Reproducción

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La reproducción , la reproducción , la reproducción  es la propiedad inherente de todos los organismos vivos para reproducir su propia especie, asegurando la continuidad y la continuidad de la vida . Los métodos de reproducción se dividen en dos tipos principales: asexual y sexual .

Para los organismos con estructura celular , la división celular es la base de todas las formas de reproducción [1] .

Reproducción asexual

La reproducción asexual es un tipo de reproducción en la que la siguiente generación se desarrolla a partir de células somáticas sin la participación de las células reproductivas: los gametos .

La reproducción asexual es el método de reproducción más antiguo y simple y está muy extendido en los organismos unicelulares ( bacterias , algas verdeazuladas , clorella , amebas , ciliados ). Este método tiene varias ventajas sobre el método sexual: requiere menos energía y tiempo , y no hay necesidad de encontrar una pareja sexual, lo que permite altas tasas de reproducción. Sin embargo, los cambios dañinos resultantes de la mutación también se mantienen fijos durante un largo período de tiempo. Además, en condiciones ambientales adversas y cambiantes , casi todos los individuos morirán, ya que en promedio son casi idénticos a un individuo parental. Cabe señalar que la capacidad de una especie para reproducirse asexualmente no excluye la capacidad de tener un proceso sexual , pero luego estos eventos están separados en el tiempo.

El método más común de reproducción de los organismos unicelulares es la división en dos partes, con la formación de dos individuos separados.

Entre los organismos multicelulares , casi todas las plantas y hongos tienen la capacidad de reproducirse asexualmente  ; una excepción es, por ejemplo, velvichia . La reproducción asexual de estos organismos ocurre por medios vegetativos o por esporas .

Entre los animales, la capacidad de reproducción asexual es más común en las formas inferiores, pero está ausente en las más desarrolladas. El único método de reproducción asexual en los animales  es el vegetativo.

Se cree ampliamente que los individuos resultantes de la reproducción asexual siempre son genéticamente idénticos al organismo padre (excepto por mutaciones ). El contraejemplo más llamativo es la reproducción de esporas en las plantas , ya que durante la formación de esporas se produce una reducción de la división celular, como resultado de lo cual las esporas contienen solo la mitad de la información genética disponible en las células esporofitas (ver Ciclo de vida de las plantas ).

Reproducción por división

La división es característica principalmente de los organismos unicelulares . Por regla general, se lleva a cabo mediante una simple división celular en dos. Algunos protozoos (por ejemplo, los foraminíferos ) se dividen en un mayor número de células. En todos los casos, las celdas resultantes son completamente idénticas a las originales. La extrema sencillez de este método de reproducción, asociada a la relativa sencillez de la organización de los organismos unicelulares, permite multiplicarse muy rápidamente. Así, en condiciones favorables, el número de bacterias puede duplicarse cada 30-60 minutos. Un organismo que se reproduce asexualmente puede reproducirse a sí mismo indefinidamente hasta que ocurra un cambio espontáneo en el material genético: una mutación . Si esta mutación es favorable, se conservará en la descendencia de la célula mutada, que será un nuevo clon celular. En la reproducción unisexual, está involucrado un organismo progenitor, que puede formar muchos organismos idénticos a él.

División de células procarióticas

División de células procariotas  : el proceso de formación de células procariotas hijas de la madre. Los eventos clave en el ciclo celular de procariotas y eucariotas son la replicación del ADN y la división celular . Una característica distintiva de la división de las células procarióticas es la participación directa del ADN replicado en el proceso de división [2] . En la gran mayoría de los casos, las células procariotas se dividen para formar dos células hijas del mismo tamaño, por lo que este proceso a veces también se denomina fisión binaria . Dado que las células procarióticas suelen tener una pared celular , la división binaria se acompaña de la formación de un tabique  , una partición entre las células hijas, que luego se exfolia en el medio. El proceso de división de una célula procariótica se ha estudiado en detalle en el ejemplo de Escherichia coli [3] .

Amitosis

Amitosis , o división celular directa (del otro griego ἀ-  - un prefijo con el significado de ausencia y μίτος  - “hilo”) - división celular simplemente dividiendo el núcleo en dos.

Fue descrito por primera vez por el biólogo alemán Robert Remak en 1841, y el término fue propuesto por el histólogo Walter Flemming en 1882 . La amitosis es un fenómeno raro pero a veces necesario [4] . En la mayoría de los casos, la amitosis se observa en células con actividad mitótica reducida : se trata de células envejecidas o alteradas patológicamente, a menudo condenadas a la muerte (células de las membranas embrionarias de los mamíferos , células tumorales , etc.).

Durante la amitosis, el estado de interfase del núcleo se conserva morfológicamente, el nucléolo y la membrana nuclear son claramente visibles . La replicación del ADN está ausente. No se produce espiralización de la cromatina , no se detectan cromosomas . La célula conserva su actividad funcional inherente, que desaparece casi por completo durante la mitosis. Durante la amitosis, solo se divide el núcleo, y sin que se forme un huso de fisión , por lo tanto, el material hereditario se distribuye aleatoriamente. La ausencia de citocinesis conduce a la formación de células binucleares, que posteriormente son incapaces de entrar en un ciclo mitótico normal. Con amitosis repetidas, se pueden formar células multinucleadas.

Este concepto todavía aparecía en algunos libros de texto hasta la década de 1980. En la actualidad, se cree que todos los fenómenos atribuidos a la amitosis son el resultado de una interpretación incorrecta de preparaciones microscópicas insuficientemente preparadas , o de la interpretación de fenómenos que acompañan a la destrucción celular u otros procesos patológicos como la división celular. Al mismo tiempo, algunas variantes de la fisión nuclear eucariótica no pueden denominarse mitosis o meiosis. Tal, por ejemplo, es la división de los macronúcleos de muchos ciliados , donde, sin la formación de un huso, se produce la segregación de fragmentos cortos de cromosomas.

Mitosis

La mitosis ( μίτος - "hilo de urdimbre") es una división celular  indirecta, el método más común de reproducción de las células eucariotas . La importancia biológica de la mitosis radica en la distribución estrictamente idéntica de los cromosomas entre los núcleos hijos , lo que asegura la formación de células hijas genéticamente idénticas y preserva la continuidad en varias generaciones de células [5] .

La mitosis es uno de los procesos fundamentales de la ontogenia . La división mitótica asegura el crecimiento de eucariotas multicelulares al aumentar las poblaciones de células tisulares . Como resultado de la división mitótica de las células meristemáticas , aumenta el número de células del tejido vegetal . La escisión de un óvulo fertilizado y el crecimiento de la mayoría de los tejidos en los animales también se producen a través de divisiones mitóticas [6] .

Sobre la base de las características morfológicas, la mitosis se subdivide condicionalmente en etapas: profase, prometafase, metafase, anafase, telofase. Las primeras descripciones de las fases de la mitosis y el establecimiento de su secuencia se realizaron en los años 70-80 del siglo XIX . A finales de la década de 1870 y  principios de la de 1880, el histólogo alemán Walter Flemming acuñó el término "mitosis" para referirse al proceso de división celular indirecta [7] .

La duración media de la mitosis es de 1-2 horas [8] . La mitosis de las células animales, por regla general, dura de 30 a 60 minutos y las plantas, de 2 a 3 horas. Durante 70 años, en el cuerpo humano se llevan a cabo unas 10 14 divisiones celulares en total [9] .

Meiosis

La meiosis (del otro griego μείωσις  - "reducción") o reducción de la división celular es la división del núcleo de una célula eucariota con la reducción a la mitad del número de cromosomas . Ocurre en dos etapas (etapas de reducción y ecuacionales de la meiosis). La meiosis no debe confundirse con la gametogénesis  : la formación de células germinales especializadas , o gametos , a partir de células madre indiferenciadas .

Con una disminución en el número de cromosomas como resultado de la meiosis , ocurre una transición de la fase diploide a la fase haploide en el ciclo de vida . La restauración de la ploidía (transición de la fase haploide a la diploide) ocurre como resultado del proceso sexual .

Debido al hecho de que en la profase de la primera, reducción, etapa, fusión por pares (conjugación) de cromosomas homólogos , el curso correcto de la meiosis es posible solo en células diploides o incluso en células poliploides (tetra-, hexaploides, etc.). ). La meiosis también puede ocurrir en células poliploides impares (células triploides, pentaploides, etc.), pero en ellas, debido a la incapacidad de asegurar la fusión por pares de cromosomas en la profase I, se produce divergencia cromosómica con alteraciones que amenazan la viabilidad de la célula o el desarrollando a partir de ella un organismo multicelular haploide.

El mismo mecanismo subyace a la esterilidad de los híbridos interespecíficos . Dado que los híbridos interespecíficos combinan los cromosomas de padres que pertenecen a diferentes especies en el núcleo celular, los cromosomas generalmente no pueden conjugarse. Esto conduce a alteraciones en la divergencia de los cromosomas durante la meiosis y, en última instancia, a la no viabilidad de las células germinales o gametos . Ciertas restricciones en la conjugación de los cromosomas también son impuestas por reordenamientos cromosómicos ( eliminaciones a gran escala , duplicaciones , inversiones o translocaciones ).

Reproducción por esporas

A menudo, la reproducción asexual de bacterias está precedida por la formación de esporas. Las esporas bacterianas  son células en reposo con un metabolismo reducido, rodeadas por una membrana multicapa, resistentes a la desecación y otras condiciones adversas que provocan la muerte de las células ordinarias. La esporulación sirve tanto para sobrevivir en tales condiciones como para propagar bacterias: una vez en un entorno adecuado, la espora germina y se convierte en una célula vegetativa (en división).

La reproducción asexual con la ayuda de esporas unicelulares también es característica de varios hongos y algas . Las esporas en muchos casos se forman por mitosis (mitosporas), ya veces (especialmente en hongos) en grandes cantidades; al germinar, reproducen el organismo madre. Algunos hongos, como la plaga de plantas nocivas Phytophthora, forman esporas móviles y flageladas llamadas zoosporas o vagabundos. Después de nadar en gotas de humedad durante algún tiempo, tal vagabundo "se calma", pierde flagelos, se cubre con una capa densa y luego, en condiciones favorables, germina.

Propagación vegetativa

Reproducción vegetativa  : la formación de un nuevo individuo a partir de la parte multicelular del cuerpo del individuo progenitor, uno de los métodos de reproducción asexual , característico de los organismos multicelulares. En algas y hongos , se produce por separación de secciones no especializadas del talo o mediante la formación de secciones especializadas ( brotes de cría del alga Sphacelaria , etc.).

En las plantas superiores , ocurre como una desintegración del individuo materno en dos o más individuos hijos (por ejemplo, cuando mueren los brotes rastreros o los rizomas , separación de la descendencia de la raíz ), o como separación del individuo materno de los rudimentos de las hijas. (por ejemplo, tubérculos , bulbos , yemas de cría ).

En algunas plantas, los brotes separados de la planta madre (en los sauces ) o las hojas pueden echar raíces [10] . En los animales, la reproducción vegetativa (que los zoólogos a menudo denominan asexual) se produce por fisión o por gemación.

La propagación vegetativa se basa en procesos similares a los de la regeneración ; como regla, en ausencia de la capacidad de regeneración en un grupo dado de organismos (por ejemplo, rotíferos , nematodos , sanguijuelas ), la reproducción vegetativa también está ausente, y en presencia de una capacidad regenerativa desarrollada ( anélidos , hidroides , platelmintos , equinodermos ), también se produce la reproducción vegetativa.

En ciernes

La gemación  es un tipo de reproducción asexual o vegetativa de animales y plantas, en la que los individuos hijos se forman a partir de excrecencias del cuerpo del organismo madre (riñones). La brotación es característica de muchos hongos , hepáticas y animales ( protozoos , esponjas , celenterados , algunos gusanos , tunicados , algunos flagelados , hidras , esporozoos ). En varios animales, la brotación no llega al final, los individuos jóvenes permanecen conectados al organismo de la madre. En algunos casos, esto conduce a la formación de colonias .

Algunos tipos de unicelulares se caracterizan por una forma de reproducción asexual como la gemación . En este caso, se produce la división nuclear mitótica . Uno de los núcleos formados se mueve hacia la protuberancia local emergente de la célula madre , y luego este fragmento brota. La célula hija es significativamente más pequeña que la célula madre, y tarda algún tiempo en crecer y completar las estructuras que faltan, después de lo cual toma la forma característica de un organismo maduro. La brotación es un tipo de reproducción vegetativa. Muchos hongos inferiores se reproducen por gemación , como la levadura e incluso animales multicelulares, como la hidra de agua dulce . Cuando la levadura brota, se forma un engrosamiento en la célula, que gradualmente se convierte en una célula de levadura hija de pleno derecho. En el cuerpo de la hidra, varias células comienzan a dividirse, y gradualmente crece una pequeña hidra en el individuo madre, en la que se forman una boca con tentáculos y una cavidad intestinal , conectada con la cavidad intestinal de la "madre".

Fragmentación (división del cuerpo)

Algunos organismos pueden reproducirse dividiendo el cuerpo en varias partes, y de cada parte crece un organismo completo, similar en todo al padre ( planos y anélidos , equinodermos ).

Reproducción sexual

La reproducción sexual está asociada al proceso sexual (fusión celular), y también, en el caso canónico, al hecho de la existencia de dos categorías sexuales complementarias ( organismos masculinos y organismos femeninos ).

Durante la reproducción sexual se produce la formación de gametos o células germinales. Estas células tienen un conjunto haploide (único) de cromosomas. Los animales se caracterizan por un juego doble de cromosomas en las células ordinarias (somáticas), por lo que la formación de gametos en los animales se produce en el proceso de meiosis . En muchas algas y todas las plantas superiores, los gametos se desarrollan en el gametofito, que ya tiene un juego único de cromosomas, y se obtienen por división mitótica simple.

Según la similitud-diferencia de los gametos resultantes, se distinguen entre sí varios tipos de formación de gametos:

  • isogamia  - gametos del mismo tamaño y estructura, con flagelos
  • anisogamia  : gametos de diferentes tamaños, pero de estructura similar, con flagelos
  • oogamia  - gametos de varios tamaños y estructuras. Los gametos masculinos pequeños, flagelares, se denominan espermatozoides , y los gametos femeninos grandes, sin flagelos, se denominan óvulos .

Cuando dos gametos se fusionan (en el caso de la oogamia, es necesaria una fusión de diferentes tipos de gametos), se forma un cigoto , que ahora tiene un juego diploide (doble) de cromosomas. Un cigoto se convierte en un organismo hijo, cuyas células contienen información genética de ambos padres.

Hermafroditismo

Un animal que tiene gónadas masculinas y femeninas se llama hermafrodita (en nombre de Hermafrodita  , una criatura mítica bisexual). El hermafroditismo está muy extendido entre los animales inferiores y en menor medida entre los superiores. Una característica similar en las plantas se denomina monoica (en oposición a dioica) y está asociada con el avance evolutivo general de la especie en menor medida que en los animales.

Partenogénesis y apomixis

La partenogénesis  es un tipo especial de reproducción sexual en la que se desarrolla un nuevo organismo a partir de un óvulo no fertilizado, por lo que no hay intercambio de información genética, como en la reproducción asexual. Un proceso similar en las plantas se llama apomixis .

La partenogénesis, que es un tipo de reproducción sexual pero unisexual, surgió en el proceso de evolución en los organismos dioicos. En los casos en que algunas especies están representadas únicamente por hembras (siempre o periódicamente), una de las principales ventajas biológicas de la partenogénesis es acelerar la tasa de reproducción de la especie. Los taxones del mismo sexo que se reproducen partenogenéticamente a menudo ocupan la periferia de los rangos de las especies , donde la hibridación y la competencia con poblaciones bisexuales no impiden el establecimiento y la propagación de poblaciones del mismo sexo (femeninas) [11] . La partenogénesis se ha descrito para pulgones , dafnias , lagartijas , algunos peces y otros animales [12] . La partenogénesis no ocurre en los mamíferos , en los que los embriones partenogenéticos mueren en las primeras etapas de la embriogénesis [13] .

Durante la partenogénesis, el huevo puede ser haploide o diploide. Cuando se desarrolla a partir de un óvulo haploide, los individuos en desarrollo pueden ser solo machos, solo hembras o ambos, según el mecanismo de determinación del sexo . Por ejemplo, en las abejas , avispas parásitas , gusanos y ácaros , los machos aparecen a partir de un huevo haploide no fertilizado. La partenogénesis puede ser continua o cíclica. En las dafnias, los pulgones, los rotíferos , las generaciones partenogenéticas se alternan con las sexuales. En Daphnia en particular, las hembras son diploides y los machos son haploides. En condiciones favorables, la meiosis no ocurre en Daphnia y los huevos permanecen diploides. Se desarrollan sin fecundación y dan lugar únicamente a hembras. En condiciones de existencia desfavorables, las hembras comienzan a poner huevos haploides, de los cuales nacen los machos. Como resultado del proceso sexual, se forman cigotos diploides, dando lugar nuevamente a hembras [14] .

Progénesis

La progénesis es la gametogénesis en estado larvario. Se subdivide en:

  • neotenia  - un retraso temporal en el desarrollo del organismo en la etapa larvaria, con la adquisición de la capacidad de reproducción sexual. Por ejemplo, en algunas especies de ambistomas, anfibios de la familia Ambystomidae del orden caudado ( caudata ), se forma una larva neoténica de ajolote debido a una deficiencia hereditaria de la hormona tiroidea .
  • pedomorfosis - neotenia con una pérdida completa de la capacidad de metamorfosis. Ocurre en anfibios con cola de la familia Protea .
  • pedogénesis  - reproducción partenogenética en la etapa larvaria, a menudo ocurre cuando el embrión aún está en el cuerpo de la madre. Este tipo de reproducción es característico de algunos artrópodos y platelmintos parásitos - trematodos , usándolo para aumentar significativamente el número de crías en poco tiempo.

Alternancia de generaciones

En muchas algas , en todas las plantas superiores , en algunos protozoos y celenterados , en el ciclo de vida, se produce alternancia de generaciones, reproduciéndose, respectivamente, sexual y asexualmente - metagénesis . En algunos gusanos e insectos, se observa heterogonía  : la alternancia de diferentes generaciones sexuales, por ejemplo, la alternancia de generaciones sexuales separadas con hermafroditas , o reproducción partenogenética .

Alternancia de generaciones en las plantas

El gametofito se desarrolla a partir de una espora , tiene un juego único de cromosomas y tiene órganos de reproducción sexual: gametangia . En organismos heterogéneos, los gametangios masculinos, es decir, los que producen gametos masculinos, se denominan anteridios y femeninos - arquegonios . Dado que el gametofito, al igual que los gametos que produce, tiene un solo conjunto de cromosomas, los gametos se forman por división mitótica simple.

Cuando los gametos se fusionan, se forma un cigoto , a partir del cual se desarrolla el esporofito . El esporofito tiene un juego doble de cromosomas y porta órganos de reproducción asexual: esporangios . En los organismos heterosporosos, los gametofitos masculinos se desarrollan a partir de microsporas , que portan exclusivamente anteridios, y de megasporas  , gametofitos femeninos. Las microsporas se desarrollan en microsporangios , las megasporas en megasporangios . Durante la formación de esporas, se produce una reducción meiótica del genoma y se restaura en las esporas un solo juego de cromosomas, característico del gametofito.

La evolución de la reproducción

La evolución de la reproducción fue, por regla general, en la dirección de las formas asexuales a las sexuales, de la isogamia a la anisogamia, de la participación de todas las células en la reproducción a la división de las células en somáticas y sexuales, de la fertilización externa a la interna con desarrollo intrauterino. y cuidado de la descendencia.

La tasa de reproducción, el número de crías, la frecuencia del cambio generacional, junto con otros factores, determinan la tasa de adaptación de la especie a las condiciones ambientales. Por ejemplo, las altas tasas de reproducción y los frecuentes cambios generacionales permiten que los insectos desarrollen resistencia a los pesticidas en poco tiempo. En la evolución de los vertebrados -desde los peces hasta los de sangre caliente- existe una tendencia a reducir el número de crías y aumentar su supervivencia.

Véase también

Notas

  1. ↑ Reproducción : artículo de la Gran Enciclopedia Soviética . 
  2. ↑ Benjamín Lewin. Capítulo 13: El replicón // Genes VIII . - Upper Saddle River, Nueva Jersey: Pearson Prentice Hall, 2004. - ISBN 0131439812 .
  3. ↑ de Boer PA. Avances en la comprensión de la fisión de células de E. coli  (indefinido)  // Curr Opin Microbiol .. - 2010. - T. 13 . - S. 730-737 . -doi : 10.1016 / j.mib.2010.09.015 . — PMID 20943430 .
  4. ↑ mitosis: Meiosis y Amitosis . La Enciclopedia Electrónica de Columbia , 6ª edición (2007). Fecha de acceso: 9 de septiembre de 2011. Archivado desde el original el 26 de febrero de 2013.
  5. ↑ Diccionario enciclopédico biológico / Cap. editor Gilyarov M. S. - M. : Sov. Enciclopedia, 1986. - 831 p. — 100.000 copias.
  6. ↑ Gilbert S. Biología del desarrollo: en 3 volúmenes. - M. : " Mir ", 1995. - T. 3. - 352 p. - 5000 copias.  — ISBN 5-03-001833-6 .
  7. ↑ Historia de la biología desde la antigüedad hasta principios del siglo XX / Editado por S. R. Mikulinsky . - M. : " Nauka ", 1972. - 564 p. - 9600 copias.
  8. ↑ Alberts B. et al. Biología molecular de la célula: en 3 volúmenes - 2º, revisado. - M. : " Mir ", 1993. - T. 2. - 539 p. — ISBN 5-03-001987-1 .
  9. ↑ Buldakov L.A., Kalistrátova V.S. Radiación radiactiva y salud . - M. : Informe-Atom, 2003. - 165 p. Archivado el 2 de diciembre de 2003 en Wayback Machine .
  10. ↑ Shank // Diccionario enciclopédico de Brockhaus y Efron  : en 86 volúmenes (82 volúmenes y 4 adicionales). - San Petersburgo. , 1890-1907.
  11. ↑ Viktorov A. G. Partenogénesis geográfica en insectos isleños  // Naturaleza . - Ciencias , 2006. - N º 9 . - S. 82-83 .
  12. ↑ Aslanyan, Soldátova, 2010 , pág. 17-19.
  13. ↑ Diccionario enciclopédico biológico / Ch.ed. MS Gilyarov. - M . : Sov. Enciclopedia, 1986. - 831 p.
  14. ↑ Inge-Vechtomov, 2010 , pág. 221-223.

Literatura

  • Aslanyan M. M., Soldatova O. P. La genética y el origen del sexo. Libro de texto para estudiantes que estudian en la dirección de "Biología". - M. : Academia de Autor; Asociación de publicaciones científicas KMK, 2010. - 114 p. - ISBN 978-5-91902-001-1 .
  • Inge-Vechtomov S. G. Genética con los fundamentos de la selección. - San Petersburgo. : Editorial N-L, 2010. - 718 p. — ISBN 987-5-94869-105-3.

Enlaces

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