Reproducción
Definición
La reproducción (o procreación o reproducción ) es el proceso biológico mediante el cual los nuevos organismos individuales - "descendencia" - son producidos por sus "padres". La reproducción es una característica fundamental de toda la 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 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 misma. La evolución de la reproducción sexual es un gran rompecabezas para los biólogos. El doble de los costos 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 que son creados por la meiosis, con un macho fertilizando típicamente a una hembra de la misma especie para crear un cigoto fertilizado. Esto produce organismos descendientes cuyas características genéticas se derivan de los 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. Bacteriadivida asexualmente a través de fisión binaria; los virus toman el control de las células anfitrionas para producir más virus; Las Hydras (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 (véase el 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 o esporas, pero también pueden reproducirse sexualmente. Del mismo modo, 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 la mitosis. La partenogénesis es el crecimiento y desarrollo de embriones o semillas sin fertilización por parte de un macho. La partenogénesis ocurre de forma natural en algunas especies, incluidas plantas inferiores (donde se llama apomixis), invertebrados (por ejemplo, pulgas de agua, áfidos, algunas abejas y avispas parásitas) y vertebrados (por ejemplo, algunos reptiles, peces y, muy raramente, pájaros 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 contribuye con 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 conocen como masculinos (productores de esperma o microsporas) y femeninas (productores de óvulos o megasporas). En las especies isógamas , los gametos son similares o de forma idéntica (isogametes), 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 singenitos. 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). Offspring hereda un alelo por 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 los alelos deletéreos favorece la evolución de una fase diploide dominante en organismos que alternan entre fases haploides y diploides" donde la recombinación se produce libremente.
Las briófitas 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 desarrolla en un esporangio, que a su vez produce esporas haploides. La etapa diploide es relativamente pequeña y de corta vida en comparación con la etapa haploide, es decir, la dominancia haploide . La ventaja de la diploidía, la heterosis, solo existe en la generación de vida diploide. Las briófitas conservan la reproducción sexual a pesar de que la etapa haploide no se beneficia de la heterosis. Esto puede ser un indicio de que la reproducción sexual tiene otras ventajas que la heterosis, como la recombinación genética entre miembros de la especie, lo que permite la expresión de una gama más amplia de rasgos y hace que la población sea más capaz de sobrevivir a la variación ambiental.
Polinización cruzada
La alogamia es la fertilización de la combinación de gametos de dos padres, generalmente el óvulo de un individuo con los espermatozoides de otro. (En especies isogamas, los dos gametos no se definirán como espermatozoides u óvulos).
Autogamia
La auto-fecundación, 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 y algunos ciliados. El término "autogamia" a veces sustituye a la polinización autógama (que no necesariamente conduce a una fertilización exitosa) y describe la autopolinización dentro de la misma flor, que se distingue de la polinización geitonogamma, transferencia de polen a una flor diferente en la misma planta de floración, o dentro de una sola Gimnospermplante monoico
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 primaria.
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 primaria. Una célula diploide se duplica, luego sufre dos divisiones (tetraploide a diploide a haploide), en el proceso formando cuatro células haploides. Este proceso ocurre en dos fases, meiosis I y meiosis II.
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 los espermatozoides y los óvulos masculinos, y las espermas femeninas están más cerca de ser una realidad para los humanos, dado que los científicos japoneses ya han creado esperma femenino para pollos. "Sin embargo, la proporción de espermatozoides producidos con cromosomas W (W) cayó sustancialmente por debajo de las expectativas. Por lo tanto, se concluye que la mayoría de los PG con W no pudieron diferenciarse en espermatozoides debido a la espermatogénesis restringida". En 2004, al alterar la función de unos pocos genes implicados en la impresión, otros científicos japoneses combinaron dos huevos de ratón para producir ratones secundarios.
Estrategias
Hay una amplia gama de estrategias reproductivas empleadas por diferentes especies. Algunos animales, como el alcatraz humano y el alcatraz del norte, no alcanzan la madurez sexual durante muchos años después del nacimiento e incluso entonces producen pocos descendientes. Otros se reproducen rápidamente; pero, en circunstancias normales, la mayoría de los descendientes no sobreviven hasta la edad adulta. Por ejemplo, un conejo (maduro después de 8 meses) puede producir de 10 a 30 crías por año, y una mosca de la fruta (madura después de 10 a 14 días) puede producir hasta 900 crías por año. Estas dos estrategias principales se conocen como K-selection (pocas crías) y r-selection (muchas crías). La estrategia que se ve favorecida por la evolución depende de una variedad de circunstancias. Los animales con pocos descendientes pueden dedicar más recursos a la crianza y protección de cada descendencia individual, reduciendo así la necesidad de muchos descendientes. Por otra parte, los animales con muchos descendientes pueden dedicar menos recursos a cada descendencia individual; para estos tipos de animales es común que muchos descendientes mueran poco después del nacimiento, pero suficientes individuos típicamente sobreviven para mantener a la población. Algunos organismos, como las abejas melíferas y las moscas de la fruta, retienen los espermatozoides en un proceso llamado almacenamiento de esperma, lo que aumenta la duración de su fertilidad.
Otros tipos
- Los animales policíclicos se reproducen intermitentemente durante toda su vida.
- Los organismos semelparous se reproducen solo una vez en la 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 estrategas r.
- Los organismos Iteroparous producen descendencia en ciclos sucesivos (por ejemplo, anuales o estacionales), como las plantas perennes. Los animales Iteroparous sobreviven durante varias estaciones (o cambios de condición periódicos). Esto está más asociado con K-estrategas.
Asexual vs. reproducción 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 la enfermedad.
Muchos organismos pueden reproducirse tanto sexualmente como asexualmente. Áfidos, moho de lodo, 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, alojamiento adecuado, clima favorable, enfermedad, 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 abundantes 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 conjunto de genes de la especie. Las variaciones encontradas en la descendencia de la reproducción sexual permiten que algunos individuos sean más adecuados para 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 efectiva de los daños en el ADN (ver Meiosis y Bernstein et al.). Además, la reproducción sexual generalmente resulta en la formación de una etapa de la vida que puede soportar las condiciones que amenazan a la descendencia de un padre asexual. Por lo tanto, semillas, esporas, huevos, pupas, quistes u otros "invernada"
Vida sin
La existencia de la vida sin reproducción es objeto de cierta especulación. El estudio biológico de cómo el origen de la vida produjo organismos reproductores a partir de elementos no reproductores se llama abiogénesis. Si hubo o no varios eventos abiogenéticos independientes, los biólogos creen que el último antepasado 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 totalmente no vivos. Sin embargo, a menudo se considera que los virus no están vivos. Siendo nada 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 bacteria simple) sin ancestros sería una tarea mucho más compleja, pero puede ser posible hasta cierto punto de acuerdo con el conocimiento biológico actual. Un genoma sintético ha sido transferido a una bacteria existente donde reemplazó el ADN nativo, lo que resultó en la producción artificial de un nuevo organismo de M. mycoides .
Existe cierto debate dentro de la comunidad científica sobre si esta célula se puede considerar completamente sintética con el argumento de que el genoma sintetizado químicamente era una copia casi 1: 1 de un genoma natural y, la célula receptora era una bacteria natural. El Instituto Craig Venter mantiene el término "célula bacteriana sintética", pero también aclaran "... no consideramos que esté" creando vida desde cero ", sino que estamos creando una nueva vida a partir de la vida ya existente utilizando ADN sintético". Venter planea patentar sus células experimentales, afirmando que "son invenciones claramente humanas". Sus creadores sugieren que construir 'vida sintética' les permitiría a los investigadores aprender sobre la vida construyéndola, en lugar de desgarrarla. También proponen extender los límites entre la vida y las máquinas hasta que ambas se superpongan para producir "organismos verdaderamente programables". Los investigadores involucrados afirmaron que la creación de una "verdadera vida bioquímica sintética" está relativamente cerca de alcanzarse con la tecnología actual y es barata en comparación con el esfuerzo necesario para ubicar al hombre en la Luna.
Principio de la 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 hay algunos argumentos sobre por qué tantas especies lo usan. George C. Williams usó boletos de lotería como una analogía en una explicación para el uso generalizado de la reproducción sexual. Sostuvo que la reproducción asexual, que produce poca o ninguna variedad genética en la descendencia, era como comprar muchas entradas que tienen el mismo número, lo que limita 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 posibilidad de éxito. El objetivo 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 entornos inestables, lo contrario de lo que predice.