La Fecundación y el Desarrollo

No siempre existe unión de gametos en la reproducción sexual, aunque es el mecanismo de reproducción más habitual. La fecundación es la unión de un espermatozoide y un óvulo. La célula formada tras la fecundación sufrirá un proceso denominado embriogénesis que consiste en la formación del embrión.
Dependiendo del lugar donde se realice, puede ser externa o interna.

En la fecundación externa los espermatozoides y los óvulos se juntan en el exterior del animal. Los espermatozoides son células muy sensibles al medio que les rodea. Deben estar en un medio con gran cantidad de agua para poder desplazarse hasta el óvulo, por lo que este tipo de fecundación debe realizarse en agua o en un medio muy húmedo, como en el caso de las lombrices de tierra.


 La fecundación interna es la que se produce en el interior del animal, que será la hembra en especies con sexo separado. Para ello, los espermatozoides deben entrar en el oviducto. La forma de hacerlo puede ser mediante un órgano copulador, como el pene, por estrecho contacto entre oviducto y espermiducto, como la cópula en aves, o por la producción de espermatóforos que se introducen en el oviducto.

 La fecundación origina la célula huevo o zigoto. Mediante un complejo proceso de divisiones mitóticas, llamado desarrollo embrionario o embriogénesis, se formará el nuevo descendiente.
                                                                 

La embriogénesis es la formación del embrión, a partir del cigoto formado en la fecundación. El proceso se divide en las siguientes fases:

1. Segmentación: el 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.
   
   2.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. 
   3.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.
   
   
   
   
   
   4. 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. 
   5.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.
   
   
   
   
   
   
    
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
                    
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   La Organogénesis en animales. Dependiendo del lugar donde se produzca el desarrollo embrionario, los animales se clasifican en:

• Ovíparos: animales que desarrollan en el interior de un  huevo.
• Ovovivíparos: animales que desarrollan en el interior de un huevo, que se encuentra dentro del cuerpo de la madre, pero no se establece contacto directo con ella.
• Vivíparos: animales que desarrollan en el interior de la madre, estableciendo un contacto íntimo con ella.
  
  
  
  
  
  
  Después del desarrollo embrionario y el nacimiento, el desarrollo del animal continúa. Este desarrollo postembrionario puede ser directo o indirecto.
  El desarrollo directo consiste en alcanzar el grado de madurez sexual sin cambios morfológicos aparentes, excepto el aumento de tamaño.
  El desarrollo indirecto consiste en que el animal surge de un huevo en estado larvario y, para pasar al estado adulto, debe sufrir cambios acusados en su morfologia. Esos cambios y transformaciones que sufre la larva para pasar a estado adulto es lo que se llama metamorfosis, que se distigue en 2 tipos a veces existen distintos estados larvarios:
  
  Simple e incompleta: donde el animal va conviertiéndose poco a poco en adulto mediante la muda de su piel, sin dejar de alimentarse.Las crías se diferencian en los adultos en el tamaño y su madurez sexual.Se distinguen en animales como insectos,anfibios,anélidos moluscos..
  
  

  

  
  

  

  
  
  
  

 
En las siguientes imágenes se encuentran distintos tipos de larvas.

 A veces, el desarrollo incluso, puede pasar por una fase en la que la larva no se alimenta y se envuelve en una estructura protectora, formando un capullo o pupa, construida por ella, mientras alcanza el estado adulto. En este caso, se dice que el desarrollo es indirecto y complejo.

Reproducción sexual en animales

GAMETOGÉNESIS EN LOS ANIMALES 

La transformación de las células germinales en gametos constituye la gametogénesis. En los animales, la gametogénesis da lugar a gametos femeninos: óvulos, en las hembras, y gametos masculinos: espermatozoides, en los machos. La
formación de óvulos y espermatozoides son procesos que presentan grandes similitudes. No obstante, existen importantes diferencias, por lo que hay que distinguir una gametogénesis
masculina: espermatogénesis y una gametogénesis femenina: ovogénesis.

a) ESPERMATOGÉNESIS

La formación de los espermatozoides
tiene lugar en las gónadas masculinas:
los testículos. En los vertebrados y en
los insectos los testículos son órganos
compuestos por numerosos túbulos seminíferos que convergen en conductos comunes que llevan el
esperma maduro al exterior. El examen microscópico de estos túbulos seminíferos permite reconocer
fácilmente el curso de la espermatogénesis y distinguir sus diferentes fases.

1ª) Fase de proliferación o multiplicación: Pegadas a la pared del túbulo se encuentran unas pequeñas
células (2n) que se multiplican activamente por mitosis, son las espermatogonias (b).

2ª) Fase de crecimiento: Las espermatogonias que quedan hacia la luz del túbulo experimentan una etapa
de crecimiento y pasan a denominarse espermatocitos primarios o de primer orden (c).

3ª) Fase de maduración: Los espermatocitos primarios van a sufrir la primera división de la meiosis
transformándose en espermatocitos secundarios (e). La segunda división de la meiosis produce unas
células haploides llamadas espermátidas (a); por cada espermatocito primario se producen cuatro espermátidas.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4ª) Fase de diferenciación oespermiogénesis: Las espermátidas noson todavía los gametos, antes deben experimentar una serie de transformaciones anatómicas, etapa llamada espermiogénesis, al final de la cual quedarán convertidas en espermatozoides (d). Éstos están formados por las siguientes partes: cabeza,
pieza intermedia y la cola o flagelo.
En ciertos animales, como los crustáceos decápodos, los espermatozoides no tienen flagelo, siendo incapaces de nadar.

b) OVOGÉNESIS 

El desarrollo de los óvulos tiene lugar en las gónadas femeninas: los ovarios. En este órgano, las células
madres germinales sufren un complicado proceso en el que se pueden distinguir las siguientes fases:
 

1ª) Fase de proliferación o multiplicación: Las células madres germinales (2n) se multiplican por mitosis
dando ovogonias (2n).
 

2ª) Fase de crecimiento: Las ovogonias atraviesan una fase de crecimiento y se convierten en ovocitos de primer orden (ovocitos I), también con 2n cromosomas. A diferencia de la espermatogénesis el crecimiento
es considerable, ya que el óvulo es el gameto portador de la mayoría de las sustancias necesarias para el desarrollo del embrión.

 3ª) Fase de maduración: Una vez que el ovocito primario ha completado su crecimiento está ya preparado para atravesar las dos divisiones de la meiosis y transformarse en una célula haploide con n cromosomas: la ovótida.
Una peculiaridad muy importante de la ovogénesis es que durante la meiosis el ovocito no se divide en cuatro células iguales sino que la mayoría del citoplasma queda en una sola de ellas, la que dará lugar al óvulo. Así, cada ovocito primario da lugar a un único óvulo. Las otras tres células restantes, muy pequeñas, se denominan corpúsculos polares y se trata en realidad de gametos abortivos que permanecen un tiempo adosados al óvulo hasta que terminan por atrofiarse y desaparecer.

 

4ª) Fase de diferenciación: La ovótida se transforma en el óvulo. En general no se trata de una fase de transformaciones tan acusadas como las que suceden en el espermatozoide.
El óvulo es una célula haploide de gran tamaño, pues almacena sustancias nutritivas en forma de granos de vitelo. Como cualquier otra célula está recubierto por la membrana plasmática. Pero en la mayor parte de los animales existen otras membranas de gran espesor envolviendo a la membrana plasmática.

 

Fecundación externa

Fecundación y metamorfosis de anuros

En la fecundación externa, la unión del óvulo y del espermatozoide se lleva a cabo afuera de los cuerpos de ambos progenitores, quienes liberan las gametas en el agua (este medio le permite al espermatozoide nadar para alcanzar al óvulo, es decir, permite que ocurra la desovación).Debido a que las células sexuales tienen una vida corta, los animales que desovan deben sincronizar sus comportamientos reproductivos tanto temporalmente como espacialmente.

 

La mayor parte de los animales que tienen este tipo de reproducción se basan en claves ambientales. Por ejemplo, la reproducción suele suceder sólo durante ciertas estaciones del año. Algunos animales se comunican de su disponibilidad sexual mediante la liberación en el agua de feromonas, una sustancia química liberada del cuerpo de un animal que afecta el comportamiento de un segundo animal.

 

Las feromonas sincronizan la desovación de muchos invertebrados inmóviles o perezosos, como mejillones y estrellas de mar. Cuando una hembra está lista para desovar libera óvulos y una feromona en el agua. Los machos cercanos detectan la feromona de apareamiento y liberan espermatozoides.

En los animales, la reproducción sexual se presenta cuando un espermatozoide haploide fecunda a un óvulo haploide y generan una descendencia diploide. En las especies dioicas, los sexos son definidos por el tipo de gameta que cada uno produce (las hembras producen óvulos y los machos, espermatozoides). 

 

Sin embargo también existen especies monoicas, es decir, que un solo individuo produce tanto espermatozoides como óvulos. 

Estas especies son llamadas hermafroditas, y es el caso de las lombrices de tierra y los caracoles. Aunque la mayor parte de los hermafroditas intercambian espermatozoides con otros individuos similares a ellos si tienen la oportunidad, si es necesario algunos pueden fecundar sus óvulos con sus propios espermatozoides. Para las especies dioicas y las hermafroditas que no pueden autofecundarse, la reproducción satisfactoria requiere que los óvulos y espermatozoides que provengan de organismos diferentes se unan para la fecundación.

 

 Fecundación externa en peces.

 

Fecundación externa en la estrella de mar.

Fecundación interna

En la fecundación interna, los espermatozoides son introducidos en el cuerpo de la hembra, en el que sucede la fecundación. Las dos ventajas que este método tiene sobre la fecundación externa son las siguientes. Los espermatozoides requieren de una vía líquida directa para llegar a los óvulos, la cual sobre la tierra sólo puede garantizarse si se encuentra en el interior del cuerpo de la especie femenina.

 

En segundo lugar, aun en medios acuáticos, la fertilización interna aumenta la probabilidad de que la mayor parte de los óvulos sea fecundada, debido a que los espermatozoides son confinados a un espacio pequeño junto a los óvulos, en lugar de ser depositados en un gran volumen de agua. La fecundación interna suele darse mediante la copulación, en la cual el pene del macho es insertado dentro del cuerpo de la hembra, donde libera espermatozoides.

 

En una variante de la fecundación interna, los machos de algunas especies depositan sus espermatozoides en un rectángulo llamado espermató foro. Si una hembra encuentra el espermatóforo, se fecunda a sí misma insertándolo en su cavidad reproductoras (es el caso de escorpiones y ácaros).

 

La fecundación sólo puede ocurrir si los óvulos se maduran y liberan en el tracto reproductor femenino durante el tiempo limitado en que los espermatozoides están presentes.

CICLOS VITALES

Según el momento en que se realize la meiosis.
El ciclo de vida se produce en individuos que poseen reproducción sexuada, pues se inicia cuando dos gametos se unen y va hasta la producción de gametos del individuo formado, finalizando un ciclo y comenzando otro con la fecundación. En las especies vivas podemos encontrar tres ciclos de vida: ciclo haplonte, ciclo diplonte y ciclo haplodiplonte.

Haplonte

 

En este ciclo de vida el organismo adulto es haploide (n) y produce gametos por mitosis. Mediante la fusión originan un cigoto diploide que rápidamente sufre una meiosis para que el organismo mantenga la haploidía (estado de la célula con un solo juego de cromosomas) de la especie.
Al quedar maduro sexualmente, producirá gametos por meiosis, comenzando otro ciclo y finalizando este. La meiosis en este ciclo ocurre en la formación del cigoto, por eso es llamado de meiosis cigótica.

Diplonte

Este ciclo de vida se produce en los seres humanos. En edad reproductiva, el cuerpo produce gametos por meiosis, que son las células sexuales con la mitad del número de cromosomas de la especie, es decir, son células haploides.

La meiosis de este ciclo ocurre en la formación de gametos, por eso es llamada de meiosis gamética. De la unión de estos gametos se origina un cigoto diploide, y cuando alcanza la madurez sexual se producirán gametos por meiosis dando paso al siguiente ciclo de vida.

Haplodiplonte

Este ciclo de vida se produce en la mayoría de las algas y su característica principal es la alternancia degeneraciones, donde alterna una fase haploide productora de gametos y una diploide, productora de esporas.
La fase diploide recibe el nombre de esporofito y su duración varía según la especie considerada. En briófitos, la fase gametofítica (generación haploide) es más duradera que la esporofítica (generación diploide). Ya en angiospermas la fase esporofítica es la más duradera.
El esporófito (2n) posee células reproductoras de esporas. Las esporas son haploides, por lo que hay meiosis en su producción. Las esporas se liberan en el ambiente y cuando encuentran un lugar adecuado darán lugar a organismos haploides, productores de gametos.

Estos productores de gametos son los gametófitos, y representan la generación gametofítica. Los gametos se funden, dando origen a un organismo diploide, el cigoto, que crece y se desarrolla, desencadenando la fase esporofítica.

CICLO MEIÓTICO.

Primera División 

Meiosis I

En meiosis 1, los cromosomas en una célula diploide se dividen nuevamente. Este es el paso de la meiosis que genera diversidad genética.

-Profase I

La Profase I de la primera división meiótica es la etapa más compleja del proceso. En ella los cromosomas homólogos se aparean e intercambian fragmentos al azar. Sus cromosomas son visibles y se encuentran apareados(tétrada).

-Metafase I

El huso cromático aparece totalmente desarrollado, los cromosomas(tétradas) se sitúan en el plano ecuatorial y unen sus centromeros a los filamentos del huso.

-Anafase I

Los quiasmas se separan de forma uniforme. Los microtúbulos del huso se acortan en la región del cinetocoro, con lo que se consigue remolcar los cromosomas homólogos a lados opuestos de la célula, junto con la ayuda de proteínas motoras. Ya que cada cromosoma homólogo tiene solo un cinetocoro, se forma un juego haploide (n) en cada lado. En la repartición de cromosomas homólogos, para cada par, el cromosoma materno se dirige a un polo y el paterno al contrario. Por tanto el número de cromosomas maternos y paternos que haya a cada polo varía al azar en cada meiosis. Por ejemplo, para el caso de una especie 2n = 4 puede ocurrir que un polo tenga dos cromosomas maternos y el otro los dos paternos; o bien que cada polo tenga uno materno y otro paterno.

-Telofase I

Cada célula hija ahora tiene la mitad del número de cromosomas(n) pero cada cromosoma consiste en un par de cromátidas. Los microtubulos que componen la red del huso mitótico desaparece, y una membrana nuclear nueva rodea cada sistema haploide. Los cromosomas se desenrollan nuevamente dentro de la carioteca (membrana nuclear). Ocurre la citocinesis (proceso paralelo en el que se separa la membrana celular en las células animales o la formación de esta en las células vegetales, finalizando con la creación de dos células hijas). Después suele ocurrir la intercinesis, parecido a una segunda interfase, pero no es una interfase verdadera, ya que no ocurre ninguna réplica del ADN. No es un proceso universal, ya que si no ocurre las células pasan directamente a la metafase II.

Segunda División

Meiosis II

La meiosis II es similar a la mitosis. Las cromatidas de cada cromosoma ya no son idénticas en razón de la recombinación. La meiosis II separa las cromatidas produciendo dos células hijas, cada una con 23 cromosomas (haploide), y cada cromosoma tiene solamente una cromatida.

-Profase II

Profase Temprana

Comienzan a desaparecer la envoltura nuclear y el nucleolo. Se hacen evidentes largos cuerpos filamentosos de cromatina, y comienzan a condensarse como cromosomas visibles.

Profase Tardía II

Los cromosomas continúan acortándose y engrosándose. Se forma el huso entre los centríolos, que se han desplazado a los polos de la célula.

-Metafase II

Las fibras del huso se unen a los cinetocóros de los cromosomas. Éstos últimos se alinean a lo largo del plano ecuatorial de la célula. La primera y segunda metafase pueden distinguirse con facilidad, en la metafase I las cromatides se disponen en haces de cuatro (tétrada) y en la metafase II lo hacen en grupos de dos (como en la metafase mitótica). Esto no es siempre tan evidente en las células vivas.

-Anafase II

Las cromátidas se separan en sus centrómeros, y un juego de cromosomas se desplaza hacia cada polo. Durante la Anafase II las cromatidas, unidas a fibras del huso en sus cinetocóros, se separan y se desplazan a polos opuestos, como lo hacen en la anafase mitótica. Como en la mitosis, cada cromátida se denomina ahora cromosoma.

-Telofase II

En la telofase II hay un miembro de cada par homologo en cada polo. Cada uno es un cromosoma no duplicado. Se reensamblan las envolturas nucleares, desaparece el huso acromático, los cromosomas se alargan en forma gradual para formar hilos de cromatina, y ocurre la citocinesis. Los acontecimientos de la profase se invierten al formarse de nuevo los nucleolos, y la división celular se completa cuando la citocinesis ha producidos dos células hijas. Las dos divisiones sucesivas producen cuatro núcleos haploide, cada uno con un cromosoma de cada tipo. Cada célula resultante haploide tiene una combinación de genes distinta. Esta variación genética tiene dos fuentes: 1.- Durante la meiosis, los cromosomas maternos y paternos se barajan, de modo que cada uno de cada par se distribuye al azar en los polos de la anafase I. 2.- Se intercambian segmentos de ADN.

Resultado Meiosis

4 células haploides(n) a partir de una célula madre diploide(2n).
En la primera división se separan los cromosomas homólogos. En la segunda división se separan las cromátidas hermanas .
El proceso de meiosis presenta una vital importancia en el [ciclo de vida (biología) o los [ciclos vitales]] ya que hay una reducción del número de cromosomas a la mitad, es decir, de una célula diploide (ej: 46 cromosomas en el ser humano) se forman células haploides (23 cromosomas). Esta reducción a la mitad permite que en la fecundación se mantenga el número de cromosomas de la especie. También hay una recombinación de información genética, que es heredada del padre y la madre; el apareamiento de los homólogos y consecuente crossing-over permite el intercambio de información genética. Por lo tanto el nuevo individuo hereda información genética única y nueva, y no un cromosoma íntegro de uno de sus parientes. Otra característica importante en la significación de la meiosis para la reproducción sexual, es la segregación al azar de cromosomas maternos y paternos. La separación de los cromosomas paternos y maternos recombinados, durante la anafase I y II, se realiza completamente al azar, hecho que contribuye al aumento de la diversidad genética. En la anafase I, por cada par de homólogos existen dos posibilidades: un cromosoma puede ir a un polo mitótico o al otro.El número de combinaciones posibles por tanto se calcula 2n donde n es el número de pares de cromosomas homólogos (variaciones con repetición de n elementos en grupos de 2).

-Microscopia confocal de cromosomas

La Reproducción Sexual

La reproducción sexual constituye el procedimiento reproductivo más habitual de los seres pluricelulares. 
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.


Encontramos dos formas de reproducción:
-Isogámica: Los dos gametos que se unen,se fusionan para formar el cigoto son idénticas en estructura, tamaño y la misma fisiología. Por ello no es posible denominarlos gameto masculino y femenino, por lo que se emplean los símbolos + y - en función de su comportamiento.
-Anisogámica o heterogámica :Es la más frecuente. En ella, los gametos se diferencian tanto morfológica como fisiológicamente. Uno de ellos es diminuto y móvil, recibiendo el nombre de gameto masculino o microgameto mientras que el otro es grande y sedentario y se denomina gameto femenino o macrogameto que en animales es llamado óvulo mientras que en vegetales (oosfera). Actualmente con la nueva nomenclatura al microgameto se le conoce como espermatozoide y al macrogameto, óvulo.

Ventajas y desventajas.

-Ventajas:  Tienen la ventaja biológica de promover la diversidad genética a su descendencia entre los miembros de una especie, ya que la descendencia es el producto de los genes aportados por ambos progenitores, en vez de ser una copia genética. Cuanto mayor es la variabilidad genética de una [[población [biología]|población]], mayor es su tasa de evolución; una población con cantidades considerables de variabilidad genética puede protegerse frente a futuros cambios ambientales, ya que si éste cambia puede existir una forma minoritaria que salga favorecida con ello; cada generación expone nuevas combinaciones alélicas a la selección natural.
-Inconvenientes: Mientras que inconvenientes ,presentan un mayor gasto energético en la búsqueda y lucha por conseguir pareja, una menor rapidez en la reproducción y un menor número de descendientes, entre otras.

Meiosis y ciclo vital

La reproducción sexual se caracteriza por la fusión de dos células sexuales haploides para formar un zigoto diploide, por lo que se deduce que, en un ciclo vital sexual, debe ocurrir la meiosis antes de que se originen los gametos.
En los animales y en otros pocos organismos, la meiosis precede de manera inmediata a la formación de gametos. Las células somáticas de un organismo individual se multiplican por mitosis y son diploides; las únicas células haploides son los gametos. Estos se forman cuando algunas células de la línea germinal experimentan la meiosis. La formación de gametos recibe el nombre de gametogénesis. La gametogénesis masculina, denominada espermatogénesis, conduce a la formación de cuatro espermatozoides haploides por cada célula que entra en la meiosis.
En contraste, la gametogénesis femenina, llamada ovogénesis, genera un solo óvulo por cada célula que entra en la meiosis, mediante un proceso que asigna virtualmente todo el citoplasma a uno solo de los dos núcleos en cada división meiótica. Al final de la primera división meiótica se retiene un núcleo; el otro, llamado primer cuerpo polar, se excluye de la célula y por último degenera. De modo similar, al final de la segunda división un núcleo se convierte en el segundo cuerpo polar y el otro núcleo sobrevive. De esta forma, un núcleo haploide pasa a ser el receptor de la mayor parte del citoplasma y los nutrimentos acumulados de la célula meiótica original.
Sin embargo, aunque la meiosis se realiza en algún punto de los ciclos vitales sexuales, no siempre precede directamente a la formación de gametos. Muchos eucariontes sencillos (incluso algunos hongos y algas) permanecen haploides (sus células se dividen por mitosis) la mayor parte de su vida, y los individuos pueden ser unicelulares o pluricelulares. En ellos, dos gametos haploides (producidos por mitosis) se fusionan para formar un zigoto diploide, que experimenta la meiosis para volver al estado haploide.
Los ciclos vitales más complejos se encuentran en vegetales y en algunas algas. Estos ciclos vitales, que se caracterizan por alternancia de generaciones, consisten en una etapa diploide multicelular, denominada generación esporófita, y una etapa haploide multicelular, a la que se llama generación gametófita. Las células esporofitas diploides experimentan la meiosis para formar esporas haploides, cada una de las cuales se divide en forma mitótica para producir un gametofito haploide multicelular. Los gametofitos producen gametos por mitosis. Los gametos femeninos y masculinos (óvulos y espermatozoides) se fusionan entonces para formar un zigoto diploide, el cual se divide de manera mitótica para producir un esporofito diploide multicelular.