El embrión es la etapa inicial del desarrollo de un organismo multicelular . En los organismos que se reproducen sexualmente , el desarrollo embrionario es la parte del ciclo de vida que comienza justo después de la fertilización del óvulo femenino por el espermatozoide masculino. La fusión resultante de estas dos células produce un cigoto unicelular que experimenta muchas divisiones celulares que producen células conocidas como blastómeros . Los blastómeros (etapa de 4 células) están dispuestos como una bola sólida que, cuando alcanza un cierto tamaño, llamado mórula (etapa de 16 células), absorbe líquido para crear una cavidad llamada blastocele . La estructura se denomina entonces blástula o blastocisto en los mamíferos .
El blastocisto de los mamíferos eclosiona antes de implantarse en el revestimiento endometrial del útero . Una vez implantado, el embrión continuará su desarrollo a través de las siguientes etapas de gastrulación , neurulación y organogénesis . La gastrulación es la formación de las tres capas germinales que formarán todas las diferentes partes del cuerpo. La neurulación forma el sistema nervioso y la organogénesis es el desarrollo de todos los diversos tejidos y órganos del cuerpo.
A un ser humano recién desarrollado se lo suele llamar embrión hasta la novena semana después de la concepción, cuando se lo denomina feto . En otros organismos multicelulares, la palabra "embrión" se puede utilizar de forma más amplia para referirse a cualquier etapa temprana del desarrollo o del ciclo de vida anterior al nacimiento o la eclosión .
La palabra embrión , atestiguada por primera vez en inglés a mediados del siglo XIV, deriva del latín medieval embryo , que a su vez proviene del griego ἔμβρυον ( embruon ), lit. "joven", [1] que es el neutro de ἔμβρυος ( embruos ), lit. "creciendo en", [2] de ἐν ( en ), "en" [3] y βρύω ( bruō ), "hincharse, estar lleno"; [4] la forma latinizada adecuada del término griego sería embryum .
En los animales, la fertilización inicia el proceso de desarrollo embrionario con la creación de un cigoto, una sola célula resultante de la fusión de gametos (por ejemplo, óvulo y espermatozoide). [5] El desarrollo de un cigoto en un embrión multicelular avanza a través de una serie de etapas reconocibles, a menudo divididas en segmentación, blástula, gastrulación y organogénesis. [6]
La división celular es el período de rápidas divisiones celulares mitóticas que se producen después de la fecundación. Durante la división, el tamaño total del embrión no cambia, pero el tamaño de las células individuales disminuye rápidamente a medida que se dividen para aumentar el número total de células. [7] La división da lugar a una blástula. [6]
Dependiendo de la especie, un embrión en etapa de blástula o blastocisto puede aparecer como una bola de células sobre la yema, o como una esfera hueca de células que rodea una cavidad media . [8] Las células del embrión continúan dividiéndose y aumentando en número, mientras que las moléculas dentro de las células, como los ARN y las proteínas, promueven activamente procesos de desarrollo clave como la expresión genética, la especificación del destino celular y la polaridad. [9] Antes de implantarse en la pared uterina, el embrión a veces se conoce como embrión preimplantacional o concepto preimplantacional . [10] A veces se lo llama preembrión, un término empleado para diferenciarlo de un embrión propiamente dicho en relación con los discursos sobre células madre embrionarias. [11]
La gastrulación es la siguiente fase del desarrollo embrionario, e implica el desarrollo de dos o más capas de células (capas germinales). Los animales que forman dos capas (como los cnidarios ) se denominan diploblásticos, y los que forman tres (la mayoría de los demás animales, desde los platelmintos hasta los humanos) se denominan triploblásticos. Durante la gastrulación de los animales triploblásticos, las tres capas germinales que se forman se denominan ectodermo , mesodermo y endodermo . [8] Todos los tejidos y órganos de un animal maduro pueden rastrear su origen hasta una de estas capas. [12] Por ejemplo, el ectodermo dará lugar a la epidermis de la piel y al sistema nervioso, [13] el mesodermo dará lugar al sistema vascular, los músculos, los huesos y los tejidos conectivos, [14] y el endodermo dará lugar a los órganos del sistema digestivo y al epitelio del sistema digestivo y del sistema respiratorio. [15] [16] Muchos cambios visibles en la estructura embrionaria ocurren durante la gastrulación a medida que las células que forman las diferentes capas germinales migran y hacen que el embrión previamente redondo se pliegue o invagine hasta adoptar una apariencia de copa. [8]
Después de la gastrulación, el embrión continúa desarrollándose hasta convertirse en un organismo multicelular maduro mediante la formación de las estructuras necesarias para la vida fuera del útero o del óvulo. Como sugiere el nombre, la organogénesis es la etapa del desarrollo embrionario en la que se forman los órganos. Durante la organogénesis, las interacciones moleculares y celulares hacen que ciertas poblaciones de células de las diferentes capas germinales se diferencien en tipos celulares específicos de órganos. [17] Por ejemplo, en la neurogénesis, una subpoblación de células del ectodermo se segrega de otras células y se especializa aún más para convertirse en el cerebro, la médula espinal o los nervios periféricos. [18]
El período embrionario varía de una especie a otra. En el desarrollo humano, el término feto se utiliza en lugar de embrión después de la novena semana después de la concepción, [19] mientras que en el pez cebra , el desarrollo embrionario se considera terminado cuando se hace visible un hueso llamado cleithrum . [20] En los animales que nacen de un huevo, como las aves, un animal joven normalmente ya no se conoce como embrión una vez que ha nacido. En los animales vivíparos (animales cuyas crías pasan al menos algún tiempo desarrollándose dentro del cuerpo de un padre), la cría normalmente se conoce como embrión mientras está dentro del padre, y ya no se considera embrión después del nacimiento o la salida del padre. Sin embargo, el grado de desarrollo y crecimiento logrado mientras está dentro de un huevo o un padre varía significativamente de una especie a otra, tanto que los procesos que tienen lugar después de la eclosión o el nacimiento en una especie pueden tener lugar mucho antes de esos eventos en otra. Por lo tanto, según un libro de texto, es común que los científicos interpreten el alcance de la embriología de manera amplia como el estudio del desarrollo de los animales. [8]
Las plantas con flores ( angiospermas ) crean embriones después de la fertilización de un óvulo haploide por el polen . El ADN del óvulo y el polen se combinan para formar un cigoto unicelular diploide que se convertirá en un embrión. [21] El cigoto, que se dividirá varias veces a medida que progresa a lo largo del desarrollo embrionario, es una parte de una semilla . Otros componentes de la semilla incluyen el endospermo , que es un tejido rico en nutrientes que ayudará a sostener el embrión de la planta en crecimiento, y la cubierta de la semilla, que es una cubierta exterior protectora. La primera división celular de un cigoto es asimétrica , lo que da como resultado un embrión con una célula pequeña (la célula apical) y una célula grande (la célula basal). [22] La célula apical pequeña eventualmente dará lugar a la mayoría de las estructuras de la planta madura, como el tallo, las hojas y las raíces. [23] La célula basal más grande dará lugar al suspensor, que conecta el embrión con el endospermo para que los nutrientes puedan pasar entre ellos. [22] Las células del embrión de la planta continúan dividiéndose y progresando a través de etapas de desarrollo llamadas por su apariencia general: globular, corazón y torpedo. En la etapa globular, se pueden reconocer tres tipos básicos de tejido (dérmico, fundamental y vascular). [22] El tejido dérmico dará lugar a la epidermis o cubierta externa de una planta, [24] el tejido fundamental dará lugar al material vegetal interno que funciona en la fotosíntesis , el almacenamiento de recursos y el soporte físico, [25] y el tejido vascular dará lugar al tejido conectivo como el xilema y el floema que transportan líquido, nutrientes y minerales por toda la planta. [26] En la etapa de corazón, se formarán uno o dos cotiledones (hojas embrionarias). Los meristemos (centros de actividad de las células madre ) se desarrollan durante la etapa de torpedo y eventualmente producirán muchos de los tejidos maduros de la planta adulta a lo largo de su vida. [22] Al final del crecimiento embrionario, la semilla generalmente permanecerá inactiva hasta la germinación. [27] Una vez que el embrión comienza a germinar (crecer a partir de la semilla) y forma su primera hoja verdadera, se le llama plántula o plántula. [28]
Las plantas que producen esporas en lugar de semillas, como las briofitas y los helechos , también producen embriones. En estas plantas, el embrión comienza su existencia adherido al interior del arquegonio sobre un gametofito parental a partir del cual se generó el óvulo. [29] La pared interna del arquegonio se encuentra en estrecho contacto con el "pie" del embrión en desarrollo; este "pie" consiste en una masa bulbosa de células en la base del embrión que puede recibir nutrición de su gametofito parental. [30] La estructura y el desarrollo del resto del embrión varía según el grupo de plantas. [31]
Dado que todas las plantas terrestres crean embriones, se las denomina colectivamente embriofitas (o por su nombre científico, Embryophyta). Esto, junto con otras características, distingue a las plantas terrestres de otros tipos de plantas, como las algas , que no producen embriones. [32]
Los embriones de numerosas especies de plantas y animales se estudian en laboratorios de investigación biológica en todo el mundo para aprender sobre temas como las células madre , [33] la evolución y el desarrollo , [34] la división celular , [35] y la expresión genética . [36] Los ejemplos de descubrimientos científicos realizados durante el estudio de embriones que recibieron el Premio Nobel de Fisiología o Medicina incluyen el organizador Spemann-Mangold , un grupo de células originalmente descubiertas en embriones de anfibios que dan lugar a tejidos neuronales, [37] y los genes que dan lugar a segmentos corporales descubiertos en embriones de mosca Drosophila por Christiane Nüsslein-Volhard y Eric Wieschaus . [38]
La creación y/o manipulación de embriones mediante tecnología de reproducción asistida (TRA) se utiliza para abordar problemas de fertilidad en humanos y otros animales, y para la cría selectiva en especies agrícolas. Entre los años 1987 y 2015, las técnicas de TRA, incluida la fertilización in vitro (FIV), fueron responsables de aproximadamente un millón de nacimientos humanos solo en los Estados Unidos. [39] Otras tecnologías clínicas incluyen el diagnóstico genético preimplantacional (DGP), que puede identificar ciertas anomalías genéticas graves, como la aneuploidía , antes de seleccionar embriones para su uso en la FIV. [40] Algunos han propuesto (o incluso intentado, véase el caso He Jiankui ) la edición genética de embriones humanos mediante CRISPR-Cas9 como una posible vía para prevenir enfermedades; [41] sin embargo, esto ha sido recibido con una condena generalizada de la comunidad científica. [42] [43]
Las técnicas de reproducción asistida también se utilizan para mejorar la rentabilidad de especies animales agrícolas como vacas y cerdos al permitir la cría selectiva para rasgos deseados y/o para aumentar el número de crías. [44] Por ejemplo, cuando se les permite reproducirse de forma natural, las vacas suelen producir un ternero por año, mientras que la FIV aumenta el rendimiento de la descendencia a 9-12 terneros por año. [45] La FIV y otras técnicas de reproducción asistida, incluida la clonación mediante transferencia nuclear de células somáticas entre especies (iSCNT), [46] también se utilizan en los intentos de aumentar el número de especies en peligro de extinción o vulnerables, como los rinocerontes blancos del norte , [47] los guepardos , [48] y los esturiones . [49]
La crioconservación de recursos genéticos implica la recolección y el almacenamiento de materiales reproductivos, como embriones, semillas o gametos, de especies animales o vegetales a bajas temperaturas con el fin de preservarlos para su uso futuro. [50] Algunos esfuerzos de crioconservación de especies animales a gran escala incluyen " zoológicos congelados " en varios lugares del mundo, incluido el Arca Congelada del Reino Unido , [51] el Centro de Cría de Fauna Árabe en Peligro de Extinción (BCEAW) en los Emiratos Árabes Unidos, [52] y el Instituto Zoológico de San Diego para la Conservación en los Estados Unidos. [53] [54] En 2018, había aproximadamente 1.700 bancos de semillas utilizados para almacenar y proteger la biodiversidad vegetal, particularmente en caso de extinción masiva u otras emergencias globales. [55] La Bóveda Global de Semillas de Svalbard en Noruega mantiene la colección más grande de tejido reproductivo vegetal, con más de un millón de muestras almacenadas a -18 °C (0 °F). [56]
Se conocen embriones fosilizados de animales del Precámbrico y se encuentran en gran número durante el período Cámbrico . Incluso se han descubierto embriones fosilizados de dinosaurios . [57]
