Reproducción asexual

La reproducción asexual es un tipo de reproducción que no implica la fusión de gametos ni cambios en el número de cromosomas. La descendencia que surge por reproducción asexual de organismos unicelulares o multicelulares hereda el conjunto completo de genes de su padre único. La reproducción asexual es la principal forma de reproducción de organismos unicelulares como las arqueas y las bacterias. Muchos organismos eucariotas, incluidas plantas, animales y hongos, también pueden reproducirse asexualmente. En los vertebrados, la forma más común de reproducción asexual es la partenogénesis, que generalmente se usa como una alternativa a la reproducción sexual en momentos en que las oportunidades reproductivas son limitadas.

Si bien todos los procariotas se reproducen sin la formación y fusión de gametos, los mecanismos para la transferencia lateral de genes, como la conjugación, la transformación y la transducción, pueden compararse con la reproducción sexual en el sentido de recombinación genética en la meiosis.

Tipos de reproducción asexual

Fisión

Los procariotas (Archaea y Bacteria) se reproducen asexualmente a través de la fisión binaria, en la que el organismo padre se divide en dos para producir dos organismos hijos genéticamente idénticos. Los eucariotas (como los protistas y los hongos unicelulares) pueden reproducirse de manera funcionalmente similar por mitosis; la mayoría de estos también son capaces de reproducirse sexualmente.

La fisión múltiple a nivel celular ocurre en muchos protistas, por ejemplo, esporozoos y algas. El núcleo de la célula madre se divide varias veces por mitosis, produciendo varios núcleos. Luego, el citoplasma se separa, creando múltiples células hijas.

En apicomplexans, la fisión múltiple o esquizogonía aparece como merogonía, esporogonía o gametogonía. La merogonía da como resultado merozoítos, que son múltiples células hijas, que se originan dentro de la misma membrana celular, la esporogonia da como resultado esporozoítos y la gametogonía da como resultado microgametos.

En ciernes

Algunas células se dividen por gemación (por ejemplo, la levadura de panadería), lo que da como resultado una célula "madre" y una "hija" que inicialmente es más pequeña que la madre. La brotación también se conoce a nivel multicelular; un ejemplo animal es la hidra, que se reproduce por gemación. Los brotes se convierten en individuos completamente maduros que finalmente se separan del organismo original.

La brotación interna es un proceso de reproducción asexual, favorecido por parásitos como el Toxoplasma gondii . Se trata de un proceso inusual en el que se producen dos ( endodiogenia ) o más ( endopoligenia ) células hijas dentro de una célula madre, que luego es consumida por la descendencia antes de su separación.

Asimismo, la brotación (externa o interna) se da en algunos gusanos como Taenia o Echinococcus ; estos gusanos producen quistes y luego producen protoescólex (invaginado o evaginado) con gemación.

Propagación vegetativa

La propagación vegetativa es un tipo de reproducción asexual que se encuentra en las plantas donde se forman nuevos individuos sin la producción de semillas o esporas y, por lo tanto, sin singamia o meiosis. Los ejemplos de reproducción vegetativa incluyen la formación de plantas miniaturizadas llamadas plántulas en hojas especializadas, por ejemplo, en kalanchoe ( Bryophyllum daigremontianum ) y muchas producen nuevas plantas a partir de rizomas o estolones (por ejemplo, en fresa). Otras plantas se reproducen formando bulbos o tubérculos (por ejemplo, bulbos de tulipán y tubérculos de dalia ). Algunas plantas producen brotes adventicios y pueden formar una colonia clonal. En estos ejemplos, todos los individuos son clones y la población clonal puede cubrir un área grande.

La formación de esporas

Muchos organismos multicelulares forman esporas durante su ciclo de vida biológico en un proceso llamado esporogénesis . Las excepciones son los animales y algunos protistas, que experimentan meiosis inmediatamente seguida de fertilización. Las plantas y muchas algas, por otro lado, sufren meiosis esporica.donde la meiosis conduce a la formación de esporas haploides en lugar de gametos. Estas esporas se convierten en individuos multicelulares (llamados gametofitos en el caso de las plantas) sin un evento de fertilización. Estos individuos haploides dan lugar a gametos a través de la mitosis. Por lo tanto, la meiosis y la formación de gametos ocurren en generaciones separadas o "fases" del ciclo de vida, lo que se conoce como alternancia de generaciones. Dado que la reproducción sexual a menudo se define más estrictamente como la fusión de gametos (fertilización), la formación de esporas en esporofitos de plantas y algas podría considerarse una forma de reproducción asexual (agamogénesis) a pesar de ser el resultado de la meiosis y sufrir una reducción en la ploidía. Sin embargo, ambos eventos (formación de esporas y fertilización) son necesarios para completar la reproducción sexual en el ciclo de vida de la planta.

Los hongos y algunas algas también pueden utilizar la verdadera formación de esporas asexuales, lo que implica que la mitosis da lugar a células reproductivas llamadas mitosporas que se desarrollan en un nuevo organismo después de la dispersión. Este método de reproducción se encuentra, por ejemplo, en hongos conidiales y en el alga roja Polysiphonia , e implica esporogénesis sin meiosis. Por lo tanto, el número de cromosomas de la célula de la espora es el mismo que el del progenitor que produce las esporas. Sin embargo, la esporogénesis mitótica es una excepción y la mayoría de las esporas, como las de las plantas y muchas algas, se producen por meiosis.

Fragmentación

La fragmentación es una forma de reproducción asexual en la que un nuevo organismo crece a partir de un fragmento del padre. Cada fragmento se convierte en un individuo maduro y completamente desarrollado. La fragmentación se ve en muchos organismos. Los animales que se reproducen asexualmente incluyen planarias, muchos gusanos anélidos, incluidos poliquetos y algunos oligoquetos, turbelarios y estrellas de mar. Muchos hongos y plantas se reproducen asexualmente. Algunas plantas tienen estructuras especializadas para la reproducción a través de la fragmentación, como las gemas en las hepáticas. La mayoría de los líquenes, que son una unión simbiótica de un hongo y algas fotosintéticas o cianobacterias, se reproducen mediante fragmentación para garantizar que los nuevos individuos contengan ambos simbiontes. Estos fragmentos pueden tomar la forma de soredia, partículas similares al polvo que consisten en un guión fúngico envuelto alrededor de células fotobiontes.

La fragmentación clonal en organismos multicelulares o coloniales es una forma de reproducción asexual o clonación en la que un organismo se divide en fragmentos. Cada uno de estos fragmentos se convierte en individuos maduros y completamente desarrollados que son clones del organismo original. En los equinodermos, este método de reproducción suele conocerse como fisiparidad . Debido a muchas diferencias ambientales y epigenéticas, los clones que se originan del mismo ancestro en realidad pueden ser genética y epigenéticamente diferentes.

Agamogénesis

La agamogénesis es cualquier forma de reproducción que no involucra un gameto masculino. Algunos ejemplos son la partenogénesis y la apomixis.

Partenogénesis

La partenogénesis es una forma de agamogénesis en la que un óvulo no fertilizado se convierte en un nuevo individuo. Se ha documentado en más de 2.000 especies. La partenogénesis ocurre en la naturaleza en muchos invertebrados (p. ej., pulgas de agua, rotíferos, áfidos, insectos palo, algunas hormigas, abejas y avispas parásitas) y vertebrados (principalmente reptiles, anfibios y peces). También se ha documentado en aves domésticas y en ratones de laboratorio alterados genéticamente. Las plantas también pueden participar en la partenogénesis a través de un proceso llamado apomixis. Sin embargo, muchos consideran que este proceso no es un método de reproducción independiente, sino un colapso de los mecanismos detrás de la reproducción sexual. Los organismos partenogenéticos se pueden dividir en dos categorías principales: facultativos y obligados.

Partenogénesis facultativa

En la partenogénesis facultativa, las hembras pueden reproducirse tanto sexual como asexualmente. Debido a las muchas ventajas de la reproducción sexual, la mayoría de los partenotes facultativos solo se reproducen asexualmente cuando se les obliga a hacerlo. Esto suele ocurrir en casos en los que encontrar pareja se vuelve difícil. Por ejemplo, las hembras de tiburón cebra se reproducirán asexualmente si no pueden encontrar pareja en sus hábitats oceánicos.

Anteriormente se creía que la partenogénesis rara vez ocurría en los vertebrados y solo era posible en animales muy pequeños. Sin embargo, se ha descubierto en muchas más especies en los últimos años. Hoy en día, la especie más grande que se ha documentado reproduciéndose partenogénicamente es el dragón de Komodo con 10 pies de largo y más de 300 libras.

La heterogonía es una forma de partenogénesis facultativa en la que las hembras alternan entre reproducción sexual y asexual a intervalos regulares (ver Alternancia entre reproducción sexual y asexual). Los áfidos son un grupo de organismos que se dedica a este tipo de reproducción. Usan la reproducción asexual para reproducirse rápidamente y crear descendencia alada que pueda colonizar nuevas plantas y reproducirse sexualmente en el otoño para poner huevos para la próxima temporada. Sin embargo, algunas especies de áfidos son partenotas obligadas.

Partenogénesis obligada

En la partenogénesis obligada, las hembras solo se reproducen asexualmente. Un ejemplo de esto es el lagarto cola de látigo de las praderas del desierto, un híbrido de otras dos especies. Por lo general, los híbridos son infértiles, pero a través de la partenogénesis, esta especie ha podido desarrollar poblaciones estables.

La ginogénesis es una forma de partenogénesis obligada en la que se utiliza un espermatozoide para iniciar la reproducción. Sin embargo, los genes del esperma nunca se incorporan al óvulo. El ejemplo más conocido de esto es Amazon Molly. Debido a que son partenotes obligados, no hay machos en su especie, por lo que dependen de los machos de una especie estrechamente relacionada (el Sailfin Molly) para obtener esperma.

Apomixis y embrión nucelar

La apomixis en las plantas es la formación de un nuevo esporofito sin fertilización. Es importante en los helechos y en las plantas con flores, pero es muy raro en otras plantas con semillas. En las plantas con flores, el término "apomixis" ahora se usa con mayor frecuencia para la agamospermia, la formación de semillas sin fertilización, pero una vez se usó para incluir la reproducción vegetativa. Un ejemplo de una planta apomíctica sería el diente de león europeo triploide. La apomixis ocurre principalmente en dos formas: En la apomixis gametofítica, el embrión surge de un óvulo no fertilizado dentro de un saco embrionario diploide que se formó sin completar la meiosis. En la embrión nucelar, el embrión se forma a partir del tejido nucelo diploide que rodea el saco embrionario. La embrión nucelar ocurre en algunas semillas de cítricos. La apomixis masculina puede ocurrir en casos raros, como el ciprés sahariano.Cupressus dupreziana , donde el material genético del embrión se deriva íntegramente del polen.‹ La plantilla a continuación ( 

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Alternancia entre reproducción sexual y asexual

Algunas especies pueden alternar entre estrategias sexuales y asexuales, una habilidad conocida como heterogamia , dependiendo de muchas condiciones. Se observa alternancia en varias especies de rotíferos (partenogénesis cíclica, por ejemplo, en especies de Brachionus) y algunos tipos de insectos.

Un ejemplo de esto son los áfidos que pueden participar en la heterogonía. En este sistema, las hembras nacen preñadas y solo tienen crías hembras. Este ciclo les permite reproducirse muy rápidamente. Sin embargo, la mayoría de las especies se reproducen sexualmente una vez al año. Este cambio se desencadena por cambios ambientales en el otoño y hace que las hembras desarrollen huevos en lugar de embriones. Este ciclo reproductivo dinámico les permite producir descendencia especializada con polifenismo, un tipo de polimorfismo en el que han evolucionado diferentes fenotipos para llevar a cabo tareas específicas.

La abeja del cabo Apis mellifera subsp. capensis puede reproducirse asexualmente a través de un proceso llamado thelytoky. El crustáceo de agua dulce Daphnia se reproduce por partenogénesis en la primavera para poblar rápidamente los estanques, luego cambia a la reproducción sexual a medida que aumenta la intensidad de la competencia y la depredación. Los rotíferos monogonontos del género Brachionus se reproducen a través de la partenogénesis cíclica: a bajas densidades de población, las hembras producen asexualmente y, a densidades más altas, se acumula una señal química que induce la transición a la reproducción sexual. Muchos protistas y hongos alternan entre reproducción sexual y asexual. Algunas especies de anfibios, reptiles y aves tienen una habilidad similar.

El moho del limo Dictyostelium sufre fisión binaria (mitosis) como amebas unicelulares en condiciones favorables. Sin embargo, cuando las condiciones se vuelven desfavorables, las células se agregan y siguen una de dos vías de desarrollo diferentes, según las condiciones. En el camino social, forman una babosa multicelular que luego forma un cuerpo fructífero con esporas generadas asexualmente. En la vía sexual, dos células se fusionan para formar una célula gigante que se convierte en un gran quiste. Cuando este macroquiste germina, libera cientos de células amebianas que son el producto de la recombinación meiótica entre las dos células originales.

Las hifas del moho común ( Rhizopus ) son capaces de producir tanto esporas mitóticas como meióticas. Muchas algas cambian de manera similar entre reproducción sexual y asexual. Varias plantas usan medios tanto sexuales como asexuales para producir nuevas plantas, algunas especies alteran sus modos primarios de reproducción de sexual a asexual bajo condiciones ambientales variables.

Herencia en especies asexuales

En el rotífero Brachionus calyciflorus, la reproducción asexual (partenogénesis obligada) puede ser heredada por un alelo recesivo, lo que conduce a la pérdida de la reproducción sexual en la descendencia homocigota.
La herencia de la reproducción asexual por un solo locus recesivo también se ha encontrado en la avispa parasitoide Lysiphlebus fabarum .

Ejemplos en animales

La reproducción asexual se encuentra en casi la mitad de los filos animales. La partenogénesis ocurre en el tiburón martillo y el tiburón punta negra. En ambos casos, los tiburones habían alcanzado la madurez sexual en cautiverio en ausencia de machos, y en ambos casos se demostró que las crías eran genéticamente idénticas a las madres. El látigo de Nuevo México es otro ejemplo.

Algunos reptiles utilizan el sistema de determinación del sexo ZW, que produce machos (con cromosomas sexuales ZZ) o hembras (con cromosomas sexuales ZW o WW). Hasta 2010, se pensaba que el sistema de cromosomas ZW utilizado por los reptiles era incapaz de producir descendencia WW viable, pero se descubrió que una boa constrictor hembra (ZW) había producido descendencia femenina viable con cromosomas WW. La boa hembra podría haber elegido cualquier número de parejas masculinas (y lo había hecho con éxito en el pasado), pero en esta ocasión se reprodujo asexualmente, creando 22 bebés hembras con cromosomas sexuales WW.

La poliembrionía es una forma generalizada de reproducción asexual en animales, en la que el óvulo fertilizado o una etapa posterior del desarrollo embrionario se divide para formar clones genéticamente idénticos. Dentro de los animales, este fenómeno se ha estudiado mejor en los himenópteros parásitos. En los armadillos de nueve bandas, este proceso es obligatorio y suele dar lugar a cuatrillizos genéticamente idénticos. En otros mamíferos, los gemelos monocigóticos no tienen una base genética aparente, aunque su ocurrencia es común. Hay al menos 10 millones de gemelos y trillizos humanos idénticos en el mundo hoy en día.

Los rotíferos Bdelloid se reproducen exclusivamente asexualmente y todos los individuos de la clase Bdelloidea son hembras. La asexualidad evolucionó en estos animales hace millones de años y ha persistido desde entonces. Hay evidencia que sugiere que la reproducción asexual ha permitido a los animales desarrollar nuevas proteínas a través del efecto Meselson que les ha permitido sobrevivir mejor en períodos de deshidratación. Los rotíferos bdelloides son extraordinariamente resistentes al daño de la radiación ionizante debido a las mismas adaptaciones que preservan el ADN que se utilizan para sobrevivir a la latencia. Estas adaptaciones incluyen un mecanismo extremadamente eficiente para reparar roturas de doble cadena de ADN. Este mecanismo de reparación se estudió en dos especies de Bdelloidea, Adineta vaga y Philodina roseola .y parece implicar la recombinación mitótica entre regiones de ADN homólogas dentro de cada especie.

La evidencia molecular sugiere fuertemente que varias especies del género de insectos palo Timema han usado solo reproducción asexual (partenogenética) durante millones de años, el período más largo conocido para cualquier insecto.

En el género de trips de las gramíneas Aptinothrips ha habido varias transiciones a la asexualidad, probablemente debido a diferentes causas.

Importancia adaptativa de la reproducción asexual

La falta total de reproducción sexual es relativamente rara entre los organismos multicelulares, particularmente los animales. No se comprende del todo por qué la capacidad de reproducirse sexualmente es tan común entre ellos. Las hipótesis actuales sugieren que la reproducción asexual puede tener beneficios a corto plazo cuando el rápido crecimiento de la población es importante o en entornos estables, mientras que la reproducción sexual ofrece una ventaja neta al permitir una generación más rápida de diversidad genética, lo que permite la adaptación a entornos cambiantes. Las restricciones de desarrollo pueden ser la base de por qué pocos animales han renunciado por completo a la reproducción sexual en sus ciclos de vida. Casi todos los modos asexuales de reproducción mantienen la meiosis en una forma modificada o como vía alternativa. Las plantas facultativamente apomícticas aumentan las frecuencias de la sexualidad en relación con la apomixis después del estrés abiótico. Otra limitación para cambiar de reproducción sexual a asexual sería la pérdida concomitante de meiosis y la reparación recombinacional protectora del daño en el ADN que se logra como una función de la meiosis.