Reproducción

La reproducción (o procreación o reproducción) es el proceso biológico mediante el cual se producen nuevos organismos individuales, "descendencia", a partir de su "padre" o padres. La reproducción es un rasgo fundamental de toda vida conocida; cada organismo individual existe como resultado de la reproducción. Hay dos formas de reproducción: asexual y sexual.

En la reproducción asexual, un organismo puede reproducirse sin la participación de otro organismo. La reproducción asexual no se limita a los organismos unicelulares. La clonación de un organismo es una forma de reproducción asexual. Por reproducción asexual, un organismo crea una copia genéticamente similar o idéntica de sí mismo. La evolución de la reproducción sexual es un gran rompecabezas para los biólogos. El costo doble de la reproducción sexual es que solo el 50% de los organismos se reproducen y los organismos solo transmiten el 50% de sus genes.

La reproducción sexual generalmente requiere la interacción sexual de dos organismos especializados, llamados gametos, que contienen la mitad del número de cromosomas de las células normales y se crean por meiosis, normalmente un macho fertiliza a una hembra de la misma especie para crear un cigoto fertilizado. Esto produce organismos descendientes cuyas características genéticas se derivan de las de los dos organismos parentales.

Asexual

La reproducción asexual es un proceso mediante el cual los organismos crean copias genéticamente similares o idénticas de sí mismos sin la contribución de material genético de otro organismo. Las bacterias se dividen asexualmente a través de la fisión binaria; los virus toman el control de las células huésped para producir más virus; Las hidras (invertebrados del orden Hydroidea ) y las levaduras son capaces de reproducirse por gemación. Estos organismos a menudo no poseen sexos diferentes y son capaces de "dividirse" en dos o más copias de sí mismos. La mayoría de las plantas tienen la capacidad de reproducirse asexualmente y se cree que la especie de hormiga Mycocepurus smithii se reproduce completamente por medios asexuales.

Algunas especies que son capaces de reproducirse asexualmente, como la hidra, la levadura (ver Apareamiento de levaduras) y las medusas, también pueden reproducirse sexualmente. Por ejemplo, la mayoría de las plantas son capaces de reproducción vegetativa (reproducción sin semillas ni esporas), pero también pueden reproducirse sexualmente. Asimismo, las bacterias pueden intercambiar información genética por conjugación.

Otras formas de reproducción asexual incluyen la partenogénesis, la fragmentación y la formación de esporas que involucra solo mitosis. La partenogénesis es el crecimiento y desarrollo de un embrión o semilla sin la fertilización de un macho. La partenogénesis ocurre naturalmente en algunas especies, incluidas las plantas inferiores (donde se denomina apomixis), invertebrados (p. ej., pulgas de agua, áfidos, algunas abejas y avispas parásitas) y vertebrados (p. ej., algunos reptiles, peces y, muy raramente, aves y tiburones ). ). A veces también se usa para describir modos de reproducción en especies hermafroditas que pueden autofecundarse.

Sexual

La reproducción sexual es un proceso biológico que crea un nuevo organismo al combinar el material genético de dos organismos en un proceso que comienza con la meiosis, un tipo especializado de división celular. Cada uno de los dos organismos progenitores aporta la mitad de la composición genética de la descendencia mediante la creación de gametos haploides. La mayoría de los organismos forman dos tipos diferentes de gametos. En estas especies anisógamas , los dos sexos se denominan masculino (que produce espermatozoides o microsporas) y femenino (que produce óvulos o megasporas). En las especies isógamas , los gametos son similares o idénticos en forma (isogametos), pero pueden tener propiedades separables y luego pueden recibir otros nombres diferentes (ver isogamia). Por ejemplo, en el alga verde, Chlamydomonas reinhardtii, existen los llamados gametos "más" y "menos". Algunos tipos de organismos, como muchos hongos y el ciliado Paramecium aurelia , tienen más de dos "sexos", llamados syngens. La mayoría de los animales (incluidos los humanos) y las plantas se reproducen sexualmente. Los organismos que se reproducen sexualmente tienen diferentes conjuntos de genes para cada rasgo (llamados alelos). La descendencia hereda un alelo para cada rasgo de cada padre. Por lo tanto, la descendencia tiene una combinación de los genes de los padres. Se cree que "el enmascaramiento de alelos deletéreos favorece la evolución de una fase diploide dominante en organismos que alternan entre fases haploides y diploides" donde la recombinación ocurre libremente.

Los briófitos se reproducen sexualmente, pero los organismos más grandes y comúnmente vistos son haploides y producen gametos. Los gametos se fusionan para formar un cigoto que se convierte en un esporangio, que a su vez produce esporas haploides. La etapa diploide es relativamente pequeña y de corta duración en comparación con la etapa haploide, es decir, dominancia haploide . La ventaja de la diploidía, la heterosis, sólo existe en la generación de vida diploide. Los briófitos conservan la reproducción sexual a pesar de que la etapa haploide no se beneficia de la heterosis. Esto puede ser una indicación de que la reproducción sexual tiene otras ventajas además de la heterosis, como la recombinación genética entre miembros de la especie, lo que permite la expresión de una gama más amplia de rasgos y, por lo tanto, hace que la población sea más capaz de sobrevivir a la variación ambiental.

Polinización cruzada

La alogamia es la fertilización de las flores a través de la polinización cruzada, esto ocurre cuando el óvulo de una flor es fertilizado por espermatozoides del polen de la flor de una planta diferente. El polen se puede transferir a través de vectores de polen o portadores abióticos como el viento. La fertilización comienza cuando el polen llega a un gameto femenino a través del tubo polínico. La alogamia también se conoce como fertilización cruzada, en contraste con la autogamia o la geitonogamia, que son métodos de autofertilización.

Autogamia

La autofertilización, también conocida como autogamia, ocurre en organismos hermafroditas donde los dos gametos fusionados en la fertilización provienen del mismo individuo, por ejemplo, muchas plantas vasculares, algunos foraminíferos, algunos ciliados. El término "autogamia" a veces se sustituye por polinización autógama (que no conduce necesariamente a una fertilización exitosa) y describe la autopolinización dentro de la misma flor, a diferencia de la polinización geitonógama, la transferencia de polen a una flor diferente en la misma planta con flores, o dentro de una sola planta gimnosperma monoica.

Mitosis y meiosis

La mitosis y la meiosis son tipos de división celular. La mitosis ocurre en las células somáticas, mientras que la meiosis ocurre en los gametos.

Mitosis El número resultante de células en la mitosis es el doble del número de células originales. El número de cromosomas en las células descendientes es el mismo que el de la célula madre.

Meiosis El número resultante de células es cuatro veces el número de células originales. Esto da como resultado células con la mitad del número de cromosomas presentes en la célula madre. Una célula diploide se duplica a sí misma, luego sufre dos divisiones (tetraploide a diploide a haploide), en el proceso de formación de cuatro células haploides. Este proceso ocurre en dos fases, meiosis I y meiosis II.

Del mismo sexo

En las últimas décadas, los biólogos del desarrollo han estado investigando y desarrollando técnicas para facilitar la reproducción entre personas del mismo sexo. Los enfoques obvios, sujetos a una cantidad creciente de actividad, son el esperma femenino y los óvulos masculinos, con el esperma femenino más cerca de ser una realidad para los humanos. En 2004, al alterar la función de algunos genes relacionados con la impronta, otros científicos japoneses combinaron dos óvulos de ratón para producir ratones hijas y en 2018, científicos chinos crearon 29 ratones hembra a partir de dos madres de ratones hembra, pero no pudieron producir descendencia viable de dos ratones padre. ratones.

Estrategias

Hay una amplia gama de estrategias reproductivas empleadas por diferentes especies. Algunos animales, como el humano y el alcatraz del norte, no alcanzan la madurez sexual hasta muchos años después del nacimiento e incluso entonces producen pocas crías. Otros se reproducen rápidamente; pero, en circunstancias normales, la mayoría de las crías no sobreviven hasta la edad adulta. Por ejemplo, un conejo (que madura después de 8 meses) puede producir de 10 a 30 crías por año, y una mosca de la fruta (que madura después de 10 a 14 días) puede producir hasta 900 crías por año. Estas dos estrategias principales se conocen como selección K (poca descendencia) y selección r (mucha descendencia). Qué estrategia se ve favorecida por la evolución depende de una variedad de circunstancias. Los animales con pocas crías pueden dedicar más recursos a la crianza y protección de cada cría individual, reduciendo así la necesidad de tener muchas crías. Por otro lado, los animales con muchas crías pueden dedicar menos recursos a cada cría individual; para este tipo de animales, es común que muchas crías mueran poco después del nacimiento, pero normalmente sobreviven suficientes individuos para mantener la población. Algunos organismos, como las abejas melíferas y las moscas de la fruta, retienen el esperma en un proceso llamado almacenamiento de esperma, lo que aumenta la duración de su fertilidad.

Otros tipos

• Los animales policíclicos se reproducen de forma intermitente a lo largo de su vida.
• Los organismos semelparous se reproducen solo una vez en su vida, como las plantas anuales (incluidos todos los cultivos de granos) y ciertas especies de salmón, araña, bambú y plantas centenarias. A menudo, mueren poco después de la reproducción. Esto a menudo se asocia con los estrategas r.
• Los organismos iteróparos producen descendencia en ciclos sucesivos (p. ej., anuales o estacionales), como las plantas perennes. Los animales iteróparos sobreviven durante múltiples temporadas (o cambios de condición periódicos). Esto está más asociado con los estrategas K.

Reproducción asexual vs. sexual

Los organismos que se reproducen a través de la reproducción asexual tienden a crecer en número exponencialmente. Sin embargo, debido a que dependen de la mutación para las variaciones en su ADN, todos los miembros de la especie tienen vulnerabilidades similares. Los organismos que se reproducen sexualmente producen un número menor de descendientes, pero la gran cantidad de variación en sus genes los hace menos susceptibles a las enfermedades.

Muchos organismos pueden reproducirse tanto sexual como asexualmente. Pulgones, mohos mucilaginosos, anémonas de mar, algunas especies de estrellas de mar (por fragmentación) y muchas plantas son ejemplos. Cuando los factores ambientales son favorables, la reproducción asexual se emplea para explotar las condiciones adecuadas para la supervivencia, como un suministro abundante de alimentos, un refugio adecuado, un clima favorable, enfermedades, un pH óptimo o una combinación adecuada de otros requisitos de estilo de vida. Las poblaciones de estos organismos aumentan exponencialmente a través de estrategias de reproducción asexual para aprovechar al máximo los ricos recursos de suministro.

Cuando las fuentes de alimentos se han agotado, el clima se vuelve hostil o la supervivencia individual se ve amenazada por algún otro cambio adverso en las condiciones de vida, estos organismos cambian a formas sexuales de reproducción. La reproducción sexual asegura una mezcla del acervo genético de la especie. Las variaciones que se encuentran en la descendencia de la reproducción sexual permiten que algunos individuos se adapten mejor a la supervivencia y proporcionan un mecanismo para que se produzca la adaptación selectiva. La etapa de meiosis del ciclo sexual también permite una reparación especialmente eficaz de los daños en el ADN (ver Meiosis). Además, la reproducción sexual generalmente da como resultado la formación de una etapa de la vida que es capaz de soportar las condiciones que amenazan a la descendencia de un padre asexual. Por lo tanto, semillas, esporas, huevos, pupas, quistes u otras etapas de reproducción sexual que "pasan el invierno" aseguran la supervivencia durante tiempos desfavorables y el organismo puede "esperar" situaciones adversas hasta que se produzca un regreso a la idoneidad.

Vida sin reproducción

La existencia de vida sin reproducción es objeto de algunas especulaciones. El estudio biológico de cómo el origen de la vida produjo organismos reproductores a partir de elementos no reproductores se denomina abiogénesis. Ya sea que haya habido o no varios eventos abiogenéticos independientes, los biólogos creen que el último ancestro universal de toda la vida presente en la Tierra vivió hace unos 3.500 millones de años.

Los científicos han especulado sobre la posibilidad de crear vida no reproductiva en el laboratorio. Varios científicos han logrado producir virus simples a partir de materiales completamente no vivos. Sin embargo, a menudo se considera que los virus no están vivos. Al no ser más que un poco de ARN o ADN en una cápsula de proteína, no tienen metabolismo y solo pueden replicarse con la ayuda de la maquinaria metabólica de una célula secuestrada.

La producción de un organismo verdaderamente vivo (por ejemplo, una simple bacteria) sin ancestros sería una tarea mucho más compleja, pero bien podría ser posible hasta cierto punto de acuerdo con el conocimiento biológico actual. Se transfirió un genoma sintético a una bacteria existente donde reemplazó el ADN nativo, lo que resultó en la producción artificial de un nuevo organismo M. mycoides .

Existe cierto debate dentro de la comunidad científica sobre si esta célula puede considerarse completamente sintética sobre la base de que el genoma sintetizado químicamente era una copia casi 1: 1 de un genoma natural y que la célula receptora era una bacteria natural. El Instituto Craig Venter mantiene el término "célula bacteriana sintética", pero también aclara "... no consideramos que esto sea 'crear vida desde cero', sino que estamos creando una nueva vida a partir de una vida ya existente utilizando ADN sintético". Venter planea patentar sus células experimentales, afirmando que "son claramente invenciones humanas".Sus creadores sugieren que la construcción de "vida sintética" permitiría a los investigadores aprender sobre la vida construyéndola, en lugar de destrozarla. También proponen estirar los límites entre la vida y las máquinas hasta que las dos se superpongan para producir "organismos verdaderamente programables". Los investigadores involucrados afirmaron que la creación de "verdadera vida bioquímica sintética" está relativamente cerca de alcanzarse con la tecnología actual y es barata en comparación con el esfuerzo necesario para colocar al hombre en la Luna.

Principio de lotería

La reproducción sexual tiene muchos inconvenientes, ya que requiere mucha más energía que la reproducción asexual y desvía a los organismos de otras actividades, y existe cierta discusión sobre por qué tantas especies la usan. George C. Williams usó boletos de lotería como analogía en una explicación del uso generalizado de la reproducción sexual.Argumentó que la reproducción asexual, que produce poca o ninguna variedad genética en la descendencia, era como comprar muchos boletos que tienen todos el mismo número, limitando la posibilidad de "ganar", es decir, producir descendencia sobreviviente. La reproducción sexual, argumentó, era como comprar menos boletos pero con una mayor variedad de números y, por lo tanto, una mayor probabilidad de éxito. El punto de esta analogía es que, dado que la reproducción asexual no produce variaciones genéticas, hay poca capacidad para adaptarse rápidamente a un entorno cambiante. El principio de la lotería es menos aceptado en estos días debido a la evidencia de que la reproducción asexual es más frecuente en ambientes inestables, al contrario de lo que predice.