7 La reproducción en animales y plantas
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7 La reproducción en animales y plantas Esquema La reproducción El desarrollo El proceso de la reproducción Desarrollo embrionario en animales El aparato reproductor masculino Fases del desarrollo embrionario en vivíparos Anatomía del aparato reproductor femenino Gametos masculinos y femeninos Espermatogénesis Ovogénesis La fecundación Anejos embrionarios Desarrollo postembrionario Ciclos biológicos Ciencia y reproducción Clonación Técnicas de reproducción asistida en humanos 1. El proceso de la reproducción Ta m b i é n l l a m a d a multiplicación vegetativa. Se obtiene un individuo idéntico al progenitor. ASEXUAL Gemación Yema Hidra de agua dulce Escisión o fragmentación Fragmento regenerado Fragmento regenerado Estrella de mar Ventajas: - P r o c e s o s e n c i l l o , s i n estructuras complejas. - G r a n c a n t i d a d d e descendientes en poco tiempo. Inconvenientes: - B a j a b i o d i v e r s i d a d genética. - Dificulta la adaptabilidad y proceso evolutivo El proceso de la reproducción Se combina información genética y se obtiene individuo distinto al progenitor. Se fabrican células haploides, gametos, que al unirse forman una célula diploide o cigoto. SEXUAL Anfigonia Espermatozoides Ventajas: - Alta biodiversidad genética. - Buena adaptabilidad y proceso evolutivo favorable. Inconvenientes: - Proceso complejo que requiere de células especializadas y mecanismos para la fecundación. - Mayor gasto energético que en reproducción asexual. Óvulo Partenogénesis Los individuos surgen por desarrollo del gameto femenino sin fecundación Abejas 4. Gametos masculinos y femeninos Cabeza: núcleo con poco citoplasma t acrosoma con enzimas digestivos Cuello: con dos centriolos y a l t o n ú m e r o d e mitocondrias Cola: con pequeña porción del citoplasma Espermatozoides Gametos masculinos y femeninos Citoplasma: Con sustancias de reserva (vitelo) y granulos corticales que darán lugar a la membrana de fecundación Envoltura primaria: membrana plasmática Núcleo Óvulo Envoltura secundaria: capa de glucoproteínas y células foliculares que rodean al óvulo Conceptos ligados a la fecundación Célula haploide y célula diploide. Las células tienen distintos tipos de cromosomas, unos tienen información sobre unos caracteres y otros sobre otros. Si una célula solo tiene un ejemplar de cada tipo de cromosoma, se denomina célula haploide, y si tiene dos, célula diploide. Un ejemplo de célula haploide es un óvulo humano, que tiene 23 cromosomas. Un ejemplo de célula diploide es una célula somática de mujer, que tiene 46 cromosomas. Un juego de 23 cromosomas diferentes lo recibió de su madre y el otro juego lo recibió de su padre. El número de tipos de cromosoma se simboliza con la letra «n». El valor de n de un óvulo humano es 23 y el valor de n de una célula somática de mujer también es 23. Así, se dice que las células haploides tienen n cromosomas y las células diploides tienen 2n cromosomas. Mitosis. Se denomina mitosis a la división celular en que de una célula 2n se obtienen dos células también 2n. Es decir, se obtienen dos células hijas con la misma información genética que la célula madre. Mitosis: 1 (2n) →2 (2n) Meiosis. Se denomina meiosis a una doble división celular en la que de una célula 2n se obtienen cuatro células n. En la meiosis, las células finales no solo poseen la mitad de información genética que la célula madre, sino que cada una de ellas posee una información distinta de las demás. Meiosis: 1 (2n) →4 (n) LA MITOSIS En la mitosis diferenciamos 4 etapas: 1. PROFASE: comienza cuando los cromosomas se hacen visibles como filamentos delgados. En esta fase se forma el huso mitótico, para lo cual cada pareja de centriolos emigran a un polo de la célula y se forman las fibras polares, se condensan los los cromosomas y se forma el cinetocoro, y a partir de éste los microtúbulos cinetocóricos. Desaparece el nucleolo y la membrana nuclear 2 . M E T A F A S E : l o s c ro m o s o m a s s e disponen en el plano ecuatorial. A esta disposición se le denomina placa ecuatorial o placa metafásica. del retículo endoplasmático) y el nucleolo. LA MITOSIS 3. ANAFASE: comienza al separarse las 2 cromátidas de cada cromosoma, emigrando cada una a un polo de la célula y termina cuando dichas cromátidas se agrupan en los polos. Cada cromátida es ya un cromosoma hijo. 4. TELOFASE: se desenrollan los cromosomas y reaparece la membrana nuclear (a partir del retículo endoplasmático) y el nucleolo. LA MEIOSIS La meiosis consiste en dos divisiones consecutivas diferenciándose 4 etapas: 1ª División Meiótica - PROFASE I, en la cual los cromosomas homólogos se aparean y entre ellos se producen el intercambio de material genético (entrecruzamiento y recombinación genética). Desaparece la membrana nuclear y el nucleolo. - METAFASE I: los cromosomas bivalentes se disponen en el plano ecuatorial formando la placa metafásica. - ANAFASE I: se separan o segregan los cromosomas homólogos, dirigiéndose cada uno a un polo opuesto de la célula (a diferencia de la mitosis en la que se separaban cromátidas). - TELOFASE I: se reconstituyen los dos núcleos hijos. Finalmente, tiene lugar la citocinesis dando lugar a dos células hijas. 1 célula (2n) à 2 células hijas (n) LA MEIOSIS La meiosis consiste en dos divisiones consecutivas con interfase sin duplicación entre ellas: 1ª División Meiótica - PROFASE I, en la cual los cromosomas homólogos se aparean y entre ellos se producen el intercambio de material genético (entrecruzamiento y recombinación genética). Desaparece la membrana nuclear y el nucleolo. - METAFASE I: los cromosomas bivalentes se disponen en el plano ecuatorial formando la placa metafásica. - ANAFASE I: se separan o segregan los cromosomas homólogos, dirigiéndose cada uno a un polo opuesto de la célula (a diferencia de la mitosis en la que se separaban cromátidas). - TELOFASE I: se reconstituyen los dos núcleos hijos. Finalmente, tiene lugar la citocinesis dando lugar a dos células hijas. 1 célula (2n) à 2 células hijas (n) 2ª División Meiótica o Meiosis II Semejante a una mitosis: Profase II + Metafase II + Anafase II + Telofase II 2 células (n) à 4 células hijas (n) La importancia biológica de la meiosis es doble: - Mantenimiento del número de cromosomas de la especie, ya que los gametos presentan la mitad de cromosomas y al unirse por fecundación se restaura el número de cromosomas de la especie. - Aumenta la variabilidad genética de la especie debido al entrecruzamiento y recombinación genética, distribución al azar de los cromosomas en los gametos (anafase I) y unión al azar de un gameto masculino y otro femenino 5. Espermatogénesis Fase de proliferación Fase de crecimiento Fase de maduración Espermiogénesis Las células germinales diploides comienzan la mitosis, y forman espermatogonias. Las espermatogonias aumentan de tamaño y se transforman en espermatocitos de primer orden. Los espermatocitos de primer orden terminan la primera división meiótica convirtiéndose en dos espermatocitos de segundo orden, que comienzan la segunda división meiótica, dando cuatro espermátidas con un número haploide de cromosomas. Las espermátidas se transforman en espermatozoides por diferenciación celular. El aparato de Golgi forma el acrosoma y el centriolo origina los microtúbulos del flagelo. 5. Ovogénesis Fase de proliferación Las células germinales diploides aumentan su número y producen ovogonias por mitosis. Fase de crecimiento Al nacer existe un número concreto de ovogonias, que aumentan de tamaño y acumulan vitelo, transformándose en ovocitos de primer orden. Estos comienzan la profase I meiótica y se paralizan antes de la metafase I, hasta la pubertad. El ovocito queda rodeado de una capa de células que forman el folículo primario. Con la pubertad, en cada ciclo sexual, uno o más ovocitos crecen rápidamente y acumulan vitelo pasando a la siguiente fase. Fase de maduración Cada ovocito finaliza la primera división meiótica originando un ovocito de segundo orden, y un primer corpúsculo polar. En la segunda división meiótica el ovocito de segundo orden bloquea la división en metafase, completándose en la fecundación. En la mayoría de mamíferos los ovocitos secundarios en metafase que no son fecundados, degeneran. Fase final Si se completa la meiosis, se transforma en óvulo y se produce un segundo corpúsculo polar. A su vez, el primer corpúsculo dará dos corpúsculos polares. Los tres corpúsculos producidos degeneran. 6. La fecundación. Penetración del espermatozoide Gránulos corticales Espermatozoide Activación del óvulo que completa su meiosis Cono de fecundación Núcleo del óvulo Núcleo del óvulo Fusión de membranas Centriolo Mitocondria Núcleo del espermatozoide Unión de núcleos o cariogamia Pronúcleo masculino Pronúcleo femenino La fecundación puede ser externa o interna y en animales hermafroditas y plantas es típica la autofecundación. Desarrollo embrionario en animales OVÍPAROS OVOVIVÍPAROS VIVÍPAROS Tiburones Peces Rayas Mamíferos Aves Reptiles Se desarrollan en huevos, que son depositados en el medio donde viven. La fecundación puede ser interna o externa. Serpientes Lagartos Se desarrollan en huevos que son retenidos en el interior de la hembra, obteniendo el alimento a partir del vitelo. La fecundación siempre es interna. El embrión se desarrolla en los oviductos o en el útero de la madre, obteniendo el alimento directamente de ella. La fecundación es interna. 7. Fases del desarrollo embrionario en vivíparos Blastocele Segmentación Blastodermo Cigoto Blastómeros Proceso de segmentación El cigoto se divide por mitosis en células cada vez más pequeñas (blastómeros) rodeadas por una masa externa (mórula). Los blastómeros forman una pared (blastodermo) que que rodea una cavidad fluida (blástula). Mórula Blástula Gastrulación Embolia Epibolia Ectodermo Endodermo Ectodermo Endodermo Invaginación Blastoporo Micrómero Arquenterón Arquenterón La bástula se pliega para formar tres capas diferenciadas; ectodermo (capa externa), endodermo (capa interna) y mesodermo (intermedia y sólo en animales triblásticos) que originarán diferentes órganos y tejidos. La cavidad formada recibe el nombre de arquenterón. Blastoporo Formación del mesodermo Cordones celulares Células endodérmicas que emigran hacia el interior Endodermo Ectodermo Cavidades celómicas Aparece el mesodermo en animales tribásticos y se forma las cavidades celómicas (espacio rodeado por células del mesodermo. También existen animales acelomados y pseudocelomados. Organogénesis Cada capa se diferenciará para formar los diferentes órganos y tejidos: - Ectodermo: recubrimiento interno y externo + sistema nervioso central. - Endodermo: Tubo digestivo y glándulas anejas + revestimiento interno pulmones – vejiga + cloaca. - Mesodermo celómico: gónadas, aparato excretor, aparato circulatorio - Mesodermo no celómico: dermis, huesos y musculatura esquelética. 9. Ciclos biológicos Ciclo haplonte Ciclo diplonte Ciclo diplohaplonte Cigoto 2n Fecundación Adultos n Gametos n Adulto 2n (esporofito) Mitosis Meiosis Gametofito ♂ n Meiosis gamética Adulto 2n Gametofito ♀ n Meiosis Gametos n Cigoto 2n Cigoto 2n Fecundación 10. Clonación - Técnicas División de embriones Transferencia de núcleos Ovocito enucleado Cigoto Células totipotentes Cigoto Núcleo Células embrionarias Cultivo del embrió Cultivo de células para formar un embrión Implantación del embrión Implantación del embrión Aplicaciones: investigación biológica (proceso de diferenciación, ciclo celular…), producción ganadera (selección artificila de genes beneficiosos), recuperación de especies protegidas, or ganismos transgénicos (medicamentos, alimentación...) y uso terapeutico. Clonación terapéutica Blastocito Células pluripotentes Cigoto Cultivo de células para obtener líneas celulares Célula somática Ovocito enucleado Límite ético-social-legal à Ley de investigación biomédica - Ofrece garantías éticas y jurídicas. - Prohibe la creación de embriones con fines investigativos. - No discriminación y donaciones de material biológico gratuitas. - Refuerza lainvestigación en el Sistema Nacional de Salud - Establece un Comité de bioética nacional y diversos comités de ética de la Investigación. Técnicas de reproducción asistida en humanos Inseminación artificial Óvulo Espermatozoides Inyección intracitoplasmática de espermatozoides Útero FIV Espermatozoides Embriones Transferencia de espermatozoides Extracción de ovocitos Fecundación in vitro Ovocitos Transferencia de embriones al útero Reproducción asexual en plantas (Pág 230) Asexual Mediante la formación de esporas por el esporofito, células germinales con capacidad de crear un nuevo individuo o por… Multiplicación vegetativa Estolones Rizomas Tubérculos Bulbos Multiplicación artificial Acodo Injerto Estaquillas o esquejes Micropropagación con ayuda hormonal Acodo Consiste en enterrar parcialmente una rama de un árbol o arbusto del que se quiere obtener otro ejemplar sin separarlo del mismo. Se deja siempre al aire libre el extremo terminal de la rama enterrada que lleva la yema terminal. La zona enterrada forma raíces a partir de yemas adventicias y cuando las raíces están suficientemente desarrolladas, se separa de la planta madre y se trasplanta. Estaquillas o esquejes Son trozos de ramas de árboles que una vez cortados se introducen en el suelo, y si las condiciones son favorables, desarrollan raíces y forman nuevas plantas idénticas al árbol de procedencia. Una parte de la planta, el injerto, se hace crecer sobre otra ya enraizada que actúa de portainjerto. El resultado es una planta mezcla de dos, una que aporta los nutrientes y se encuentra en la parte inferior, y otra situada en la parte superior. El injerto debe tener al menos una yema terminal y ser de la misma variedad que el portainjerto. Injerto Las técnicas de clonación y cultivo in vitro de plantas seleccionadas, permiten obtener plantas genéticamente idénticas, en un reducido espacio y en poco tiempo. Primero se cultivan células, embrionarias o somáticas, en un tubo de ensayo. Con ello se obtiene una masa de células indiferenciadas o callo, en la que se induce hormonalmente la diferenciación de una plantita. Esta se trasplanta con posterioridad a un terreno definitivo, previa aclimatación. Micropropagación Reproducción sexual. Ciclo biológico de briofitas Esporofito joven Esporangio Esporofito (2n) Anterozoide Fecundación Meiosis Esporas (n) Protonema Oosfera Gametofito (n) Arquegonio Anteridio Ciclo biológico de pteridofitas Esporofito joven Fronde Soro Esporofito (2n) Anteridio Arquegonio Esporangio Oosfera Esporas (n) Fecundación Anterozoide Gametofito (n) Meiosis Gametangios Prótalo Ciclo biológico de gimnospermas Esporofito (2n) Cono femenino Plántula Cono masculino Escama seminífera Saco polínico Embrión Meiosis Cigoto (2n) Microspora (n) Gametofito ♂ (n) Gameto ♀ Meiosis Grano de polen Gameto ♂ Gametofito ♀ (n) Megaspora (n) Angiospermas. Morfología de la flor Corola (pétalos) Cáliz (sépalos) Estigma Estilo Antera Estambre Ovario Granos de polen Filamento Óvulo Formación de gametofitos en angiospermas Óvulo Célula madre (2n) Célula madre (2n) Meiosis Megaspora (n) Meiosis Núcleos espermáticos Antípodas Saco embrionario Sinérgidas Núcleo secundario Núcleo vegetativo Oosfera Polinización Autopolinización Anemófila Polinización por el viento polen Ornitófila Polinización por pájaros polen Polinización cruzada Entomófila Polinización por insectos Semilla y fruto en angiospermas FRUTO SEMILLA Endospermo Epicarpo Cubierta Mesocarpo Cotiledones Endocarpo Embrión Tipos de frutos Endospermo Simples Carnosos Cubierta Secos Cotiledón Embrión Múltiples (mora) Complejos (manzana o granada. Pericarpo Diseminación y germinación de la semilla DISEMINACIÓN GERMINACIÓN Germinación epigea Planta bolócora Planta anemócora Germinación hipogea Planta epizoocora Planta endozoocora Enlaces de interés Centro de fertilidad La reproducción animal IR A ESTA WEB IR A ESTA WEB Enlaces de interés Jardín botánico de Córdoba IR A ESTA WEB Información botánica IR A ESTA WEB
