REPRODUCCIÓN SEXUAL

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.

  3. La reproducción sexual: principios generales

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

 

MITOSIS

MEIOSIS

§         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.

 

 

    "Ciclo de una rana. Adaptado de www.earlham.edu"

 

Ejemplos de desarrollo postembrionario indirecto: metamorfosis de la mariposa y de la rana.

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