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Fisión (biología)

Fisión binaria del ciliado Colpidium (un eucariota unicelular )

La fisión , en biología, es la división de una sola entidad en dos o más partes y la regeneración de esas partes para separar entidades que se asemejan al original. El objeto que experimenta la fisión suele ser una célula , pero el término también puede referirse a cómo los organismos , cuerpos, poblaciones o especies se dividen en partes discretas. [1] [2] [3] La fisión puede ser fisión binaria , en la que un solo organismo produce dos partes, o fisión múltiple , en la que una sola entidad produce múltiples partes.

Fisión binaria

Diagrama esquemático del crecimiento celular (elongación) y la fisión binaria de bacilos. Las líneas azules y rojas indican la pared celular bacteriana antigua y la recién generada, respectivamente. (1) crecimiento en el centro del cuerpo bacteriano. p. ej., Bacillus subtilis , E. coli y otros. (2) crecimiento apical. p. ej., Corynebacterium diphtheriae . Esto es proliferación bacteriana .

Los organismos de los dominios de las arqueas y las bacterias se reproducen mediante fisión binaria. Esta forma de reproducción asexual y división celular también la utilizan algunos orgánulos dentro de los organismos eucariotas (por ejemplo, las mitocondrias ). La fisión binaria da como resultado la reproducción de una célula procariota viva (u orgánulo) al dividir la célula en dos partes, cada una con el potencial de crecer hasta el tamaño de la original. [4]

Fisión de procariotas

La molécula de ADN única primero se replica, luego une cada copia a una parte diferente de la membrana celular. Cuando la célula comienza a separarse, los cromosomas replicados y originales se separan. La consecuencia de este método asexual de reproducción es que todas las células son genéticamente idénticas, lo que significa que tienen el mismo material genético (salvo mutaciones aleatorias ). A diferencia de los procesos de mitosis y meiosis utilizados por las células eucariotas, la fisión binaria se produce sin la formación de un huso mitótico en la célula. [ cita requerida ] Al igual que en la mitosis (y a diferencia de la meiosis), la identidad parental no se pierde.

Fragmentación

Fisión binaria en un procariota

FtsZ es homóloga a la β-tubulina , el componente básico del citoesqueleto de microtúbulos utilizado durante la mitosis en eucariotas. [5] Se cree que FtsZ es la primera proteína que se localiza en el sitio de la futura división en bacterias, y se ensambla en un anillo Z, anclado por proteínas de unión a FtsZ y define el plano de división entre las dos células hijas. [6] [5] MinC y MinD funcionan juntos como inhibidores de la división, bloqueando la formación del anillo FtsZ. MinE detiene la actividad de MinCD en la mitad de la célula, lo que permite que FtsZ tome el control para la fisión binaria. [7]

Más específicamente, ocurren los siguientes pasos:

  1. La bacteria antes de la fisión binaria es cuando el ADN está fuertemente enrollado.
  2. El ADN de la bacteria se ha desenrollado y duplicado.
  3. El ADN es arrastrado hacia los polos separados de la bacteria a medida que aumenta su tamaño para prepararse para la división.
  4. El crecimiento de una nueva pared celular comienza a separar la bacteria (desencadenado por la polimerización de FtsZ y la formación del "anillo Z") [8]
  5. La nueva pared celular ( septo ) se desarrolla completamente, lo que da como resultado la división completa de la bacteria.
  6. Las nuevas células hijas tienen barras de ADN, ribosomas y plásmidos fuertemente enrollados ; ahora son organismos completamente nuevos.

Los estudios de bacterias creadas para no producir una pared celular, llamadas bacterias en forma de L , muestran que FtsZ necesita una pared celular para funcionar. Se sabe poco sobre cómo se dividen las bacterias que naturalmente no desarrollan una pared celular, pero se cree que se parece al proceso de división de extrusión y separación similar a la gemación de la forma de L. [9] [10]

Velocidad de fisión dependiente de FtsZ

La fisión binaria es generalmente rápida, aunque su velocidad varía entre especies. En el caso de E. coli , las células normalmente se dividen cada 20 minutos aproximadamente a 37 °C. [11] Debido a que las nuevas células, a su vez, experimentarán la fisión binaria por sí solas, el tiempo que requiere la fisión binaria es también el tiempo que el cultivo bacteriano necesita para duplicar el número de células que contiene. Por lo tanto, este período de tiempo puede denominarse tiempo de duplicación . Algunas especies distintas de E. coli pueden tener tiempos de duplicación más rápidos o más lentos: algunas cepas de Mycobacterium tuberculosis pueden tener tiempos de duplicación de casi 100 horas. [12] El crecimiento bacteriano está limitado por factores que incluyen la disponibilidad de nutrientes y el espacio disponible, por lo que la fisión binaria ocurre a tasas mucho más bajas en cultivos bacterianos una vez que entran en la fase estacionaria de crecimiento.

En las arqueas

Las células termoproteicas (anteriormente Crenarchaeota ) no poseen pared celular ni mecanismo FtsZ. Utilizan una versión primitiva del sistema eucariota ESCRT -III (también conocido como Cdv ) para manipular la membrana y lograr que se separe, específicamente al colocarse en el medio de las dos futuras células hijas. [13] [10] Las euryarchaeota utilizan FtsZ como lo hacen las bacterias. [5] [14]

Fisión de orgánulos

Algunos orgánulos de las células eucariotas se reproducen mediante fisión binaria. La fisión mitocondrial ocurre con frecuencia dentro de la célula, incluso cuando la célula no está realizando activamente la mitosis, y es necesaria para regular el metabolismo celular . [15] Todos los cloroplastos y algunas mitocondrias (no en animales), ambos orgánulos derivados de la endosimbiosis de bacterias, también utilizan FtsZ de manera similar a las bacterias. [5] [16]

Tipos de fisión binaria

La fisión binaria en los organismos puede ocurrir de cuatro formas: irregular , longitudinal , transversal u oblicua . Por ejemplo:

  1. Irregular: En esta fisión, la citocinesis puede tener lugar a lo largo de cualquier plano, pero siempre es perpendicular al plano de cariocinesis (división nuclear). Por ejemplo, Ameba .
  2. Longitudinal: Aquí la citocinesis tiene lugar a lo largo del eje longitudinal, por ejemplo en flagelados como Euglena .
  3. Transversal: Aquí la citocinesis tiene lugar a lo largo del eje transversal, por ejemplo en protozoos ciliados como Paramecium .
  4. Oblicua: En este tipo de fisión binaria, la citocinesis se produce de forma oblicua. Ejemplo Ceratium .

La fisión binaria significa "división en dos". Es el método más simple y común de reproducción asexual.

Fisión múltiple

Fisión de protistas

La fisión múltiple a nivel celular ocurre en muchos protistas , por ejemplo, los esporozoos y las algas . El núcleo de la célula madre se divide varias veces por amitosis , produciendo varios núcleos. Luego, el citoplasma se separa, creando múltiples células hijas. [17] [18] [19]

Algunos organismos unicelulares parásitos experimentan un proceso similar a la fisión múltiple para producir numerosas células hijas a partir de una única célula madre. Se observó que algunos aislados del parásito humano Blastocystis hominis iniciaban dicho proceso en un plazo de entre cuatro y seis días. [20] También se ha observado que las células del parásito de los peces Trypanosoma borreli participan en la fisión binaria y múltiple. [21]

Fisión de apicomplejos

En los apicomplejos , un filo de protistas parásitos, la fisión múltiple, o esquizogonia , se manifiesta como merogonia , esporogonia o gametogonia . La merogonia da como resultado merozoitos , que son múltiples células hijas que se originan dentro de la misma membrana celular; [22] [23] la esporogonia da como resultado esporozoitos y la gametogonia da como resultado microgametos .

Fisión de algas verdes

Las algas verdes pueden dividirse en más de dos células hijas. El número exacto de células hijas depende de la especie de alga y es un efecto de la temperatura y la luz. [24]

Fisión múltiple de bacterias

La mayoría de las especies de bacterias se reproducen principalmente por medio de una fisión binaria. Algunas especies y grupos de bacterias también pueden experimentar una fisión múltiple, que a veces comienza o termina con la producción de esporas . [25] Se ha descubierto que la especie Metabacterium polyspora , un simbionte de los conejillos de indias , produce múltiples endosporas en cada división. [26] También se ha descubierto que algunas especies de cianobacterias se reproducen por fisión múltiple. [27]

Plasmotomia

Algunos protozoos se reproducen mediante otro mecanismo de fisión llamado plasmotomía . En este tipo de fisión, un progenitor adulto multinucleado experimenta citocinesis para formar dos células hijas multinucleadas (o cenocíticas ). Las células hijas así producidas experimentan otra mitosis.

Opalina y Pelomyxa se reproducen de esta manera.

Fragmentación clonal

La fragmentación en organismos multicelulares o coloniales es una forma de reproducción asexual o clonación, en la que un organismo se divide en fragmentos. Cada uno de estos fragmentos se convierte en individuos maduros y completamente desarrollados que son clones del organismo original. En los equinodermos , este método de reproducción suele conocerse como fisiparidad . [28]

Fisión poblacional

Cualquier división de una población de individuos en partes discretas puede considerarse fisión. Una población puede sufrir un proceso de fisión por diversas razones, entre ellas la migración o el aislamiento geográfico. Dado que la fisión conduce a una variación genética en las poblaciones recién aisladas, más pequeñas, la fisión de la población es un precursor de la especiación . [29] [30]

Véase también

Referencias

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