Reproduccion

UNIDAD III

REPRODUCCION Y  EMBRIOLOGIA

Definición: Es la capacidad de producir nuevos individuos vivos y es una característica de todos los organismos. Durante muchos siglos se pensó que muchas formas vivientes se producían a partir de substancias inorgánicas por generación espontánea. En la actualidad, se ha concluido que la vida solo procede de vida pre-existente (omne vivum ex vivo) por tanto, está implicado el proceso de reproducción.

Función: La reproducción es una de las funciones esenciales de los seres vivos, que asegura la supervivencia de los organismos a lo largo del tiempo, dando lugar a nuevos individuos semejantes a ellos mismos. Mediante la  reproducción un organismo origina una célula o un grupo de células, que tras un proceso de desarrollo, da origen a un nuevo organismo de la misma especie, posibilitando la supervivencia de la misma.

Importancia ecológica y económica de la reproducción: La reproducción es un proceso indispensable en la vida de los organismos ya que debido a ella perduran las especies a lo largo del tiempo. Conocer los mecanismos de reproducción de las distintas especies permite que, con las técnicas biológicas actuales, se puedan modificar en beneficio del ser humano.

·         Ecológica: polinización, pone en peligro la aplicación de insecticida y colonización de hábitat; adaptación, condiciones ambientales y recuperación de zonas destruidas.

·         Alimentación e industria: las levaduras y bacterias son utilizadas en los alimentos, así como los ciclos reproductivos; son utilizados en la ganadería, hortalizas y acuicultura.

·         Jardinería; se emplea en las plantas por reproducción asexual y animales domesticos; mejoramiento de animales domésticos.

·         Sanidad: se emplea para conocer las enfermedades y plagas; a través del el ciclo reproductivo de los patógenos; iseminación artificial, reproduccion de especies en extinción.

Tipos de Reproducción: Existen dos modalidades de reproducción:

• La reproducción asexual.

• La reproducción sexual.

Reproduccion Asexual: Consiste en la reproducción de la especie sin necesidad de la unión de gametos. Es Común en los microorganismos, plantas y animales de organización simple. Se presenta en los organismos unicelulares y pluricelulares:

·         Organismos unicelulares: es el tipo de reproducción más sencillo y primitivo, no requiere células especializadas. Como forma general, una célula, llamada “célula madre”, se divide dando lugar a dos o más células llamadas “células hijas”, con la misma información genética que la célula madre. Este tipo  se llama también reproducción vegetativa porque la realizan células somáticas, las que forman las distintas partes del cuerpo del progenitor.

Tipos:

·         Fisión o escisión unicelular: El organismos se divide en dos partes  aproximadamente iguales, primero se divide el núcleo y luego el citoplasma. Cada una de éstas, crece hasta alcanzar el tamaño completo y el proceso se repite en cada nueva célula formada. Las bacterias pueden reproducirse por fisión cada veinte o treinta minutos, así como la ameba y otros protozoarios.

·         Gemación: la división es similar a la anterior pero difiere porque las dos partes no son de igual tamaño, esto se observa en las levaduras. Ejemplo: En las células se forman abultamiento que se  denominan yema en cierta porción de la pared. El núcleo de la célula progenitora se divide y uno de los núcleos hijos pasa a la yema. Bajo condiciones favorables, la yema puede producir a la vez otra yema antes de que se separe de una célula progenitora.

·         Pluripartición: En la célula madre se produce numerosas divisiones del núcleo, sin exista división del citoplasma, para mas tarde cada uno rodearse de citoplasma dando lugar a varias células hijas de igual tamaño, comopor ejemplo en plasmodium.

 ·      Organismos pluricelulares, la célula se divide mediante mitosis, originando células hijas en diferentes número y tamaño

§   Gemación: el nuevo individuo surge de la yema, sobre un animal viejo y adquiere más tarde la forma y tamaño de éste. Ej. Cisticercos de Taenia solium y Cnidarios

§   Esporulación: En hongos y ciertas plantas la reproducción se lleva a cabo por la formación de esporas, los cuales contienen un núcleo y una pequeña porción de citoplasma. Así las esporas funcionan como agentes de dispersión, que hacen posible la propagación del organismo en nuevos lugares.

§   Fragmentación: consiste en que el cuerpo del animal se fragmenta en varias partes, cada una de ellas puede regenerar todas las estructuras del organismo adulto, una vez que completa el crecimiento el gusano, se rompe en ocho o nueve fragmentos. Se observa en planarias y lombrices de tierra.

§   Partenogénesis: se da en insectos sociales, donde se pueden originar nuevos individuos adultos a partir de óvulos sin que ocurra fecundación; es decir, el óvulo se desarrolla sin la intervencion del espermatozoide Ej. Pulgones, las hembras que sales en primavera se reproducen por partenogénesis y hembras que salen al finalizar  el verano se reproducen sexualmente y ponen huevos para eclosionar en la primavera.

Reproduccion Sexual o Gametángicas:

La reproducción sexual es aquella en la que intervienen células especializadas llamadas gametos, que se forman en órganos especiales denominados gónadas y cuya finalidad es formar una gran variedad de combinaciones genéticas en los nuevos organismos para mejorar las posibilidades de supervivencia. El proceso clave de la reproducción sexual es la meiosis, un tipo especial de división que conduce a una célula normal con un número determinado de cromosomas (diploide) a otras con la mitad de los mismos (haploide), a la vez que se generan múltiples combinaciones de genes y de organismos.

 Todos los organismos animales proceden del desarrollo de una célula llamada huevo o cigoto que procede de la unión de los gametos, un espermatozoide y un óvulo, células especiales que se forman en las gónadas, testículos y ovarios respectivamente.

 En los animales existe una gran diversidad de formas de reproducción sexual, la mayoría son unisexuales pero algunos grupos son hermafroditas como determinados anélidos, moluscos o peces, realizando una fecundación cruzada entre dos organismos, ya que no se pueden fecundar a sí mismos.

Tipos de Reproducción:

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Conjugación: La conjugación es un proceso de reproducción sexual que ocurre en ciliados. En este proceso se produce una meiosis y un posterior intercambio de información genética entre dos individuos. Tipos de partenogénesis: Según exista o no meiosis, pueden distinguirse:

• Partenogénesis ameiótica o diploide: no existe meiosis y el huevo se forma por mitosis y por tanto es diploide. Puede considerarse como reproducción asexual, al no existir células haploides. Este tipo se conoce en algunos platelmintos, rotíferos, crustáceos, insectos y anfibios.
• Partenogénesis meiótica o haploide: se forma un óvulo haploide por meiosis que se desarrolla sin ser fecundado. Se da en algunos platelmintos, rotíferos, anélidos, insectos (abejas, avispas, insectos palo y hormigas), peces, anfibios y reptiles. Aunque no existe singamia, se produce meiosis, y por tanto recombinación, por lo que se puede considerar un medio de reproducción sexual. En ocasiones, el individuo queda, aunque recombinante, haploide; otras veces, la condición diploide se recupera por duplicación de los cromosomas; tal es el caso de algunos insectos, en los cuales el ovulo "n" resultante, recombina con su propio corpúsculo polar, también "n", formando de nuevo una célula diploide, de la que surgirá un adulto diploide. En esa última, si bien de un gameto haploide femenino se produce un individuo en todos los casos, la podemos dividir en tres tipos:

·         Arrenotoquia: tipo de partenogénesis en la cual la progenie masculina es partenogenética y la femenina es por reproducción sexual. Se da en la vasta mayoría de Hymenoptera. Es el caso de todas las subespecies de Apis mellifera, excepto Apis mellifera capensis, y en los demás miembros de la familia Apidae, Formicidae, etc.

·         Telitoquia: tipo de partenogénesis en la cual la progenie es femenina. Caso de parasitismo de Apis mellifera capensis sobre Apis mellifera scutellata, u otros grupos como algunos pulgones o insectos palo.

·         Anfitoquia o deuterotoquia: tipo de partenogénesis por la cual la descendencia está constituida por individuos de ambos sexos. Se da en algunos Coccoidea, Aphididae y Cladocera entre otros grupos.

En caso de Paramecium, los pasos son los siguientes:

•          Fusión de dos paramecios.

•          Degeneración del macronúcleo.

•          El micronúcleo se divide por meiosis, generando cuatro micronúcleos y reduciendo su material genético.

•          Degeneración de tres de los micronúcleos. El otro micronúcleo se divide.

•          Un micronúcleo es intercambiado con el otro paramecio con el que se encuentra fusionado.

•          Los micronúcleos, el antiguo y el intercambiado, se fusionan.

El núcleo se divide y origina dos micronúcleos. Uno de ellos formará el macronúcleo por consecutivas duplicaciones de ADN. El otro se mantendrá en forma de micronúcleo.  

·         En Cnidarios: llamados también celéntereos y comprende organismos en forma de pólipos, como la anémonas que viven fijos a un sustrato y forma medusa, que son de vida libre. Se reproducen sexual y asexual alternatiamente.

Asexual; el pólipo crece y se divide mediante surcos transversales, tomando el aspecto de una pila de platillos, los platillos se separan por la parte alta de los pólipos y se tranforman en éfiras, larva de vida libre parecidas a diminutas medusas.

Sexual; Las éfiras crecen y se tranforman en una medusa adulta con gónadas en las que se producen gametos. Los espermatozoides del macho fecunda los óvulos de la hembra, que incuba los huevos  hasta que se transforman en larvas plánulas, éstas posteriormente se separan de la medusa madre e inicia su vida independiente, la plánula es la fase juvenil de la medusa, nada libremente hasta que se fija en el fondo marino y da lugar a un pólipo, repitiéndose el ciclo.

Carigamica: Es la fusión en el interior del ovulo del pronúcleo femenino haploide con el pronúcleo masculino haploide después de la fecundación.

·         Anfibios y Peces: y de forma muy semejante al grupo de los peces tienen una reproducción relacionada con el medio acuático, ya que en este medio donde nace, se desarrolla y reproducen, se caracterizan por tener una fecundación externa, liberando los óvulos y espermatozoides en el agua y teniendo una reproducción ovípara. Para reproducirse el macho sujeta a la hembra y a medida que sale los ovulos el macho los va fecundado.

·         Insectos; son los organismos más abundante y diversos del planeta, habiendo colonizados la mayoría de sus habitáts, tanto terreste como acuáticos. La mayoría son unisexuales y ovíparos con fecundación internay realiza un proceso llamado metamorfosis.

La metamorfosis consiste en un proceso de transformación complejo, de tal forma que las crias son diferentes a los adultos.

Hay dos tipos:

Sencilla; al pricipio de pequeño tamaño, va creciendo paulatinamente, pasando por una serie de mudas cambiando su cutícula pequeña por otra más grande hasta transformarse en adulto.

Compleja; los organismos pasan por diferentes fases, primero la fase de larva u oruga, donde acumula gran cantidad de nutrientes, después presenta la fase de pupa, una forma inmóvil rodeada de capa protectora y por último la fase adulta o imago que es la fase definitiva.

·         Reptiles y Aves; tienen una reproducción adaptada al medio terrestre, presenta una fecundación interna y ovípara. Algunas especies de serpientes, son ovovivíparo, la madre no pone los huevos, sino que los conserva en su interior  hasta que eclosionan, momento en que salen las crías.

·         Mamíferos; han alcanzado la máxima protección del embrión al cuidarlo dentro de la madre, alimentándolo a través de un órgano llamado placenta, por ello son organismos vivíparo y presenta fecundación interna.

Etapas de la Reproducción:

Gametogenesis: Es el proceso evolutivo para obtener espermatozoide y óvulos por medio de la meiosis, a partir de células germinales.

• La espermatogénesis es el proceso de producción de los gametos masculinos (espermatozoides) que tienen su producción en los testículos, específicamente en los tubulos seminíferos. Dentro de este, destacan los siguientes procesos:

·         Proliferación: las células germinales de los testiculos sufren mitosis para que la cantidad de espermatogonios sea amplia.

·         Crecimiento: las células germinales sufren su primera división meiótica para formar los llamados "espermatocitos I". Luego sufren su segunda división meiótica, donde se forman los "espermatocitos II"

·         Maduración: los espermatocitos II, que ya son haploides y de cromosomas simples, se les genera el flagelo y el acrosoma. A estos espermatocitos II, luego de su transformación se les llama espermátida.

·         Diferenciación: cada espermátida es diferente a otra por la variabilidad genética (crossing-over y permutación cromosómica.

·         En la espermatogénesis, por cada célula germinal se producen cuatro espermátidas.

·       La ovogénesis es el proceso de formación de los gametos femeninos.Tiene lugar en los ovarios. Los ovogonios se ubican en los folículos ováricos, crecen y tienen modificaciones; éstos llevan a la primera división meiótica que da como resultado un ovocito primario (que contiene la mayor parte del citoplasma) y un primer corpúsculo polar (su rol es llevarse la mitad de los cromosomas totales de la especie). Las dos células resultantes efectúan la meiosis II, del ovocito secundario se forman una célula grande (que tiene la mayor parte del citoplasma) y un segundo corpúsculo polar, estos se desintegran rápidamente, mientras que la célula grande se desarrolla convirtiéndose en los gametos femeninos llamados óvulos. El Gameto femenino queda estancado en meiosis II, específicamente en Metafase II; si éste Gameto es fecundado, la célula continúa Meiosis II para que sea Haploide. Al óvulo lo rodea una capa de diferentes células, llamada folículo de Graaf.

 La ovogénesis cuenta con diversas fases, las cuales son:

·         Proliferación: durante el desarrollo embrionario, las células germinales de los ovarios sufren mitosis para originar a los ovogonios.

·         Crecimiento: en la pubertad crecen para originar los ovocitos de primer orden.

·         Maduración: el ovocito del primer orden sufre meiosis.

·         La ovogénesis comienza antes del nacimiento y se completa durante la vida reproductiva de la mujer, al ocurrir la fecundación.

  

Fecundacion:

La fecundación o fertilización, también llamada singamia, es el proceso por el cual dos gametos (masculino y femenino) se fusionan para formar el huevo o cigoto y crear un nuevo individuo con un genoma derivado de ambos progenitores. Los dos fines principales de la fecundación son la combinación de genes derivados de ambos progenitores y la generación de un nuevo individuo (reproducción). Los detalles de la fecundación son tan diversos como las especies; sin embargo, existen cuatro eventos que son constantes en todas ellas:

1. El primer contacto y reconocimiento entre el óvulo y el espermatozoide, que en la mayor parte de los casos es de gran importancia para asegurar que los gametos sean de la misma especie.
2. La regulación de la interacción entre el espermatozoide y el gameto femenino. Solamente un gameto masculino debe fecundar un gameto femenino. Esto puede lograrse permitiendo que sólo un espermatozoide entre en el óvulo, lo que impedirá el ingreso de otros.
3. La fusión del material genético proveniente de ambos gametos.
4. La formación del cigoto y el inicio de su desarrollo.

Existen algunas variantes según las similitudes y diferencias entre los gametos, pueden ser:

·         Fecundación isogámica: Unión de dos gametos idénticos en tamaño y estructura, Ocurre solamente en algunos grupos, como los protozoa.

·         Fecundación anisogámica: Unión de dos gametos distintos, tanto en tamaño como en estructura, uno masculino y otro femenino. Ocurre en la mayor parte de los grupos.

·         Fecundación ovogámica: gametos muy distintos: el femenino es grande e inmóvil y aporta todas las reservas nutritivas al cigoto, mientras que el masculino es pequeño y móvil.

De acuerdo a las especies pueden ser:

·         Fecundación cruzada: fecundación en la que cada gameto procede de un individuo distinto. En algún raro caso, dos individuos se fecundan mutuamente, como ocurre en los caracoles terrestres (o. Pulmonata).

·         Autofecundación: cuando los dos gametos proceden del mismo individuo. En las plantas angiospermas, cuyas flores suelen ser hermafrodita, es frecuente la autofecundación, casi siempre combinada con la fecundación cruzada. En algunas especies coexisten con las normales ciertas flores especiales que no se abren, y se produce la fecundación dentro del capullo (cleistogamia).

·         Fecundación interna: los espermatozoides llamados introespermatozoide, es un tipo de espermatozoide avanzado (su morfología es de una cabeza que contiene al núcleo y al acrosoma, un cuello donde están los centríolos, la pieza media que es el flagelo rodeado de vainas mitocondriales, y finalmente la pieza terminal que es la continuación del flagelo pero rodeado de vainas fibrosas), estos pasan al cuerpo de la hembra inyectados por órganos copuladores en el curso de un acoplamiento, o bien son tomados por la hembra en forma de un espermatóforo liberado previamente por el macho. Es cuando la unión de los dos gametos o células sexuales (espermatozoide y óvulo) se realiza dentro del cuerpo de la madre en el útero o matriz, de acuerdo a ello los animales se clasifican en:

o    Ovíparos: fecundación interna y desarrollo embrionario externo dentro de un huevo provisto de nutrientes y cáscara calcárea, por ej., los Monotremas (Ornitorrinco, Equidnas), muchas especies de invertebrados, reptiles y aves.

o    Ovovivíparos: fecundación interna y desarrollo embrionario incompleto, abandonan el cuerpo de la madre cuando aún son fetos para completar su desarrollo fuera del cuerpo materno, por ej., los Marsupiales (comadrejas, zarigüeyas, canguros). El Marsupio (bolsa membranosa) contiene a las glándulas mamarias para la alimentación de las crías.

o    Vivíparos: fecundación interna y desarrollo embrionario interno, por ej., los Euterios o mamíferos.

·         Fecundación externa: propia de los animales acuáticos, existen dos tipos de espermatozoides para la fecundación externa: el acuaespermatozoide que es aquel emitido libremente por el organismo al medio acuático donde vive y que fecunda huevos también libres, y el espermatozoide endoacuático, que también es emitido al medio acuático pero es dirigido por las corrientes inhalantes o de alimentación de la hembra, para fecundar los huevos emitidos por esta y que se mantienen para su incubación fuera del tracto genital.

El Desarrollo Embrionario: Comprende dos etapas:

I. Segmentación: Durante el desarrollo, el huevo fecundado se transforma en un organismo completo, que se asemeja estrechamente a sus padres y que consiste, dependiendo de la especie en centenares hasta miles de células. Este proceso implica crecimiento, diferenciación y morfogénesis, o sea, aumento de tamaño, especialización de las células, tejidos órganos y modelación de la forma corporal adulta.

Tipos de Huevos

Las características del huevo o cigoto, dependen del óvulo, puesto que el espermatozoide aporta sólo información genética básica. Los huevos, en relación con la cantidad y distribución de vitelo pueden clasificarse del modo siguiente:

·         Oligolecitos: con muy poca cantidad de vitelo homogéneamente distribuido, están incluidos los huevos de mamíferos.

·         Heterolecitos: con mayor cantidad de vitelo con tendencia a concentrarse en el polo vegetativo. Núcleo desplazado hacia el polo animal. Con segmentación total desigual. Por ejemplo huevos de anfibios.

·         Telolecitos: con gran cantidad de vitelo dispuesto en el polo vegetativo, Núcleo desplazado hacia el polo animal. Con segmentación parcial. Se observa en por ejemplo aves, reptiles.

·         Centrolecitos: vitelo y núcleo centrales. El citoplasma en la periferia. Con segmentación parcial. Huevos de insectos.

 Características del Huevo

El huevo o cigoto contiene la información genética necesaria para todo el desarrollo embrionario, también contiene sustancias nutritivas para nutrir al embrión, se encuentra en el citoplasma y se llama vitelo. La mayoría de las células huevo van a tener cierta polaridad cuando el vitelo se acumula en uno de los polos de huevo. Se llama polo vegetativo donde se acumula el vitelo y polo animal al contrario.

Diferencia de segmentación de los huevos o cigotos, según animal y su localización

 La segmentación es una serie de divisiones mitóticas que no están acompañadas por crecimiento celular, estas divisiones les ocurre al cigoto formado en la fecundación, se divide dando dos células hijas o blastómeros, Continua el proceso de segmentación con sucesivas divisiones y cuando se llega a un número determinado de blastómeros que depende de la especie y generalmente no más de 128, queda una estructura que recuerda el aspecto de una mora o mórula, sin que se haya producido aumento de tamaño.

Dependiendo de cómo se hagan las divisiones mitóticas hay varios tipos de segmentación como:

1. Segmentación según la cantidad y localización de vitelo.
2. Segmentación según la orientación de los planos de división.
3. Segmentación según el destino de las células en el desarrollo.

De estos tres tipos de segmentación, en los mamíferos ocurre el siguiente:

1. Segmentación según la cantidad y localización de vitelo: La cantidad y localización de vitelo determina la velocidad con que las células se dividen. En las zonas donde hay más vitelo la división es más lenta.

·         Segmentación holoblástica: Afecta a la totalidad del huevo. La encontramos en los huevos oligolecitos y heterolecitos. Las células resultantes de cada división son independientes y cada una rodeada de su propia membrana protoplasmática. Siempre las dos primeras divisiones son longitudinales y la tercera perpendicular al eje de polaridad, a partir de la primera división a cada célula que forma parte del embrión se le llama blastómero.

o    Holoblástica igual: cuando todos los blastómeros son de igual tamaño. La tercera división es ecuatorial por lo que se forman 8 blastómeros iguales, los cuales se siguen dividiendo y llegan a dar una mórula con todas sus células iguales.

o    Holoblástica desigual: las dos primeras divisiones dan lugar a blastómeros iguales, pero a partir de la tercera segmentación se da lugar a blastómeros pequeños o micrómeros, que se localizan en el polo animal, y a blastómeros grandes o macrómeros en el polo vegetativo. La tercera división es latitudinal (más arriba de la ecuatorial) debido a que el vitelo esté acumulado en el polo vegetativo y cuando ocurre la división se hace por la zona de menor resistencia. Se forman 8 blastómeros desiguales. La mórula tiene  un polo animal formando por muchas células pequeñas y un polo vegetativo con pocas células y grandes

2. Segmentación según el destino de las células en el desarrollo

·         Segmentación determinada: el destino que tendrán los blastómeros en el desarrollo queda determinado en la primera división de la segmentación. Si se retira un blastómero se produce un embrión deforme e inviable

·         Segmentación indeterminada: el destino de los blastómeros se fija tardíamente. Se dice que los blastómeros son totipotentes, cada uno puede actuar como un huevo independiente  (ejemplo: los gemelos)

II: Desarrollo embrionario:

·         En la segmentación el huevo o cigoto se divide varias veces, formando una estructura llamada mórula. El proceso de formación de la mórula se realiza por sucesivas divisiones mitóticas. Las células formadas son totipotentes y se llaman blastómeros.

·         Blastulación: Las células de la mórula continúan dividiéndose y migran hacia el exterior, formando una única capa celular que envuelve un hueco interior llamado blastocele. La estructura formada se denomina blástula.

·         Gastrulación: Las células de la blástula continúan su división. En un punto concreto, las células se dividen a distinto ritmo, originando una cavidad hacia el interior de la blástula. La estructura formada se denomina gástrula y la cavidad interior, arquénteron, que se abre al exterior por un orificio denominado blastoporo. Así, las células que tapizan el arquénteron pertenecen a la hoja embrionaria denominada endodermo y las células de fuera pertenecen al ectodermo. La gástrula se origina de distinto modo, según el tipo de animal.

·         En animales triblásticos, todavía en la fase de gástrulación, se origina una nueva hoja embrionaria denominada mesodermo, localizada entre el endodermo y el ectodermo. La forma de originar el mesodermo varía según el tipo de animal. A veces, el mesodermo contiene una cavidad interior, denominada celoma. Los animales que poseen esta cavidad reciben el nombre de celomados.

·         Organogénesis: es la fase en la que se van a formar los distintos tejidos y órganos que conformarán el animal. Dependiendo del animal, esta fase puede llegar a ser muy compleja.