Ciclos Vida Haplonte Diplonte

III) La información celular 9) Reproducción

9) LA REPRODUCCIÓN

CONCEPTO DE REPRODUCCIÓN

La reproducción tiene por objetivo laprocreación de nuevos individuos a partir delos existentes. Es un fenómeno por el cuallos seres vivos producen a expensas de supropio cuerpo una célula o un grupo de célu-las que mediante un proceso de desarrollose transformarán en un nuevo organismosemejante al de origen.

En los seres vivos se dan formas muydiversas de reproducción. No obstante, sepueden agrupar en dos modalidades dife-rentes:

- Reproducción asexual- Reproducción sexual

La re pro duc ción ase xual . No existen nifecundación ni gametos. Se lleva a cabo apartir de células somáticas ya que delorganismo progenitor se separan determina-das partes de su cuerpo, puede ser tambiénuna sola célula, que están destinadas aformar un nuevo individuo completo.

La reproducción asexual fue, probablemente, el primer mecanismo de reproducciónque tuvieron los seres vivos, pues no requiere procesos tan complejos como los quese necesitan en la reproducción sexual.

La reproducción asexual se presenta preferentemente en los organismos vegetales yen los unicelulares, mientras que en los animales se da, sobre todo, en los menosevolucionados.

La reproducción sexual. Se caracteriza por la producción de células especializadashaploides: las células sexuales o gametos. Normalmente estas células no puedendesarrollarse por sí mismas y dar un nuevo individuo, necesitan unirse para formaruna célula mixta de núcleo diploide, el zigoto o célula huevo. El proceso de fusión deambos gametos para formar el zigoto recibe el nombre de fecundación.

J. L. Sánchez Guillén Página III-9-1

Fig. 1 Ciclo biológico o ciclo vital.

Reproducción

Desarrollo

Organismo

adultoCélulas aisladas

o grupos de células

Fig. 2 Reproducción sexual y asexual.

I I

I

I

I

Reproducción sexual Reproducción asexual


La reproducción sexual es la forma másextendida e importante de reproducción.Prácticamente todos los seres vivos, inclusolos organismos unicelulares, tienen reproduc-ción sexual. La reproducción sexual estáíntimamente relacionada con la evoluciónde los organismos.

DIFERENCIAS ENTRE AMBOS TIPOS DEREPRODUCCIÓN

Diferencias formales:

- La reproducción asexual se lleva a cabo apartir de células somáticas.- En la reproducción sexual intervienencélulas germinales especializadas: losgametos.

Diferencias genéticas:

- Reproducción asexual: No producevariabilidad genética al existir sólo mitosis.- Reproducción sexual: Produce variabilidadgenética mediante la recombinación genéticaen la meiosis y mediante la fecundación.

CICLOS BIOLÓGICOS

Un ciclo biológico o ciclo vital es la serieprogresiva de cambios que experimenta unindividuo o una sucesión de éstos entre dosprocesos de fecundación

Según la posición relativa que adquieran lafecundación y la meiosis dentro del ciclobiológico de un ser vivo podremos clasificarsu ciclo biológico como: haplonte, diplonteso diplohaplonte.

Haplontes. En este tipo de ciclo biológico elzigoto diploide originado por fecundaciónexperimenta la meiosis (R!) y da lugar acuatro células haploides o esporas asexuadas


Fig. 3 Tipos de reproducción asexual.

Tipos de reproducción asexual

Bipartición Fragmentación Gemación Esporulación

Fig. 4 Variación de la cantidad de ADN en

una célula que ha seguido un ciclo haplontecompleto. G) Formación de gametos pormitosis; F) Fecundación; R1 y R2) Citocinesis 1y 2 de la meiosis.

Fig. 5 Ciclo haplonte. R!) Meiosis.

Can

tidad

de A

DN

de

cada

célu

la e

n p

g.

0 5 10 15

tiempo en unidades arbitrarias

FF

R1R1

R2R2GG


que se desarrollan dando origen a un indivi-duo adulto haploide (n). Éste formarágametos sin mediar la meiosis. Se trata deun ciclo en el que la meiosis se encuentrainmediatamente después de la fecundación.Son haplontes algunas especies de algas,hongos y protistas.

Diplontes. Con los diplontes sucede todo locontrario ya que la meiosis (R!) no estádespués de la fecundación sino que laprecede. El individuo adulto es diploide (2n)y sólo los gametos son haploides (n). Tienenun ciclo diplonte los animales y algunasespecies de unicelulares, de algas y de hongos.

Diploha plontes o haplodiploides . Del zigotose desarrolla, como en los diplontes, unageneración diploide en la que tiene lugar lameiosis (R!), no para producir gametos, sinopara dar células haploides, esporas, cada unade las cuales desarrolla un organismo haploi-de productor de gametos. En algunas espe-cies, como Ulva lactuca, las generacioneshaploide y diploide son morfológicamentesemejantes. En otras, como ocurre con losmusgos, helechos y plantas superiores,ambas generaciones presentan diferentesaspectos. Los ciclos diplohaplontes soncaracterísti cos de la mayoría de los vegeta-les.

EJEMPLO DE UN CICLO HAPLONTE

En la figura 8 vemos el ciclo haplonte enun alga. El zigoto (A), 2n, en lugar dedesarrollarse y dar lugar al alga, sufre laprimera (b1) y la segunda división de lameiosis (b2) dando cuatro células haploides(B). Estas (B) se desarrollan (c) y cada unaforma un organismo haploide (D). En ciertaszonas de este (D1), sin necesidad de meio-sis, se producen los gametos (E). La uniónde los gametos, fecundación (f), da lugar alzigoto (A), cerrándose el ciclo.


Fig. 6 Ciclo diplonte. R!) Meiosis.

Fig. 7 Ciclo diplohaplonte. R!) Meiosis.

Fig. 8 Ciclo biológico haplonte de un

alga. A) Zigoto; b1 y b2) meiosis; B) esporashaploides; c) Fase de desarrollo; D) organismohaploide; d1) órganos reproductores; E)gametos; f) fecundación .

d1

x1/5

x500

A

x500

x500

x500

x500

E

X 1/10X 1/10

b1

b2

B

c

D

f


EJEMPLO DE UN CICLO DIPLONTE: LASAVES

Vemos en la figura 9, como ejemplo deciclo diplonte, el caso de las aves, que seríaextensible al de muchos otros animales. Enellas, los adultos son diploides y por meiosisproducen gametos haploides. Estos se unen(fecundación) y producen un zigoto diploide,que se desarrolla y da un nuevo individuo.

En este tipo de ciclo predomina la fasediploide, mientras que la fase haploide quedareducida a los gametos.

EJEMPLO DE UN CICLO DIPLOHAPLONTE: LOS MUSGOS

Los musgos, tal y como frecuentemente los vemos, forman unas matitas almoha-dilladas. Cada matita: gametofito, tiene n cromosomas y está constituida por unaserie de ramitas con pequeñas hojas de color verde. En los extremos de algunasramitas se desarrollan los órganos reproducto-res masculinos: los anteridios, en el interiorde los cuales, sin necesidad de la meiosis, seforman los gametos masculinos: los antero-zoides. En los extremos de otras ramitas seforman los órganos reproductores femeninos:los arquegonios, y en su interior una únicacélula reproductora femenina: la oosfera. Encondiciones de humedad se abren losanteridios y salen los anterozoides, flagelados,que nadan hasta los arquegonios y fecundanla oosfera. Se forma así una célula con 2ncromosomas: el zigoto. A partir de éste sedesarrolla una estructura 2n: el esporofito,formado por un filamento y una cápsula. En el interior de la cápsula se produce lameiosis, formándose células con n cromosomas. Estas células darán lugar a lasesporas, también con n cromosomas, a partir de las cuales se desarrollará el game-tofito cerrándose el ciclo.

Vemos que en los musgos la fase haploide o gametofito predomina sobre la fasediploide o esporofito. Por el contrario, en lo helechos, es la fase diploide lapredominante y la fase haploide queda reducida a una simple laminilla de pequeñotamaño. Un caso extremo de reducción se observa en las plantas con flor: lasfanerógamas.


Fig. 9 Ciclo biológico diplonte. Todos los

elementos del ciclo son diploides, excepto losgametos. La fecundación se produceinmediatamente después de la meiosis

Fig. 10 Ciclo biológico diplohaplonte de un

musgo sp.

Gametofito (n)

Gametos (n)

Zigoto (2n)

Gametofito (n)

Esporofito (2n)

Espora (n)

anterozoide

oosfera


REPRODUCCIÓN SEXUAL

Como ya se ha dicho, en la reproducción sexual intervienen gametos y es unproceso que produce variabilidad genética mediante la recombinación genética en lameiosis y mediante la fecundación.

FORMACIÓN DE LOS GAMETOS

En los seres unicelulares los gametos se forman a partir de la propia célula por unproceso de meiosis y diferenciación.

En los seres pluricelulares se forman en órganos especializados. En las plantas estosórganos reciben el nombre de gametangios. Éstos se llaman anteridios si producengametos masculino: anterozoides, y arquegonios si producen gametos femeninos:oosferas. En los animales los órganos productores de los gametos son las gónadas:testículos, las gónadas masculinas donde se forman los espermatozoides y ovarioslas femeninas, donde se forman los óvulos.

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 hem-bras, y gametos masculinos: espermatozoides, en los machos. La formación de óvulosy espermatozoides son procesos que presentan grandes similitudes. No obstante,existen importantes diferencias, por lo que hay que distinguir una gametogénesismasculina: espermatogénesis y una gametogénesis femenina: ovogénesis.

a) ESPERMATOGÉNESIS

La formación de los espermatozoides tienelugar en las gónadas masculinas: los testí -culos. En los vertebrados y en los insectoslos testícu los son órganos compuestos pornumerosos túbulos seminíferos que con-vergen en conductos comunes que llevan elesperma maduro al exterior. El examenmicroscópico de estos túbulos seminífe ros(Figura 11 ) permite reconocer fácilmente elcurso de la espermatogénesis y distinguir susdiferentes fases.

10) Fase de proliferación o multiplicación:Pegadas a la pared del túbulo se encuentranunas pequeñas células (2n) que se multi-plican activamente por mitosis, son lasespermatogonias.


Fig. 11 Espermatogénesis en un tubo

seminífero. a) Espermatogonias. b)Espermatocito primario. c) Espermatocitosecundario. d) Espermátida. e)Espermatozoides.

a b cd

e


20) Fase de crecimiento: Las espermatogo-nias que quedan hacia la luz del túbuloexperimentan una etapa de crecimiento ypasan a denominarse espermatocitos prima-rios o de primer orden.

30) Fase de maduración: Los espermatocitosprimarios van a sufrir la primera división dela meiosis transformándose en esper-matocitos secundarios. La segunda divisiónde la meiosis produce unas células haploidesllamadas espermátidas; por cada espermato-cito primario se producen cuatroespermátidas.

40) Fase de diferenciación o espermiogénesis:Las espermátidas no son todavía losgametos, antes deben experimentar una seriede transformaciones anatómicas, etapallamada espermiogénesis, al final de la cualquedarán convertidas en espermatozoides.Éstos están formados por las siguientespartes: cabeza, pieza intermedia y la cola oflagelo.

En ciertos animales, como los crustáceosdecápodos, los espermatozoides no tienenflagelo, siendo incapaces de nadar.

b) OVOGÉNESIS

El desarrollo de los óvulos tiene lugar enlas gónadas femeninas: los ovarios. En esteórgano, las células madres germinales sufrenun complicado proceso en el que se puedendistinguir las siguientes fases:

10) Fase de proliferación o multiplicación:Las células madres germinales (2n) semultiplican por mitosis dando ovogonias(2n).

20) Fase de crecimiento: Las ovogoniasatraviesan una fase de crecimiento y seconvierten en ovocitos de primer orden(ovocitos I), también con 2n cromosomas. Adiferencia de la espermatogénesis el creci-miento es considerable, ya que el óvulo esel gameto portador de la mayoría de lassustancias necesarias para el desarrollo del


Fig. 12 Espermatogénesis: 1) Fase de

proliferación. 2) Fase de crecimiento. 3) Fasede maduración. 3-1) 1ª división de la meiosis.3-2) 2ª división de la meiosis. 4) Fase dediferenciación.

Espermatogonias (2n)

Espermatocitos I (2n)

Espermatocitos II (n)

Espermátidas (n)

Espermatozoides (n)

1

2

3

4

3-1

3-2

Fig. 13 Estructura del espermatozoide.

Sección transversal del flagelo de un espermatozoide

Sección transversal del flagelo de un espermatozoide

Fig. 14 Espermatozoides de a) cobaya; b) avesp. ; c) y d) crustáceos.

a b c d


embrión. 30) Fase de maduración: Una vez que elovocito primario ha completado sucrecimiento está ya preparado para atravesarlas dos divisiones de la meiosis ytransformarse en una célula haploide con ncromosomas: la ovótida.

Una peculiaridad muy importante de laovogénesis es que durante la meiosis elovocito no se divide en cuatro célulasiguales sino que la mayoría del citoplasmaqueda en una sola de ellas, la que darálugar al óvulo. Así, cada ovocito primario dalugar a un único óvulo. Las otras tres célulasrestantes, muy pequeñas, se denominan cor-púsculos polares y se trata en realidad degametos abortivos que permanecen untiempo adosados al óvulo hasta que termi-nan por atrofiarse y desaparecer.

40) Fase de diferenciación: La ovótida setransforma en el óvulo. En general no setrata de una fase de transformaciones tanacusadas como las que suceden en elespermatozoide.

El óvulo es una célula haploide de grantamaño, pues almacena sustancias nutritivasen forma de granos de vitelo. Comocualquier otra célula está recubierto por lamembrana plasmática. Pero en la mayorparte de los animales existen otras mem-branas de gran espesor envolviendo a lamembrana plasmática.

FECUNDACIÓN EN ANIMALES

Concepto: Se da el nombre de fecundacióna la fusión de los dos gametos seguida porla unión de sus núcleos.

Consecuencias: La fusión de los gametosactiva al óvulo, de manera que éste empiezaa desarrollarse. La unión de los dos núcleosda lugar a un sólo núcleo diploide en el que se mezclan las informaciones genéticasde dos progenitores diferentes. Por lo tanto, la fecundación acarrea dos fenómenosdiferentes: la activación del huevo y la mezcla de caracteres hereditarios.


Fig. 15 Ovario mostrando las diversas fasesde desarrollo de los folículos durante el cicloovárico.

Folículos primarios Folículos

secundarios

Folículo de Graff

Ovocito

Ovulación

Cuerpo lúteo

Cuerpo lúteo en degeneración

Fig. 16 Ovogénesis.

Célula madre germinal (2n)

Ovogonias (2n)

Ovocito I (2n)

Ovocito II (n)

Ovótida – Óvulo (n)

Corpúsculo polar (n)

Fig. 17 Óvulo.

Corpúsculo polar

Corona radiada

Capa pelúcida

Núcleo

Citoplasma

Corpúsculo polar

Corona radiada

Capa pelúcida

Núcleo

Citoplasma


FORMACIÓN DE LOS GAMETOS EN LAS PLANTAS CON FLOR

Las plantas con flor reciben el nombre de fanerógamas. Estas plantas han conse-guido que su reproducción no dependa del medio acuático, como sucede en las algas,musgos y helechos. Para ello se valen de dos "inventos" evolutivos de gran impor-tancia:

11- La polinización asociada con la aparición de las flores.21- La semilla y el fruto.

MORFOLOGÍA DE LA FLOR

Definiremos la flor como el aparato reproductor de las fanerógamas.

En esencia, la flor es un tallosobre el que se disponen una seriede órganos que tienen diferentesaspectos según la función querealizan. Todos estos órganos seencuentran situados sobre unensanchamiento del pedúnculo floralllamado receptáculo. En una florhermafrodita típica vamos a encon-trar, de afuera hacia dentro, lassiguientes partes:

10- Una envuelta formada por unashojitas de color verde, los sépalos,el conjunto de los cuales recibe elnombre de cáliz.


Fig. 18 Fecundación en animales. 1) Contacto; 2) fin de la meiosis del ovocito y expulsión de21 corpúsculo polar; 3) y 4) fusión de ambos núcleos; 5) primera división del zigoto.

1 2 3 4 5

Fig. 19 Morfología de una flor hermafrodita típica.

Pétalo (corola)

Sépalo (cáliz) Carpelo (gineceo)

Estambre (androceo)

Perianto


20- Una segunda envuelta formada por unaserie de piezas, frecuentemente coloreadas,y que reciben el nombre de pétalos. Alconjunto de los pétalos se le denomina: lacorola. Su función es la de atraer a losanimales, insectos, por ejemplo, que debenpolinizar a la planta.

Cáliz y corola forman el perianto y sonpiezas estériles que envuelven a los elemen-tos sexuales: los estambres y los carpelos.

30 Al conjunto de los estambres se denomi-na: el androceo. El androceo es el aparatoreproductor masculino. Cada estambreconsta, a su vez, de un filamento por el queestá unido al resto de la flor y de unaantera. Cada antera está formada por dostecas repletas de granos de polen.

40- Los carpelos forman el gineceo o aparatosexual femenino de la planta. En un carpelodistinguiremos tres partes: Ovario, estilo,estigma. En el interior del ovario se encuen-tran los rudimentos seminales que contienenel gameto femenino u óvulo.

FORMACIÓN DE LOS GAMETOS EN LASPLANTAS CON FLOR

Formación del grano de polen. En los estam-bres cada teca tiene dos sacos polínicos encuyo interior están las células madres de losgranos de polen. Cada una de éstas formarápor meiosis cuatro células haploides con unsólo núcleo: las microesporas masculinas.

Cada microespora dará lugar a un grano depolen. Para ello se rodea de dos envueltas:una más interna y delgada, la intina, y otramuy gruesa, la exina, decorada con relievescaracterísti cos en cada especie. El núcleo(n) se va a dividir por mitosis dando dosnúcleos n: el núcleo generativo y el núcleovegetativo.


Fig. 20 Partes de un estambre y corte de

una antera.

antera

filamento

Saco polínico

teca

Fig. 21 Partes de un carpelo.

Fig. 22 Formación del grano de polen.

Célula madre del grano de polen

Microsporas masculinas

Grano de polen

Meiosis 1ª División

Meiosis 2ª División


Formación del saco embrionario. En los carpelos, en el interior de los ovarios, seencuentran los rudimentos seminales u óvulos. Cada uno está unido al ovario por elfunículo y protegido por dos envueltascelulares: una más externa, la primina, yotra más interna, la secundina. Ambas lorodean dejando un orificio: el micropilo. Másal interior encontramos una masa de células:la nucela, una de las células de la nucela: lacélula madre del saco embrionario, sedesarrolla considerablemente y por meiosisda cuatro células con n cromosomas.Generalmente, tres de ellas degeneran y laque perdura se divide varias veces (tres,normalmente) formando el saco embrionario.Cada saco embrionario contiene ocho células(n). Las tres superiores son las sinérgidas,una de las sinérgidas, la central, es el gameto femenino u oosfera; otras dos son lascentrales, y en la parte opuesta a las sinérgidas, se encuentran las antí podas. Lasdos sinérgidas y las tres antípo das no tienen ninguna función y después de lafecundación desaparecen.

FECUNDACIÓN EN LAS PLANTAS CON FLOR

Una vez el grano de polen ha llegado al estigma de la flor ésta produce sustancias


Fig. 26 Formación del saco embrionario.

2n n n n n

meiosis 1ªmitosis 2ªmitosis 3ª mitosis

Fig. 24 Rudimento seminal (óvulo).

funículo

primina

secundina

micropilo

nucela

Célula madre del saco embrionario

Fig. 23 Grano de polen.

Exina

intina

núcleos

Fig. 25 Saco embrionario.

sinérgidas

centrales

antípodas

oosfera


que van a provocar la formación por partedel grano de polen de un largo tubo: el tubopolínico. Éste penetra por el estigma y sedirige hacia el micropilo. Por el interior deltubo políni co se trasladan el núcleovegetativo y el núcleo generativo. Esteúltimo, según va descendiendo al encuentrode la oosfera, se divide por mitosis en dosnúcleos; se forman así los dos anterozoideso gametos masculinos. Una vez que el tubopolínico ha contactado con uno de lossacos embrionarios presentes en el ovario, elnúcleo vegetativo desaparece y ambosanterozoides pasan al interior del sacoembrionario. Uno de los anterozoides sefusiona con la oosfera y formará un núcleo2n que dará lugar al embrión; el otro se unecon los dos núcleos centrales del sacoembrionario formando un núcleo 3n que darálugar al tejido nutritivo de la semilla llamado:albumen o endospermo. Vemos que en elinterior del saco embrionario se produce unadoble fecundación.


Fig. 27 Formación del tubo polínico.

Fig. 28 Fecundación.

3n

2n

Fig. 29 Origen de las diferentes partes de un

fruto de ciruela.

ovario

óvulo

ciruela

Fig. 30 Semilla de judía y fruto de trigo.

cotiledón

embrión

embrión

endospermo

Semilla de judía Fruto del trigo

anterozoides

n. vegetativo

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