Reproducción y desarrollo animal
La mayoría de los animales se someten a la reproducción sexual y tienen formas de desarrollo similares dictadas por los genes Hox.
Objetivos de aprendizaje
Explicar los procesos de reproducción animal y de desarrollo embrionario
Puntos clave
Puntos clave
- La mayoría de los animales se reproducen a través de la reproducción sexual, pero algunos animales son capaces de reproducirse asexualmente a través de la partenogénesis, la gemación o la fragmentación.
- Después de la fecundación, se forma un embrión y los tejidos de los animales se organizan en sistemas de órganos; algunos animales también pueden sufrir una metamorfosis incompleta o completa.
- El desprendimiento del cigoto conduce a la formación de una blástula, que sufre una mayor división celular y una reorganización celular durante un proceso llamado gastrulación, que conduce a la formación de la gástrula.
- Durante la gastrulación se forman la cavidad digestiva y las capas germinales, que posteriormente se convertirán en ciertos tipos de tejidos, órganos y sistemas de órganos durante un proceso denominado organogénesis.
- Los genes Hox son responsables de determinar el plan corporal general, como el número de segmentos corporales de un animal, el número y la ubicación de los apéndices, y la direccionalidad cabeza-cola del animal.
- Los genes Hox, similares en la mayoría de los animales, pueden activar o desactivar otros genes mediante la codificación de factores de transcripción que controlan la expresión de otros numerosos genes.
Términos clave
- Metamorfosis: cambio en la forma y, a menudo, en los hábitos de un animal después de la etapa embrionaria durante el desarrollo normal
- Gen Hox: genes responsables de determinar el plan corporal general, como el número de segmentos corporales de un animal, el número y la ubicación de los apéndices y la direccionalidad cabeza-cola del animal
- Blástula: una estructura hueca de 6-32 células que se forma después de que un cigoto sufra la división celular
Reproducción y desarrollo de los animales
La mayoría de los animales son organismos diploides (sus células corporales, o somáticas, son diploides) con células reproductoras haploides ( gametos ) producidas mediante meiosis. La mayoría de los animales se reproducen sexualmente. Este hecho distingue a los animales de los hongos, protistas y bacterias, en los que la reproducción asexual es común o exclusiva. Sin embargo, unos pocos grupos, como los cnidarios, los platelmintos y los ascárides, se reproducen de forma asexual, aunque casi todos esos animales también tienen una fase sexual en su ciclo vital.
Procesos de reproducción animal y desarrollo embrionario
Durante la reproducción sexual, los gametos haploides de los individuos masculinos y femeninos de una especie se combinan en un proceso llamado fertilización. Normalmente, el espermatozoide masculino, pequeño y móvil, fecunda al óvulo femenino, mucho más grande y sésil. Este proceso produce un óvulo fertilizado diploide llamado cigoto.
Algunas especies animales (incluyendo las estrellas de mar y las anémonas de mar, así como algunos insectos, reptiles y peces) son capaces de reproducirse asexualmente. Las formas más comunes de reproducción asexual para los animales acuáticos estacionarios incluyen la gemación y la fragmentación, donde parte de un individuo padre puede separarse y crecer hasta convertirse en un nuevo individuo. En cambio, una forma de reproducción asexual que se encuentra en ciertos insectos y vertebrados se llama partenogénesis, en la que los huevos no fecundados pueden convertirse en nuevas crías. Este tipo de partenogénesis en los insectos se denomina haplodiploidía y da lugar a una descendencia masculina. Estos tipos de reproducción asexual producen una descendencia genéticamente idéntica, lo que es desventajoso desde el punto de vista de la adaptabilidad evolutiva debido a la posible acumulación de mutaciones deletéreas. Sin embargo, para los animales que tienen una capacidad limitada para atraer parejas, la reproducción asexual puede garantizar la propagación genética.
Después de la fecundación, se producen una serie de etapas de desarrollo durante las cuales se establecen las capas germinales primarias y se reorganizan para formar un embrión. Durante este proceso, los tejidos animales comienzan a especializarse y a organizarse en órganos y sistemas de órganos, determinando su futura morfología y fisiología. Algunos animales, como los saltamontes, sufren una metamorfosis incompleta, en la que las crías se parecen al adulto. Otros animales, como algunos insectos, sufren una metamorfosis completa en la que los individuos entran en una o más fases larvarias que pueden diferir en estructura y función del adulto. En la metamorfosis completa, las crías y el adulto pueden tener dietas diferentes, lo que limita la competencia por el alimento entre ellos. Independientemente de si una especie sufre una metamorfosis completa o incompleta, la serie de etapas de desarrollo del embrión sigue siendo en gran medida la misma para la mayoría de los miembros del reino animal.
Metamorfosis incompleta y completa: (a) El saltamontes sufre una metamorfosis incompleta. (b) La mariposa sufre una metamorfosis completa.
El proceso de desarrollo animal comienza con la escisión, o serie de divisiones celulares mitóticas, del cigoto. Tres divisiones celulares transforman el cigoto unicelular en una estructura de ocho células. Tras una nueva división celular y la reorganización de las células existentes, se forma una estructura hueca de 6 a 32 células llamada blástula. A continuación, la blástula se somete a una nueva división celular y a una reorganización celular durante un proceso denominado gastrulación. Esto conduce a la formación de la siguiente etapa de desarrollo, la gástrula, en la que se forma la futura cavidad digestiva. Durante la gastrulación se forman diferentes capas celulares (llamadas capas germinales). Estas capas germinales están programadas para convertirse en ciertos tipos de tejidos, órganos y sistemas de órganos durante un proceso llamado organogénesis.
Desarrollo embrionario: Durante el desarrollo embrionario, el cigoto se somete a una serie de divisiones celulares mitóticas, o escisiones, para formar un estadio de ocho células, y luego una blástula hueca. Durante un proceso llamado gastrulación, la blástula se pliega hacia dentro para formar una cavidad en la gástrula.
El papel de los genes Homeobox (Hox) en el desarrollo animal
Desde principios del siglo XIX, los científicos han observado que muchos animales, desde los más simples hasta los más complejos, compartían una morfología y un desarrollo embrionario similares. Sorprendentemente, un embrión humano y un embrión de rana, en una determinada fase del desarrollo embrionario, parecen notablemente similares. Durante mucho tiempo, los científicos no entendieron por qué tantas especies animales tenían un aspecto similar durante el desarrollo embrionario, pero eran muy diferentes en la edad adulta. A finales del siglo XX, se descubrió una clase particular de genes que dictan la dirección del desarrollo. Estos genes que determinan la estructura animal se llaman «genes homeóticos». Contienen secuencias de ADN llamadas homeoboxes, con secuencias específicas denominadas genes Hox. Esta familia de genes es responsable de determinar el plan corporal general: el número de segmentos corporales de un animal, el número y la ubicación de los apéndices y la direccionalidad cabeza-cola del animal. Los primeros genes Hox que se secuenciaron fueron los de la mosca de la fruta (Drosophila melanogaster). Una sola mutación Hox en la mosca de la fruta puede dar lugar a un par de alas extra o incluso a apéndices que crecen en la parte del cuerpo «equivocada».
Hay muchos genes que desempeñan funciones en el desarrollo morfológico de un animal, pero los genes Hox son tan poderosos porque pueden activar o desactivar un gran número de otros genes. Los genes Hox lo hacen codificando factores de transcripción que controlan la expresión de otros muchos genes. Los genes Hox son homólogos en el reino animal: las secuencias genéticas y sus posiciones en los cromosomas son notablemente similares en la mayoría de los animales (por ejemplo, gusanos, moscas, ratones, humanos) debido a su presencia en un ancestro común. Los genes Hox han sufrido al menos dos eventos de duplicación durante la evolución animal: los genes adicionales permitieron la evolución de tipos de cuerpos más complejos.
Genes Hox: los genes Hox son genes altamente conservados que codifican factores de transcripción que determinan el curso del desarrollo embrionario en los animales. En los vertebrados, los genes se han duplicado en cuatro grupos: Hox-A, Hox-B, Hox-C y Hox-D. Los genes de estos grupos se expresan en determinados segmentos del cuerpo en ciertas etapas del desarrollo. Aquí se muestra la homología entre los genes Hox de los ratones y los humanos. Obsérvese cómo la expresión de los genes Hox, indicada con sombreado naranja, rosa, azul y verde, se produce en los mismos segmentos corporales tanto en el ratón como en el ser humano.