La reproducción sexual (2º A - B - D)

Todos los organismos pluricelulares tienen la capacidad de reproducirse sexualmente, mientras que solo algunos se reproducen asexualmente, y esto ocurre a pesar de que la reproducción asexual tiene algunas ventajas que no posee la reproducción sexual: es rápida, necesita menos energía, produce un gran número de descendientes, y no necesita buscar pareja.

Diferentes oportunidades de sobrevivir...

Si se tiene eso en cuenta, se llega a la conclusión de que las ventajas que proporciona la reproducción sexual tienen que ser mayores aún que las de la reproducción asexual, para que todos los organismos pluricelulares la utilicen. Y esa ventaja consiste en que la reproducción sexual permite que los descendientes de una pareja no sean exactamente iguales a ellos, aunque sí parecidos.

Esto es una ventaja porque los nuevos individuos pueden tener combinaciones de características que les permitan sobrevivir con más facilidad (pueden camuflarse mejor, conseguir más alimento...). Sin embargo, esto también supone un riesgo, porque las nuevas características, en lugar de ser mejores, también pueden ser peores que las que tenían los progenitores aunque el balance suele ser que, si el ambiente cambia (como ocurre normalmente) alguna nueva combinación de características puede ser ventajosa.

Para que se produzca la reproducción sexual es necesario que se combine la información genética de los dos individuos progenitores, pero de forma que los hijos conserven la misma cantidad de información. Esto es posible gracias a que durante la reproducción sexual ocurren dos procesos que permiten repartir y reunir esas caracteristicas: la meiosis y la fecundación.

En todos los organismos, la información necesaria para que el organismo se desarrolle y funcione (la información genética) está escrita en el ADN de todas sus células. En los organismos eucariotas, el ADN se encuentra repartido en varias que en algunos momentos de la vida de la célula pueden llegar a ser visibles al microscopio, llamadas cromosomas. Cada característica del individuo está "escrita" en un trozo del cromosoma, que recibe el nombre de gen.

• Gen es un fragmento de cromosoma, formado por ADN, que determina una característica de un individuo.
• Cromosoma es una gran molécula de ADN que incluye un gran número de genes.

Los organismos que se reproducen sexualmente tienen dos copias de cada cromosoma, por lo que tienen dos copias de cada gen. Sin embargo, la información que va en cada copia puede ser diferente.

La metáfora de los libros de texto

Podemos considerar los cromosomas que están en las células de un organismo como "libros de texto" de un curso determinado. Cada cromosoma correspondería a una asignatura distinta, y entre todos contendrían toda la información que los alumnos necesitan aprender durante ese curso. Todos esos libros tienen que seguir los "programas oficiales" de las asignaturas, de forma que cada apartado del programa oficial sería equivalente a un gen.

Sin embargo, existen libros diferentes para cada asignatura y todos ellos cumplen con el programa oficial, aunque de forma diferente: usan ejemplos y expresiones distintas, amplían más o menos los contenidos... Es decir, los libros diferentes de las mismas asignaturas tienen los mismos genes, pero dan lugar a características distintas. En los seres vivos, las "modalidades" diferentes de un mismo gen se llaman alelos.

Para terminar con el modelo, decir que cada individuo tiene dos copias de cada cromosoma es como decir que cada alumno tiene dos libros para cada asignatura. Los contenidos de los dos libros pueden ser iguales, pero también pueden ser distintos. Del mismo modo, un individuo puede tener alelos iguales o diferentes para un mismo gen.

Los organismos y las células que tienen dos copias de cada cromosoma se llaman diploides, mientras que los que solo tienen una copia de cada cromosoma reciben el nombre de haploides. Todos los individuos de la misma especie tienen el mismo número de cromosomas en las células de su cuerpo. Para simbolizar el número de cromosomas diferentes que tienen los organismos se utiliza la letra n, de forma que, por ejemplo, los seres humanos tenemos n=23 cromosomas diferentes, y nuestras células, que son diploides, tienen 2n=46 cromosomas.

Para que se produzca la reproducción sexual es necesario que se formen unas células especiales, llamadas gametos, que solo tienen un cromosoma de cada tipo. La división celular que da lugar a los gametos se llama meiosis.

De vuelta a la metáfora

Si volvemos a utiizar la metáfora de los libros de texto, la meiosis consistiría en repartir en dos grupos los libros de texto de nuestro estudiante, de modo que cada grupo tuviera un libro de cada asignatura. Como esto puede hacerse de varias formas diferentes, cada reparto da lugar a grupos de libros distintos. Del mismo modo, la meiosis da lugar a combinaciones distintas de cromosomas, por lo que los gametos formados darán lugar a individuos con características distintas.

(En realidad, en los seres vivos el proceso es aún más complicado, y el número de gametos distintos que se pueden formar en una meiosis es prácticamente infinito, lo que explica que no existan dos individuos diferentes en una especie, excepto los gemelos idénticos).

Los procesos de la reproducción sexual

La reproducción sexual que ocurre en todos los organismos incluye siempre las mismas fases, independientemente de que se trate de animales o vegetales:

1. Formación de los gametos a partir de los individuos diploides. Unas células especiales del organismo se dividen mediante meiosis y dan lugar a células haploides, llamadas gametos. Normalmente los gametos masculinos y femeninos son diferentes: los masculinos son pequeños y móviles, mientras que los femeninos son grandes e inmóviles, porque acumulan sustancias de reserva que se utilizarán durante los primeros momentos del desarrollo del nuevo individuo.
2. Fecundación: los dos gametos se encuentran, y sus núcleos se unen para formar una célula llamada cigoto, que es la primera del nuevo organismo. Esta célula es diploide, y sus cromosomas proceden de sus dos progenitores, por lo cual tiene características de los dos, pero combinadas de un modo diferente.
3. Desarrollo: el nuevo organismo pasa por una fase de desarrollo en la que sus células se dividen y se especializan, hasta transformarse en un individuo maduro.

Los nuevos individuos nacen con características heredadas de sus dos padres, por lo que se parecen a los dos, pero también son diferentes a ellos. Además, los hijos nacidos de los mismos padres también son diferentes entre sí, lo que hace que se produzca variabilidad en la misma especie.

La reproducción sexual en los animales

 En los animales se distinguen perfectamente los tres procesos que forman parte de la reproducción sexual:

• Formación de los gametos: origina las células de los individuos progenitores que intervienen en la reproducción. En los animales, los gametos masculinos se llaman espermatozoides, y los femeninos óvulos.
• Fecundación: un espermatozoide y un óvulo se unen para formar el cigoto, primra célula del nuevo individuo.
• Desarrollo:  el cigoto debe sufrir una serie de modificaciones antes de que el nuevo individuo nazca (desarrollo embrionario) y después del nacimiento (desarrollo postembrionario).

 La formación de los gametos tiene lugar en órganos del sistema reproductor llamados gónadas. Las gónadas masculinas son los testículos, y las femeninas los ovarios. Además, los aparatos reproductores de los animales poseen conductos que permiten que los gametos puedan encontrarse, ya sea en el exterior del cuerpo, ya sea en el interior del cuerpo de la hembra, en el caso de los animales con fecundación interna.

La fecundación consiste en la unión de los dos gametos, uno masculino y otro femenino, para dar lugar a una célula que reune la información genética de los dos progenitores, llamada cigoto.

Algunos animales acuáticos tienen fecundación externa, es decir, los espermatozoides y los óvulos son vertidos al agua, donde se encuentran entre sí, fuera del cuerpo de los dos progenitores.  Por el contrario, la fecundación interna consiste en que el macho deposita los espermatozoides dentro del cuerpo de la hembra, de forma que los gametos no llegan a salir al exterior. Para que sea posible, el macho debe tener un órgano específico, el aparato copulador, que se encarga de introducir los espermatozoides directamente en una cavidad corporal de la hembra.

La mayoría de los animales tienen un solo sexo. Sin embargo, algunos organismos animales tienen a la vez órganos reproductores masculinos y femeninos. Este fenómeno se denomina hermafroditismo y se presenta en los caracoles terrestres, las lombrices, las estrellas de mar y algunos peces. En los animales hermafroditas un animal no se fecunda a sí mismo, sino que es necesario que dos individuos copulen entre sí, generalmente actuando a la vez como macho y como hembra.

En algunos peces se produce otro fenómeno llamado hermafroditismo secuencial. Consiste en que un individuo cambia de sexo una o varias veces a lo largo de su vida.

El desarrollo de los animales incluye dos fases diferentes. La primera de ellas ocurre antes de que se produzca el nacimiento del individuo, y recibe el nombre de desarrollo embrionario. Durante ese periodo se produce un gran número de divisiones celulares que dan lugar a células con características distintas. A partir de esas células embrionarias se forman los diferentes órganos del embrión. El nacimiento del individuo se produce cuando todos sus órganos están perfectamente formados y el embrión ha crecido lo suficiente para poder sobrevivir.

En muchos animales el desarrollo embrionario se produce en una estructura especializada que la hembra deposita fuera de su cuerpo: el huevo. Estos organismos reciben el nombre de ovíparos. Por el contrario en otros animales, los mamíferos, el embrión se desarrolla en el interior del cuerpo de la madre, hasta el momento del nacimiento. Estos organismos se denominan vivíparos. Por último, también existen algunos tipos de animales que ponen huevos, pero los mantienen dentro del cuerpo de la madre hasta que la cria eclosiona. Estos animales reciben el nombre de ovovivíparos.

Después del nacimiento el animal tiene que continuar su desarrollo, hasta llegar al estado adulto. Esta fase se denomina desarrollo postembrionario. Muchos animales, como los reptiles, las aves o los mamíferos, tienen un desarrollo postembrionario directo. Esto significa que el animal simplemente aumenta de tamaño debido a un aumento en el número de células. En cambio otros animales, como los anfibios y la mayoría de los insectos, tienen un desarrollo postembrionario indirecto: el animal nace en un estado inmaduro, llamado larva, y debe transformarse antes de llegar al estado adulto, sufriendo un proceso que se conoce como metamorfosis. La metamorfosis puede ser sencilla, si la larva se transforma en adulto sin pasar por periodos de inactividad, o compleja, cuando la larva atraviesa periodos en los que su desarrollo se detiene y el aspecto y la estructura del individuo sufren grandes cambios.

La reproducción sexual en vegetales

En las plantas, los procesos de reproducción sexual son más complicados que en los animales: mientras que en estos la fase haploide de la vida (es decir, la etapa en la que las células solo tienen una copia de cada cromosoma) se limita a una sola célula que dura muy poco tiempo, el gameto, hay algunos tipos de plantas en los que todo un organismo tiene una única copia de cada cromosoma, de forma que existen dos tipos de generaciones (una diploide y otra haploide) que se van alternando entre sí. La generación diploide se denomina esporofito, mientras que la haploide recibe el nombre de gametofito.

El esporofito da lugar al gametofito mediante una meiosis que da lugar a la formación de esporas, mientras que el gametofito produce gametos que se fusionan para dar origen al esporofito.

En Biología se distinguen tres grandes grupos de plantas que presentan esta alternancia de generaciones con características diferentes:

• Las briofitas, es decir, los musgos y algunas otras plantas parecidas, se caracterizan porque la planta que alcanza mayor grado de desarrollo es el gametofito, es decir, la forma haploide. En cambio, el esporofito es pequeño, incapaz de realizar la fotosíntesis y se desarrolla sobre el gametofito durante la época en la que tiene lugar la reproducción.
• En las pteridofitas, es decir, en los helechos, la planta mejor desarrollada es el esporofito. Sin embargo el gametofito es una planta diferente, que puede crecer en el suelo como una hoja con forma de corazón.
• Las espermafitas son las plantas con semilla, es decir, la mayoría de las que estamos acostumbrados a ver. En ellas también existen espermafito y gametofito, pero este último es muy pequeño y está formado por un reducido número de células: el gametofito masculino es, en realidad, el grano de polen, que está formado por dos células, mientras que el gametofito femenino está formado por el óvulo y otras siete células que lo rodean. Los dos gametofitos, el masculino y el femenino, se desarrollan y viven dentro del esporofito, solo durante la época de la reproducción de la planta.

Reproducción de las plantas con semilla

 Los órganos reproductores de las plantas con semilla, donde se forman los gametofitos que participarán en la reproducción sexual, son las flores. Las flores típicas están formadas por varios conjuntos de hojas modificadas y dispuestas formando varias estructuras concéntricas. De fuera a dentro, esas estructuras son:

• El cáliz: está formado por hojas verdes muy poco modificadas, llamadas sépalos. Su función es básicamente proteger al resto de la flor durante su desarrollo.
• La corola es la siguiente capa, formada por hojas que suelen tener una forma diferente a las normales y un color distinto al verde, que reciben el nombre de pétalos. En muchos tipos de plantas los pétalos son muy vistosos, y tienen como función atraer a los insectos para que polinicen la planta.
• El androceo es el conjunto de órganos masculinos de la flor, cada uno de los cuales recibe el nombre de estambre. Los estambres son hojas muy modificadas, hasta el punto de tener el aspecto de un hilillo (filamento) que sujeta a un par de bolsas denominadas anteras, en cuyo interior se forma el polen.
• El gineceo es la parte femenina del aparato reproductor de la planta. Está formada por una estructura llamada pistilo, en la que, a su vez, se distinguen el ovario (situado en la parte inferior, y que contiene los óvulos), el estilo, un tubo alargado que desemboca en el ovario, y el estigma, la superficie superior del pistilo, adaptada a que en ella se deposite el polen.

La mayoría de las flores tienen los dos sexos, es decir, androceo y gineceo, aunque hay algunas especies de plantas que tienen flores unisexuales (solo masculinas o solo femeninas) o incluso que tienen las flores de cada sexo en plantas diferentes.

La formación de los gametos en las plantas con flores consiste en la formación de los granos de polen, en el interior de las anteras, y de los óvulos, en el interior de los ovarios. En realidad, los granos de polen son gametofitos porque constan de dos células, de las que solo una participará en la fecundación, mientras que la otra ayudará a formar los tejidos protectores de la semilla. Del mismo modo, junto al óvulo se forman otras siete células, dando origen al gametofito femenino. Estas siete células también participan en la formación de la semilla.

Para que se produzca la fecundación es necesario que, previamente, el grano de polen alcance el pistilo de otra flor diferente, proceso denominado polinización. Puesto que los granos de polen no pueden desplazarse por sí mismos, es necesario que sean transportados de algún modo. Muchas plantas son polinizadas con ayuda del viento, por lo que reciben el nombre de anemógamas. En este caso las flores son poco vistosas, tienen estambres de gran tamaño y nacen antes que las hojas. Sin embargo, la mayor parte de las plantas son polinizadas por animales (zoógamas), en particular por insectos (entomógamas). Las flores entomógamas suelen tener pétalos de colores vistosos y producir néctar, del que se alimentan los insectos. Al intentar conseguir el néctar el insecto coge o deja el polen sobre la flor, ayudando a que la planta se reproduzca.

Una vez que el polen alcanza el estigma, forma un tubo a lo largo del estilo por el que el núcleo germinativo del grano de polen llega hasta el óvulo, produciéndose la fecundación. Junto a la formación del cigoto, el resto de las células de los gametofitos dan lugar a la semilla.

La semilla es un órgano especializado de muchas plantas que protege al embrión y facilita su desarrollo, proporcionándole sustancias de reserva para que crezca hasta que pueda realizar la fotosíntesis. Está formada por una o varias cubiertas, que impiden que el embrión se dañe, un depósito de sustancias de reserva y el embrión, en un estado temprano de desarrollo que incluye una o dos hojas (llamadas cotiledones), un pequeño tallo y una raicilla.

A diferencia de lo que ocurre con los huevos de los animales, los embriones de las plantas no empiezan a desarrollarse nada más producirse la fecundación, sino que permanecen "latentes" hasta que las condiciones exteriores sean adecuadas para su crecimiento. El proceso de crecimiento del embrión vegetal hasta formar una planta capaz de realizar la fotosíntesis por sí misma se llama germinación.

Las semillas no pueden desplazarse por sí mismas, pero sería bastante negativo para la planta que todas o una buena parte de ellas germinaran junto a la planta madre. En la naturaleza han evolucionado mecanismos de dispersión de las semillas que evitan este problema, que supondría competencia entre las plantas por la luz, el agua o el suelo. Como ocurria con la polinización, algunas semillas son dispersadas por el viento (plantas anemócoras), por lo que sus semillas tienen estructuras que actúan como si fueran velas, favoreciendo que el viento las arrastre. Otras plantas, en cambio, consiguen dispersar sus semillas con ayuda de los animales. En la mayoría de los casos estas plantas lo hacen gracias a que poseen frutos, órganos que rodean a las semillas, formados a partir de los restos de la flor, que pueden ser devorados por los animales. Las semillas soportan el paso por el tubo digestivo del animal gracias a la resistencia de sus cubiertas, y germinan en un lugar alejado de la planta que las ha producido. Estas plantas reciben el nombre de zoócoras.