Reproducción. División celularConcepto de ciclo biológico

El ciclo biológico o ciclo vital son las diferentes etapas a lo largo de la vida de un organismo. Incluye una serie de cambios característicos que sufren los organismos desde su origen hasta alcanzar el estado adulto.

En el ciclo biológico de cualquier especie pueden distinguirse las siguientes fases:

Fase inicial. En muchos organismos, el ciclo vital comienza con una fase unicelular. En los organismos pluricelulares, esta primera célula será la precursora de todas las del nuevo organismo. En algunos casos, el nuevo individuo no se origina a partir de una única célula, sino de un grupo de células desprendidas del progenitor.

Desarrollo. En esta fase se producen cambios de tamaño y forma, así como la diferenciación de estructuras internas. El desarrollo finaliza cuando el nuevo organismo ha alcanzado las características propias de los adultos de su especie, incluida la capacidad para reproducirse.

Reproducción. Es la fase en la que los organismos producen “unidades reproductivas” que darán lugar a nuevos individuos con las características de los progenitores. Una unidad reproductora puede ser una simple célula, como la célula huevo, o bien un conjunto de ellas.

El ciclo celularEl ciclo celular o ciclo vital de una célula

comprende el período de tiempo que va desde que se forma la célula, es decir, desde que nace, hasta que se divide, dando lugar a nuevas células.

En un ciclo celular se diferencian dos etapas: una etapa inicial de larga duración, en que la célula presenta núcleo, denominada interfase, y una etapa final corta, en que la célula presenta cromosomas, denominada división, ya que la célula acaba dando lugar a dos células hijas. Al final de la interfase, es cuando se realiza la duplicación del ADN. Esto permite que luego, durante la división, cada célula hija pueda recibir la misma cantidad de ADN (el mismo número de cromosomas) que tenía la célula madre.

La etapa de división consta de una sola fase denominada fase M (M de mitosis). En ella el núcleo se desintegra, la cromatina (largos filamentos de ADN, muy finos, entremezclados y desespiralizados) se condensa (los filamentos de ADN se hacen cortos, espiralizados y se individualizan) y forma los cromosomas. Comprende la división del núcleo o mitosis, también llamada cariocinesis, y la división del citoplasma o citocinesis.

La fase M sólo dura una décima parte, o incluso menos, del total del ciclo celular.

Tipos de reproducción celularEn las especies eucariotas pluricelulares se pueden distinguir dos tipos de

células: las células diploides, que son las que tienen dos ejemplares de cada tipo de cromosoma (poseen dos juegos de cromosomas, uno heredado del padre y otro de la madre), y que se simbolizan como células 2n (siendo n el número de tipos diferentes de cromosomas presentes en cada célula), y las células haploides, que son las que tienen un solo ejemplar de cada tipo de cromosoma, y que se simbolizan como células n. Se denominan cromosomas homólogos aquellos que tienen información (igual o diferente) sobre los mismos caracteres; son, pues, del mismo tipo.

Por ejemplo, en la especie humana, en la que n es 23, las células diploides, que son las que constituyen la estructura del cuerpo y que se denominan células somáticas, tienen 46 cromosomas, mientras que las células haploides, que son las que sirven para generar nuevos individuos y que se denominan células reproductoras o germinales, tienen 23 cromosomas.

Basándose en esta dualidad se distinguen dos tipos de reproducción celular: la división generadora de células con igual número de cromosomas, en la que hay un proceso de división del núcleo denominado mitosis, y la división generadora de células con la mitad de cromosomas, proceso que recibe el nombre de meiosis.

MitosisEs un tipo de división nuclear que se

da cuando se han de generar células con igual número de cromosomas que la célula madre.

Debido a la mitosis, en los seres pluricelulares, todas las células somáticas tienen la misma dotación cromosómica que el cigoto, es decir, que la primera célula del organismo.

Aunque la mitosis es un proceso continuo, en el se pueden distinguir cuatro fases:1. Profase:

Se parte de la célula en reposo, es decir, cuando no está en división.

El núcleo aumenta de tamaño y los cromosomas empiezan a hacerse visibles.

Cada cromosoma aparece dividido longitudinalmente en dos mitades, cada una de las cuales recibe el nombre de cromátida.

La membrana nuclear va desapareciendo poco a poco y también los nucleolos. En el citoplasma, los

centrosomas se dividen y se dirigen hacia los polos de la célula.

Entre los centriolos del centrosoma, aparecen unas fibras finísimas que constituyen el llamado huso acromático.

2. Metafase: Los centriolos ocupan los polos de la célula y entre ellos se diferencia

perfectamente el huso acromático. Los cromosomas se sitúan en el plano del ecuador de la célula, perpendiculares a

las fibras de huso acromático. Los cromosomas se unen a los microtúbulos del huso acromático por su

centrómero.3. Anafase:

Las fibras del huso acromático que han tomado contacto con los cetrómeros empiezan a acortarse.

Como consecuencia de lo anterior, las dos cromátidas de cada cromosoma empiezan a separarse.

Poco a poco van desapareciendo las fibras del huso acromático y las cromátidas se dirigen hacia los polos de la célula.

4. Telofase: Las cromátidas, que ya pueden considerarse cromosomas

completos, empiezan a apelotonarse, como en la fase de reposo.

Desaparece totalmente el huso acromático. Se inicia la división del citoplasma, pues aparece un surco

periférico que progresa y estrangula a la célula madre hasta dividirla en dos células hijas.

Se reconstruye la membrana nuclear y las células hijas toman el aspecto de células normales en reposo.

División del citoplasma o citocinesisEn las células animales la división del citoplasma se realiza por estrangulación y

en las células vegetales por tabicación. En las células animales, a la altura del plano ecuatorial del huso acromático, bajo

la membrana plasmática se forma un anillo de filamentos contráctiles que se va estrechando hasta separar las dos células hijas.

En las células vegetales se forma un tabique de separación entre las células hijas, denominado fragmoplasto, a partir de vesículas derivadas del aparato de Golgi.

División celular por meiosis

La meiosis solo tiene lugar en algunas células diploides especializadas y en determinados momentos del ciclo vital de un organismo.

La meiosis es un proceso de multiplicación celular en el que una célula diploide da lugar a células hijas haploides; es decir, las células hijas tienen la mitad de cromosomas que la célula madre; pero no una mitad cualquiera, sino precisamente un cromosoma de cada pareja de cromosomas homólogos, es decir, una serie haploide. La utilidad de este tipo de multiplicación celular es la formación de las células reproductoras que servirán para la reproducción sexual. También hay muchos tipos de esporas que se producen por meiosis.

La meiosis comprende dos divisiones sucesivas, denominadas primera división meiótica (meiosis I) y segunda división meiótica (meiosis II). La primera es una división reducional, ya que las células hijas tienen la mitad de cromosomas que la célula madre, mientras que la segunda es una división ecuacional (es idéntica a la mitosis)

Entre la primera y la segunda división hay una corta interfase en la que no hay duplicación del ADN.Primera división meiótica:

Comprende cuatro fases: profase I, metafase I, anafase I y telofase I.Profase I: Ocurren los mismos procesos que en la mitosis. A diferencia de la mitosis, los dos cromosomas homólogos se aparean, formando un par denominado bivalente o tétrada, y las cromátidas que están más próximas (de cada par de homólogos) se entrecruzan en uno o varios puntos, intercambiando fragmentos de ADN, proceso denominado recombinación.Metafase I: Los pares de cromosomas homólogos emigran al plano ecuatorial del huso, lo que da lugar a la placa metafísica doble, formada por pares de cromosomas homólogos.Anafase I: Se separan los cromosomas homólogos, yendo un cromosoma de cada par hacia un polo de la célula diferente.Telofase I: Se forman los núcleos de las dos células hijas, habiendo recibido cada una de ellas un solo juego completo de cromosomas homólogos todavía replicados en dos cromátidas.Segunda división meiótica:

Es igual que una profase. Tiene como misión

separar las cromátidas de cada cromosoma. Para ello, en la metafase II, los cromosomas de las células hijas se alinean en el plano ecuatorial, dando lugar a la placa metafísica sencilla. En la anafase II se separan las cromátidas hermanas de cada cromosoma y emigran a su respectivo polo celular.

La reproducciónLa reproducción es la capacidad de originar nuevos individuos, iguales o muy

parecidos a los progenitores. Es el fenómeno mediante el cual los seres vivos producen, a expensas de su propio organismo, células o grupos de células que, al separarse de este, se convierten, directa o indirectamente, en nuevos individuos.

Hay dos tipos de reproducción: La reproducción asexual. Se caracteriza porque, salvo mutación, los

descendientes son genéticamente idénticos a su único progenitor. No existe intercambio de material genético, ya que los nuevos seres se originan a partir de un único progenitor que duplica su material genético por medio de la mitosis y, por tanto, tendrán idénticas características a él. En la reproducción asexual no intervienen gametos. De un solo individuo, se separa una unidad reproductora constituida por una célula (espora, originada por mitosis, capaz de originar un nuevo individuo sin necesidad de unirse a otra célula) o por un grupo de células (multiplicación vegetativa: fragmento de células del progenitor) que dará lugar tras su desarrollo, a un duplicado del progenitor. Así se reproducen los organismos unicelulares y algunos pluricelulares (vegetales) que la utilizan como alternativa a la reproducción sexual. En los metazoos, este tipo de reproducción se limita a animales poco evolucionados (poríferos y celentéreos).

Las principales ventajas de la reproducción asexual es que es muy eficaz, es decir, produce muchos descendientes en poco tiempo; un solo individuo puede dar origen a una población más o menos numerosa; no se requieren células especialmente diferenciadas, lo cual permite que, en algunas ocasiones, cualquier célula pluripotencial se diferencie como célula reproductora.

Por el contrario, la reproducción asexual tiene el gran inconveniente de que al ser los hijos casi idénticos al progenitor, la variabilidad genética es prácticamente nula y, por tanto, las respuestas son las mismas ante unos posibles cambios adversos del medio, lo que supone un peligro para la supervivencia de la especie (escasa capacidad de adaptación a los cambios del medio).

La reproducción sexual. Es aquella en que los descendientes son genéticamente muy diferentes de su progenitor o progenitores. Las diferencias genéticas de los nuevos individuos se deben a que se han formado a partir de unas células especiales haploides, las denominadas células reproductoras sexuales (meioesporas y gametos). Éstas, o sus antecesoras, se originan mediante una división denominada meiosis en la cual se produce una combinación al azar de genes entre cada dos cromosomas homólogos, por lo que el cromosoma de cada pareja es diferente en cada célula sexual.

Los gametos se diferencian de las meioesporas en que, mientras los gametos precisan unirse dos de ellos, de diferente sexo, para dar lugar a una célula con capacidad de dividirse, las meioesporas no. Las meioesporas se desarrollan directamente y, sin unirse a otras células, originan un nuevo individuo.

La reproducción sexual da lugar a pocos descendientes. Deben intervenir, generalmente, dos individuos. La rapidez de la reproducción es menor. Requiere la formación de células especializadas, resulta muy aleatoria porque es preciso el encuentro de los gametos. Sin embargo, permite una gran variabilidad génica en la descendencia que resulta de la mezcla del material genético de dos organismos diferentes una mayor capacidad de adaptación a los cambios ambientales.

Así se reproducen la mayoría de los organismos pluricelulares.

En los organismos unicelulares, todo el organismo interviene en el proceso reproductor. En los pluricelulares, la capacidad reproductora queda limitada a unas células reproductoras o germinales, el resto del organismo pierde la capacidad reproductora o únicamente la manifiesta en procesos de regeneración (células somáticas). En los organismos pluricelulares, las células no especializadas en la reproducción constituyen la línea somática o soma.

Tipos de reproducción asexualExisten varias modalidades de reproducción asexual:

Bipartición. Se da en organismos unicelulares (protozoos, bacterias y algas unicelulares). En ella la unidad reproductora está constituida por toda la célula y la reproducción se lleva a cabo por división de esa célula en dos partes iguales. Primero se divide el núcleo por mitosis y, después, se divide el citoplasma en dos citoplasmas hijos iguales cada uno conteniendo un núcleo.

Gemación. Es la división del citoplasma de la célula madre, cuando todavía es uninucleada, en dos partes desiguales, de forma que la menor sin núcleo, la denominada yema (formada por una evaginación de la membrana), queda comunicada con la mayor. Posteriormente el núcleo se divide y uno de los núcleo emigra hacia la yema que se separa de la célula mayor por estrangulación. Es propias de las levaduras.

En organismos pluricelulares (muchos vegetales y en algunos animales, como las esponjas y celentéreos), se separa un grupo de células del cuerpo del progenitor, una yema, que dará lugar a un nuevo individuo. Estas yemas pueden separarse posteriormente de su progenitor para originar el individuo adulto, como en el caso de la hidra de agua dulce, o pueden quedar unidas a él y dar lugar a colonias, como sucede en los corales.

En los vegetales superiores, la formación de yemas se produce a partir de células meristemáticas, que mantienen su capacidad de división. En los vegetales inferiores (musgos), estas yemas se llaman propágulos y se independizan originando nuevos individuos.

Regeneración. Es un proceso por el cual algunos organismos son capaces de volver a formar las partes perdidas como consecuencia de una lesión. Salamandras, lagartijas, estrellas de mar y cangrejos son capaces de adquirir una nueva cola, pata o brazo o algún otro órgano cuando han perdido el original.En ocasiones, un pequeño fragmento del organismo basta para regenerar el organismo completo; así, unos pocos segmentos de lombriz o un brazo de una estrella de mar pueden regenerar el animal completo.En muchas plantas, fragmentos de raíces, tallos o yemas pueden reproducir la planta completa, capacidad esta que es utilizada para la reproducción vegetativa artificial.

Escisión o fragmentación. La escisión consiste en la rotura espontánea del progenitor en dos o más fragmentos, cada uno de los cuales dará lugar a un individuo completo. Así ocurre en muchas algas filamentosas y algunos animales de organización sencilla como las anémonas de mar (celentéreos), las planarias (platelmintos) y las esponjas.

Esporulación o división múltiple: Consiste en una serie de divisiones sucesivas del núcleo de una célula materna. Posteriormente, cada núcleo hijo se rodea de una pequeña porción de citoplasma y se aísla mediante una membrana en el interior de la célula madre. Finalmente, son liberadas las células hijas, denominadas esporas, al romperse la membrana de la célula madre. Estas células se desarrollan, en condiciones favorables, y dan lugar a nuevos individuos. Esta modalidad reproductora se da en ciertos organismos unicelulares (esporozoos), en hongos, algas y en casi todos los vegetales en

algún momento de su ciclo vital.

La reproducción sexualEntendemos por sexualidad biológica la facultad que poseen los organismos

de poder intercambiar material genético, siendo, por tanto, la causa de la variabilidad genética. Pero la sexualidad no es un proceso reproductor, ya que no implica la formación de un nuevo ser.

La reproducción es el proceso de formación de un nuevo organismo, ya sea por procesos mitóticos o mediante la producción de un cigoto.

En algunos organismos, los procesos sexuales no van asociados a la reproducción, como es el caso de los protozoos. Estos organismos se reproducen asexualmente y, en algún momento de su ciclo, experimentan un intercambio de material genético (sexualidad) sin que se produzca reproducción. A este fenómeno se le llama conjugación.

Ahora bien, en la mayoría de los organismos, los dos fenómenos van asociados, de modo que el intercambio de material genético (sexualidad) da lugar a descendencia (reproducción).

La mayoría de los organismos pluricelulares se reproduce mediante procesos sexuales. No obstante, en muchos de ellos se alternan ambos modos de reproducción, sexual y asexual, como sucede en los vegetales, hongos y en algunos animales (celentéreos).

El objeto de la reproducción sexual es formar descendientes con caracteres diferentes de los progenitores. Esto se consigue mediante los siguientes procesos:

Formación de gametos, es decir, células especializadas que son el vehículo de transporte de la información genética de los progenitores. Los gametos son células haploides, con la mitad del número de cromosomas que las células originales. La reducción a la mitad del número de cromosomas se produce en un tipo de división nuclear, llamado meiosis, diferente de la mitosis. Este tipo de división nuclear es necesario en algún

momento del ciclo vital de las especies con reproducción sexual y anterior a la formación de los gametos.

Formación de la célula huevo o cigoto mediante la unión de los gametos (fecundación) y fusión de sus núcleos (cariogamia); así se restaura el número de cromosomas característico de la especie.

Desarrollo del cigoto. El cigoto se divide por mitosis, de acuerdo con las nuevas instrucciones genéticas, y origina un individuo que poseerá, por tanto, caracteres de ambos progenitores.

Según la morfología de los gametos, se distinguen dos tipos de reproducción: isogámica y anisogámica.

La reproducción isogámica o isogamia, se da en algunos protoctistas y organismos pluricelulares sencillos (hongos y algunas algas verdes) en los que los dos tipos de gametos son morfologicamente iguales aunque de comportamiento distinto. En este caso, los dos tipos de gametos se denominan “cepa de apareamiento” y se identifican con los símbolos “+” o “-“ según sea su comportamiento.

En la reproducción anisogámica, o anisogamia, que presenta la mayoría de los organismos, se producen dos tipos de gametos morfológicamente distintos. El gameto femenino es grande e inmóvil (macrogameto), y se denomina óvulo en los animales y oosfera en los vegetales. El gameto masculino es pequeño y móvil (microgameto), y se denomina espermatozoide en los animales y anterozoide en los vegetales. En los organismos pluricelulares, los gametos se forman en órganos especializados denominados gónadas en los animales y gametangios en los vegetales.

En las especies denominadas unisexuales o dioicas existen dos tipos de individuos según posean gónadas (o gametangios) masculinos o femeninas, por lo tanto sólo producen un tipo de gameto. Es decir, los sexos están separados en individuos distintos (acebo, laurel, chopo). En estos casos, es frecuente el dimorfismo sexual, o diferencia morfológica entre individuos de uno y otro sexo.

En las especies que se denominan hermafroditas o monoicas, los individuos son portadores de ambos tipos de gónadas (o gametangios) y producen los dos tipos de gametos. Así ocurre en la mayoría de los vegetales y en algunos animales. Hay grupos

zoológicos que son normalmente hermafroditas: los anélidos (lombriz de tierra y sanguijuela), los moluscos gasterópodos (ostras, caracoles), platelmintos (planarias, duelas y tenias) y crustáceos inferiores (percebes). En otros grupos el hermafroditismo es normal en algunas de las especies que los constituyen, como en las esponjas, los celentereos y los poliquetos (anélidos).

Los gametos masculinos y los femeninos pueden ser producidos por una misma gónada (ovotestis), como ocurre en los caracoles, o pueden existir testículos y ovarios separados.

La maduración de ambos tipos de gametos puede ser simultánea, pero es más común que maduren en momentos distintos, con lo que se evita la autofecundación.

El hermafroditismo es frecuente en organismos que viven fijos o son de movimiento lento, y que, como ocurre con algunos parásitos, a menudo viven aislados y se ven obligados a la autofecundación. No obstante, la autofecundación se evita siempre que es posible mediante la fecundación cruzada, en la que dos individuos hermafroditas se aparean y fecundan.Partenogénesis

Excepcionalmente, en algunas especies pueden llegar a desarrollarse óvulos sin fecundar que dan lugar a adultos normales. Este fenómeno se conoce como partenogénesis. Es frecuente en insectos, crustáceos y algunos organismos de organización sencilla, como los nematodos.

Por la dotación cromosómoca del huevo, la partenogénesis puede ser meiótica o ameiótica. En la partenogénesis meiótica o haploide (abejas), el óvulo se origina mediante meiosis y es haploide, dando lugar siempre a machos. En la partenogénesis ameiótica o diploide no hay meiosis y el óvulo se forma por mitosis. Puede dar lugar a machos o a hembras y se conoce también como partenogénesis asexual.Metagénesis

En muchos celentéreos se produce la llamada generación alternante, en la que alterna una fase con reproducción sexual y otra asexual.

Las medusas producen gametos que se unen en el agua y forman un cigoto. A partir del cigoto se desarrolla una larva plánula que, al poco tiempo, se fija al fondo por uno de sus extremos, mientras que en el polo opuesto se forma la boca, rodeada por una corona de tentáculos. El pólipo así formado puede reproducirse asexualmente.

En ciertas especies estos pólipos sufren una segmentación transversal y se desprenden porciones, que se

transforman en medusas, las cuales se reproducirán por vía sexual.

Ciclos biológicosSe denomina ciclo biológico al conjunto de procesos que sigue una especie desde

la formación del cigoto hasta que vuelve a reproducirse.En el caso de la reproducción sexual, como los gametos son haploides y los

cigotos diploides, durante cualquier ciclo biológico alternan 2 fases: una de células haploides, que como mínimo está representada por los gametos, y otra fase de células diploides, que como mínimo está representada por el cigoto que se forma después de la fecundación.

La meiosis debe realizarse, por tanto, en algún momento de la vida entre la formación del cigoto (2n) y la de los gametos, ya que éstos han de ser haploides (n). Según cuando se produzca, los organismos se caracterizan por poseer un determinado tipo de ciclo biológico.Ciclo biológico haplonte o meiosis cigótica: Propio de algas primitivas y de muchos hongos. En ellos, la fase diploide (2n) está reducida al cigoto e inmediatamente después de su formación se produce la meiosis. Por ello se dice que es una meiosis cigótica. Así, el cigoto diploide se divide por meiosis y da lugar a cuatro células haploides, cada una de las cuales originará un individuo adulto haploide.Ciclo biológico diplonte o meiosis gamatogénica: En este ciclo, la fase haploide (n) queda reducida a los gametos. La meiosis se realiza durante la formación de éstos. Por ello se llama meiosis gametogénica. Es típico de todos los metazoos, de algunos grupos de algas, de hongos y de la mayoría de los protozoos.

Tras la fusión de los gametos haploides (n) en la fecundación, se produce un cigoto diploide (2n) que, al desarrollarse, originará un adulto diploide (2n), capacitado para formar nuevos gametos haploides.Ciclo biológico diplohaplonte o meiosis esporogénica: Se presenta en todas las metafitas, muchas algas y algunos hongos. En ellos, el organismo adulto diploide, llamado esporofito, origina por meiosis gran cantidad de células haploides (n), denominadas meioesporas. Por esta razón también recibe el nombre de meiosis esporogénica. La meiosporas germinan y por mitosis forman un nuevo individuo llamado gametofito, que es haploide (n), ya que produce gametos n. Los gametos se fusionan y producen un cigoto 2n, que dará lugar de nuevo al esporofito, cerrando de este modo el ciclo vital. En el ciclo diplohaplonte hay, por tanto, una alternancia de generaciones, con dos tipos de adultos diferentes: el esporofito diploide (2n) y el gametofito haploide (n).