Ciclo biológico de la vida

En biología, un ciclo de vida biológico (o simplemente ciclo de vida o ciclo de vida cuando el contexto biológico es claro) es una serie de cambios en la forma que sufre un organismo, volviendo al estado inicial. "El concepto está estrechamente relacionado con los de historia de vida, desarrollo y ontogenia, pero difiere de ellos en el énfasis en la renovación". Las transiciones de forma pueden implicar crecimiento, reproducción asexual o reproducción sexual.

En algunos organismos, diferentes "generaciones" de la especie se suceden durante el ciclo de vida. Para las plantas y muchas algas, hay dos etapas multicelulares, y el ciclo de vida se conoce como alternancia de generaciones. El término historia de vida se usa a menudo, particularmente para organismos como las algas rojas que tienen tres etapas multicelulares (o más), en lugar de dos.

Los ciclos de vida que incluyen la reproducción sexual implican etapas haploides ( n ) y diploides ( 2 n ) alternas, es decir, se trata de un cambio de ploidía. Para volver de una etapa diploide a una etapa haploide, debe ocurrir la meiosis. En cuanto a los cambios de ploidía, existen 3 tipos de ciclos:

• Ciclo de vida haplontic : la etapa haploide es multicelular y la etapa diploide es una sola célula, la meiosis es "cigótica".
• ciclo de vida diplóntico : la etapa diploide es multicelular y se forman gametos haploides, la meiosis es "gamética".
• Ciclo de vida haplodiplóntico (también conocido como ciclo de vida diplohaplóntico, diplobiónico o dibiónico ): se producen etapas pluricelulares diploides y haploides, la meiosis es "esporica".

Los ciclos difieren en el momento en que ocurre la mitosis (crecimiento). La meiosis cigótica y la meiosis gamética tienen una etapa mitótica: la mitosis ocurre durante la fase n en la meiosis cigótica y durante la fase 2 n en la meiosis gamética. Por lo tanto, la meiosis zigótica y gamética se denominan colectivamente "haplobiontic" (fase mitótica única, que no debe confundirse con haplontic). La meiosis esporica, por otro lado, tiene mitosis en dos etapas, tanto la etapa diploide como la haploide, denominada "diplobiónica" (que no debe confundirse con diplóntica).

Descubrimiento

El estudio de la reproducción y el desarrollo de los organismos fue realizado por muchos botánicos y zoólogos.

Wilhelm Hofmeister demostró que la alternancia de generaciones es una característica que une a las plantas y publicó este resultado en 1851 (ver sexualidad de las plantas).

Algunos términos (haplobionte y diplobionte) utilizados para la descripción de los ciclos de vida fueron propuestos inicialmente por Nils Svedelius para las algas, y luego se utilizaron para otros organismos. Karl Gottlieb Grell introdujo otros términos (autogamia y gamontogamia) utilizados en los ciclos de vida de los protistas. La descripción de los complejos ciclos de vida de varios organismos contribuyó a la refutación de las ideas de generación espontánea en las décadas de 1840 y 1850.

Ciclo de vida haplontico

Una meiosis cigótica es una meiosis de un cigoto inmediatamente después de la cariogamia, que es la fusión de dos núcleos celulares. De esta forma, el organismo termina su fase diploide y produce varias células haploides. Estas células se dividen mitóticamente para formar individuos multicelulares más grandes o células más haploides. Dos tipos opuestos de gametos (p. ej., masculino y femenino) de estos individuos o células se fusionan para convertirse en un cigoto.

En todo el ciclo, los cigotos son la única célula diploide; la mitosis ocurre solo en la fase haploide.

Los individuos o células como resultado de la mitosis son haplontes, por lo que este ciclo de vida también se denomina ciclo de vida haplóntico. Los haplontes son:

• En archaeplastidans: algunas algas verdes (p. ej., Chlamydomonas, Zygnema, Chara )
• En stramenopiles: algunas algas doradas
• En alveolados: muchos dinoflagelados, por ejemplo, Ceratium, Gymnodinium, algunos apicomplexans (por ejemplo, Plasmodium )
• En rhizarians: algunos euglyphids, ascetosporeans
• En excavas: algunos parabasalids
• En amebozoos: Dictyostelium
• En opistocontos: la mayoría de los hongos (algunos quitridios, zigomicetos, algunos ascomicetos, basidiomicetos)

Ciclo de vida diplomático

En la meiosis gamética, en lugar de dividirse meióticamente de inmediato para producir células haploides, el cigoto se divide mitóticamente para producir un individuo diploide pluricelular o un grupo de células diploides más unicelulares. Las células de los individuos diploides luego se someten a meiosis para producir células haploides o gametos. Las células haploides pueden dividirse nuevamente (por mitosis) para formar más células haploides, como en muchas levaduras, pero la fase haploide no es la fase predominante del ciclo de vida. En la mayoría de los diploides, la mitosis ocurre solo en la fase diploide, es decir, los gametos generalmente se forman rápidamente y se fusionan para producir cigotos diploides.

En todo el ciclo, los gametos suelen ser las únicas células haploides y la mitosis suele ocurrir solo en la fase diploide.

El individuo multicelular diploide es un diplonte, por lo tanto, una meiosis gamética también se denomina ciclo de vida diplóntico. Los diplomáticos son:

• En archaeplastidans: algunas algas verdes (p. ej., Cladophora glomerata, Acetabularia )
• En stramenopiles: algunas algas pardas (las Fucales, sin embargo, su ciclo de vida también puede interpretarse como fuertemente heteromórfico-diplohaplóntico, con una fase de gametofito muy reducida, como en las plantas con flores), algunas xantofitas (por ejemplo, Vaucheria ), la mayoría de las diatomeas, algunos oomicetos (p. ej., Saprolegnia, Plasmopara viticola ), opalinos, algunos "heliozoos" (p. ej., Actinophrys, Actinosphaerium )
• En alveolados: ciliados
• En excavas: algunos parabasalids
• En opistocontos: animales, algunos hongos (p. ej., algunos ascomicetos)

Ciclo de vida haplodiplontico

En la meiosis esporica (también conocida comúnmente como meiosis intermedia), el cigoto se divide mitóticamente para producir un esporofito diploide multicelular. El esporofito crea esporas a través de la meiosis que luego también se dividen mitóticamente produciendo individuos haploides llamados gametofitos. Los gametofitos producen gametos a través de la mitosis. En algunas plantas, el gametofito no solo es de tamaño pequeño sino también de vida corta; en otras plantas y muchas algas, el gametofito es la etapa "dominante" del ciclo de vida.

Los haplodiplontes son:

• En archaeplastidans: algas rojas (que tienen dos generaciones de esporofitos), algunas algas verdes (p. ej., Ulva ), plantas terrestres
• En stramenopiles: la mayoría de las algas pardas
• En rizarianos: muchos foraminíferos, plasmodioforomicetos
• En amebozoos: mixogástridos
• En opistocontos: algunos hongos (algunos quitridios, algunos ascomicetos como la levadura de cerveza)
• Otros eucariotas: haptofitos

Algunos animales tienen un sistema de determinación del sexo llamado haplodiploide, pero esto no está relacionado con el ciclo de vida haplodiplontico.

Meiosis vegetativa

Algunas algas rojas (como Bonnemaisonia y Lemanea ) y algas verdes (como Prasiola ) tienen meiosis vegetativa, también llamada meiosis somática, que es un fenómeno raro. La meiosis vegetativa puede ocurrir en ciclos de vida haplodiplonticos y diplonticos. Los gametofitos permanecen unidos y forman parte del esporofito. Las células diploides vegetativas (no reproductivas) experimentan meiosis, generando células haploides vegetativas. Estos sufren muchas mitosis y producen gametos.

Un fenómeno diferente, llamado diploidización vegetativa, un tipo de apomixis, ocurre en algunas algas pardas (p. ej., Elachista stellaris ). Las células en una parte haploide de la planta duplican espontáneamente sus cromosomas para producir tejido diploide.

Ciclo de vida parasitario

Los parásitos dependen de la explotación de uno o más huéspedes. Se dice que aquellos que deben infectar a más de una especie huésped para completar sus ciclos de vida tienen ciclos de vida complejos o indirectos. Dirofilaria immitis, o el gusano del corazón, tiene un ciclo de vida indirecto, por ejemplo. Las microfilarias primero deben ser ingeridas por un mosquito hembra, donde se desarrollan hasta la etapa larvaria infecciosa. Luego, el mosquito pica a un animal y transmite las larvas infecciosas al animal, donde migran a la arteria pulmonar y maduran hasta convertirse en adultos.

Aquellos parásitos que infectan a una sola especie tienen ciclos de vida directos. Un ejemplo de un parásito con un ciclo de vida directo es Ancylostoma caninum, o el anquilostoma canino. Se desarrollan hasta la etapa larvaria infecciosa en el medio ambiente, luego penetran directamente en la piel del perro y maduran hasta convertirse en adultos en el intestino delgado.

Si un parásito tiene que infectar a un huésped determinado para completar su ciclo de vida, se dice que es un parásito obligado de ese huésped; a veces, la infección es facultativa: el parásito puede sobrevivir y completar su ciclo de vida sin infectar a esa especie huésped en particular. Los parásitos a veces infectan huéspedes en los que no pueden completar sus ciclos de vida; estos son huéspedes accidentales.

Un huésped en el que los parásitos se reproducen sexualmente se conoce como huésped definitivo, final o primario. En los hospedadores intermedios, los parásitos no se reproducen o lo hacen asexualmente, pero el parásito siempre se desarrolla a una nueva etapa en este tipo de hospedador. En algunos casos, un parásito infectará a un huésped, pero no experimentará ningún desarrollo; estos huéspedes se conocen como huéspedes paraténicos o de transporte. El huésped paraténico puede ser útil para aumentar la posibilidad de que el parásito se transmita al huésped definitivo. Por ejemplo, el gusano pulmonar del gato ( Aelurostrongylus abstrusus) utiliza una babosa o un caracol como huésped intermediario; la larva de la primera etapa ingresa al molusco y se desarrolla a la larva de la tercera etapa, que es infecciosa para el huésped definitivo: el gato. Si un ratón se come la babosa, la larva del tercer estadio entrará en los tejidos del ratón, pero no experimentará ningún desarrollo.

Evolución

El tipo primitivo de ciclo de vida probablemente tuvo individuos haploides con reproducción asexual. Las bacterias y las arqueas exhiben un ciclo de vida como este, y algunos eucariotas aparentemente también (p. ej., Cryptophyta, Choanoflagellata, muchos Euglenozoa, muchos Amoebozoa, algunas algas rojas, algunas algas verdes, los hongos imperfectos, algunos rotíferos y muchos otros grupos, no necesariamente haploide). Sin embargo, estos eucariotas probablemente no son primitivamente asexuales, sino que han perdido su reproducción sexual, o simplemente no se ha observado todavía. Muchos eucariotas (incluidos animales y plantas) muestran reproducción asexual, que puede ser facultativa u obligada en el ciclo de vida, y la reproducción sexual ocurre con mayor o menor frecuencia.

Los organismos individuales que participan en un ciclo de vida biológico generalmente envejecen y mueren, mientras que las células de estos organismos que conectan generaciones sucesivas del ciclo de vida (células de la línea germinal y sus descendientes) son potencialmente inmortales. La base de esta diferencia es un problema fundamental en biología. El biólogo e historiador ruso Zhores A. Medvedev consideró que la precisión de la replicación del genoma y otros sistemas sintéticos por sí sola no puede explicar la inmortalidad de las líneas germinales. Más bien, Medvedev pensó que las características conocidas de la bioquímica y la genética de la reproducción sexual indican la presencia de procesos únicos de mantenimiento y restauración de información en la etapa de gametogénesis del ciclo de vida biológico. En particular, Medvedev consideró que las oportunidades más importantes para el mantenimiento de la información de las células germinales se crean mediante la recombinación durante la meiosis y la reparación del ADN; los vio como procesos dentro de las células de la línea germinal que eran capaces de restaurar la integridad del ADN y los cromosomas de los tipos de daño que causan el envejecimiento irreversible en las células que no son de la línea germinal, por ejemplo, las células somáticas.

La ascendencia de cada célula actual presumiblemente se remonta, en un linaje ininterrumpido durante más de 3 mil millones de años, al origen de la vida. En realidad, no son las células las que son inmortales, sino los linajes celulares multigeneracionales. La inmortalidad de un linaje celular depende del mantenimiento del potencial de división celular. Este potencial puede perderse en cualquier linaje en particular debido al daño celular, la diferenciación terminal como ocurre en las células nerviosas o la muerte celular programada (apoptosis) durante el desarrollo. El mantenimiento del potencial de división celular del ciclo de vida biológico durante generaciones sucesivas depende de evitar y reparar con precisión el daño celular, particularmente el daño del ADN. En los organismos sexuales, la continuidad de la línea germinal a lo largo de generaciones sucesivas del ciclo celular depende de la eficacia de los procesos para evitar daños en el ADN y reparar los daños que se produzcan en el ADN. Los procesos sexuales en eucariotas brindan una oportunidad para la reparación efectiva de daños en el ADN en la línea germinal mediante recombinación homóloga.