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Reproducción

Producción de nuevos individuos a lo largo del margen de una hoja de la planta de hoja milagrosa ( Kalanchoe pinnata ). La pequeña planta que se observa al frente mide aproximad...

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Producción de nuevos individuos a lo largo del margen de una hoja de la planta de hoja milagrosa ( Kalanchoe pinnata ). La pequeña planta que se observa al frente mide aproximadamente 1  cm  de altura. El concepto de "individuo" se ve claramente ampliado por este proceso de reproducción asexual.

La reproducción (o procreación o cría ) es el proceso biológico mediante el cual se producen nuevos organismos individuales —descendientes— a partir de sus padres . Existen dos formas de reproducción: asexual y sexual .

En la reproducción asexual, un organismo puede reproducirse sin la participación de otro organismo. La reproducción asexual no se limita a los organismos unicelulares . La clonación de un organismo es una forma de reproducción asexual. Mediante la reproducción asexual, un organismo crea una copia genéticamente similar o idéntica de sí mismo. La evolución de la reproducción sexual es un gran enigma para los biólogos. El doble costo de la reproducción sexual radica en que solo el 50 % de los organismos se reproducen [ 1 ] y los organismos solo transmiten el 50 % de sus genes [ 2 ] .

La reproducción sexual generalmente requiere la interacción sexual de dos células reproductivas especializadas, llamadas gametos , que contienen la mitad del número de cromosomas de las células somáticas y se crean mediante meiosis . Normalmente, un espermatozoide fertiliza un óvulo de la misma especie para crear un cigoto fecundado . Esto produce organismos descendientes cuyas características genéticas derivan de ambos organismos parentales.

Métodos

Asexual

La reproducción asexual es un proceso mediante el cual los organismos crean copias genéticamente similares o idénticas de sí mismos sin la contribución de material genético de otro organismo. [ 3 ] Las bacterias se dividen asexualmente por fisión binaria ; los virus toman el control de las células huésped para producir más virus; las hidras ( invertebrados del orden Hydroidea ) y las levaduras pueden reproducirse por gemación . Estos organismos a menudo no poseen sexos diferentes y son capaces de "dividirse" en dos o más copias de sí mismos. La mayoría de las plantas tienen la capacidad de reproducirse asexualmente y se cree que la especie de hormiga Mycocepurus smithii se reproduce completamente por medios asexuales.

Algunas especies capaces de reproducirse asexualmente, como la hidra , la levadura (véase Apareamiento de las levaduras ) y las medusas, también pueden reproducirse sexualmente. Por ejemplo, la mayoría de las plantas son capaces de reproducirse vegetativamente —sin semillas ni esporas— , pero también pueden reproducirse sexualmente. Del mismo modo, las bacterias pueden intercambiar información genética mediante conjugación .  

Otras formas de reproducción asexual incluyen la partenogénesis , la fragmentación y la formación de esporas que implican solo mitosis . La partenogénesis es el crecimiento y desarrollo del embrión o semilla sin fertilización . La partenogénesis ocurre naturalmente en algunas especies, incluidas las plantas inferiores (donde se llama apomixis ), los invertebrados (por ejemplo, pulgas de agua , áfidos , algunas abejas y avispas parásitas ) y los vertebrados (por ejemplo, algunos reptiles, [ 4 ] algunos peces, [ 5 ] y muy raramente, aves domésticas [ 6 ] ).

Sexual

Los sírfidos se aparean en pleno vuelo.
Las aves , los reptiles y los mamíferos se reproducen mediante fecundación interna . Los mamíferos machos eyaculan semen a través del pene hacia la vagina durante la cópula . [ 7 ] [ 8 ]

La reproducción sexual es un proceso biológico que crea un nuevo organismo mediante la combinación del material genético de dos organismos en un proceso que comienza con la meiosis , un tipo especializado de división celular . Cada uno de los dos organismos progenitores aporta la mitad de la composición genética de la descendencia mediante la creación de gametos haploides . [ 9 ] La mayoría de los organismos forman dos tipos diferentes de gametos. En estas especies anisógamas , los dos sexos se denominan masculino (que produce espermatozoides o microsporas) y femenino (que produce óvulos o megasporas). [ 10 ] En las especies isógamas , los gametos son similares o idénticos en forma ( isogametos ), pero pueden tener propiedades separables y, por lo tanto, pueden recibir otros nombres diferentes (véase isogamia ). [ 11 ] Debido a que ambos gametos se parecen, generalmente no se pueden clasificar como masculinos o femeninos. Por ejemplo, en el alga verde Chlamydomonas reinhardtii , existen los llamados gametos "positivos" y "negativos". Algunos tipos de organismos, como muchos hongos y el ciliado Paramecium aurelia , [ 12 ] tienen más de dos "sexos", llamados tipos de apareamiento . La mayoría de los animales (incluidos los humanos) y las plantas se reproducen sexualmente. Los organismos que se reproducen sexualmente tienen diferentes conjuntos de genes para cada rasgo (llamados alelos ). La descendencia hereda un alelo para cada rasgo de cada progenitor. Por lo tanto, la descendencia tiene una combinación de los genes de los padres. Se cree que "el enmascaramiento de alelos deletéreos favorece la evolución de una fase diploide dominante en organismos que alternan entre fases haploides y diploides" donde la recombinación ocurre libremente. [ 13 ] [ 14 ]

Las briofitas se reproducen sexualmente, pero los organismos más grandes y comunes son haploides y producen gametos . Los gametos se fusionan para formar un cigoto que se desarrolla en un esporangio , el cual a su vez produce esporas haploides. La etapa diploide es relativamente pequeña y de corta duración en comparación con la etapa haploide, es decir, dominancia haploide . La ventaja de la diploidía, la heterosis, solo existe en la generación diploide. Las briofitas conservan la reproducción sexual a pesar de que la etapa haploide no se beneficia de la heterosis. Esto podría indicar que la reproducción sexual tiene otras ventajas además de la heterosis, como la recombinación genética entre miembros de la especie, lo que permite la expresión de una gama más amplia de rasgos y, por lo tanto, hace que la población sea más capaz de sobrevivir a la variación ambiental. [ 15 ]

Polinización cruzada

La alogamia es la fecundación de las flores mediante polinización cruzada, que ocurre cuando el óvulo de una flor es fecundado por espermatozoides del polen de la flor de otra planta. [ 16 ] [ 17 ] El polen puede ser transferido mediante vectores de polen o transportadores abióticos como el viento. La fecundación comienza cuando el polen llega a un gameto femenino a través del tubo polínico. La alogamia también se conoce como fecundación cruzada, en contraste con la autogamia o geitonogamia, que son métodos de autofecundación.

Autogamia

La autofecundación , también conocida como autogamia, ocurre en organismos hermafroditas donde los dos gametos fusionados en la fecundación provienen del mismo individuo, por ejemplo, muchas plantas vasculares , algunos foraminíferos , algunos ciliados . [ 17 ] El término "autogamia" a veces se sustituye por polinización autógama (que no necesariamente conduce a una fecundación exitosa) y describe la autopolinización dentro de la misma flor, a diferencia de la polinización geitonógama , transferencia de polen a una flor diferente en la misma planta con flores , [ 18 ] o dentro de una sola planta gimnosperma monoica .

Mitosis y meiosis

La mitosis y la meiosis son tipos de división celular . La mitosis ocurre en las células somáticas , mientras que la meiosis ocurre en los gametos .

Mitosis. El número de células resultantes de la mitosis es el doble del número de células originales. El número de cromosomas en las células hijas es el mismo que el de la célula madre.

Meiosis. El número resultante de células es cuatro veces mayor que el de las células originales. Esto da como resultado células con la mitad del número de cromosomas presentes en la célula progenitora. Una célula diploide se duplica y luego experimenta dos divisiones ( de tetraploide a diploide y finalmente a haploide), formando así cuatro células haploides . Este proceso se desarrolla en dos fases: meiosis I y meiosis II.

Gametogénesis

Los animales, incluidos los mamíferos, producen gametos (espermatozoides y óvulos) mediante meiosis en las gónadas (testículos en los machos y ovarios en las hembras). Los espermatozoides se producen por espermatogénesis y los óvulos por ovogénesis . Durante la gametogénesis en mamíferos, numerosos genes que codifican proteínas que participan en los mecanismos de reparación del ADN muestran una expresión mejorada o especializada. [ 19 ] Las células germinales masculinas producidas en los testículos de los animales son capaces de procesos especiales de reparación del ADN que funcionan durante la meiosis para reparar los daños en el ADN y mantener la integridad de los genomas que se transmitirán a la descendencia. [ 20 ] Dichos procesos de reparación del ADN incluyen la reparación por recombinación homóloga, así como la unión de extremos no homólogos . [ 20 ] Los ovocitos ubicados en el folículo primordial del ovario se encuentran en un estado de profase detenida sin crecimiento, pero son capaces de sufrir una reparación por recombinación homóloga altamente eficiente de los daños en el ADN, incluidas las roturas de doble cadena. [ 21 ] Estos procesos de reparación permiten que se mantenga la integridad del genoma y se proteja la salud de la descendencia. [ 21 ]

del mismo sexo

La investigación científica está investigando actualmente la posibilidad de la procreación entre individuos del mismo sexo, que produciría descendencia con contribuciones genéticas iguales de dos hembras o dos machos. [ 22 ] [ 23 ] [ 24 ] Los enfoques obvios, sujetos a una creciente actividad, son el esperma femenino y los óvulos masculinos . En 2004, al alterar la función de algunos genes involucrados con la impronta, otros científicos japoneses combinaron dos óvulos de ratón para producir ratones hijas [ 25 ] En 2010, científicos estadounidenses utilizaron células madre manipuladas genéticamente para producir descendencia viable de ratones que portaban contribuciones genéticas de dos padres. [ 26 ] [ 27 ] En 2018, científicos chinos crearon 29 ratones hembra a partir de dos madres de ratones, pero no pudieron producir descendencia viable de dos ratones machos. Los investigadores señalaron que hay pocas posibilidades de que estas técnicas se apliquen a humanos en un futuro cercano. [ 28 ] [ 29 ] En 2023, científicos japoneses crearon crías de ratón a partir de dos padres de ratones que crecieron hasta la edad adulta. [ 30 ]

Estrategias

Hay una amplia gama de estrategias reproductivas empleadas por diferentes especies. Algunos animales, como el humano y el alcatraz norteño , no alcanzan la madurez sexual hasta muchos años después del nacimiento e incluso entonces producen pocas crías. Otros se reproducen rápidamente; pero, en circunstancias normales, la mayoría de las crías no sobreviven hasta la edad adulta . Por ejemplo, un conejo (que madura después de 8 meses) puede producir de 10 a 30 crías por año, y una mosca de la fruta (que madura después de 10 a 14 días) puede producir hasta 900 crías por año. Estas dos estrategias principales se conocen como selección K (pocas crías) y selección r (muchas crías). Qué estrategia es favorecida por la evolución depende de una variedad de circunstancias. Los animales con pocas crías pueden dedicar más recursos al cuidado y la protección de cada cría individual, reduciendo así la necesidad de muchas crías. Por otro lado, los animales con muchas crías pueden dedicar menos recursos a cada cría individual; En este tipo de animales, es común que muchas crías mueran poco después de nacer, pero generalmente sobreviven suficientes individuos para mantener la población. Algunos organismos, como las abejas y las moscas de la fruta, retienen el esperma mediante un proceso llamado almacenamiento de esperma, lo que aumenta la duración de su fertilidad.

Otros tipos

  • Los animales policíclicos se reproducen de forma intermitente a lo largo de su vida.
  • Los organismos semélparos se reproducen solo una vez en su vida, [ 31 ] como las plantas anuales (incluidos todos los cultivos de cereales) y ciertas especies de salmón, araña, bambú y planta del siglo. [ 32 ] A menudo, mueren poco después de la reproducción. Esto suele asociarse con los estrategas r .
  • Los organismos iteróparos producen descendencia en ciclos sucesivos (por ejemplo , anuales o estacionales), como las plantas perennes . Los animales iteróparos sobreviven durante varias estaciones (o cambios periódicos de las condiciones ambientales). Esto se asocia más con los estrategas K.

Reproducción asexual frente a reproducción sexual

Ilustración del doble costo de la reproducción sexual . Si cada organismo contribuyera al mismo número de descendientes (dos), (a) la población permanece del mismo tamaño en cada generación, mientras que (b) la población asexual duplica su tamaño en cada generación.

Los organismos que se reproducen asexualmente tienden a crecer exponencialmente. Sin embargo, debido a que dependen de mutaciones para las variaciones en su ADN, todos los miembros de la especie presentan vulnerabilidades similares. Los organismos que se reproducen sexualmente producen una menor cantidad de descendientes, pero la gran variabilidad genética los hace menos susceptibles a las enfermedades.

Muchos organismos pueden reproducirse tanto sexual como asexualmente. Los pulgones , los mohos mucilaginosos , las anémonas de mar , algunas especies de estrellas de mar (por fragmentación ) y muchas plantas son ejemplos de ello. Cuando los factores ambientales son favorables, se emplea la reproducción asexual para aprovechar las condiciones adecuadas para la supervivencia, como un suministro abundante de alimento, un refugio adecuado, un clima favorable, enfermedades, un pH óptimo o una combinación apropiada de otros requisitos de estilo de vida. Las poblaciones de estos organismos aumentan exponencialmente mediante estrategias de reproducción asexual para aprovechar al máximo los abundantes recursos disponibles. [ 33 ]

Cuando las fuentes de alimento se agotan, el clima se vuelve hostil o la supervivencia individual se ve comprometida por algún otro cambio adverso en las condiciones de vida, estos organismos recurren a la reproducción sexual. La reproducción sexual asegura la mezcla del acervo genético de la especie. Las variaciones encontradas en la descendencia de la reproducción sexual permiten que algunos individuos estén mejor adaptados para la supervivencia y proporcionan un mecanismo para que ocurra la adaptación selectiva. La etapa de meiosis del ciclo sexual también permite una reparación especialmente eficaz de los daños en el ADN (véase Meiosis ). [ 33 ] Además, la reproducción sexual suele dar como resultado la formación de una etapa de vida capaz de soportar las condiciones que amenazan a la descendencia de un progenitor asexual. Así, las semillas, esporas, huevos, pupas, quistes u otras etapas de "hibernación" de la reproducción sexual aseguran la supervivencia durante épocas desfavorables y el organismo puede "esperar" a que pasen las situaciones adversas hasta que se produzca un cambio hacia condiciones favorables.

Vida sin

La existencia de vida sin reproducción es objeto de especulación. El estudio biológico de cómo el origen de la vida produjo organismos reproductores a partir de elementos no reproductores se denomina abiogénesis . Independientemente de si hubo o no varios eventos abiogenéticos independientes, los biólogos creen que el último ancestro universal de toda la vida actual en la Tierra vivió hace unos 3.500 millones de años .

Los científicos han especulado sobre la posibilidad de crear vida no reproductiva en el laboratorio. Varios científicos han logrado producir virus simples a partir de materiales completamente inertes. [ 34 ] Sin embargo, a menudo se considera que los virus no están vivos. Al no ser más que un fragmento de ARN o ADN encapsulado en una proteína, carecen de metabolismo y solo pueden replicarse con la ayuda de la maquinaria metabólica de una célula manipulada .

La producción de un organismo verdaderamente vivo (por ejemplo, una bacteria simple) sin ancestros sería una tarea mucho más compleja, pero bien podría ser posible hasta cierto punto según el conocimiento biológico actual. Se transfirió un genoma sintético a una bacteria existente, donde reemplazó el ADN nativo, lo que dio como resultado la producción artificial de un nuevo organismo M. mycoides . [ 35 ]

Existe cierto debate dentro de la comunidad científica sobre si esta célula puede considerarse completamente sintética [ 36 ] debido a que el genoma sintetizado químicamente era una copia casi exacta de un genoma natural y la célula receptora era una bacteria natural. El Instituto Craig Venter mantiene el término "célula bacteriana sintética", pero también aclara: "...no consideramos que esto sea 'crear vida desde cero', sino que estamos creando nueva vida a partir de vida ya existente utilizando ADN sintético". [ 37 ] Venter planea patentar sus células experimentales, afirmando que "son claramente invenciones humanas". [ 36 ] Sus creadores sugieren que construir "vida sintética" permitiría a los investigadores aprender sobre la vida construyéndola, en lugar de destruirla. También proponen extender los límites entre la vida y las máquinas hasta que ambas se superpongan para producir "organismos verdaderamente programables". [ 38 ] Los investigadores involucrados afirmaron que la creación de "vida bioquímica sintética verdadera" está relativamente cerca con la tecnología actual y es barata en comparación con el esfuerzo necesario para llevar al hombre a la Luna. [ 39 ]

Principio de la lotería

La reproducción sexual tiene muchos inconvenientes, ya que requiere mucha más energía que la reproducción asexual y desvía a los organismos de otras actividades, y existe cierto debate sobre por qué tantas especies la utilizan. George C. Williams empleó la analogía de los billetes de lotería para explicar el uso generalizado de la reproducción sexual. [ 40 ] Argumentó que la reproducción asexual, que produce poca o ninguna variedad genética en la descendencia, era como comprar muchos billetes con el mismo número, lo que limitaba la probabilidad de "ganar", es decir, de producir descendencia que sobreviviera. La reproducción sexual, argumentó, era como comprar menos billetes, pero con una mayor variedad de números y, por lo tanto, una mayor probabilidad de éxito. El objetivo de esta analogía es mostrar que, dado que la reproducción asexual no produce variaciones genéticas, existe poca capacidad para adaptarse rápidamente a un entorno cambiante. El principio de la lotería es menos aceptado hoy en día debido a la evidencia de que la reproducción asexual es más frecuente en entornos inestables, lo contrario de lo que predice. [ 41 ]

Véase también

Notas

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Referencias

  • Tobler, M. y Schlupp, I. (2005) Parásitos en mollies sexuales y asexuales (Poecilia, Poeciliidae, Teleostei): ¿un caso para la Reina Roja? Biol. Lett. 1 (2): 166–168.
  • Zimmer, Carl . Parasite Rex: Inside the Bizarre World of Nature's Most Dangerous Creatures , Nueva York: Touchstone, 2001.
  • "Alogamia, fertilización cruzada, polinización cruzada, hibridación". Glosario de términos botánicos de GardenWeb (  ed. 2.1). 2002.
  • "Alogamia". Diccionario médico en línea de Stedman (27.ª  ed.). 2004.

Lecturas adicionales

  • Reproducción asexual archivada el 22/01/2018 en Wayback Machine .
  • Revista de Biología de la Reproducción
  • Revista de Andrología Archivada el 7 de noviembre de 2005 en Wayback Machine
  • "Reproducción"  . Encyclopædia Britannica (11.ª ed.). 1911.
  • "Replicación y reproducción". Enciclopedia de filosofía de Stanford.
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