REPRODUCCIÓN SEXUAL, MEIOSIS Y CICLOS BIOLÓGICOS
1.
La función de reproducción
La reproducción puede definirse como el proceso según el cual uno o dos
organismos forman un nuevo individuo asegurando, por un lado, la perpetuación y
las características de la especie y por otro, el aumento del número de
individuos de la propia especie favoreciendo así su capacidad colonizadora.
Las funciones vitales de los seres vivos, nutrición, relación y regulación
tienen como finalidad el mantenimiento de la vida del individuo. La función de
reproducción, en cambio, tiende a la conservación de la especie, no del
individuo. Cualquier organismo, animal o vegetal, puede vivir sin órganos
reproductores, pero si cesara la función reproductora de todos los miembros de
una misma especie, ésta, estaría condenada a la extinción.
La reproducción confiere a la materia viva una de sus características más
importantes: su continuidad, compensando así la desaparición de los individuos
producida por enfermedad o por muerte.
2.
Tipos de reproducción
La
reproducción se presenta bajo dos modalidades: asexual y
sexual.
§
En
la reproducción
asexual,
se forma un nuevo individuo a partir de un solo organismo progenitor sin la
intervención de células especializadas y sin intercambio de material genético.
§
La
reproducción
sexual,
sin embargo, se basa en la unión de dos células especializadas llamadas gametos, procedentes de dos
progenitores sexualmente distintos, dando origen a una célula denominada cigoto
o
célula huevo, que, por sucesivas divisiones, da lugar a un nuevo individuo.
Ambas
modalidades tienen, sin embargo, algo en común y es que para que se puedan
llevar a cabo es imprescindible que las células se dividan por mitosis.
Los seres vivos que se reproducen sexualmente poseen dos tipos de células: las somáticas
que forman la mayoría de los órganos del cuerpo, y las germinales,
especializadas en la reproducción.
Este tipo de reproducción tiene lugar cuando dos células germinales, los gametos,
procedentes de progenitores diferentes se unen mediante la fecundación
para formar un nuevo individuo.
El hecho de que se tengan que encontrar células procedentes de
individuos sexualmente distintos, así como la necesidad de desarrollo de la
nueva célula resultante entraña dificultades; y en efecto, este modelo de
reproducción es más lento y menos eficaz en cuanto a producción de
descendencia que la reproducción asexual.
Sin embargo estos aparentes inconvenientes se ven compensados por la enorme
ventaja que supone la fusión de los núcleos de los dos gametos, dando como
resultado una nueva combinación de cromosomas en la descendencia, lo que
representa un avance evolutivo, ya que tales combinaciones aumentan la
posibilidad de adaptación de los individuos de una especie a las posibles
variaciones del ambiente.
En la reproducción sexual pueden marcarse tres fases claramente definidas:
La secuencia de estas tres fases constituye el ciclo biológico
de los seres vivos.
4.
Meiosis y ciclos biológicos
Si los gametos tuvieran el mismo número de cromosomas que las demás células
del organismo, el cigoto tendría el doble, y si este mecanismo continuara en
cada proceso reproductivo, el número de cromosomas de la especie se duplicaría
de generación en generación. Ha de existir, entonces, un mecanismo que permita
que el número de cromosomas de una especie permanezca constante; este mecanismo
es la meiosis.
Explicación de la meiosis
La meiosis puede definirse como el proceso en virtud del cual una célula
con 2n cromosomas se divide dando como resultado a cuatro células con la mitad
de cromosomas.
Se lleva cabo mediante dos mitosis consecutivas como se puede ver en el
esquema adjunto.
La primera mitosis se caracteriza por una profase mucho más larga que la
de una mitosis normal en la que tiene lugar el emparejamiento de los cromosomas
homólogos y el sobrecruzamiento, en el que se da intercambio de material genético
entre ellos.
La segunda mitosis es normal y se realiza de manera simultánea en las
dos células hijas resultantes de la primera mitosis.
Las células que realizan la meiosis se denominan haploides (n
cromosomas) y pertenecen a la línea germinal del individuo, frente a las células
somáticas, diploides (2n cromosomas), que conservan su doble dotación
cromosómica.
Las consecuencias
de la meiosis son por tanto:
a) Reducción a la mitad del número de cromosomas.
b) Obtención de cuatro células diferentes entre sí y diferentes a las
progenitoras.
Diferencias
entre mitosis y meiosis
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|
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MITOSIS |
MEIOSIS |
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§
Ocurre en cualquier
tipo de célula. §
Ocurre tanto en células
haploides como diploides. §
El resultado de la
división es de dos células hijas. §
Las células hijas
mantienen el mismo número de cromosomas que las células madre. §
Durante la profase no
hay entrecruzamientos y, por tanto, los cromosomas de las células hijas
son idénticos (si no se producen mutaciones) |
§
Ocurre sólo en células
de la línea germinal. §
Ocurre sólo en células
diploides. §
El resultado de la
división es de cuatro células hijas. §
Las células hijas
tienen la mitad de cromosomas que las células madre. §
Durante la profase se
producen entrecruzamientos y, por tanto, los cromosomas de las células
hijas son el producto de la recombinación genética. |
Ciclos biológicos
La meiosis puede llevarse a cabo en diferentes momentos de la vida de los
individuos y atendiendo a esta particularidad pueden considerarse tres tipos de
organismos y ciclos biológicos: haplontes, diplontes y diplohaplontes.
5.
Tipos de reproducción sexual
La reproducción sexual se
extiende a todos los grupos de los seres vivos y a lo largo de la evolución ha
adoptado diferentes modalidades en función de la forma y especialización de
los gametos:
Isogamia
La fecundación
de gametos iguales en forma y en tamaño. Ambos son células móviles por lo que
presentan, generalmente, flagelos.
Anisogamia
En este caso los gametos presentan la misma forma pero diferente tamaño.
El gameto más pequeño es el que suele dirigirse hacia el grande para
fecundarlo.
Oogamia
El gameto femenino presenta un mayor volumen y es sedentario, frente al
masculino, más pequeño y móvil, lo que implica la especialización de ambas células.
En este caso hay que hablar de oosfera y anterozoide en el caso de
los vegetales, y óvulo y espermatozoide en el de los animales
respectivamente.
Isogamia
Anisogamia
Oogamia
Conjugación
Es un tipo de reproducción especial que se da en el algunos
microorganismos, en la que se da meiosis y apareamiento.
Conjugación
en Paramecium
Partenogénesis
Es
la reproducción a partir de un óvulo sin fecundar. El nuevo individuo tendrá
la mitad de cromosomas que su progenitor. En sentido amplio, también incluye
determinados casos de reproducción asexual. Este tipo de reproducción se da en
insectos sociales como: abejas, avispas y hormigas.
6.
La formación de los gametos: gametogénesis
Es el proceso por el cual, a partir de células germinales diploides, se
originan gametos haploides mediante meiosis. Se lleva a cabo en cada una de las gónadas
masculinas y femeninas. Hay que diferenciar, por tanto, la gametogénesis
masculina o espermatogénesis,
y la femenina u ovogénesis.
En algunas especies de animales, el mismo individuo produce tanto óvulos como espermatozoides, se denominan hermafroditas; pero la mayor parte de ellas son de sexos separados, hay individuos machos e individuos hembras, se les denomina unisexuales.
Espermatogénesis
Es el proceso
de formación de los espermatozoides en los testículos a partir de las espermatogonias
(2n cromosomas) o células madre. Estas células se multiplican
repetidamente por mitosis (fase de proliferación), después aumentan de tamaño
y se transforman en espermatocitos de primer orden (fase de crecimiento).
Cada uno de ellos, tras la primera división meiótica, se transforman en espermatocitos
de segundo orden (n cromosomas), y en la segunda división meiótica se
forman las espermátidas (fase de maduración). Estas espermátidas
sufren una serie de transformaciones morfológicas convirtiéndose en espermatozoides.
Oogénesis
Es el proceso
de formación de los óvulos en los ovarios a partir de las oogonias
(2n cromosomas) o células madre de los óvulos.
Es análogo al de las células masculinas.
Las oogonias pasan por una fase de proliferación y de crecimiento
transformándose en oocitos de primer orden. Estos, en la fase de
maduración, tras la primera división de la meiosis se transforman en dos células
de distinto tamaño, una grande, oocito de segundo orden, y otra pequeña,
primer corpúsculo polar. Ambos sufren la segunda división meiótica
originando un óvulo y tres corpúsculos polares.
Como diferencia entre ambos procesos observamos que mientras que de cada
espermatogonia se forman cuatro espermatozoides, de cada oogonia surge un único
óvulo. Otra diferencia esencial en el proceso es el gran tamaño que logra el
óvulo como consecuencia de la aportación de citoplasma de los tres corpúsculos
polares.
7.
Fecundación
Es la serie de mecanismos mediante los cuales se unen los gametos
masculinos y femeninos para formar un cigoto.
El encuentro de los gametos siempre se hace en un medio líquido, de ahí
la presencia de órganos locomotores que en el caso de los espermatozoides están
presentes en todas las especies, mientras que los óvulos de las especies
superiores se hacen sedentarios.
Hay dos tipos de fecundación:
§
Fecundación externa
§
Fecundación interna
Fecundación externa
Propia de los animales acuáticos.
En ella los individuos lanzan al agua sus gametos.
Es comparable a la polinización anemógama de las plantas.
El éxito de la fecundación externa depende de varios factores:
§
Puesto que el
espermatozoide carece de sustancias de reserva, no puede vivir mucho tiempo
después de haber sido expulsado y si ha de alcanzar al óvulo, ambos deben ser
expulsados al mismo tiempo y en el mismo lugar.
§
Dado que el encuentro
depende del azar, este tipo de fecundación implica la producción de un elevado
número de gametos.
Fecundación
interna
La presentan
algunos peces, los vertebrados terrestres y los artrópodos.
En todos estos
animales los espermatozoides son liberados dentro del aparato reproductor de la
hembra.
Como en la
fecundación externa, los espermatozoides necesitan de un medio líquido para
desplazarse hasta el óvulo, lo que se resuelve mediante la producción de líquido
seminal por parte de los machos.
La fecundación
interna supone un avance evolutivo por las ventajas que presenta:
§
Protege a los gametos de
los peligros del medio externo.
§
Se precisan relativamente
pocos gametos.
No obstante,
el depósito interno de los espermatozoides por parte del individuo macho no
asegura la fecundación; existe todavía el problema de la sincronización
entre los individuos que intervienen en el proceso, regulada mediante sistemas
de coordinación y control hormonal.
Proceso de fecundación
Tanto en la fecundación externa como en la interna el proceso se lleva
cabo en tres fases consecutivas:
1.
Encuentro del
espermatozoide con el óvulo
en el que intervienen sustancias químicas específicas de cada especie que actúan
de receptores de los espermatozoides.
2.
Activación del óvulo,
que viene determinada por el aumento de síntesis de proteínas y aumento del
consumo de oxígeno.
3.
Penetración del
espermatozoide en el óvulo.
La formación de la membrana de fecundación impide la entrada a los demás
espermatozoides. La cola del espermatozoide se desprende y queda fuera, entrando
sólo el núcleo, y el centriolo. El núcleo espermático se aproxima al del óvulo,
las membranas de ambos se fusionan y forman el núcleo del cigoto diploide. A
continuación, comienzan las divisiones por mitosis.
Según la cantidad de sustancias de reserva o vitelo que
contengan, los huevos pueden ser:
•
Isolecitos, con poco vitelo y uniformemente distribuido por el
citoplasma; es propio de los equinodermos, mamíferos, entre otros.
• Heterolecitos,
con abundante vitelo localizado en el polo opuesto al núcleo; es propio de
anfibios.
• Centrolecitos,
localizado en torno al núcleo; es propio de los artrópodos.
• Telolecitos,
la gran cantidad de vitelo ocupa prácticamente toda la célula, quedando el núcleo
reducido a un pequeño disco deplazado; es propio de peces, reptiles y aves.
La gran cantidad
de vitelo permite al embrión un desarrollo completo dentro del huevo.
8. Desarrollo
La fecundación
es solamente una parte de la reproducción; una vez que ha ocurrido, la única célula
existente debe originar un organismo complejo.
A la serie de
mecanismos que se suceden en el periodo comprendido entre la fecundación hasta
la formación de un individuo adulto se le denomina desarrollo.
El desarrollo animal se lleva a cabo en dos fases fundamentales:
§
Desarrollo embrionario.
§
Desarrollo postembrionario.
Desarrollo
embrionario
Es
el periodo en el que se forma el embrión y termina con la eclosión del huevo
en animales ovíparos, o con el parto en vivíparos.
Durante
el desarrollo embrionario se forman todos los tejidos y estructuras, o por lo
menos su esbozo, que realizarán las funciones básicas del organismo adulto.
Este
desarrollo tiene tres fases:
a)
Segmentación.
b)
Morfogénesis.
c)
Diferenciación
celular.
a)
Segmentación
La
segmentación se consigue mediante numerosas divisiones de las células por mitosis.
Las células a que dan lugar permanecen unidas y se llaman blastómeros. Inicialmente los blastómeros forman una masa esferoidal compacta llamada mórula. Posteriormente se forma una cavidad en el centro de la mórula, llamada blastocele y a la nueva estructura se le llama blástula.
El
tipo de segmentación queda determinada principalmente por la cantidad de vitelo
que posee el huevo. Si contiene poco vitelo, el cigoto puede dividirse
enteramente; pero si el vitelo es abundante, el huevo se divide parcialmente.
b) Morfogénesis
La
formación de la blástula señala el final del proceso de segmentación. La
fase siguiente se caracteriza por la formación de una nueva cavidad: el arquénteron que se comunica con el
exterior mediante el blastoporo. Como consecuencia aparecen
dos capas de células diferenciadas, una exterior, el ectodermo, y otra interior, el endodermo. El proceso se llama
gastrulación y la nueva estructura, gástrula. Ectodermo y endodermo
constituyen las primeras capas embrionarias.
Algunos
animales continúan su desarrollo embrionario quedándose en la fase de gástrula:
son los animales diblásticos, como por ejemplo las
esponjas y los celenterados. Pero el resto de los animales continúan su
desarrollo embrionario adquiriendo una tercera capa de células, el mesodermo.
Como consecuencia del desarrollo de esta tercera hoja embrionaria, aparece una
nueva cavidad, el celoma; a los animales que lo
presentan se denominan celomados.
GASTRULACIÓN EN ANIMALES TRIBLÁSTICOS
El mesodermo
está formado por dos hojas:
§
Hoja
parietal,
adherida al ectodermo.
§
Hoja
visceral,
adherida al endodermo.
Entre ambas
hojas queda la cavidad general del cuerpo, el celoma.
c) Diferenciación celular
Los tejidos y
órganos del cuerpo del animal adulto se forman a partir de las células del
ectodermo, endodermo y mesodermo. Estas hojas embrionarias sufren cambios morfológicos
y estructurales para especializarse finalmente en la función de cada uno de los
tejidos
y órganos del animal adulto.
Del ectodermo
se originan:
Del
endodermo se originan:
Del
mesodermo se originan:
El embrión formado debe ser protegido y alimentado, y en el medio
terrestre, además, hay que evitar la desecación. La solución evolutiva ha
sido la de envolver al embrión en una serie de cubiertas o estructuras que
constituyen los anexos embrionarios en el caso de los vertebrados
terrestres; éstas son: la cáscara, el amnios que contiene el líquido
amniótico, saco vitelino, alantoides y la placenta en el
caso de los mamíferos.
Desarrollo
postembrionario
Es el periodo
en el que se forma el individuo
adulto.
En la mayoría
de los animales el desarrollo embrionario termina con la eclosión del huevo con
la que sale al exterior un organismo que no se parece en nada al definitivo, hay
que hablar, entonces, de estado de larva que mediante una serie de
cambios, metamorfosis, pasan finalmente al estado
adulto. A este modelo de desarrollo se le denomina desarrollo indirecto y lo presentan animales
tales como gusanos, moluscos, equinodermos, crustáceos, la mayoría de los
insectos, peces y anfibios.
En
otras ocasiones el organismo se convierte en adulto sólo por crecimiento sin
pasar por ningún estado larvario, es el desarrollo directo, y lo presentan los
reptiles, aves y mamíferos.
Ejemplos
de desarrollo postembrionario indirecto: metamorfosis de la mariposa y de la
rana.