Reproducción sexual∗
OpenStax-CNX module: m53456 1 Reproducción sexual ∗ OpenStax College Based on Sexual Reproduction† by OpenStax College This work is produced by OpenStax-CNX and licensed under the Creative Commons Attribution License 4.0‡ Abstract Al nal de esta sección serás capaz de: • Explicar que la variación entre la descendencia es ventaja evolutiva, resultado de la reproducción sexual. • Describir las tres diferentes estrategias, y los puntos en común, en los ciclos de vida, entre los organismos multicelulares. La reproducción sexual fue una de las primeras innovaciones evolutivas después de que aparecieron las células eucariotas; el hecho de que la mayoría de los eucariontes se reproduzcan sexualmente es la evidencia de su éxito evolutivo. En muchos animales es la única forma de reproducción; aun así, muchos cientícos sugieren algunas desventajas de la reproducción sexual. Aparentemente, la descendencia que es idéntica a su progenitor puede poseer ciertas ventajas, siempre y cuando el progenitor sea exitoso en su hábitat, lo que implica que la descendencia será igualmente exitosa. Los organismos que se reproducen asexualmente poseen una ventaja obvia: no necesitan de otro organismo del sexo opuesto. Tampoco necesitan gastar energía en encontrar o atraer una pareja, por lo que la energía se puede utilizar para producir más descendientes. Algunos organismos que llevan un estilo de vida solitario y han retenido la habilidad de reproducirse asexualmente. Por el contrario, los machos en poblaciones sexuales (la mitad de la población) no producen descendientes por sí mismos; debido a esto, en teoría, una población asexual puede crecer dos veces más rápidamente que una población sexual, esto signica que en condiciones de competencia la población asexual tendría la ventaja. Todas estas ventajas de la reproducción asexual, las cuales son desventajas para la población sexual, deberían traducirse en un número mayor de especies con reproducción asexual. Sin embargo, los organismos multicelulares que dependen únicamente de la reproducción asexual son extremadamente raros. ¾Por qué la reproducción sexual es tan común?, ésta es una de las preguntas más importantes de la biología y ha sido uno de los objetivos principales de la investigación desarrollada desde mediados del siglo pasado hasta la fecha. Una explicación plausible es que la variación en la descendencia, que conlleva la reproducción sexual, es muy importante para la supervivencia y reproducción de dicha descendencia. La única fuente de variación en los organismos asexuales es la mutación; ésta es la fuente de variación más remota en los organismos sexuales. Además, estas mutaciones se ajustan constantemente ∗ Version 1.4: Jun 29, 2015 6:31 pm -0500 † http://cnx.org/content/m45465/1.3/ ‡ http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/ http://cnx.org/content/m53456/1.4/ OpenStax-CNX module: m53456 2 de una generación a la siguiente, cuando los diferentes padres combinan sus genomas únicos y sus genes se mezclan. Esto genera diferentes combinaciones por el proceso de la meiosis, la cual es la división del contenido del núcleo que divide los cromosomas entre los gametos; la variación genética se origina durante la meiosis y durante la combinación de gametos en la fertilización. : La hipótesis de la Reina Roja No hay duda de que la reproducción sexual le da grandes ventajas evolutivas a los organismos que la utilizan, la pregunta es ¾Por qué, aun en condiciones estables, persiste la reproducción sexual, si para un individuo es más complicada y produce menos descendencia? La variación es el resultado de la reproducción sexual, pero ¾para qué es necesaria la variación? La hipótesis de la Reina Roja se propuso por primera vez en 1973 por Leigh van Valen; el concepto tomó su nombre de la carrera de la Reina Roja en el libro de Lewis Carroll A Través del Espejo, en el cual la Reina Roja dice que uno debe correr a gran velocidad únicamente para permanecer en el mismo sitio. Todas las especies coevolucionan con otros organismos; por ejemplo, los depredadores coevolcionan con su presa y los parásitos coevoluconan con su hospedero. Un ejemplo notable de coevolución, entre depredadores y su presa, es la coadaptación entre los murciélagos que vuelan en la noche y, su presa, la polilla. Los murciélagos encuentran a su presa emitiendo chasquidos agudos, sin embargo, las polillas han desarrollado "oídos simples", que les permiten detectar el chasquido, evitando así a los murciélagos. Las polillas también presentan un comportamiento adaptativo, como volar lejos de los murciélagos en cuanto los escuchan o caer al suelo repentinamente cuando los persigue un murciélago. Los murciélagos, a su vez, han evolucionado produciendo chasquidos "más suaves", en un intento por evitar que las polillas los escuchen. Algunas polillas, "en respuesta" a los chasquidos suaves, han desarrollado la habilidad de producir sus propios chasquidos para confundir a los murciélagos y su habilidad de ecolocalización. Cada ventaja que se adquiere, por pequeña que sea, producto de la variación genética, le da a las especies una ventaja sobre sus competidores cercanos, depredadores, parásitos o sus presas. La única forma en que una especie en coevolución pueda mantener su propia dotación de recursos es el mejorar continuamente su habilidad para sobrevivir y reproducirse. Conforme una especie obtiene cierta ventaja, otra especie debe también desarrollar una ventaja, de lo contrario será rebasada. Ninguna especie avanza demasiado lejos, ya que la variación genética entre los descendientes, producto de la reproducción sexual, proporciona a todas las especies un mecanismo para producir individuos adaptados. Las especies cuyos individuos no pueden "mantener el paso" se extinguen. El lema de la Reina Roja es: "Se necesita correr tan rápido como se pueda para mantenerse en el mismo sitio", lo cual describe muy ad hoc la coevolución entre especies competidoras. 1 Ciclos de vida en organismos de reproducción sexual La fertilización y la meiosis se alternan en los ciclos de vida sexuales; lo que pasa entre los dos eventos depende del organismo. La meiosis es un proceso que reduce a la mitad, el número de cromosomas en los gametos. La fertilización reúne dos gametos haploides, restaurando la condición diploide. Existen tres tipos principales de ciclos de vida en los organismos multicelulares: diploide dominante, en el cual el estado diploide multicelular es el más obvio (no hay estado multicelular haploide) y se presenta en la mayoría de los animales, incluidos los humanos; haploide dominante, en el cual el estado haploide multicelular es el más obvio (no hay estado multicelular diploide) y se presenta en todos los hongos y algunas algas; y alternancia de generaciones, en la cual los dos estados, haploide y diploide, son aparentes en cierta medida y, dependiendo del grupo, se presenta en plantas y algunas algas. Casi todos los animales utilizan una estrategia de ciclo de vida diploide dominante, en el cual las únicas células haploides que produce el organismo son los gametos. Estos se originan a partir de una célula germinal diploide; esta línea de células únicamente produce gametos; una vez que se forma el gameto haploide, estos pierden la habilidad de dividirse nuevamente, no existen etapas multicelulares haploides. La fertilización se http://cnx.org/content/m53456/1.4/ OpenStax-CNX module: m53456 3 lleva a cabo cuando dos gametos se fusionan, generalmente provenientes de diferentes individuos, restaurando de esta manera el estado diploide (Figure 1a). : http://cnx.org/content/m53456/1.4/ OpenStax-CNX module: m53456 Figure 1: (a) La reproducción sexual adulta en animales origina células germinales diploides a partir de gametos haploides. (b) Los hongos, como el moho del pan (Rhizopus nigricans), presentan ciclos de vida predominantemente haploides. (c) Las plantas tienen ciclos de vida en los cuales hay alternancia entre organismos multicelulares haploides y organismos multicelulares diploides. (créditos: (c) helecho, modicado del trabajo de Cory Zanker; gemetoto, modicado del trabajo de Vlmastra/Wikimedia http://cnx.org/content/m53456/1.4/ 4 OpenStax-CNX module: m53456 5 Si un hongo presenta una mutación que le impide producir sujetos capaces de aparearse ¾será capaz de reproducirse? Muchos hongos y algas utilizan estrategias en sus ciclos de vida, en las cuales el "cuerpo" del organismo multicelular es haploide. Durante la reproducción sexual las células haploides especializadas, provenientes de dos individuos, se unen para formar un cigoto diploide; este cigoto experimenta, inmediatamente, meiosis, y forma cuatro células haploides conocidas como esporas (Figure 1b). El tercer tipo de ciclo de vida, utilizado por algunas algas y todas las plantas, se conoce como alternancia de generaciones; las especies que la presentan, como parte de su ciclo de vida, pueden ser multicelulares haploides como diploides. Las plantas multicelulares haploides se conocen como gametotos porque producen gametos; en la producción de estos la meiosis no está involucrada, ya que los organismos que los producen son haploides. La fertilización entre los gametos forma un cigoto diploide, éste se somete a una serie de mitosis dando lugar a una planta multicelular diploide llamada esporoto. Las células especializadas del esporoto también experimentan el proceso de meiosis y producen esporas haploides, que se convertirán en gametotos (Figure 1c). 2 Resumen de la Sección Prácticamente todos los eucariontes se reproducen sexualmente; la variación que se genera a través de la meiosis en las células reproductivas es una de las grandes ventajas de la reproducción sexual y es lo que la ha hecho tan exitosa. La meiosis y la fertilización se alternan en los ciclos de vida sexuales; el proceso de la meiosis origina células reproductivas genéticamente únicas, llamadas gametos, las cuales poseen la mitad del número de cromosomas que posee la célula parental. La fertilización es la fusión de dos gametos haploides, provenientes de dos diferentes individuos, que restaura la condición diploide. En consecuencia, los organismos que se reproducen sexualmente alternan entre los estados haploide y diploide. Sin embargo, existe una gran variación en la forma en la que se producen las células reproductoras y el tiempo entre la meiosis y la fertilización. Existen tres tipos de ciclos de vida: diploide, en la mayoría de los animales; haploide, en todos los hongos y algunas algas; alternancia de generaciones, en plantas y algunas algas. 3 PREGUNTAS DE CONEXIÓN ARTÍSTICA Exercise 1 (Solution on p. 7.) Figure 1 Si una mutación provoca que un hongo no produzca un tipo mínimo para el apareamiento ¾será aún capaz de reproducirse? 4 PREGUNTAS DE REVISIÓN Exercise 2 (Solution on p. 7.) ¾Cuál es la ventaja evolutiva más probable de la reproducción sexual sobre la reproducción asexual? a. b. c. d. La reproducción sexual tiene un número menor de pasos. Reduce la probabilidad de utilizar recursos en un ambiente dado. La reproducción sexual produce más variación en los descendientes. La reproducción sexual es más eciente. Exercise 3 (Solution on p. 7.) ¾Qué ciclo de vida presenta tanto una etapa multicelular diploide como haploide? a. ciclo de vida asexual b. diploide-dominante c. haploide-dominante http://cnx.org/content/m53456/1.4/ OpenStax-CNX module: m53456 6 d. alternancia de generaciones Exercise 4 (Solution on p. 7.) ¾Cuál de los siguientes eventos deriva en un ciclo de vida con células diploides? a. b. c. d. meiosis fertilización alternancia de generaciones mutación 5 PREGUNTAS DE PENSAMIENTO CRÍTICO Exercise 5 (Solution on p. 7.) Exercise 6 (Solution on p. 7.) Explica cuáles son las ventajas que presentan las poblaciones de organismos que se reproducen sexualmente sobre aquellos que se reproducen asexualmente. Describe los dos eventos que tienen en común todos los organismos que se reproducen sexualmente y cómo encajan en los diferentes tipos de ciclos de vida. http://cnx.org/content/m53456/1.4/ OpenStax-CNX module: m53456 7 Solutions to Exercises in this Module Solution to Exercise (p. 5) Figure 1 Sí, será capaz de reproducirse asexualmente. to Exercise (p. 5) C to Exercise (p. 5) D to Exercise (p. 6) B to Exercise (p. 6) La descendencia de los organismos que se reproducen sexualmente es genéticamente única. Debido a esto, sus descendientes pueden tener una mejor supervivencia en aquellos ambientes cambiantes, que los descendientes de organismos que se reproducen asexualmente y que son genéticamente idénticos. Asimismo, la tasa de adaptación de los organismos que se reproducen sexualmente es mayor, como resultado del incremento en su variación. Esto también les permite adaptarse más rápidamente a parásitos y competidores y evolucionar nuevas formas para explotar nuevos recursos y ser más competitivos. to Exercise (p. 6) La meiosis y la fertilización son los dos eventos comunes a los organismos que se reproducen sexualmente. La meiosis reduce una célula diploide a un estado haploide. La célula haploide puede dividirse por mitosis para producir un nuevo organismo, algunas de cuyas células se combinarán durante la fertilización, o las células haploides producidas por meiosis pueden combinarse inmediatamente en la fertilización para producir células diploides que se dividen para producir un organismo. Glossary Denition 1: alternancia de generaciones tipo de ciclo de vida en el cual los estados haploide y diploide se alternan Denition 2: diploide dominante ciclo de vida en el cual prevalece la etapa multicelular diploide Denition 3: haploide dominante organismo multicelular donde el estado haploide prevalece Denition 4: gametoto organismo con ciclo de vida multicelular haploide que produce gametos Denition 5: célula germinal célula especializada que produce gametos, óvulos o espermatozoides Denition 6: ciclo de vida secuencia de eventos en el desarrollo de un organismo y en la creación de células que producen descendencia Denition 7: meiosis forma de reproducción celular que da origen a los gametos, en la cual a partir de una célula diploide (2n) se producen cuatro células haploides (n) Denition 8: esporoto estado multicelular diploide del ciclo de vida que produce esporas http://cnx.org/content/m53456/1.4/
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