miércoles, 16 de septiembre de 2015

Funciones biológicas (I): la reproducción



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Muchas son las características químicas que definen la vida, pero cuatro son las funciones exclusivas más importantes que realizan los seres vivos. Éstas son la reproducción, o mecanismo por el que se generan nuevos individuos; la nutrición o forma de obtener energía para llevar a cabo el resto de funciones; la relación o de qué manera se interrelaciona ese individuo con otros y con el medio ambiente en el que vive, y el movimiento, el cual puede entenderse como un movimiento dentro del organismo, de una parte del cuerpo o de todo el individuo, entonces hablaríamos de desplazamiento o locomoción.

Reproduccion, biologia y zoologia
La reproducción sexual se basa en la existencia de gametos o células sexuales.

- La reproducción


La reproducción es una de las características que definen la vida. Se puede definir como la capacidad que tienen los seres vivos de originar nuevos seres o descendientes, que van a conservar las características esenciales del progenitor, las cuales les definen dentro de una población de organismos distintos.

Con esta función biológica, los organismos se perpetúan en el tiempo. Dos son los mecanismos principales de reproducción, la asexual y la sexual. En la primera, tan sólo existe un progenitor que genera unos descendientes idénticos de sí mismo. Los individuos que llevan a cabo la reproducción asexual carecen de órganos y células reproductoras. Por contra, la reproducción sexual implica la participación de dos individuos o progenitores. Cada uno de éstos aporta unas células sexuales específicas denominadas gametos, las cuales se van a unir en un proceso denominado fecundación para formar el nuevo individuo.

- La reproducción asexual


En este mecanismo no existen células especializadas que sean capaces de fusionarse y formar un nuevo individuo como en la reproducción sexual.

+ La descendencia en la reproducción asexual


Sólo participa un individuo, por lo que se origina una descendencia clónica o idéntica.

+ La reproducción asexual, presenta en bacterias, protistas animales, cnidarios, anélidos y equinodermos


La reproducción asexual no aparece en ningún animal vertebrado y está prácticamente ausente entre los invertebrados superiores o más evolucionados. Sólo aparece entre las formas más primitivas, como son las bacterias, los protistas animales, los cnidarios, anélidos y equinodermos, principalmente.

+ Ventajas y desventajas de la reproducción asexual


Esta reproducción tiene dos ventajas, la sencillez, no hay que crear nuevas estructuras o células para llevarla a cabo, y la rapidez. Por contra, la desventaja principal es que no conlleva ninguna variabilidad, los descendientes son auténticas copias idénticas.

+ Tipos de reproducción asexual: división binaria, gemación, gemulación y fragmentación


No hay un tipo único de reproducción asexual, sino varias formas posibles, que son: la división binaria, la gemación, la gemulación y la fragmentación.

. La división binaria

La división binaria es una división celular en dos partes prácticamente iguales. De esta forma, a partir de un individuo A aparecen los individuos B y C.

Antes de que se produzca la división se realiza la duplicación del material genético, por lo que es una división por mitosis. Los elementos internos de la célula, como las mitocondrias, se reparten de forma igualitaria en los nuevos descendientes. Es un mecanismo típico de bacterias y protozoos.

La división múltiple es parecida a la binaria, pero en este caso el núcleo se divide varias veces antes de la división final para formar más células hijas. Aparece en algunos protozoos parásitos.

. La gemación

La gemación es el mecanismo típico de los cnidarios, aunque también se da en las esponjas y algunas especies de protozoos. Del organismo progenitor comienza a desarrollarse una especie de abultamiento o yema, que se diferencia y desarrolla hasta formar un nuevo individuo. Éste se separa constituyendo un organismo libre, o puede quedar retenido formando un agregado o colonia.

. La gemulación

La gemulación se ha observado en muchas esponjas de agua dulce. El nuevo individuo se forma a partir de un conflomerado de células parentales que se encuentran rodeadas por una cubierta protectora. Esta estructura se denomina gémula y se puede localizar en el interior del cuerpo del progenitor hasta que es liberado.

. La fragmentación

La fragmentación es el mecanismo más sorprendente de reproducción asexual. El individuo progenitor se fragmenta o divide en varios trozos, los cuales darán lugar a un nuevo individuo completo.

- La reproducción sexual


Es la forma más compleja de reproducirse y la que implica o necesita dos progenitores. Cada uno de ellos aporta células especiales y diferenciadas para llevar a cabo la formación del nuevo individuo, son los gametos o células sexuales. Los gametos son diferentes en función del sexo, macho o hembra, que tenga el progenitor. De esta forma, la hembra es aquella que aporta los gametos femeninos u óvulos, mientras que el macho aporta los gametos masculinos o espermatozoides. La fusión de estas células es la fecundación y determina la aparición de una nueva célula, el cigoto o huevo. Este último comienza a crecer y diferenciarse en un proceso conocido como desarrollo embrionario que lleva finalmente a la formación de un nuevo individuo.

Esas células especiales o gametos se forman en unas estructuras denominadas gónadas u órganos sexuales donde tiene lugar la formación de gametos haploides. La gónada masculina recibe el nombre de testículo, mientras que la gónada femenina se denomina ovario.

+ Partenogénesis


La partenogénesis es una forma especial de reproducción sexual pero sin fecundación. Cualquier gameto que no entra en la fecundación por no haber encontrado a su gameto pareja, muere tras un tiempo. Pero, en algunas ocasiones, ciertos óvulos pueden seguir desarrollándose hasta convertirse en un individuo adulto sin fecundación alguna.

Esta reproducción se da en insectos, rotíferos y nemátodos, principalmente. Por ejemplo, la reina de las abejas produce dos tipos de óvulos. Unos serán fecundados y darán lugar a hembras diploides, otras reinas y obreras, mientras que los otros no serán fecundados y por partenogénesis se desarrollarán hasta dar machos haploides, los zánganos.

+ Hermafroditismo


Para que tenga lugar la reproducción sexual se requiere en principio de dos individuos diferentes, son el macho y la hembra, que produzcan sus distintos gametos. Es lo que se conoce como reproducción biparental, ya que, implica la presencia de dos padres o progenitores. Sin embargo, hay animales que tienen en el mismo individuo tanto las gónadas masculinas como femeninas. Es decir, los dos sexos están en el mismo organismo. Esta característica recibe el nombre de hermafroditismo y los individuos que la presentan se llaman hermafroditas. Aparece en invertebrados sedentarios, endoparásitos y algunos peces.

- Desarrollo embrionario


El desarrollo embrionario en los animales superiores representa las diferentes etapas por las que pasa el cigoto recién formado tras la fecundación hasta el nacimiento. La fecundación puede ser externa o interna. La fecundación externa sucede cuando los gametos se unen fuera del cuerpo de la madre, normalmente en el agua. Por el contrario, en la fecundación interna los gametos se unen en el interior del cuerpo de la madre.

El tipo de fecundación puede condicionar el tipo de desarrollo embrionario. En el reino animal existen tres modelos de desarrollo embrionario en función del lugar donde se lleva a cabo en relación con la progenitora o madre.

Así, si se lleva a cabo fuera de su cuerpo, el desarrollo es ovíparo ("nacimiento de huevos". Se da en invertebrados, aves, peces, anfibios, reptiles y un grupo primitivo de mamíferos, los monotremas. A los animales ovíparos se les conoce como aquellos que ponen huevos. Por otro lado, la madre puede decidir conservar el huevo en su interior hasta que eclosione y nazca el nuevo individuo, momento que hace coincidir con la expulsión del huevo. El desarrollo es ovovivíparo ("nacimiento de huevos vivos"). En este caso y al igual que los organismos ovíparos no hay relación anatómica entre la madre y el huevo, el cual sigue alimentándose de sus propias reservas. La única diferencia es que la madre va a proporcionar un lugar seguro donde el huevo pueda desarrollarse. Aparece en varios invertebrados como anélidos, insectos y moluscos, y en ciertos peces y reptiles. Finalmente, el desarrollo vivíparo ("nacimiento vivo") es aquel en el que además de suceder en el cuerpo de la madre, también hay conexión entre el huevo y la progenitora. El embrión utiliza esta conexión para alimentarse de los nutrientes que le aporta la madre. Es el desarrollo más evolucionado y, en consecuencia, el que aparece en los mamíferos, aunque también se da en algunos otros grupos de animales de forma aislada.

+ Etapas del desarrollo embrionario: segmentación, gastrulación y organogénesis


Cualquier desarrollo embrionario se divide en tres grandes etapas: segmentación, gastrulación y organogénesis.

. Segmentación

Engloba las primeras etapas o fases del desarrollo. No implica ninguna modificación radical del cigoto, es una simple multiplicación celular. De tal forma que se empiezan a encadenar divisiones celulares hasta que aparece un conglomerado muy compacto de células pequeñas que recibe el nombre de mórulas por su semejanza con una mora. Tras esta etapa, el huevo sigue dividiéndose hasta que aparece una cavidad central o hueco al que se denomina blastocele. A esta etapa se la llama blástula, siendo los blastómeros cada una de las células constituyentes. Es la última fase de la segmentación, en la cual el embrión es la blástula con el mismo tamaño que el cigoto de partida, ya que las divisiones eran siempre en células cada vez más pequeñas.

Normalmente la segmentación sigue un modelo de divisiones celulares muy regular, pero pueden existir diferentes tipos de segmentación en función del vitelo, la sustancia de reserva o alimento del huevo.

. Gastrulación

Constituye la segunda gran fase de la embriogénesis o desarrollo embrionario. Se producen desplazamientos de grupos celulares dentro del embrión. Además se empiezan a originar ciertos plegamientos en la estructura. Todo esto lleva a la entrada en el estadio de gástrula, la cual se caracteriza por presentar una serie de capas embrionarias. En los animales más primitivos como cnidarios y ctenóforos sólo existen dos capas embrionarias, por lo que se denominan diblásticos. Mientras, que en los animales superiores aparece una tercera capa intermedia, son animales triblásticos.

La capa más externa recibe el nombre de ectodermo y en etapas posteriores dará lugar al epitelio externo del cuerpo del animal y a su sistema nervioso. La capa más interna es el endotermo, la cual posteriormente se desarrollará hasta constituir el epitelio del tubo digestivo. Como resultado de la gastrulación aparece una cavidad que delimita el endodermo. Ésta es el arquenterón o tubo digestivo primitivo que se abre al exterior por un orificio, el blastoporo. La tercera capa que sólo aparece en los animales triblásticos es el mesodermo y se disponen entre las dos anteriores. Se origina a partir de evaginaciones del arquenterón y es la estructura que luego dará el sistema muscular y reproductor, principalmente. Del mesodermo se desarrolla el celoma.

El blastoporo puede tomar varios destinos en las siguientes fases en función del animal. En los celentéreos será la abertura de su cavidad gastrovascular con el exterior. En los anélidos, moluscos y artrópodos dará lugar a la boca. Por eso a estos animales se les llama protóstomos, que significa la boca primero. En los equinodermos y cordados, el blastoporo se convertirá en el ano del animal, mientras que la boca se forma a través de otro orificio que luego aparece. De ahí que estos animales reciben el nombre de deuteróstomos o boca secundaria.

. Morfogénesis

Es la última etapa del desarrollo embrionario y como el nombre indica es la formación de la morfología del animal, incluyendo sus órganos. En un primer momento se van produciendo esbozos gracias al movimiento y diferenciación de las células, las cuales establecen conexiones dentro de un grupo para formar estructuras más complejas, como son los órganos. A esta etapa particular se la denomina organogénesis. De esta forma, por ejemplo, un grupo de células situada en el mesodermo se diferencia hasta convertirse en las células que constituyen el esqueleto. De hecho, cada capa embrionaria se diferencia en distintas estructuras: el ectodermo en la epidermis, sistema nervioso, glándulas cutáneas y mucosa nasal y bucal; el mesodermo en la dermis, la musculatura, el esqueleto, el tejido conjunto, y los sistemas circulatorio, excretor y reproductor, y el endodermo en el aparato respiratorio, las glándulas anejas y el epitelio del tubo digestivo.

El desarrollo embrionario termina en los animales vivíparos con el parto y en los animales ovíparos con la eclosión del huevo.

+ El huevo amniótico


En los reptiles, aves y mamíferos, el cigoto además de transformarse en el embrión forma unas estructuras temporales que se denominan anexos embrionarios. La función de estas estructuras es la de asegurar la nutrición y la respiración del embrión. Son cuatro anexos o membranas extraembrionarias. La primera es el saco vitelino que contiene el alimento. Esta membrana rodea a la yema u óvulo que presenta un pequeño núcleo llamado mancha germinativa, a partir de la cual se desarrollo el embrión. El segundo anexo o saco membranoso es el amnios, que está relleno de un fluido que engloba al embrión para protegerle de choques. La siguiente bolsa, la alantoides, se encargaba de recoger los productos de desecho del embrión y de su respiración. Finalmente, el corión constituye la membrana más externa y está situada debajo de la cáscara del huevo. Cuando el embrión aumenta de tamaño, el corion se une con la alantoides para formar una estructura respiratoria provisional más desarrollada. La cáscara al ser porosa permitirá todo intercambio de gases con el exterior.

La aparición del amnios (huevo amniótico) fue lo que determinó la independencia definitiva del agua para este grupo de animales a la hora de reproducirse y, por tanto, la adaptación total al medio terrestre. El resto de animales, incluido los anfibios, necesitan del agua para reproducirse y diferenciarse en sus primeras etapas, sin embargo, el embrión que se forma en un huevo amniótico tiene su propio "acuario" sin necesidad de estar el progenitor en un medio acuoso.

- Desarrollo postembrionario


Este desarrollo es el que se produce tras el parto o eclosión, según si es un animal vivíparo u ovíparo. La finalidad del mismo es alcanzar la madurez sexual para reiniciar de nuevo el ciclo: formación de gametos, fecundación y desarrollo embrionario. Y, en consecuencia, perpetuar la especie en el tiempo.

Este desarrollo puede ser directo o indirecto.

+ Desarrollo directo


Cuando el desarrollo postembrionario sólo implica un crecimiento de las estructuras ya adquiridas en la embriogénesis, entonces se habla de desarrollo directo. Es tan sólo, un crecimiento de tamaño. Aparece en los animales ovíparos que alcanzaron una diferenciación definitiva gracias a la presencia de una alta cantidad de reservar en el huevo. Y en los animales vivíparos que tampoco carecieron de alimento alguno.

+ Desarrollo indirecto


Tras la eclosión del huevo, el animal ovíparo no está totalmente diferenciado. No se han formado todas las estructuras definitivas que se encuentran en el adulto. Este hecho se debe a que el embrión tiene que abandonar el huevo sin terminar su desarrollo para buscar alimento, ya que, en el huevo comenzaba a escasear. Ya en el exterior continuará su desarrollo, por lo que recibe el nombre de indirecto.

En este caso, el embrión no "nace" en forma de un juvenil sino en forma de larva. Ésta es una forma transitoria del animal en el desarrollo hacia adulto, cuya función es la de obtener el alimento necesario para poder llevar a cabo el resto del desarrollo.

El paso o transformación de larva a adulto se denomina metamorfosis. Es un proceso por el cual se desarrollan todas las estructuras del individuo adulto, mientras que las larvarias desaparecen total o parcialmente.

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- Otras funciones biológicas


+ Funciones biológicas (II): la nutrición

+ Funciones biológicas (III): el movimiento