seva morfologia començaren amb la popularització dels microscopis rudimentaris de lents compostes al , foren suplementades amb diverses tècniques histològiques per microscòpia òptica als segles i , i assoleix un nivell de resolució superior mitjançant els estudis de microscòpia electrònica, de fluorescencia, i confocal, entre d'altres, ja al . El desenvolupament d'eines moleculars basades en la manipulació d'àcids nucleics i enzims permeteren una anàlisi més exhaustiva al llarg del .
Descobriment miniatura|Robert Hooke, que encunyà el terme cèl·lula. Les primeres aproximacions a l'estudi de la cèl·lula tingueren lloc al ; després de l'aparició a finals del dels primers microscopis.Janssen's Microscope Optical microscopy primer: museum of microscopy. Aquests instruments permeteren efectuar nombroses observacions que, en a penes dos-cents anys, portaren a un coneixement morfològic relativament acceptable. Aquesta és una breu cronologia d'aquests descobriments:
1665: Robert Hooke publicà els resultats de les seves observacions sobre teixits vegetals, com el suro, amb un microscopi de cinquanta augments construït per ell mateix. Aquest investigador fou el primer que, en veure en aquests teixits unitats que es repetien de manera similar a les cel·les dels nius d'abella, les denominà com a elements de repetició, «cèl·lules». Tanmateix, Hooke només pogué observar cèl·lules mortes, de manera que no pogué descriure les estructures de l'interior.Extracte de la descripció de Hooke (Universitat de Berkeley) Dècada del 1670: Leeuwenhoek observà diverses cèl·lules eucariotes (com ara protozous i espermatozous) i procariotes (bacteris). 1745: Needham descrigué la presència d'«animàlculs» o «infusoris»; es tractava d'organismes unicel·lulars. miniatura|Dibuix de l'estructura del suro observat per Robert Hook al microscopi tal com apareix publicat a Micrographia Dècada del 1830: Schwann estudià la cèl·lula animal; juntament amb Schleiden, postulà que les cèl·lules són les unitats elementals que constitueixen les plantes i els animals, i que són la base fonamental del procés vital. 1831: Brown descrigué el nucli cel·lular. 1839: Purkyně observà el citoplasma cel·lular. 1850: Virchow postulà que totes les cèl·lules provenen d'altres cèl·lules. 1857: Kölliker identificà els mitocondris. 1860: Pasteur feu diversos estudis sobre el metabolisme de llevats i sobre l'asèpsia. 1880: Weismann descobrí que les cèl·lules actuals comparteixen una semblança estructural i molecular amb cèl·lules de temps remots. 1931: Ruska construí el primer microscopi electrònic de transmissió a la Universitat Lliure de Berlín. Quatre anys més tard obtingué una resolució dues vegades superior a la del microscopi òptic. 1981: Margulis publicà la seva hipòtesi sobre l'endosimbiosi serial, que explica l'origen de la cèl·lula eucariota.Lynn Margulis (1981): Symbiosis in Cell Evolution. WH Freeman & Company.
Teoria cel·lular
El concepte de cèl·lula com a unitat anatòmica i funcional dels organismes sorgí entre els anys 1830 i 1880, tot i que fou al quan Robert Hooke en descrigué per primer cop l'existència, en observar en una preparació vegetal la presència d'una estructura organitzada que derivava de l'arquitectura de les parets cel·lulars vegetals. El 1830 ja es disposava de microscopis amb una òptica més avançada, que permeteren a investigadors com Theodor Schwann i Mattias Schleiden definir els postulats de la teoria cel·lular, que, entre altres coses, afirma: Que la cèl·lula és una unitat morfològica de tot ésser viu; és a dir, que en els éssers vius tot és format per cèl·lules o pels productes que secreta. Una cèl·lula pot crear diverses estructures segons la potència cel·lular. Aquest primer postulat seria completat per Rudolf Virchow, amb l'expressió llatina omnis cellula ex cellula (‘cada cel·lula [prové] d'una cel·lula’), que indica que tota cèl·lula deriva d'una cèl·lula precedent (biogènesi). En altres paraules, aquest postulat representa el rebuig de la teoria de generació espontània o ex novo, que hipotetitzava la possibilitat que es generés vida a partir d'elements inanimats. Un tercer postulat de la teoria cel·lular indica que les funcions vitals dels organismes tenen lloc o bé dins de les cèl·lules, o al seu entorn immediat, i que són controlades per substàncies que secreten. Cada cèl·lula és un sistema obert que intercanvia matèria i energia amb l'ambient. En una cèl·lula tenen lloc totes les funcions vitals, de manera que amb una n'hi ha prou per formar un ésser viu (que serà un organisme unicel·lular). Així doncs, la cèl·lula és la unitat fisiològica de la vida. Finalment, el quart postulat de la teoria cel·lular expressa que cada cèl·lula conté tota la informació hereditària necessària per al control del seu propi cicle i el desenvolupament i funcionament d'un organisme de la seva espècie, així com per la transmissió d'aquesta informació a la següent generació cel·lular.
Definició Es pot definir la cèl·lula com la unitat morfològica i funcional de tot ésser viu. De fet, la cèl·lula és l'element més petit que es pot considerar viu. Com a tal, té una membrana de fosfolípids amb permeabilitat selectiva que manté un medi intern altament ordenat i diferenciat del medi extern en la seva composició, que es troba sota un control homeostàtic, que consisteix en biomolècules i alguns metalls i electròlits. L'estructura s'automanté de manera activa mitjançant el metabolisme, assegurant-se la coordinació de tots els elements cel·lulars i la seva perpetuació per replicació a través d'un genoma codificat per àcids nucleics. La part de la biologia que s'ocupa de les cèl·lules és la citologia.
Estudi de les cèl·lules Els biòlegs utilitzen diversos instruments per estudiar les cèl·lules. Obtenen informació de les seves formes, mides i components, que els serveix per comprendre també les funcions que hi tenen lloc. Des de les primeres observacions de cèl·lules, fa més de tres segles, fins a l'època actual, les tècniques i els aparells s'han anat perfeccionant, originant un nou camp de la biologia: la microscòpia. Tenint en compte la petitesa de la gran majoria de les cèl·lules, l'ús del microscopi és d'enorme valor en la investigació biològica. En l'actualitat, els biòlegs utilitzen dos tipus bàsics de microscopi: els òptics i els electrònics.
Característiques Les cèl·lules, com a sistemes termodinàmics complexos, tenen una sèrie d'elements estructurals i funcionals comuns que en possibiliten la supervivència; tanmateix, els diferents tipus de cèl·lula presenten modificacions d'aquestes característiques comunes que en permeten l'especialització funcional i, així doncs, un guany en complexitat. D'aquesta manera, les cèl·lules romanen altament organitzades a expenses d'incrementar l'entropia del seu entorn, un dels requisits de la vida.
Característiques estructurals miniatura|L'existència de polímers com la cel·lulosa a la paret vegetal permet sostenir l'estructura cel·lular utilitzant una carcassa externa. Individualitat: Totes les cèl·lules estan envoltades per un embolcall (que pot ser una bicapa lipídica nua, en les cèl·lules animals; una paret de polisacàrid, en fongs i en vegetals; una membrana externa i altres elements que defineixen una paret complexa, en bacteris gramnegatius; una paret de peptidoglicà, en bacteris grampositius; o una paret de composició variada, en els arqueus) que les separa i comunica amb l'exterior, que controla els moviments cel·lulars i que manté el potencial elèctric de la cèl·lula. Contenen un medi intern aquós, el citosol, que forma gran part del volum cel·lular i en el qual estan immersos els orgànuls cel·lulars. Posseeixen material genètic en forma d'ADN, el material hereditari dels gens, que conté les instruccions pel funcionament cel·lular, així com ARN, per tal que l'ADN s'expressi. Tenen enzims i altres proteïnes, que sostenen, juntament amb altres biomolècules, un metabolisme actiu.
Característiques funcionals miniatura|Els enzims, un tipus de proteïnes implicades en el metabolisme cel·lular. Les cèl·lules vives són un complex sistema bioquímic. Les característiques que permeten distingir les cèl·lules dels sistemes químics no vivents són: Nutrició les cèl·lules agafen substàncies de l'ambient, les transformen en altres substàncies, alliberen energia i eliminen productes de refús mitjançant el metabolisme. Creixement i proliferació cel·lular Les cèl·lules són capaces de dirigir la seva pròpia síntesi. A conseqüència dels processos nutricionals, una cèl·lula creix i es divideix, formant dues cèl·lules, idèntiques a la cèl·lula original, mitjançant la divisió cel·lular. Diferenciació Moltes cèl·lules poden sofrir canvis de forma o funció en un procés anomenat diferenciació cel·lular. Quan una cèl·lula es diferencia, s'hi formen substàncies o estructures que anteriorment no hi eren, i altres que sí que hi eren deixen de formar-se. La diferenciació forma sovint part del cicle cel·lular, en què les cèl·lules formen estructures especialitzades relacionades amb la reproducció, la dispersió o la supervivència. Senyalització Les cèl·lules responen a estímuls químics i físics tant del medi extern com del seu interior i, en el cas de les cèl·lules mòbils, cap a determinats estímuls ambientals o en direcció oposada mitjançant un procés anomenat síntesi. A més, sovint les cèl·lules poden interaccionar o comunicar-se amb altres cèl·lules, generalment per mitjà de senyals o missatgers químics, com ara hormones, neurotransmissors, factors de creixement, etc. En els éssers pluricel·lulars hi ha complicats processos de comunicació cel·lular i transducció de senyals. Evolució A diferència de les estructures inanimades, els organismes unicel·lulars i pluricel·lulars evolucionen. Això significa que hi ha canvis hereditaris (que tenen lloc a baixa freqüència en totes les cèl·lules de manera regular) que poden influir en l'adaptació global de la cèl·lula o de l'organisme superior de manera positiva o negativa. El resultat de l'evolució és la selecció d'aquells organismes més ben adaptats a viure en un medi particular.