La reproducción (o procreación o crianza ) es el proceso biológico por el cual se producen nuevos organismos individuales –“ crías ”– a partir de su “padre” o “padres”. Existen dos formas de reproducción: asexual y sexual .
En la reproducción asexual, un organismo puede reproducirse sin la intervención de otro organismo. La reproducción asexual no se limita a los organismos unicelulares . La clonación de un organismo es una forma de reproducción asexual. Mediante la reproducción asexual, un organismo crea una copia genéticamente similar o idéntica de sí mismo. La evolución de la reproducción sexual es un gran enigma para los biólogos. El doble coste de la reproducción sexual es que sólo el 50% de los organismos se reproducen [1] y los organismos sólo transmiten el 50% de sus genes [2] .
La reproducción sexual requiere típicamente la interacción sexual de dos células reproductoras especializadas, llamadas gametos , que contienen la mitad de la cantidad de cromosomas de las células normales y se crean por meiosis , en la que normalmente un macho fecunda a una hembra de la misma especie para crear un cigoto fecundado . Esto produce organismos descendientes cuyas características genéticas se derivan de las de los dos organismos parentales.
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. Las bacterias se dividen asexualmente mediante fisión binaria ; los virus toman el control de las células huésped para producir más virus; las hidras ( invertebrados del orden Hydroidea ) y las levaduras pueden 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 (ver Apareamiento de levaduras ) y las medusas, también pueden reproducirse sexualmente. Por ejemplo, la mayoría de las plantas son capaces de reproducirse vegetativamente (reproducción sin semillas ni esporas), pero también pueden reproducirse sexualmente. Asimismo, 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 mitosis . La partenogénesis es el crecimiento y desarrollo del embrión o semilla sin fertilización . La partenogénesis ocurre naturalmente en algunas especies, incluidas las plantas inferiores (donde se llama apomixis ), invertebrados (por ejemplo , pulgas de agua , pulgones , algunas abejas y avispas parásitas ) y vertebrados (por ejemplo, algunos reptiles, [3] algunos peces, [4] y muy raramente, aves domésticas [5] ).
La reproducción sexual es un proceso biológico que crea un nuevo organismo mediante la combinación del 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 . [8] La mayoría de los organismos forman dos tipos diferentes de gametos. En estas especies anisógamas , los dos sexos se denominan masculino (que produce esperma o microsporas) y femenino (que produce óvulos o megasporas). [9] En las especies isógamas , los gametos son similares o idénticos en forma ( isogametos ), pero pueden tener propiedades separables y luego se les pueden dar otros nombres diferentes (véase isogamia ). [10] Debido a que ambos gametos se parecen, generalmente no se pueden clasificar como masculinos o femeninos. 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 , [11] tienen más de dos "sexos", llamados tipos de apareamiento . 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 ). La descendencia hereda un alelo para cada rasgo de cada progenitor. Por lo tanto, la descendencia tiene una combinación de los genes de los progenitores. Se cree que "el enmascaramiento de alelos deletéreos favorece la evolución de una fase diploide dominante en organismos que alternan entre fases haploides y diploides" donde la recombinación ocurre libremente. [12] [13]
Los briófitos 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 duración 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. Los briófitos conservan la reproducción sexual a pesar del hecho de que la etapa haploide no se beneficia de la heterosis. Esto puede ser una indicación de que la reproducción sexual tiene ventajas distintas a la heterosis, como la recombinación genética entre los miembros de la especie, lo que permite la expresión de una gama más amplia de rasgos y, por lo tanto, hace que la población sea más capaz de sobrevivir a la variación ambiental. [14]
La alogamia es la fecundación de las flores mediante polinización cruzada, que ocurre cuando el óvulo de una flor es fecundado por espermatozoides a partir del polen de la flor de otra planta. [15] [16] El polen puede transferirse a través de vectores polínicos o portadores abióticos como el viento. La fecundación comienza cuando el polen es llevado a un gameto femenino a través del tubo polínico. La alogamia también se conoce como fecundación cruzada, en contraste con la autogamia o la geitonogamia, que son métodos de autofecundación.
La autofecundación , también conocida como autogamia, ocurre en organismos hermafroditas donde los dos gametos fusionados en la fecundación provienen del mismo individuo, por ejemplo, muchas plantas vasculares , algunos foraminíferos , algunos ciliados . [16] El término "autogamia" a veces se sustituye por polinización autógama (que no necesariamente conduce a una fecundación exitosa) y describe la autopolinización dentro de la misma flor, que se distingue de la polinización geitonógama , la transferencia de polen a una flor diferente en la misma planta con flores , [17] o dentro de una sola planta gimnosperma monoica .
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 de células resultantes 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 madre.
Meiosis El número de células resultantes es cuatro veces el número de células originales. Esto da como resultado células con la mitad del número de cromosomas presentes en la célula madre. Una célula diploide se duplica a sí misma, luego sufre dos divisiones ( tetraploide a diploide a haploide), en el proceso se forman cuatro células haploides . Este proceso ocurre en dos fases, meiosis I y meiosis II.
Los animales, incluidos los mamíferos, producen gametos (espermatozoides y óvulos) mediante meiosis en las gónadas (testículos en los machos y ovarios en las hembras). Los espermatozoides se producen por espermatogénesis y los óvulos por ovogénesis . Durante la gametogénesis en los mamíferos, numerosos genes que codifican proteínas que participan en los mecanismos de reparación del ADN exhiben una expresión mejorada o especializada. [18] Las células germinales masculinas producidas en los testículos de los animales son capaces de procesos especiales de reparación del ADN que funcionan durante la meiosis para reparar los daños del ADN y mantener la integridad de los genomas que se transmitirán a la progenie. [19] Dichos procesos de reparación del ADN incluyen la reparación recombinatoria homóloga , así como la unión de extremos no homólogos . [19] Los ovocitos ubicados en el folículo primordial del ovario están en un estado detenido de profase sin crecimiento , pero pueden experimentar una reparación recombinatoria homóloga altamente eficiente de los daños del ADN, incluidas las roturas de doble cadena. [20] Estos procesos de reparación permiten mantener la integridad del genoma y proteger la salud de la descendencia. [20]
La investigación científica está investigando actualmente la posibilidad de la procreación entre personas del mismo sexo, lo que produciría descendencia con contribuciones genéticas iguales de dos hembras o dos machos. [21] [22] [23] Los enfoques obvios, sujetos a una cantidad creciente de actividad, son el esperma femenino y los óvulos masculinos . En 2004, al alterar la función de algunos genes involucrados en la impronta, otros científicos japoneses combinaron dos óvulos de ratón para producir ratones hijas [24] y en 2018, científicos chinos crearon 29 ratones hembras a partir de dos madres ratones hembras, pero no pudieron producir descendencia viable de dos ratones padres. Los investigadores señalaron que hay pocas posibilidades de que estas técnicas se apliquen a los humanos en el futuro cercano. [25] [26]
Existe una amplia gama de estrategias reproductivas empleadas por diferentes especies. Algunos animales, como el ser humano y el alcatraz boreal , no alcanzan la madurez sexual hasta muchos años después del nacimiento e incluso entonces producen pocas crías. Otros se reproducen rápidamente; pero, en circunstancias normales, la mayoría de las crías no sobreviven hasta la edad adulta . Por ejemplo, un conejo (maduro después de 8 meses) puede producir entre 10 y 30 crías al año, y una mosca de la fruta (madura después de 10 a 14 días) puede producir hasta 900 crías al año. Estas dos estrategias principales se conocen como selección K (pocas crías) y selección r (muchas crías). La estrategia que se favorezca por la evolución depende de una variedad de circunstancias. Los animales con pocas crías pueden dedicar más recursos a la crianza y protección de cada cría individual, reduciendo así la necesidad de muchas crías. Por otro lado, los animales con muchas crías pueden dedicar menos recursos a cada cría individual; En este tipo de animales es habitual que muchas crías mueran poco después de nacer, pero suelen sobrevivir suficientes individuos para mantener la población. Algunos organismos, como las abejas y las moscas de la fruta, retienen el esperma en un proceso denominado almacenamiento de esperma, lo que aumenta la duración de su fertilidad.
Los organismos que se reproducen mediante reproducción asexual tienden a crecer en número de manera exponencial. Sin embargo, como dependen de la mutación para que se produzcan variaciones en su ADN, todos los miembros de la especie tienen vulnerabilidades similares. Los organismos que se reproducen sexualmente producen un número menor de crías, pero la gran cantidad de variación en sus genes los hace menos susceptibles a las enfermedades.
Muchos organismos pueden reproducirse tanto sexual como asexualmente. Los pulgones , los mohos mucilaginosos , las anémonas de mar , algunas especies de estrellas de mar (por fragmentación ) y muchas plantas son ejemplos. Cuando los factores ambientales son favorables, se emplea la reproducción asexual para aprovechar las condiciones adecuadas para la supervivencia, como un suministro abundante de alimentos, un refugio adecuado, un clima favorable, enfermedades, un 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 ricos recursos de suministro. [29]
Cuando las fuentes de alimento se han agotado, el clima se vuelve hostil o la supervivencia individual se ve comprometida 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 acervo genético de la especie. Las variaciones encontradas en la descendencia de la reproducción sexual permiten que algunos individuos sean más aptos para la supervivencia y proporcionan un mecanismo para que se produzca una adaptación selectiva. La etapa de meiosis del ciclo sexual también permite una reparación especialmente eficaz de los daños en el ADN (véase Meiosis ). [29] Además, la reproducción sexual suele dar lugar a la formación de una etapa de vida que es capaz de soportar las condiciones que amenazan a la descendencia de un progenitor asexual. Así, las semillas, esporas, huevos, pupas, quistes u otras etapas de "invernada" de la reproducción sexual garantizan la supervivencia durante épocas desfavorables y el organismo puede "esperar" a que pasen las situaciones adversas hasta que se produzca un cambio de idoneidad.
La existencia de vida sin reproducción es objeto de algunas especulaciones. El estudio biológico de cómo el origen de la vida produjo organismos reproductores a partir de elementos no reproductores se denomina abiogénesis . Independientemente de si hubo o no varios eventos abiogenéticos independientes, los biólogos creen que el último antepasado universal de toda la vida actual en la Tierra vivió hace unos 3.500 millones de años .
Los científicos han especulado sobre la posibilidad de crear vida de forma no reproductiva en el laboratorio. Varios científicos han logrado producir virus simples a partir de materiales completamente inertes. [30] Sin embargo, a menudo se considera que los virus no están vivos. Al ser nada más que un trozo 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 bien podría ser posible hasta cierto punto según el conocimiento biológico actual. Se ha transferido un genoma sintético a una bacteria existente donde reemplazó el ADN nativo, lo que dio como resultado la producción artificial de un nuevo organismo M. mycoides . [31]
Existe cierto debate dentro de la comunidad científica sobre si esta célula puede considerarse completamente sintética [32] sobre la base 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 aclara que "... no consideramos que esto sea "crear vida desde cero", sino que estamos creando nueva vida a partir de la vida ya existente utilizando ADN sintético". [33] Venter planea patentar sus células experimentales, afirmando que "son claramente invenciones humanas". [32] Sus creadores sugieren que la construcción de "vida sintética" permitiría a los investigadores aprender sobre la vida construyéndola, en lugar de destrozándola. También proponen ampliar los límites entre la vida y las máquinas hasta que las dos se superpongan para producir "organismos verdaderamente programables". [ 34] Los investigadores involucrados afirmaron que la creación de "vida bioquímica sintética verdadera" está relativamente cerca del alcance con la tecnología actual y es barata en comparación con el esfuerzo necesario para poner al hombre en la Luna. [35]
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 cierta discusión sobre por qué tantas especies la utilizan. George C. Williams utilizó billetes de lotería como analogía en una explicación del uso generalizado de la reproducción sexual. [36] Sostuvo que la reproducción asexual, que produce poca o ninguna variedad genética en la descendencia, era como comprar muchos billetes que tienen todos el mismo número, lo que limita la posibilidad de "ganar", es decir, producir descendencia superviviente. La reproducción sexual, argumentó, era como comprar menos billetes pero con una mayor variedad de números y, por lo tanto, una mayor probabilidad de éxito. El punto 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. [37]
