REPRODUCCIÓN sexual en animales y plantas

1.- INTRODUCCIÓN

A diferencia del ciclo biológico complejo de los vegetales, los animales presentan un ciclo diplonte, es decir, la meiosis tiene lugar para la formación de los gametos, y estas células son las únicas células haploides.

Las fases del ciclo biológico son:- Formación de los gametos- Fecundación - Desarrollo del cigoto En la mayoría de los animales los aparatos reproductores están constituidos por órganos sexuales primarios o gónadas, dónde se forman los gametos, y por órganos sexuales accesorios como las vías genitales, útero, vagina y los órganos copuladores

2.- FORMACIÓN DE LOS GAMETOS: GAMETOGÉNESISEs el proceso por el cual, a partir de células germinales diploides, se originan gametos haploides mediante meiosis.

Se lleva a cabo en cada una de las gónadas masculinas y femeninas. Hay que diferenciar, por tanto, la gametogénesis masculina o espermatogénesis, y la femenina u ovogénesis.

En algunas especies de animales, el mismo individuo produce tanto óvulos como espermatozoides, se denominan hermafroditas; pero la mayor parte de ellas son de sexos separados, hay individuos machos e individuos hembras, se les denomina unisexuales.

2.1 Espermatogénesis

Es el proceso de formación de los espermatozoides en los testículos a partir de las espermatogonias (2n cromosomas) o células madre. Estas células se multiplican repetidamente por mitosis ( fase de proliferación), después aumentan de tamaño y se transforman en espermatocitos de primer orden ( fase de crecimiento) .

Cada uno de ellos, tras la primera división meiótica, se transforman en espermatocitos de segundo orden ( n cromosomas), y en la segunda división meiótica se forman las espermátidas ( fase de maduración).

Estas espermátidas sufren una serie de transformaciones morfológicas convirtiéndose en espermatozoides (fase de diferenciación)

2.2 OogénesisEs el proceso de formación de los óvulos en los ovarios a partir de las oogonias(2n cromosomas) o células madre de los óvulos.Es análogo al de las células masculinas.

Las oogonias pasan por una fase de proliferación y de crecimiento transformándose en oocitos de primer orden. Estos, en la fase de maduración, tras la primera división de la meiosis se transforman en dos células de distinto tamaño, una grande, oocito de segundo orden, y otra pequeña, primer corpúsculo polar. Ambos sufren la segunda división meiótica originando un óvulo y tres corpúsculos polares.El óvulo apenas sufre transformaciones por ello la fase de diferenciación es mínima

Como diferencia entre ambos procesos observamos que mientras que de cada espermatogonia se forman cuatro espermatozoides, de cada oogonia surge un único óvulo. Otra diferencia esencial en el proceso es el gran tamaño que logra el óvulo como consecuencia de la aportación de citoplasma de los tres corpúsculos polares.

3.- FECUNDACIÓNEs la serie de mecanismos mediante los cuales se unen los gametos masculinos y femeninos para formar un cigoto.El encuentro de los gametos siempre se hace en un medio líquido, de ahí la presencia de órganos locomotores que en el caso de los espermatozoides están presentes en todas las especies, mientras que los óvulos de las especies superiores se hacen sedentarios.

Hay dos tipo de fecundación:Fecundación externa: Propia de los animales acuáticos; en ella los individuos lanzan al agua sus gametos.

El éxito de la fecundación externa depende de varios factores; puesto que el espermatozoide carece de sustancias de reserva, no puede vivir mucho tiempo después de haber sido expulsado y si ha de alcanzar al óvulo, ambos deben ser expulsados al mismo tiempo y en el mismo lugar; por otra parte, y dado que el encuentro depende del azar, este tipo de fecundación implica la producción de un elevado número de gametos.

Fecundación interna:La presentan algunos peces, los vertebrados terrestres y los artrópodos. En todos estos animales los espermatozoides son liberados dentro del aparato reproductor de la hembra. Como en la fecundación externa, los espermatozoides necesitan de un medio líquido para desplazarse hasta el óvulo, lo que se resuelve mediante la producción de líquido seminal por parte de los machos.

La fecundación interna supone un avance evolutivo por las ventajas que presenta: protege a los gametos de los peligros del medio externo y se precisan relativamente pocos gametos. No obstante, el depósito interno de los espermatozoides por parte del individuo macho no asegura la fecundación; existe todavía el problema de la sincronización entre los individuos que intervienen en el proceso, regulada mediante sistemas de coordinación y control hormonal.

Tanto en la fecundación externa como en la interna el proceso se lleva cabo en tres fases consecutivas:1. Encuentro del espermatozoide con el óvulo en el que intervienen sustancias químicas específicas de cada especie que actúan de receptores de los espermatozoides.

2. Activación del óvulo que viene determinada por el aumento de síntesis de proteínas y aumento del consumo de oxígeno.

3. Penetración del espermatozoide en el óvulo

La formación de la membrana de fecundación impide la entrada a los demás espermatozoides. La cola del espermatozoide se desprende y queda fuera, entrando sólo el núcleo, y el centriolo. El núcleo espermático se aproxima al del óvulo, las membranas de ambos se fusionan y forman el núcleo del cigoto diploide. A continuación, comienzan las divisiones por MITOSIS.

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4.- DESARROLLO EMBRIONARIOA la serie de mecanismos que se suceden en el periodo comprendido entre la fecundación hasta la formación de un individuo adulto se le denomina desarrollo.

Dependiendo del lugar donde se produzca el desarrollo embrionario, los animales se clasifican en:Ovíparos: animales que desarrollan en el interior de un huevo. Ovovivíparos: animales que desarrollan en el interior de un huevo, que se encuentra dentro del cuerpo de la madre, pero no se establece contacto directo con ella.

Vivíparos: animales que desarrollan en el interior de la madre, estableciendo un contacto íntimo con ella

El desarrollo animal se lleva a cabo en dos fases fundamentales:- Desarrollo embrionario- Desarrollo postembrionario

Desarrollo embrionarioEs el periodo en el que se forma el embrión y termina con la eclosión del huevo en animales ovíparos, o con el parto en vivíparos.

Durante el desarrollo embrionario se forman todos los tejidos y estructuras, o por lo menos su esbozo, que realizarán las funciones básicas del organismo adulto. Este desarrollo tiene tres fases: - 1. Segmentación- 2. Morfogénesis- 3. Diferenciación celular

SegmentaciónLa segmentación se consigue mediante numerosas divisiones de las células por mitosis. Las células a que dan lugar permanecen unidas y se llaman blastómeros. Inicialmente los blastómeros forman una masa esferoidal compacta llamada mórula . Posteriormente se forma una cavidad en el centro de la mórula, llamada blastocele y a la nueva estructura se le llama blástula.

Morfogénesis

La fase siguiente se caracteriza por la formación de una nueva cavidad: el arquenteron que se comunica con el exterior mediante el blastoporo. Como consecuencia aparecen dos capas de células diferenciadas, una exterior, el ectodermo, y otra interior, el endodermo. El proceso se llama gastrulación y la nueva estructura, gástrula. Ectodermo y endodermo constituyen las primeras capas embrionarias.

Algunos animales no continúan su desarrollo embrionario quedándose en la fase de gástrula: son los animales diblásticos, como por ejemplo las esponjas y los celenterados. Pero el resto de los animales continúan su desarrollo embrionario adquiriendo una tercera capa de células, el mesodermo. Como consecuencia del desarrollo de esta tercera hoja embrionaria, aparece una nueva cavidad, el celoma; a los animales que lo presentan se denominan celomados.

Diferenciación celular

Los tejidos y órganos del cuerpo del animal adulto se forman a partir de las células del ectodermo, endodermo y mesodermo. Estas hojas embrionarias sufren cambios morfológicos y estructurales para especializarse finalmente en la función de cada uno de los tejidos y órganos del animal adulto:

Ectodermo Piel y formaciones tegumentarias: pelos, plumas, glándulas sebáceas etc.Revestimiento de las aberturas naturales del cuerpo.Sistema nervioso central y periférico.

Endodermo

Tubo digestivo y glándulas anejas.Revestimiento interior de los pulmones.Mesodermo Dermis de la piel.EsqueletoMusculatura. Aparato reproductor. aparato excretor.Aparato circulatorio.

El embrión formado debe ser protegido y alimentado, y en el medio terrestre, además, hay que evitar la desecación. La solución evolutiva ha sido la de envolver al embrión en una serie de cubiertas o estructuras que constituyen los anexos embrionarios en el caso de los vertebrados terrestres; éstas son: la cáscara, el amnios que contiene el líquido amniótico, saco vitelino, alantoides y la placenta en el caso de los mamíferos.

Desarrollo postembrionarioEs el periodo en el que se forma el individuo adulto. En la mayoría de los animales el desarrollo embrionario termina con la eclosión del huevo con la que sale al exterior un organismo que no se parece en nada al definitivo, hay que hablar, entonces, de estado de larva que mediante una serie de cambios, metamorfosis ), pasan finalmente al estado adulto. A este modelo de desarrollo se le denomina desarrollo indirecto y lo presentan animales tales como gusanos, moluscos, equinodermos, crustáceos, la mayoría de los insectos, peces y anfibios.

En otras ocasiones el organismo se convierte en adulto sólo por crecimiento sin pasar por ningún estado larvario, es el desarrollo directo y lo presentan los reptiles, aves y mamíferos.

LA REPRODUCCIÓN EN LOS DISTINTOS GRUPOS DE ANIMALES

VivíparosDirectoInternaNoSíNoMamíferos

Ovíparos DirectoInternaNoSíNoAves

Ovíparos y ovovivíparos

DirectoInternaNoSíRegeneraciónReptiles

Ovíparos IndirectoExternaNoSíNoAnfibios

Ovíparos y ovovivíparos

Directo, IndirectoExterna e internaNoSíNoPeces

Ovíparos IndirectoExternaExcepcionesSíRegeneraciónEquinodermos

Ovíparo y ovovivíparo

Indirecto, sencillo o complejo

Interna (espermatóforos)NoSíNoInsectos

OvíparosIndirectoExterna e internaSíSíNoCrustáceos

OvovivíparosDirectoInterna (espermatóforos)NoSíNoArácnidos

OvíparosIndirectoExterna e internaSíSíNoMoluscos

OvíparosIndirectoInterna y externaSíSíEscisiónAnélidos

OvíparosIndirectoExterna e internaSíSíEscisiónPlatelmintos

OvíparosIndirectoExterna e internaSíSíEscisiónCnidarios

OvíparosIndirectoExterna e internaSíSíEscisiónEsponjas

HermafroditaSexo separado

LUGAR DE DESARROLLO

TIPO DE DESARROLLO

FECUNDACIÓN

REPRODUCCIÓN SEXUAL REPRODUC.ASEXUALGRUPOS

5.-La reproducción sexual en vegetales

La evolución de las plantas guarda una estrecha relación con la evolución de sus ciclos biológicos diplohaplontes.

En estos ciclos se observa una continua y progresiva disminución y regresión de las fases gametofíticas haploides (que es dominante en musgos) y que prácticamente llegan a desaparecer en las espermatofitas en beneficio de la fase diploide.

La dotación cromosómica diploide aumenta la estabilidad genética de los individuos porque cada carácter tendrá dos genes que lo guarden. La evolución ha seleccionado la fase diploide cada vez más larga y de mayor importancia.

6.-REPRODUCCION EN GIMNOSPERMASLas Gimnospermas se caracterizan por tener flores muy poco evolucionadas y unisexuales, que forman un solo gameto, el masculino o el femenino.

Los gametos desnudos están apoyados sobre hojas escamosas, que pueden endurecerse y formar conos, como es el caso de la clase más representativa, las Coníferas.

En las Coníferas los conos masculinos son amarillos formados por numerosas escamas con bolsas llenas de polen, los conos femeninos son verdosos formados por escamas en las cuales hay óvulos descubiertos.

En la maduración los conos masculinos liberan al aire millones de granos de polen, que transportados por el viento (polinización anemófila) caen en los conos femeninos, fecundando los óvulos, y formandola semilla (piñón).

Al cabo de un año aproximadamente, la piña se abre y deja caer los piñones, que gracias a su prolongación escamosa se dispersan por el viento hasta caer en un lugar idóneo para su germinación dando lugar a un nuevo individuo.

7.- REPRODUCCIÓN EN ANGIOSPERMAS

Se caracterizan por poseer semillas cubiertas y por tener flores vistosas. La flor de las angiospermas es un tallo modificado que en vez de llevar hojas ordinarias posee hojas especializadas en la reproducción. Una flor completa consta de:

- Periantio formado por una serie de hojas (sépalos y pétalos) estériles cuya función es la de protección y atracción de agentes polinizadores (insectos, pájaros, etc.).- Androceo, formado por estambres en número variable, que constituyen los órganos fértiles masculinos. Los estambres constan de dos anteras con dos sacos polínicos cada una de ellas. En estos sacos se encuentran las células madre que sufren meiosis y se transforman en las microsporas (n); estas, por sucesivas mitosis originan finalmente los granos de polen, que presentan dos cubiertas, exina e intina, y dos núcleos espermáticos.

Gineceo, formado por los carpelos u órganos femeninos. Cada carpelo presenta una base ensanchada, el ovario, en donde se encuentran los rudimentos seminales u óvulos, un cuello o estilo y termina en el estigma.

Cada óvulo presenta dos cubiertas, la primina y la secundina y en su interior la célula madre del saco embrionario. Esta, al igual que las células madres de los granos de polen, sufre meiosis y se originan cuatro células haploides, tres de las cuales degeneran y sólo queda una con gran cantidad de sustancias de reserva, es el saco embrionario (n) cuyo núcleo por sucesivas mitosis, forma ocho núcleos, de los cuales, sólo tres intervienen en la fecundación, la oosfera (n) y el núcleo secundario que procede de la fusión de las dos restantes (2n)

El ciclo reproductor de las angiospermas consta de las siguientes fases:

1.-PolinizaciónLos granos de polen llegan hasta el estigma, que contiene sustancias azucaradas e inducen a la formación del tubo polínico que transporta a los dos núcleos del polen hasta ponerse en contacto con el saco embrionario.

Según la procedencia del polen pueden distinguirse:

Autopolinización: Si el polen procede de la misma flor o de flores distintas situadas en la misma plantaPolinización cruzada Si el polen procede de flores situadas en distintas plantasSegún el medio de transporte del polen la polinización puede ser: anemógama en la que el polen, transportado por el viento se deposita en el estigma de la planta; y entomógama en la que intervienen los insectos.

2.- formación del tubo polínico

Cuando el grano de polen llega al estigma de un carpelo maduro, se desarrolla formando el tubo polínico, que crece y avanza por la pared del estilo y del ovario hasta llegar al óvulo. Mientras tanto en el interior del óvulo se desarrolla el saco embrionario, que contiene 8 núcleos haploides incluidos en siete células, una de ellas con dos núcleos llamados núcleos secundarios. Entre estas células haploides se encuentra la oosfera

3.-La fecundación ::Por el tubo polínico descienden

dos gametos masculinos ( núcleos espermáticos) y dan lugar a una doble fecundación:

• Primer núcleo espermático (n) + oosfera cigoto (2n)= Embrión

2. Segundo núcleo espermático (n) + núcleo secundario (2n)cigoto (3n)= albumen

El cigoto diploide se desarrolla originando el embrión. El cigoto (3n) se desarrolla y constituye el albumen o sustancia nutritiva. Embrión y albumen constituyen la semilla y las paredes del ovario engordan transformándose en fruto.

La semilla es una estructura exclusiva de las plantas espermafitas y constituye la adaptación más importante para la vida en tierra firme.

Las semillas han de germinar para dar lugar a una nueva planta. Si lo hicieran bajo la planta madre se producirían problemas de competencia de nutrientes y de luz por lo que las semillas tienen que dispersarse.

La semilla está formada por el embrión, el albumen y las membranas derivadas del saco embrionario

El embrión se desarrolla y forma una pequeña raíz (radícula), un tallito ( plúmula) y una o dos hojas embrionarias ( cotiledones). El número de cotiledones permite dividir a las angiospermas en dos grandes grupos:

Monocotiledóneas un solo cotiledón; (arroz, maíz trigo)Dicotiledóneas: dos cotiledones: almendra, cacahuete, judía

Paralelamente al desarrollo del óvulo, el ovario también sufre una serie de modificaciones hasta su transformación en fruto. La función del fruto es proteger las semillas y facilitar su dispersión. Pueden ser:

Frutos secos: en los que las paredes del ovario se impregnan de una sustancia leñosa y se endurecen para proteger la semilla y evitar la desecación

Frutos carnosos: en los que se acumulan sustancias de reserva para atraer a los animales herbívoros que se alimentan de ellos

La semilla puede permanecer muchos años en estado de latencia, germinando cuando las condiciones son favorables. Esta germinación se produce tras la entrada masiva de agua, lo que provoca la ruptura de los tegumentos y el inicio de la actividad en las células del embrión.

La radícula es la parte del embrión que primero se abre paso a través de la cubierta de la semilla. El crecimiento en longitud se inicia al dividirse las células del ápice. A medida que estas se dividen y se alarga la raíz se produce la diferenciación de los tejidos: epidermis, parénquimas y tejidos conductores

Inicialmente el embrión se nutre de las reservas de la semilla hasta que la nueva planta desarrolla hojas verdes y puede realizar la fotosíntesis