En biología, la poliespermia describe un óvulo que ha sido fertilizado por más de un espermatozoide . Los organismos diploides normalmente contienen dos copias de cada cromosoma , una de cada padre. La célula resultante de la poliespermia, por otro lado, contiene tres o más copias de cada cromosoma, una del óvulo y otra de múltiples espermatozoides. Por lo general, el resultado es un cigoto inviable . Esto puede ocurrir porque los espermatozoides son demasiado eficientes para alcanzar y fertilizar los óvulos debido a las presiones selectivas de la competencia de los espermatozoides . Tal situación es a menudo perjudicial para la mujer: en otras palabras, la competencia hombre-hombreentre los espermatozoides se derrama para crear un conflicto sexual . [1]
Poliespermia fisiológica
La poliespermia fisiológica ocurre cuando el óvulo normalmente acepta más de un espermatozoide, pero solo uno de los múltiples espermatozoides fusionará su núcleo con el núcleo del óvulo. La poliespermia fisiológica está presente en algunas especies de vertebrados e invertebrados. Algunas especies utilizan la poliespermia fisiológica como mecanismo adecuado para el desarrollo de su descendencia. Algunos de estos animales incluyen aves, ctenophora , reptiles y anfibios, solo por nombrar algunos. Algunos vertebrados que son amniote o anamniote. Por ejemplo, los anfibios urodelos , los peces cartilaginosos , las aves y los reptiles sufren poliespermia fisiológica debido a la fertilización interna de sus huevos con yemas. Los espermatozoides desencadenan la activación del óvulo mediante la inducción de la concentración de iones de calcio libres en el citoplasma del óvulo. Esta inducción juega un papel muy crítico tanto en la poliespermia fisiológica como en las especies de poliespermia monomérica. El aumento de calcio provoca la activación del huevo. Luego, el huevo se modificará tanto a nivel bioquímico como morfológico. [2] Tanto en los mamíferos como en los erizos de mar, el aumento repentino de la concentración de calcio se produce debido al influjo de iones de calcio dentro del huevo. Estos iones de calcio son responsables de la reacción de los gránulos corticales y también se almacenan en el retículo endoplásmico del huevo. [3]
A diferencia de la poliespermia fisiológica, la fertilización monoespérmica se ocupa del análisis de las ondas de calcio del huevo, ya que este es el proceso de reproducción típico en todas las especies. Las especies que se someten a poliespermia fisiológica tienen mecanismos de prevención de la poliploidía que actúan dentro del huevo. Esto es bastante diferente del bloque de poliespermia normal en el exterior del huevo. [4]
Los huevos de gallina y pinzón cebra requieren múltiples espermatozoides
En la revista Proceedings of the Royal Society B, [5] como se informó en el New York Times, [6] los huevos de pinzones cebra y pollos requieren múltiples espermatozoides, de 10 a cientos de espermatozoides, para penetrar en el óvulo y asegurar una fertilización exitosa. y crecimiento del embrión de ave.
Bloqueando la poliespermia
La polispermia es muy rara en la reproducción humana. La disminución en la cantidad de espermatozoides que nadan hacia el oviducto es una de las dos formas que previene la poliespermia en los seres humanos. El otro mecanismo es el bloqueo de los espermatozoides en el óvulo fertilizado. [7] Según Developmental Biology Interactive, si un óvulo es fertilizado por múltiples espermatozoides, el embrión obtendrá varios centríolos paternos. Cuando esto sucede, hay una lucha por cromosomas adicionales. Esta competencia causa desorden en la formación de surcos de escisión y la consecuencia normal es la muerte del cigoto . [8] Solo se han informado dos casos de poliespermia humana que dieron lugar al nacimiento de niños. [9]
Bloqueo rápido de poliespermia
Los huevos de organismos de reproducción sexual están adaptados para evitar esta situación. [10] Las defensas están particularmente bien caracterizadas en el erizo de mar , que responden a la aceptación de un espermatozoide inhibiendo la penetración exitosa del óvulo por los espermatozoides posteriores. Existen defensas similares en otros eucariotas .
La prevención de la poliespermia en los erizos de mar depende de un cambio en la carga eléctrica en la superficie del óvulo, que es causado por la fusión del primer espermatozoide con el óvulo. [11] Los huevos de erizo de mar no fertilizados tienen una carga negativa en el interior, pero la carga se vuelve positiva tras la fertilización. Cuando los espermatozoides de erizo de mar encuentran un óvulo con carga positiva, se bloquea la fusión espermatozoide-óvulo. Por lo tanto, después de que el primer espermatozoide entra en contacto con el óvulo y provoca el cambio, se evita que los espermatozoides posteriores se fusionen. Se cree que este "bloqueo eléctrico de poliespermia" se debe a que una molécula cargada positivamente en la membrana de la superficie del esperma es repelida por la carga positiva en la superficie del óvulo. [12]
Los bloques eléctricos de poliespermia operan en muchas especies animales, incluidas ranas , almejas y gusanos marinos , pero no en los diversos mamíferos que se han estudiado ( hámster , conejo , ratón ). [13] En especies sin bloqueo eléctrico, la poliespermia generalmente se previene mediante la secreción de materiales que establecen una barrera mecánica contra la poliespermia. Los animales como los erizos de mar tienen una estrategia de prevención de poliespermia de dos pasos , con el bloqueo eléctrico rápido, pero transitorio, reemplazado después del primer minuto más o menos por un bloqueo mecánico permanente de desarrollo más lento. Los bloqueos eléctricos son útiles en especies donde se necesita un bloqueo muy rápido de la poliespermia, debido a la presencia de muchos espermatozoides que llegan simultáneamente a la superficie del huevo, como ocurre en animales como los erizos de mar. En los erizos de mar, la fertilización se produce externamente en el océano, de modo que cientos de espermatozoides pueden encontrar el óvulo en varios segundos.
Bloqueo lento de poliespermia
En los mamíferos, en los que la fertilización ocurre internamente, menos espermatozoides llegan al sitio de fertilización en el oviducto . Esto puede ser el resultado de la adaptación del tracto genital femenino para minimizar la cantidad de espermatozoides que llegan al óvulo. [14] No obstante, los mecanismos de prevención de la poliespermia son esenciales en los mamíferos; una reacción de secreción, la " reacción cortical " modifica la capa extracelular del huevo (la zona pelúcida ), y mecanismos adicionales que no se comprenden bien modifican la membrana plasmática del huevo. [15] La zona pelúcida es modificada por serina proteasas que se liberan de los gránulos corticales. Las proteasas destruyen el enlace proteico entre la membrana celular y la envoltura vitelina, eliminan cualquier receptor al que se hayan unido otros espermatozoides y ayudan a formar la envoltura de fertilización a partir de los gránulos corticales. [dieciséis]
La reacción cortical ocurre debido a oscilaciones de calcio dentro del ovocito. Lo que desencadena tales oscilaciones es PLC-zeta, una fosfolipasa exclusiva de los espermatozoides que es muy sensible a las concentraciones de calcio. Cuando los primeros espermatozoides ingresan al ovocito, traen PLC-zeta, que es activado por las concentraciones basales de calcio del ovocito, inicia la formación de IP3 y provoca la liberación de calcio de las reservas del retículo endoplásmico, generando las oscilaciones en la concentración de calcio que activarán el ovocito. y bloquear la poliespermia. [17]
Ver también
- Reacción cortical
Referencias
- ^ Arnqvist, G. y Rowe, L. (2005) Conflicto sexual . Prensa de la Universidad de Princeton, Princeton ISBN 0-691-12217-2
- ^ Iwao, Y. (2012). Activación del huevo en poliespermia fisiológica. Reproducción, 144 (1), 11-22.
- ^ Gilbert SF. Biología del desarrollo. 6ª edición. Sunderland (MA): Sinauer Associates; 2000. Fusión de gametos y prevención de la polispermia. Disponible en: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK10033/
- ^ Grandin, NATHALIE y Charbonneau, MICHEL (1992). Cambios intracelulares de Ca2 + libre durante la poliespermia fisiológica en huevos de anfibios. Desarrollo, 114 (3), 617-624.
- ^ "Poliespermia en aves: número de espermatozoides y supervivencia embrionaria" .
- ^ "Los huevos de pájaro son fertilizados por más de un espermatozoide" .
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- ^ http://www.devbio.biology.gatech.edu/?page_id=519
- ^ Gabbett, Michael T .; Laporte, Johanna; Sekar, Renuka; Nandini, Adayapalam; McGrath, Pauline; Sapkota, Yadav; Jiang, Peiyong; Zhang, Haiqiang; Burgess, Trent; Montgomery, Grant W .; Chiu, Rossa; Fisk, Nicholas M. (2019). "Soporte molecular para heterogonesis que resulta en hermanamiento sesquizigótico" . Revista de Medicina de Nueva Inglaterra . 380 (9): 842–849. doi : 10.1056 / NEJMoa1701313 . PMID 30811910 .
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- ^ Jaffe, LA , 1976. El bloqueo rápido de la poliespermia en los huevos de erizo de mar está mediado eléctricamente. Nature 261 : 68-71.
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- ^ Gilbert, Scott F. (2014). Biología del desarrollo, 10ª ed . Sunderland, MA EE.UU .: Sinauer Associates, Inc. Editores. pag. 130.
- ^ Miao, YL y Williams CJ. 2012. Señalización de calcio en la activación de huevos de mamíferos y el desarrollo embrionario: la influencia de la localización subcelular. Reproducción y desarrollo molecular 79: 742-56.
Otras lecturas
- Ginzberg, AS 1972. Fertilización en peces y el problema de la polispermia , Programa de Israel para traducciones científicas, Jerusalén.
- Jaffe, LA y M. Gould. 1985. Mecanismos de prevención de la polispermia. En CB Metz & A. Monroy (editores) Biology of Fertilization . Academic, Nueva York.Brendon magero; 223–250.
enlaces externos
- Animación de poliespermia