Ontogenia

Las etapas iniciales de la embrigenesis humana

Partes de un embrión humano

Ontogenia (también ontogénesis) es el origen y desarrollo de un organismo (tanto físico como psicológico, por ejemplo, desarrollo moral), generalmente desde el momento de la fertilización del huevo a adulto. El término también se puede utilizar para referirse al estudio de la totalidad de la vida útil de un organismo.

La ontogenia es la historia del desarrollo de un organismo dentro de su propia vida, a diferencia de la filogenia, que se refiere a la historia evolutiva de una especie. Otra forma de pensar en la ontogenia es que es el proceso de un organismo que pasa por todas las etapas de desarrollo a lo largo de su vida. La historia del desarrollo incluye todos los eventos de desarrollo que ocurren durante la existencia de un organismo, comenzando con los cambios en el óvulo en el momento de la fertilización y los eventos desde el momento del nacimiento o eclosión y posteriores (es decir, crecimiento, remodelación de la forma del cuerpo, desarrollo de caracteres sexuales secundarios, etc.). Si bien los procesos de desarrollo (es decir, ontogenéticos) pueden influir en los procesos evolutivos posteriores (por ejemplo, filogenéticos) (ver biología evolutiva del desarrollo y teoría de la recapitulación), los organismos individuales se desarrollan (ontogenia), mientras que las especies evolucionan (filogenia).

La ontogenia, la embriología y la biología del desarrollo son estudios estrechamente relacionados y esos términos a veces se usan indistintamente. Los aspectos de la ontogenia son la morfogénesis, el desarrollo de la forma y forma de un organismo; crecimiento de tejido; y diferenciación celular. El término ontogenia también se ha utilizado en biología celular para describir el desarrollo de varios tipos de células dentro de un organismo. La ontogenia es un campo de estudio útil en muchas disciplinas, incluida la biología del desarrollo, la biología celular, la genética, la psicología del desarrollo, la neurociencia cognitiva del desarrollo y la psicobiología del desarrollo. La ontogenia se utiliza en antropología como el proceso a través del cual cada uno de nosotros encarna la historia de nuestra propia creación.

Etimología

La palabra ontogenia proviene del griego on que significa ser, individuo; y existencia, y del sufijo -geny del griego -geniea, que significa génesis, origen y modo de producción.

Historia

El término ontogenia fue acuñado por Ernst Haeckel, un zoólogo y evolucionista alemán en la década de 1860. Haeckel, nacido en Alemania el 16 de febrero de 1834, también fue un firme partidario del darwinismo. Haeckel sugirió que la ontogenia recapitulaba o repetía la filogenia de forma breve y, en ocasiones, incompleta en su libro de 1866, Generelle Morphologie der Organismen ("Morfología general de los organismos"). Aunque su libro fue muy leído, la comunidad científica no estaba muy convencida ni interesada en sus ideas, por lo que se dedicó a producir más publicaciones para llamar más la atención. En 1866, Haeckel y otros imaginaron el desarrollo como la producción de nuevas estructuras después de que se hayan establecido adiciones anteriores al organismo en desarrollo. Propuso que el desarrollo individual seguía las etapas de desarrollo de las generaciones anteriores y que las generaciones futuras agregarían algo nuevo a este proceso, y que había un paralelismo causal entre la ontogenia y la filogenia de un animal. Además, Haeckel sugirió una ley biogenética según la cual la ontogenia recapitula la filogenia, basándose en la idea de que el origen sucesivo y progresivo de nuevas especies se basaba en las mismas leyes que el origen sucesivo y progresivo de nuevas estructuras embrionarias. Según Haeckel, el desarrollo producía novedades y la selección natural eliminaría especies que habían quedado obsoletas o desfasadas. Aunque su visión del desarrollo y la evolución no era justificable, los futuros embriólogos ajustaron y colaboraron con las propuestas de Haeckel y mostraron cómo pueden ocurrir nuevas estructuras morfológicas mediante la modificación hereditaria del desarrollo embrionario. El biólogo marino Walter Garstang invirtió la relación de Haeckel entre ontogenia y filogenia, afirmando que la ontogenia crea la filogenia, no la recapitula.

Un artículo seminal de 1963 de Nikolaas Tinbergen nombró a la ontogenia como una de las cuatro preguntas principales de la biología, junto con las otras tres de Julian Huxley: causalidad, valor de supervivencia y evolución. Tinbergen enfatizó que el cambio de la maquinaria de comportamiento durante el desarrollo era distinto del cambio de comportamiento durante el desarrollo. Podemos concluir que el zorzal mismo, es decir, su maquinaria conductual, ha cambiado solo si el cambio de comportamiento ocurrió mientras el ambiente se mantuvo constante... Cuando pasamos de la descripción al análisis causal, y preguntamos de qué manera el cambio observado en la maquinaria conductual se ha producido, el primer paso natural es tratar de distinguir entre las influencias ambientales y las que están dentro del animal... En la ontogenia, se llega a la conclusión de que un cierto cambio está controlado internamente (es 'innato') por eliminación. A Tinbergen le preocupaba que la eliminación de los factores ambientales fuera difícil de establecer, y el uso de la palabra innato a menudo es engañoso.

Etapas de desarrollo

El desarrollo de un organismo ocurre a través de la fertilización, división, blastulación, gastrulación, organogénesis y metamorfosis en un adulto. Cada especie de animal tiene un viaje ligeramente diferente a través de estas etapas, ya que algunas etapas pueden ser más cortas o más largas en comparación con otras especies, y el lugar donde se desarrolla la descendencia es diferente para cada tipo de animal (p. ej., en una cáscara de huevo dura, útero, cáscara de huevo, en una hoja de planta, etc.).

Fecundación

En los seres humanos, el proceso de desarrollo fetal comienza después de que los espermatozoides fertilizan un óvulo y se fusionan, lo que da inicio al desarrollo embrionario. La fusión del óvulo y el espermatozoide en un cigoto cambia la membrana que lo rodea para no permitir que más espermatozoides penetren en el óvulo, por lo que se pueden prevenir las fertilizaciones múltiples. La fusión de un cigoto también activa el óvulo para que pueda comenzar la división celular. Cada especie animal puede no tener específicamente un espermatozoide y un óvulo, sino dos gametos que contienen la mitad de la especie' el material genético típico y las membranas de estos gametos se fusionan para comenzar a crear una descendencia.

Escisión

Poco después de la fertilización exitosa por parte del esperma, el cigoto sufre muchas divisiones mitóticas, que también son divisiones celulares no sexuales. La escisión es el proceso de división celular, por lo que el cigoto inicial se convierte en una colección de células idénticas que es una mórula y contiene células llamadas blastómeros. La escisión prepara al cigoto para convertirse en un embrión, que es de 2 a 8 semanas después de la concepción (fertilización) en humanos.

Proceso de zygote a gastrula en desarrollo

Explosión

Una vez que el cigoto se ha convertido en un embrión, continúa dividiéndose en una esfera hueca de células, que es una blástula. Estas células externas forman una sola capa epitelial, el blastodermo, que esencialmente encierra el interior lleno de líquido que es el blastocele. La figura de la derecha muestra el proceso básico que se modifica en diferentes especies. La blastulación difiere ligeramente en diferentes especies, pero en los mamíferos, el embrión en etapa de ocho células se convierte en un tipo de blástula ligeramente diferente, llamado blastocisto. Otras especies, como las estrellas de mar, las ranas, los pollos y los ratones, tienen todas las mismas estructuras en esta etapa, pero la orientación de estas características difiere, además, estas especies tienen tipos adicionales de células en esta etapa.

Blastula a gastrula más detallada

Gastrulación

Después de la blastulación, la blástula de una sola capa se expande y se reorganiza en varias capas, una gástrula (que se ve en la figura de la derecha). Los reptiles, las aves y los mamíferos son organismos triploblásticos, lo que significa que la gástrula comprende tres capas germinales; el endodermo (capa interna), el mesodermo (capa intermedia) y el ectodermo (capa externa). Como se ve en la figura a continuación, cada capa germinal se convertirá en células madre multipotentes que pueden convertirse en un tejido específico dependiendo de la capa germinal y es lo que sucede en los humanos. Esta diferenciación de las capas germinales difiere ligeramente, porque no todos los órganos y tejidos que se encuentran debajo están en todos los organismos, pero los sistemas corporales correspondientes pueden sustituirse por estos.

Organogénesis

En la siguiente figura, las células germinales humanas pueden diferenciarse en los órganos y tejidos específicos en los que se convertirán más adelante en la vida. Las células germinales pueden migrar a sus ubicaciones finales para reorganizarse y algunos órganos están formados por dos capas germinales; uno para el exterior, el otro para el interior. Las células del endodermo se convierten en los revestimientos internos de los organismos, como el estómago, el colon, el intestino delgado, el hígado y el páncreas del sistema digestivo y los pulmones. El mesodermo da lugar a otros tejidos no formados por el ectodermo, como el corazón, los músculos, los huesos, la sangre, la dermis de la piel, la médula ósea y el sistema urogenital. Esta capa germinal es más específica para las especies, ya que es la capa distintiva de las tres que puede identificar formas de vida evolutivamente superiores (por ejemplo, organismos bilaterales como los humanos) de formas de vida inferiores (con simetría radial). Por último, el ectodermo es la capa externa de células que se convierten en la epidermis y el cabello, siendo el precursor de las glándulas mamarias, el sistema nervioso central y los sistemas nerviosos periféricos.

Las capas de gérmenes y los tejidos que se convierten en humanos

Ernst Haeckel, Anthropogenie.

La figura de arriba muestra cómo el desarrollo de una cría de cerdo, vaca, conejo y humano es similar cuando se comparan entre sí. Esta figura muestra cómo las capas germinales pueden convertirse en diferentes órganos y tejidos en formas de vida evolutivamente superiores y cómo estas especies se desarrollan esencialmente de manera muy similar. Además, muestra cómo múltiples especies se desarrollan de manera paralela pero se ramifican para desarrollar características más específicas para el organismo, como pezuñas, cola u orejas.

Neurulación primaria detallada

Neurulación

En la descendencia de vertebrados en desarrollo, se forma un tubo neural a través de la neurulación primaria o secundaria. Algunas especies desarrollan su columna vertebral y sistema nervioso usando neurulación tanto primaria como secundaria, mientras que otras usan solo neurulación primaria o secundaria. En el desarrollo fetal humano, la neurulación primaria ocurre durante las semanas 3 y 4 de gestación para desarrollar el cerebro y la médula espinal. Luego, durante las semanas 5 y 6 de gestación, la neurulación secundaria forma el cordón sacro inferior y coccígeo.

Neurulación primaria

El diagrama de la derecha ilustra la neurulación primaria, que es el proceso en el que las células que rodean la placa neural interactúan con las células de la placa neural para proliferar, converger y separarse para formar un tubo hueco sobre la notocorda y el mesodermo. Este proceso es discontinuo y puede comenzar en diferentes puntos del eje cráneo-caudal necesarios para su cierre. Después de que se cierra la cresta neural, las células de la cresta neural y las células del ectodermo se separan y el ectodermo se convierte en la epidermis que rodea este complejo. Las células de la cresta neural se diferencian para convertirse en componentes de la mayor parte del sistema nervioso periférico en los animales. A continuación, la notocorda degenera para convertirse únicamente en el núcleo pulposo de los discos intervertebrales y las células del mesodermo se diferencian para convertirse más tarde en los somitas y el músculo esquelético. También durante esta etapa, las células de la cresta neural se convierten en los ganglios espinales, que funcionan como el cerebro en organismos como las lombrices de tierra y los artrópodos. En organismos más avanzados como anfibios, aves y mamíferos; Los ganglios espinales consisten en un grupo de cuerpos nerviosos ubicados a lo largo de la médula espinal en las raíces dorsal y ventral de un nervio espinal, que es un par de nervios que corresponden a una vértebra de la columna.

Neurulación Secundaria

En la neurulación secundaria, las regiones caudal y sacra de la columna vertebral se forman una vez finalizada la neurulación primaria. Este proceso se inicia una vez que finaliza la neurulación primaria y se cierra el neuroporo posterior, por lo que la yema de la cola puede proliferar y condensarse, luego crear una cavidad y fusionarse con el canal central del tubo neural. La neurulación secundaria ocurre en la región pequeña que comienza en la yema de la cola espinal hasta el neuroporo posterior, que son los pliegues neurales abiertos cerca de la región de la cola que no se cierran a través de la neurulación primaria. A medida que avanza la canalización durante las próximas semanas, las neuronas y las células ependimales (células que crean el líquido cefalorraquídeo) se diferencian para convertirse en el extremo de la cola de la médula espinal. A continuación, el tubo neural cerrado contiene células neuroepiteliales que se dividen inmediatamente después del cierre y se forma un segundo tipo de células; el neuroblasto. Las células de neuroblastos forman la capa del manto, que luego se convierte en la sustancia gris, que luego da lugar a una capa marginal que se convierte en la sustancia blanca de la médula espinal. La neurulación secundaria se observa en el tubo neural de las vértebras lumbares y de la cola de ranas y polluelos y, en ambos casos, este proceso es como una continuación de la gastrulación.

Acraea zetes caterpillar para pupae a la metamorfosis mariposa por Nick Hobgood

Fases larval y juvenil

En la mayoría de las especies, el organismo joven que acaba de nacer o salir del cascarón aún no es sexualmente maduro y, en la mayoría de los animales, este organismo joven se ve muy diferente a la forma adulta. Este organismo joven es la larva y es la forma intermedia antes de metamorfosearse en adulto. Un ejemplo bien conocido de una forma larvaria de un animal es la oruga de mariposas y polillas. Las orugas siguen creciendo y alimentándose para obtener suficiente energía durante la etapa de pupa, cuando se desarrollan las partes del cuerpo necesarias para la metamorfosis. La fase juvenil es diferente en plantas y animales, pero en las plantas la juvenilidad es una fase temprana del crecimiento de las plantas en la que las plantas no pueden florecer. En los animales, la etapa juvenil se encuentra más comúnmente en mamíferos sociales, como perros salvajes, monos, simios, leones, lobos y más. En los humanos, la pubertad marca el final de esta etapa y le sigue la adolescencia. Algunas especies comienzan la pubertad y la reproducción antes de que termine la etapa juvenil, como en los primates no humanos hembra. Las etapas de larva y pupa se pueden ver en la figura de la derecha.

Metamorfosis

El proceso por el que el cuerpo de un organismo experimenta cambios físicos y estructurales después del nacimiento o de la eclosión para adaptarse a su entorno adulto es la metamorfosis. Por ejemplo, los renacuajos de los anfibios tienen una maduración de las enzimas hepáticas, la hemoglobina y los pigmentos oculares, además de que se remodelan sus sistemas nervioso, digestivo y reproductivo. En todas las especies, la muda y las hormonas juveniles parecen regular estos cambios. La figura de la derecha muestra las etapas de la vida de las mariposas y su metamorfosis transforma la oruga en mariposa.

Edad adulta

La edad adulta es la etapa en la que se ha alcanzado la madurez física e intelectual y esto difiere entre especies. En los humanos, se piensa que la edad adulta es alrededor de los 20 o 21 años y es la etapa más larga de la vida, pero en todas las especies termina con la muerte. En los perros, las razas pequeñas (p. ej., Yorkshire Terrier, Chihuahua, Cocker Spaniel, etc.) maduran físicamente más rápido que las razas grandes (p. ej., San Bernardo, Gran Danés, Golden Retriever, etc.), por lo que la edad adulta se alcanza entre los 12 y los 24 años. meses o de 1 a 2 años. Por el contrario, muchas especies de insectos tienen etapas larvales largas y la etapa adulta es solo para la reproducción. Las polillas del gusano de seda no tienen piezas bucales y no se alimentan, por lo que deben consumir suficiente alimento durante la etapa larval para obtener energía para sobrevivir y aparearse.

Senescencia

La senescencia es cuando las células dejan de dividirse pero no mueren, pero estas células pueden acumularse y causar problemas en el cuerpo. Estas células pueden liberar sustancias que causan inflamación y pueden dañar las células cercanas sanas. La senescencia puede ser inducida por daños en el ADN no reparados (p. ej., por radiación, vejez, etc.) u otro estrés celular y también es el estado de envejecimiento.

Alometría ontogenética

La mayoría de los organismos experimentan cambios alométricos en su forma a medida que crecen y maduran, mientras que otros se metamorfosean. Incluso los reptiles (saurópsidos no aviares, por ejemplo, cocodrilos, tortugas, serpientes y lagartijas), en los que las crías suelen verse como adultos en miniatura, muestran una variedad de cambios ontogenéticos en morfología y fisiología.

Aplicaciones a otros campos

Antropología

Compararnos con los demás es algo que los humanos hacemos todo el tiempo. El capítulo "Comparación y ontogenia" del libro Anthropology, by Comparison de Christina Toren afirma: Al hacerlo, estamos reconociendo no tanto nuestra semejanza con los demás o nuestra diferencia, sino la similitud que reside en nuestra diferencia. En otras palabras, debido a que cada uno de nosotros es a la vez notablemente similar y notablemente diferente de todos los demás humanos, tiene poco sentido pensar en la comparación en términos de una lista de similitudes absolutas y una lista de diferencias absolutas. Más bien, con respecto a todos los demás humanos, encontramos similitudes en las formas en que somos diferentes unos de otros y diferencias en las formas en que somos iguales. Que seamos capaces de hacer esto es una función del proceso genuinamente histórico que es la ontogenia humana.

Notas y referencias