La Reproducción de los Animales

La Reproducción Asexual y Sexual

Reproducción Asexual

En la reproducción asexual no hay intercambio de material genético, por lo que los individuos son genéticamente iguales. Primero se produce la división del núcleo y luego el citoplasma, asegurando así el reparto equitativo del material genético entre las células hijas. Hay varios tipos de reproducción asexual:

• Bipartición: La realizan organismos unicelulares como moneras o protozoos. La unidad reproductora está formada por toda la célula y antes de dividirse se tiene que duplicar el ADN.
• Gemación: Se da en organismos unicelulares y pluricelulares:
  • Unicelulares: Es un proceso parecido a la bipartición. La única diferencia es que tras la división del núcleo, el citoplasma no se divide en partes iguales, por lo que las células hijas tienen una gran diferencia de tamaño, como por ejemplo la levadura (Candida).
  • Pluricelulares: Se produce en vegetales y animales como esponjas (poríferos), celentéreos (pólipos), amebas, corales… Se separa un grupo de células del cuerpo del progenitor (yema) que dará lugar a un nuevo individuo. La yema se desprende del progenitor y se establece como un organismo independiente o puede permanecer adherida al organismo materno y convertirse en un nuevo individuo, más o menos independiente de una colonia.
• Escisión o Fragmentación: Consiste en la rotura espontánea del organismo progenitor en dos o más fragmentos, cada uno de los cuales dará lugar a un individuo completo. Por ejemplo: celentéreos (anémonas), anélidos (como el gusano de mar), poliquetos…
• Regeneración: Proceso mediante el cual algunos organismos pluricelulares son capaces de volver a formar las partes perdidas como consecuencia de una lesión. El organismo se divide, a veces voluntariamente. A veces un pequeño fragmento del organismo basta para regenerar un organismo completo, aunque hay veces que esto no es así (ej: segmento de lombriz, brazo de una estrella).

Existe un ejemplo particular que es el caso del ciclo de vida de Aurelia, que cuando es pólipo se reproduce asexualmente y cuando es medusa se reproduce sexualmente.

La estrobilación es la fragmentación del pólipo formando éfiras para luego formar las medusas que se reproducen sexualmente externa y forman larvas que se fijan al sustrato.

Reproducción Sexual

El objeto de la reproducción sexual es formar descendientes con características diferentes a las de los progenitores. Esto se consigue mediante el siguiente proceso:

• Formación de gametos: Son células especializadas que contienen información genética de los progenitores. Son células haploides, es decir, contienen la mitad de cromosomas. Se producen por meiosis. Se produce:
  • Isogamia: Los gametos son morfológicamente iguales, diferenciándose por su comportamiento. Se denominan con los símbolos + y –.
  • Anisogamia: Los gametos son morfológicamente distintos. Hay uno femenino (grande e inmóvil, el óvulo) y otro masculino (pequeño y móvil, el espermatozoide).
• Fecundación: Puede ser interna o externa. Se unen los gametos y se produce la fusión de sus núcleos, que formarán un cigoto diploide.
• Desarrollo del cigoto, desarrollo embrionario: El cigoto se divide por mitosis y originará un individuo que poseerá características de ambos progenitores.

La Partenogénesis

Reproducción a partir de gametos femeninos sin fecundación. Sucede en algunos insectos, crustáceos, peces, reptiles…

Tipos:

• Partenogénesis obligatoria: Los óvulos se desarrollan normalmente por partenogénesis, aunque en condiciones adversas, puede intercalarse una generación con reproducción sexual. Como en los pulgones.
• Partenogénesis accidental: La reproducción normal es sexual y presentan partenogénesis en un momento dado. Esto sucede al tiburón martillo en ausencia de machos.
• Partenogénesis facultativa: Los óvulos pueden desarrollarse con fecundación (nacen hembras) o sin ella (nacen machos), como sucede en las abejas.

La Formación de los Gametos

La gametogénesis tiene lugar en los órganos reproductores o gónadas de los individuos adultos. Las gónadas femeninas (ovarios) forman los óvulos y en las masculinas (testículos) forman los espermatozoides.

La fase de diferenciación se llama espermiogénesis, ya que la espermátida se va a transformar en espermatozoide, pasando de redonda e inmóvil a alargada y móvil. Cuenta con:

• Cabeza formada por:
  • Núcleo haploide
  • Acrosoma: Se forma a partir del aparato de Golgi. Contiene las enzimas que rompen la cubierta del óvulo.
• Pieza intermedia:
  • Mitocondrias: Oxidan la fructosa para obtener energía.
  • Centriolo
• Cola/Flagelo: En él se localizan mitocondrias que suministran la energía necesaria para el movimiento.

Por otro lado, el óvulo consta de:

• Vitelo: Sustancia de reserva utilizada para la división.
• Gránulos corticales: Se localizan en la periferia. Forman una membrana para que una vez que se ha fecundado el óvulo, este no se vuelva a fecundar.
• Corpúsculo polar: Cuando el óvulo es fecundado hay dos.
• Corona radiata: Células accesorias formadas por células foliculares que rodean al óvulo.
• Zona pelúcida: Envuelve la membrana plasmática. Es la cubierta que tiene que atravesar el espermatozoide gracias al acrosoma.
• Vesícula germinativa: Lugar en el que se localiza el núcleo.
• Núcleo

Meiosis

La meiosis forma parte de la reproducción sexual, y se produce en la gametogénesis en la fase de maduración. Al final del proceso se formarán 4 células genéticamente distintas a la primera y con la mitad de cromosomas. Pueden ser 4 espermátidas o 4 óvulos (en el caso de los mamíferos solo 1). Se obtienen gametos únicos que, al fecundarse, formarán individuos únicos.

Este proceso tiene dos divisiones:

• Primera división (reduccional):
  • Profase I: Hay varias fases:
    • Leptoteno: Los centrosomas están duplicados en G2. Empieza a condensarse la cromatina para formar cromosomas dobles, y el nucléolo desaparece.
    • Zigoteno: Se produce la unión íntima de los cromosomas homólogos en toda su longitud y forman bivalentes o tétradas mediante la sinapsis.
    • Paquiteno: Se producen los quiasmas (puntos de unión entre las cromátidas no hermanas de cromosomas homólogos).
    • Diploteno: Se produce la recombinación génica, o sobrecruzamiento. Se intercambian fragmentos de ADN entre cromátidas no hermanas de cromosomas homólogos.
    • Diacinesis: Desaparece la membrana nuclear y se forma el huso acromático a partir de los centrosomas.
  • Metafase I: Ya se ha formado el huso acromático y ha desaparecido la membrana nuclear. Los cromosomas por parejas de homólogos, que ya están condensados, forman la placa metafásica doble, que se sitúa en el plano ecuatorial de la célula.
  • Anafase I: Separación de cromosomas homólogos. Esto sucede porque hay 2 fibras de microtúbulos: los cinetocóricos y los continuos o polares. Los cinetocóricos se despolimerizan (se acortan), mientras que los polares se polimerizan (se alargan).
  • Telofase I: Los cromosomas dobles se descondensan para formar la cromatina, los nucléolos vuelven a aparecer y la membrana nuclear se forma a partir del retículo endoplasmático.

Se produce la citocinesis. Si teníamos un espermatocito primario, tenemos 2 espermatocitos secundarios y si teníamos un ovocito primario, tenemos un ovocito secundario y un corpúsculo polar.

• Intercinesis: Es como la interfase pero sin periodo S (no hay duplicación del ADN).
• Segunda división (ecuacional):
  • Profase II: Ya están duplicados los centrosomas que se duplicaron en G2. Los centrosomas forman el huso acromático, la cromatina se condensa para formar los cromosomas. No hay cromosomas homólogos, por lo que no hay intercambio de ADN. La membrana nuclear desaparece.
  • Metafase II: Los cromosomas dirigidos por los cinetocóricos forman la placa metafásica en la zona ecuatorial de la célula.
  • Anafase II: Se separan las cromátidas hermanas porque los cromosomas eran dobles, polimerizando los polares y despolimerizando los cinetocóricos.
  • Telofase II: La célula vuelve a formar la membrana nuclear a partir del retículo endoplasmático. Se descondensan los cromosomas para formar la cromatina y aparecen los núcleos. Se produce la citocinesis (no es necesaria) mediante un anillo contráctil o pared celular.

Si partimos de un espermatocito primario, vamos a obtener 4 espermátidas y si partimos de un ovocito primario obtendremos un óvulo; los corpúsculos degeneran.

La Fecundación

La fecundación es el proceso de fusión de los gametos para formar el cigoto. Las células gaméticas solo pueden sobrevivir en un medio acuoso, por lo que la fusión de ambos gametos debe efectuarse en dicho medio.

Mecanismo de la Fecundación

Tipos de Fecundación

• Fecundación externa: Tipo de fecundación frecuente en animales acuáticos. La hembra expulsa los óvulos sin fecundar al medio, unidos por una sustancia gelatinosa, y el macho los fecunda en el medio acuoso.
• Fecundación interna: Característica de los animales terrestres. El macho posee un órgano copulador para introducir los espermatozoides en las vías genitales femeninas donde tiene lugar la fecundación. Los organismos que carecen de este órgano se aparean poniendo en contacto sus orificios reproductores (ej: pinzones unen sus cloacas). Otras especies (ej: escorpión) liberan paquetes de espermatozoides y luego la hembra se autofecunda.

Los Sistemas Reproductores

Los aparatos reproductores o genitales (gónadas) tienen como función la formación de gametos. En los animales que transfieren los gametos del macho a la hembra para que se produzca la fecundación interna, existen órganos y conductos para este fin. En los mamíferos, el aparato reproductor femenino alberga y nutre al embrión durante su desarrollo.

En la mayoría de los animales, los aparatos reproductores están constituidos por órganos sexuales primarios (gónadas), donde se forman los gametos, y por órganos sexuales accesorios (ej: vías genitales, útero, vagina…).

Las gónadas masculinas son los testículos, mientras que las femeninas son los ovarios. En los animales hermafroditas, los gametos se forman en los ovotestes.

Sistema Reproductor de los Vertebrados

Los aparatos genital y excretor (sobre todo en los machos) están relacionados con un conducto de salida al exterior. Excepto en casi todos los mamíferos, los conductos genital, excretor y el intestino desembocan en una cámara común (cloaca) que comunica con el exterior.

• Aparato reproductor humano masculino
• Aparato reproductor humano femenino

Sistema Reproductor de los Invertebrados

En algunos invertebrados existe un receptáculo seminal al que emigran los espermatozoides tras la cópula y en el que quedan almacenados; su liberación se produce a medida que la hembra expulsa sus óvulos.

En animales sencillos (como anélidos marinos), las gónadas y los gametos son liberados al medio externo tras la ruptura de las paredes del propio organismo.

• Aparato reproductor de un invertebrado macho
• Aparato reproductor de un invertebrado hembra

Unisexualidad y Hermafroditismo

• Unisexualidad: Las especies que tienen el sexo separado son unisexuales o dioicas. Como por ejemplo las palmeras. Es frecuente el dimorfismo sexual (diferencia evidente) entre el macho y la hembra. Estos organismos son dioicos (sexo separado).
• Hermafroditismo: Las especies monoicas o hermafroditas son aquellas en las que cada individuo tiene los dos sexos, es decir, produce ambos tipos de gametos. La fecundación puede ser cruzada (dos individuos hermafroditas se aparean y se fecundan mutuamente) o autofecundación (el individuo se fecunda a sí mismo, no se produce un intercambio de material genético). En el ejemplo de los parásitos se produce la autofecundación porque es muy improbable que coincida un individuo masculino y otro femenino en un mismo huésped.

El Desarrollo Embrionario

El desarrollo embrionario es el proceso por el cual se forma un nuevo individuo a partir de la célula huevo. El organismo en desarrollo se llama embrión.

¿Dónde sucede el Desarrollo Embrionario?

Según el lugar donde suceda la fecundación y se desarrolle el cigoto, se distinguen 3 tipos de desarrollo embrionario:

• Ovípara: Los huevos (fecundados o sin fecundar) son expulsados al medio externo. Esta modalidad se da en la fecundación externa y en algunos casos de fecundación interna (aves). Ejemplo: tortuga marina.
• Ovovivípara: Los huevos se desarrollan en el interior del aparato reproductor de la hembra (excepto en el caballito de mar, donde se produce en el macho) y ahí reciben albergue y protección. La fecundación es interna, como en peces y algunos reptiles.
• Vivípara: El cigoto se desarrolla en el interior del aparato reproductor materno, que contribuye a la nutrición del embrión durante su desarrollo. La cría nace viva. La fecundación es interna, como en los mamíferos.

Procesos Básicos del Desarrollo Embrionario

• Multiplicación celular y muerte celular programada: Para que el embrión se desarrolle, sus células tienen que dividirse y fabricar nuevas células. Al mismo tiempo, cuando los tejidos y los órganos toman forma, hay células que deben morir y sufren apoptosis.
• Movimientos celulares: Las células del embrión pueden moverse unas entre otras, causando importantes cambios de forma. Incluso grupos de células pueden emigrar de un lugar a otro en el embrión, donde originan tipos de células diferentes.
• Diferenciación celular: Las células indiferenciadas se especializan en lugares y momentos concretos, de forma escalonada. Las que no se diferencian reciben el nombre de células madre.
• Interacciones intercelulares: Las células embrionarias se multiplican, se mueven o se diferencian en respuesta a señales que proceden de otras células.

Segmentación: Multiplicación sin Crecimiento

El cigoto, que es el resultado de la fecundación, la célula o huevo comienza a dividirse mediante mitosis formando blastómeros. Al principio son pocas células, y estas se van dividiendo, pero su citoplasma no aumenta.

Llega un momento en el que las blastómeras se dividen hasta formar la mórula.

Las células se disponen en la periferia, dejando un hueco en su interior llamado blastocele. Este estado embrionario recibe el nombre de blástula.

En la segmentación de los mamíferos placentarios, el cigoto produce el embrión y las complejas estructuras extraembrionarias que se disponen entre el embrión y el útero materno (ej. placenta).

En el blastocisto, un grupo de células migra al interior (blastocele) para formar la masa celular interna (embrión) y la masa externa la va a formar el resto de la célula (trofoblasto) que da origen a todas las estructuras que protegen y acompañan al embrión (ej. amnios, placenta…). El embrión en este momento se llama blastocisto.

Gastrulación: Producción de un Plan Corporal

La gastrulación es el proceso por el cual las células de la blástula o blastocisto se desplazan y se disponen en 2 o 3 capas (hojas embrionarias); cada capa tiene una función específica en la formación de órganos. Según el número de capas pueden ser:

• Diblásticos: 2 hojas embrionarias. Son los animales menos evolucionados, solo tienen endodermo y ectodermo. Todos los órganos se forman a partir de las dos hojas. El endodermo delimita al arquénteron (intestino) que comunica con el exterior por un orificio llamado blastoporo. El arquénteron es la cavidad donde se produce la digestión. Ej: las medusas tienen un único orificio de entrada y salida, esponjas (poríferos), los celentéreos.
• Triblásticos: 3 hojas embrionarias (mesodermo, ectodermo y endodermo). El mesodermo está formado por dos hojas: la hoja parietal que se suelda al ectodermo y la hoja visceral que se adhiere al endodermo. El espacio que queda entre las hojas es el celoma. Según el origen embrionario de la boca, se diferencia entre:
  • Protóstomos: Todos son de este tipo menos los equinodermos y cordados. La boca se forma a partir del blastoporo. Ej: anélidos (poliquetos, oligoquetos), artrópodos, insectos, arácnidos, crustáceos…
  • Deuteróstomos: Equinodermos y cordados. La boca no se forma a partir del blastoporo.

Organogénesis: Formación de Tejidos y Órganos

Es la formación de tejidos y órganos a partir de las 3 hojas. En este proceso, las células embrionarias adquieren formas y estructuras específicas adecuadas a la función que van a desempeñar.

• Ectodermo: Epidermis (piel), sistema nervioso y células sensoriales.
• Endodermo: Tubo digestivo y respiratorio, glándulas anejas al tubo digestivo y vejiga urinaria.
• Mesodermo: Dermis, corazón y resto de órganos del circulatorio, gónadas, riñones, esqueleto.

Membranas Extraembrionarias

El embrión de aves, reptiles y mamíferos está rodeado de varias membranas extraembrionarias que se originan a partir del embrión pero no son parte de él. Tipos:

• Saco vitelino: Rodea el vitelo y almacena sustancias.
• Amnios: Rodea al embrión y secreta el líquido amniótico. Protege al embrión, impide su desecación y le proporciona un medio acuático.
• Corion: Envuelve al amnios y al saco vitelino. Controla la pérdida de agua y el intercambio gaseoso con el medio externo.
• Alantoides: Forma una bolsa en la que se almacenan las sustancias de desecho que produce el embrión.

En la mayoría de mamíferos, estas membranas extraembrionarias cumplen una función muy particular ya que, junto con los tejidos de la pared del útero, forman la placenta, el órgano responsable de la nutrición del embrión, y el cordón umbilical, que une el embrión a la placenta.

El Desarrollo Posembrionario

El desarrollo postembrionario comienza con el parto en los vivíparos y con la eclosión en los ovíparos. El nuevo individuo inicia un periodo de crecimiento hasta alcanzar su estado adulto y su madurez reproductora. Tipos:

• Desarrollo directo: Típico en animales ovíparos con abundantes reservas vitelinas. Crecimiento en el que se alcanza la madurez sexual y tamaño adulto (reptiles, aves e insectos primitivos). Los mamíferos placentarios presentan un desarrollo directo gracias a que el embrión recibe el alimento de la madre a través de la placenta.
• Desarrollo indirecto: Se produce cuando las reservas vitelinas del huevo son escasas, por lo que el embrión no puede completar el desarrollo en el interior del huevo y da lugar a un organismo juvenil de vida libre. La fase juvenil (larva) es muy diferente a la fase adulta. Las larvas son sexualmente inmaduras y, por el contrario, los adultos no. La transformación del organismo juvenil en adulto se realiza mediante la metamorfosis.

La Metamorfosis en los Anfibios

Estos animales tienen una vida de renacuajo (larva) que pasan en el agua y una vida adulta que pasan en tierra, donde ya han madurado sexualmente.

La metamorfosis de los anfibios es un proceso gradual y continuo en el que el renacuajo se mantiene en todo momento activo y alimentándose.

La Metamorfosis en los Insectos

• Metamorfosis hemimetabólica o incompleta: La forma juvenil es como la adulta pero en miniatura y se denomina ninfa. La ninfa cambia gradualmente hasta transformarse en adulto y permanece activa y alimentándose durante todo el proceso. Los cambios coinciden con cada muda. Ej: saltamontes o libélulas.
• Metamorfosis holometabólica o completa: La forma juvenil es una larva (diferente al adulto). Si la larva tiene forma de gusano, se llama oruga. La larva experimenta una serie de mudas hasta alcanzar su máximo desarrollo, deja de alimentarse y moverse y crea una pupa o crisálida, donde se encapsula. En esta fase se produce una remodelación completa de la larva que se transforma en un individuo adulto. Este tipo de metamorfosis es típico de insectos.

La Intervención Humana en la Reproducción Animal

Reproducción Asistida y Transferencia de Embriones

• Fecundación in vitro: Consiste en fecundar el óvulo en el exterior, normalmente en un pocillo, y una vez fecundado, transferirlo al útero materno. Conlleva un tratamiento hormonal y todas las sesiones y dosis deben estar bien planificadas.
• ICSI: También llamado microinyección espermática. Suele utilizarse en personas con pocos espermatozoides. El varón deberá proporcionar una muestra de semen o realizarse una biopsia testicular (en caso necesario), para extraer y seleccionar los mejores espermatozoides que serán utilizados para la fecundación de los ovocitos.
• Inseminación artificial: Transferir espermatozoides de forma artificial al útero materno.

Manipulación de los Embriones

• Transgénesis: Proceso mediante el que se transfieren genes de un individuo a otro. Se puede utilizar tanto en plantas como en animales, aunque este proceso está mucho más evolucionado en las plantas.
• Clonación: La clonación es un proceso muy complejo que permite desarrollar un individuo a partir de una célula somática, es decir, diferenciada. Métodos:
  • Transferencia nuclear: Se extrae el núcleo haploide del óvulo y se introduce el núcleo diploide de una célula somática.
  • Fusión mediante descargas eléctricas: Hay dos células, un ovocito enucleado (al que se le ha extraído el núcleo de forma artificial) y una célula somática. Se produce una descarga eléctrica que fusiona el ovocito enucleado y la célula somática.

Proceso de Clonación:

• Obtener una célula somática.
• Cultivar la célula para sincronizarla en fase G1 o G0.
• Obtener el óvulo de la hembra.
• Extraer el núcleo del óvulo. Obtenemos un óvulo enucleado.
• Fusionar la célula somática y el óvulo enucleado.
• Cultivar para formar embriones.
• Transferir los embriones a úteros receptores.
• Se desarrollarán en el útero.