Reproducción en los seres vivos. Unidad 4
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- Luz Redondo Revuelta
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1 Reproducción en los seres vivos Unidad 4
2 La reproducción en los seres vivos Reproducción en los seres vivos Biología 2 Unidad 4 Gaspar F.Wolff y la teoria de la epigénesis El preguntarse cómo se originan los seres a partir de otros ha sido el motor de diversas teorías. Aristóteles ( a. C) observó que la mayoría de los animales se reproducían mediante la intervención de dos sexos, pero consideraba que si bien era necesario un huevo femenino, era el esperma lo que aportaba "el principio vital" (el alma), que generaba el nuevo ser. Otra corriente filosófica, la de los epicúreos, sostenía que este principio se hallaba tanto en el huevo como en el esperma. Aristóteles y los epicúreos eran considerados vitalistas, y para ellos la vida se generaba por una fuerza intangible relacionada con el mundo de las ideas. Afines del siglo XVII surgieron los materialistas, quienes sostenían que era algo material lo que generaba al nuevo ser, y que todas las estructuras de un individuo adulto estaban presentes en alguna de las células germinales. Esta corriente de pensamiento aplicada a la reproducción se conoce como preformacionismo. Los preformacionistas, además, se dividían en ovistas: quienes pensaban que todas las estructuras de un individuo estaban en miniatura en el óvulo de la hembra, y los espermatistas: que consideraban lo propio con respecto a los espermatozoides. En el año 1759, el alemán Gaspar FriedrichWolff ( ), en su trabajo Theoria Generations, mostró que los órganos de la plantas (hojas, raíces, etc.) se desarrollan a partir de tejidos carentes de forma alguna, presentes en las extremidades de los tallos. Dichos tejidos (que actualmente conocemos como meristemas) no poseen miniaturas de hojas, flores o raíces, sino que éstas se forman a partir de células indiferenciadas. Wolff intuyó que las estructuras de los individuos eran producidas por "instrucciones" presentes en las semillas de las plantas y en los embriones animales. Con su trabajo, Wolff apoyaba otra postura, la de la epigénesis (del griego epi: "por encima de", y genus: "origen". Es decir: "que se origina por encima de"), que daba cuenta del fenómeno por el cual aparece algo allí donde antes no existía, ni siquiera en estado rudimentario. Reproducción Una de las características más notables de los seres vivos es la capacidad de reproducirse, es decir, de hacer copias más o menos parecidas de sí mismos. La reproducción no es una función indispensable para la supervivencia de un organismo, pero es imprescindible para la perpetuación de la especie a la que pertenece. Existen dos formas básicas de reproducción: asexual y sexual. Dentro de cada una de ellas hay, a su vez, diferentes estrategias reproductivas que permiten lograr una mayor eficacia del proceso. Desde la simple división de una bacteria en dos bacterias hijas, hasta los complejos mecanismos reproductivos de los hongos, las plantas y los animales, la reproducción se diversifica en los distintos niveles de organización de la vida. Los mecanismos por los que se lleva a cabo la reproducción son tan diversos como las formas de vida que observamos en la Tierra, y son el resultado de los procesos evolutivos de cada una de las especies del planeta. En algunos casos basta un solo individuo para dar origen a otro, pero en otros casos se requieren dos individuos de una misma especie, e incluso a veces es necesaria la intervención de individuos de otra especie para que asistan a la compleja tarea de generar un nuevo ser. 1
3 Reproducción en los seres vivos Biología 2 Unidad 4 La reproducción asexual En la reproducción asexual, a partir de un solo individuo se originan otros sin la unión de células sexuales masculinas y femeninas (gametos). Por lo tanto, como los descendientes se forman a partir de un único progenitor, tienen las mismas características que él, siempre que no se hayan producido mutaciones. Esta modalidad de reproducción es muy común en los organismos unicelulares: pero existen organismos pluricelulares, como muchas plantas, hongos y también animales, que se pueden reproducir en forma asexual cuando las condiciones del ambiente lo permiten. Ventajas y desventajas de la reproducción asexual Las principales ventajas de la reproducción asexual son su simplicidad, pues no se producen células sexuales ni es necesario buscar pareja, y la rapidez con que se originan los descendientes. De esta manera un solo individuo puede dar lugar a un gran número de descendientes en muy poco tiempo, sobre todo en los organismos unicelulares. Así, por ejemplo, en determinadas condiciones, a partir de una sola bacteria se pueden originar bacterias hijas en 14 horas. La principal desventaja de este tipo de reproducción es que no provoca variabilidad genética. Esto significa que la reproducción' asexual produce clones, es decir, hijos genéticamente idénticos ai progenitor. Esto puede ser ventajoso en ciertas circunstancias, como por ejemplo, cuando los organismos se hallan bien adaptados a un ambiente que es estable; pero si este cambia repentinamente, es muy probable que ninguno de los individuos sobreviva. La reproducción sexual La mayor parte de los organismos eucariotas se reproducen sexualmente. En este tipo de reproducción, a diferencia de la asexual, cada hijo se forma a partir de la unión de una célula sexual femenina con una célula sexual masculina. Este proceso se llama fecundación y origina una única célula llamada célula huevo o cigoto, que es la primera célula del nuevo individuo. A partir del desarrollo de la célula huevo se forma el organismo pluricelular completo. Las células sexuales o gametos se originan por meiosis y contienen, por lo tanto, la mitad de la información hereditaria que el resto de las células del cuerpo. La unión de los dos gametos, uno de cada progenitor, restablece el número de cromosomas de la especie. Así se forma un hijo que combina el material hereditario aportado por ambos progenitores. La nueva generación es parecida a sus padres, pero no es idéntica a ninguno de ellos. En muchos organismos pluricelulares, los gametos se originan en individuos de diferente sexo: hembras y machos, según produzcan, respectivamente, gametos femeninos o masculinos. Cuando un mismo individuo produce tanto gametos femeninos como masculinos se llama hermafrodita, como ocurre en la mayoría de las plantas con flores y en algunos animales, como los caracoles de jardín y las lombrices de tierra. Ventajas y desventajas de la reproducción sexual La reproducción sexual, si se la compara con la asexual, presenta algunas desventajas como, por ejemplo, el gasto de energía que significa para los organismos la búsqueda y la lucha para conseguir pareja, la menor rapidez en la producción de descendientes y el menor número de individuos que se originan. Sin embargo, tiene la gran ventaja de generar variabilidad genética entre los miembros de una especie. Existen distintos mecanismos por los cuales la reproducción sexual genera variabilidad genética: la separación al azar de los cromosomas homólogos durante la meiosis y la fecundación, que permite la combinación de cromosomas maternos y paternos. El aumento de la variabilidad genética puede contribuir a que un individuo posea una combinación de caracteres más favorable que la que tenían sus progenitores. Así, en situaciones adversas, la reproducción sexual puede favorecer la adaptación al ambiente. Puede afirmarse que la variabilidad genética que proporciona la reproducción sexual es muy importante para el proceso de evolución de las especies. 2
4 Reproducción en los seres vivos Biología 2 Unidad 4 La reproducción asexual Le reproducción asexual se da tanto en organismos unicelulares como en pluricelulares. Sin embargo, para que un organismo pluricelular se reproduzca asexualmente, sus células deben ser totipotentes, es decir, deben tener la capacidad de dividirse y diferenciarse para dar origen a todos los tejidos que forman su cuerpo. Reproducción asexual en organismos unicelulares eucariotas En los organismos unicelulares existen tres mecanismos diferentes de reproducción asexual: gemación, o división asimétrica, en la que a partir de una célula se desprende un núcleo generado por mitosis junto a una porción de citoplasma pequeña; la fisión binaria o bipartición, en la cual, luego de la mitosis, la célula se divide en dos partes iguales, y la esquízogonia o fisión múltiple, en la que la célula madre se divide en varias células hijas, luego de varias mitosis. Reproducción asexual en animales y plantas La gemación es un proceso análogo al que ocurre en eucariotas unicelulares. Ocurre una división desigual del individuo parental, y se forma una yema constituida por un grupo de células totipotentes que se desprenden del individuo parental y crecen hasta formar el nuevo individuo es el caso de las medusas, los briozoos y las esponjas. En algunas plantas también se forman yemas capaces de generar un individuo completo. La fragmentación consiste en el desprendimiento de una parte del organismo, la cual posee la potencialidad de generar un nuevo individuo; el individuo de la cual se desprendió este segmento es capaz de regenerarlo y quedar completo. Esto ocurre en plantas y estrellas de mar, entre otros. La fisión es un tipo de reproducción en el que el organismo se divide en dos parte iguales. Ambos tipos de reproducción ocurren en gusanos planos, nematodos y anélidos (lombrices y sanguijuelas) La esporulación es la formación y liberación de una célula totipotente, que suele ser resistente a las condiciones ambientales adversas y genera un nuevo individuo cuando las condiciones son más favorables. Los helechos, por ejemplo, se reproducen por esporulación. Todos, estos tipos de reproducción asexual ocurren por procesos mitóticos que generaron la célula o los conjuntos de células (e incluso tejidos) que dan lugar al nuevo individuo. Cabe aclarar que por lo general los organismos pluricelulares que se reproducen asexualmente pueden hacerla también de manera sexual. Partenogénesis y poliembrionía Algunos biólogos consideran a la partenogénesis un tipo particular de reproducción asexual, ya que si bien intervienen células sexuales, éstas son sólo de sexo femenino. La partenogénesis es el desarrollo de un individuo completo a partir de un óvulo no fecundado. El óvulo culmina la meiosis y empieza a segmentarse por mitosis, sin que intervenga un espermatozoide. El proceso se desencadena por factores ambientales, hormonales e incluso por descargas eléctricas. Este tipo de reproducción ocurre muchas veces en plantas, insectos, crustáceos, anfibios, reptiles y en ocasiones, en algunas aves. La polimebrionía es la división de un óvulo ya fecundado, que da lugar a dos individuos idénticos. Se puede considerar un tipo de reproducción asexual sólo desde el momento en que se divide en dos, pero originalmente el cigoto se formó por reproducción sexual, es por eso que los individuos que nacen a partir de este proceso tienen los dos juegos de cromosomas, pero son idénticos entre sí. Los gemelos son un ejemplo de poliembrionía. 3
5 Reproducción sexual en plantas En las plantas inferiores (de las algas verdes a los helechos), las gametas masculinas fecundan a la oosfera (gameta femenina), ubicada en un órgano especial, el arquegonio, y forman el cigoto. Las plantas superiores poseen flores y producen semillas. Las flores de las gimnospermas (plantas con semilla "desnuda") son órganos generalmente unisexuales (masculinas o femeninas), que pueden estar en la misma o en diferentes plantas (respectivamente, monoicas o dioicas). Las flores de las angiospermas (plantas en las que las gametas están más protegidas y las semillas se forman dentro de un fruto) suelen ser hermafroditas o monoclinas (con ambos sexos). La parte masculina, o androceo, está constituida por los estambres que poseen anteras, de las que se desprende el polen que contiene las gametas masculinas. En la parte femenina, o gineceo, están los carpelos que poseen una cavidad, el ovario, que encierra los óvulos (los óvulos en este caso no son las gametas en sí, sino la estructura que las contiene). En todos los casos las flores, al ser las unidades reproductivas de la planta, están implicadas en la polinización, en la fecundación y en todos los sucesos subsiguientes que conducen a la formación de nuevos individuos. La mayoría de las angiospermas tiene flores hermafroditas. Sin embargo se ve favorecida la fecundación cruzada entre flores de distintos individuos. Reproducción en los seres vivos Biología 2 Unidad 4 La polinización es el proceso previo a la fecundación, que involucra la cesión y transferencia o transporte de los granos de polen desde la antera al estigma, los cuales pueden estar en la misma flor o, como ocurre más frecuentemente, en flores distintas El desarrollo en los animales En el ciclo de vida de las plantas y los animales se diferencian dos procesos que transcurren a partir de la fecundación: el crecimiento y el desarrollo. El primero se vincula directamente con el aumento de la masa corporal. El segundo es un proceso de diferenciación, que conduce a la especialización de células y tejidos en una determinada función. Aquí nos centraremos en los diferentes tipos de desarrollo embrionario de los animales, que además están relacionados con el tipo de fecundación y, por lo tanto, con la reproducción sexual. Se distinguen cuatro modalidades de desarrollo animal, en los que el grado de vínculo con el cuerpo de la madre es cada vez mayor. 4
6 Ovulípara: la fecundación y el desarrollo son externos y ambosprocesas se realizan en el medio acuático. Esto ocurre en la mayoría de los peces óseos, los equinodermos (erizos y estrellas de mar), los cnidarios (medusas y corales), y los anfibios, como los sapos y las ranas. Ovípara: el embrión se desarrolla en forma externa e independiente de los progenitores, dentro de un huevo que además cuenta con alimento suficiente hasta su eclosión (como es el caso de los insectos, algunos tiburones, la mayoría de los reptiles y las aves, y pocos mamíferos, como el ornitorrinco y los equidnas). Ovovivípara: si bien el embrión se encuentra dentro de un huevo, éste queda retenido en el interior del cuerpo del progenitor que actúa sólo como protector (en algunos peces óseos, varios tiburones y algunos reptiles, como ciertas serpientes y lagartos). Vivípara: además de retener al embrión, la madre lo protege y lo alimenta hasta la finalización del proceso (como la mayoría de los mamíferos). Los anexos embrionarios Los anexos embrionarios son formaciones que, a manera de envolturas, protegen, nutren y sostienen al embrión durante su desarrollo y crecimiento. Los embriones que se desarrollan en un medio acuático (vertebrados ovulíparos: peces y anfibios) presentan como anexo una vesícula umbilical o saco vitelino, ubicado en la región ventral, que contiene reservas nutritivas para alimentar al embrión durante los primeros tiempos. Los embriones de los vertebrados ovíparos, ovovivíparos o vivíparos que se desarrollan en medios terrestres (reptiles, aves y mamíferos) poseen varias envolturas. Éstas son el amnios, el carian y el alantoides, membranas de tejido vivo que se forman a expensas del propio embrión. Reproducción en los seres vivos Biología 2 Unidad 4 5
7 Reproducción en los seres vivos Biología 2 Unidad 4 El amnios es una envoltura que se constituye a partir de la pared del cuerpo del embrión y crece alrededor de éste. Su aparición determinó el origen evolutivo del grupo llamado amniotas, que incluye a mamíferos, lo que anteriormente se agrupaba como reptiles (serpientes, lagartos y cocodrilos), ya las aves. El corion se forma a partir de la parte externa del amnios. En los vertebrados ovíparos está en contacto con la superficie interna de la cáscara del huevo, y en los vivíparos se ubica aliado de las células de la pared del útero. El alantoides es una evaginación del sistema digestivo. Se desarrolla entre el amnios y el carian, y cumple una doble función: elimina productos de desecho (función excretora) e intercambia gases respiratorios (función respiratoria). En los mamíferos placentarios, el amnios y el carian de fusionan, y forman parte de la placenta. La metamorfosis El nuevo individuo puede ser muy similar al organismo adulto o puede ser muy diferente, incluso con órganos distintos de los del adulto. En este caso, la cría presenta un estado incompleto de desarrollo y se denomina larva; luego de un tiempo sufre el proceso llamado metamorfosis, durante el cual pierde las características del estado larval y adquiere la forma y el aspecto del adulto. Esto ocurre en muchos insectos. Algunos insectos incluso, pasan por sucesivos estados larvales antes de adquirir las características de un adulto. Estrategia reproductiva y ambiente Si una población se establece en un ecosistema en el que los recursos son muy abundantes, no hay depredadores o el espacio es suficiente, se plantean condiciones ideales de crecimiento. Dicha población se va a desarrollar en forma exponencial, con una velocidad constante de crecimiento en progresión geométrica. Esto quiere decir que por cada individuo de la primera generación, habrá 2 en la siguiente, los cuales generan 4 de la tercera generación que generan 8 y luego 16, y así sucesivamente. Sin embargo, a medida que la población crece, comienza a haber competencia y aparecen predadores atraídos por la abundancia de presas, esto hace que el ritmo de crecimiento llegue a un punto de equilibrio. Este patrón de crecimiento poblacional de denomina logístico o sigmoidal, por la forma que adquiere el gráfico del número de individuos en función del tiempo. Estrategias K Y estrategias r Se puede observar dos patrones bien diferenciados en cuanto a la reproducción y el crecimiento de las poblaciones, conocidos como estrategias K y estrategias r, independientes de las reproducciones sexual o asexual. Las estrategias K son las que tienen las poblaciones con un tiempo de vida prolongado (con frecuencia, más de 1 año), que presentan un desarrollo reproductivo extenso. Tienen pocos descendientes por camada (baja natalidad) y sus crías requieren muchos cuidados. El tamaño de esta población es bastante constante. La mortalidad también es constante y esta población se localiza en hábitats maduros (por ejemplo, las etapas finales de un ecosistema, como una selva o un arrecife de coral). Las ballenas y los simios son dos ejemplos de estrategas K. Las estrategias r se presentan en poblaciones con un tiempo de vida breve, de menos de 1 año. La duración de la etapa de desarrollo y la reproducción es también corta. Tienen muchos descendientes 6
8 Reproducción en los seres vivos Biología 2 Unidad 4 por camada (alta natalidad), y el tamaño de la población es muy variable. Ocupan hábitats inestables y, a menudo, recolonizan nuevos espacios. Los insectos, hongos y las bacterias son típicos estrategas r. El cortejo Se define como cortejo a todas las acciones y funciones que permiten el encuentro de dos individuos para reproducirse sexualmente. A veces involucra la competencia entre varios individuos del mismo sexo por individuos del otro sexo. En los peces, las señales corporales pueden relacionarse con cambios de colores, movimientos de giro y aleteos. En la mayoría de los anfibios, los machos emiten sonidos pero también existen cortejos relacionados con movimientos corporales, como las de las ranas doradas de Panamá, que apuntan sus manos en cierta dirección. En los reptiles, el cortejo se relaciona con la emisión de sonidos y con cambios de color de penachos, crestas o sectores de las placas. En las aves, se relaciona con danzas nupciales, carreras y despliegues de plumas, picoteos o con plumajes vistosos. Los despliegues más llamativos son los de las aves del paraíso y los pavos reales: los machos tienen adornos imponentes para impresionar a las hembras. Otro ejemplo es el de los pájaros jardineros (Ptilorrínquidos) que construyen nidos con toda clase de objetos de colores para atraer a la pareja. En los mamíferos, el cortejo no es tan importante aunque se relaciona con la emisión de feromonas, que son hormonas secretadas por un individuo pero que tienen efecto en otro. Los machos suelen realizar combates rituales y establecen harenes de hembras. Reproducción y coevolución El aspecto y la estructura de las flores de las angiospermas son el resultado de un proceso de evolución conjunta o recíproca entre dos tipos de organismos durante millones de años. Los actores intervinientes en esta transformación son: la planta y los animales polinizadores. Cuando lós cambios evolutivos que sufre una especie están influenciados y condicionados por los cambios de otra, se habla de coevolución. Estas relaciones recíprocas entre causa y efecto se observan también entre los frutos y los animales que dispersan sus semillas. Sea cual fuere el origen de la planta, los animales polinizadores ofrecen una oportunidad única de lograr, con poco gasto energético y de materiales, su reproducción efectiva; oportunidad que por selección natural han sabido aprovechar. Cualquier animal que transite cerca de flores y posibilite que el polen de una flor llegue a otra, es un polinizador. Esto ocurre con muchos animales, pero los procesos de coevolución más notables se dan entre las flores y los insectos que se alimentan de sus productos. Sólo al 10% de las plantas con flor le basta el aire o el agua para transportar el polen. El 90% restante de las angiospermas depende de los animales para su polinización, esto se denomina zoofilas, y el 75% de este tipo de plantas depende específicamente de los insectos: son entomófilas. 7
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