La reproducción sexual es un tipo de reproducción que implica un ciclo de vida complejo en el que un gameto (como un espermatozoide o un óvulo ) con un solo conjunto de cromosomas ( haploide ) se combina con otro para producir un organismo compuesto por células con dos conjuntos de cromosomas. ( diploide ). [1] La reproducción sexual es el ciclo de vida más común en eucariotas multicelulares , como animales , hongos y plantas . La reproducción sexual no ocurre en procariotas.(organismos sin núcleo celular ), pero tienen procesos con efectos similares como la conjugación , transformación y transducción bacteriana , que pueden haber sido precursores de la reproducción sexual en los primeros eucariotas.
En la producción de células sexuales en eucariotas, las células madre diploides se dividen para producir células haploides conocidas como gametos en un proceso llamado meiosis que implica recombinación genética . Los cromosomas homólogos se emparejan para que sus secuencias de ADN estén alineadas entre sí, y a esto le sigue el intercambio de información genética entre ellos. Luego, dos rondas de división celular producen cuatro gametos haploides, cada uno con la mitad del número de cromosomas de cada célula madre, pero con la información genética en los cromosomas parentales recombinada. Dos gametos haploides se combinan en una célula diploide conocida como cigoto en un proceso llamado fertilización . El cigoto incorpora material genético de ambos gametos. Múltiples divisiones celulares , sin cambios en el número de cromosomas, forman una fase o generación diploide multicelular.
En la reproducción humana , cada célula contiene 46 cromosomas en 23 pares. La meiosis en las gónadas de los padres produce gametos que contienen cada uno solo 23 cromosomas que son recombinantes genéticos de las secuencias de ADN contenidas en los cromosomas de los padres. Cuando los núcleos de los gametos se unen para formar un óvulo o cigoto fertilizado, cada célula del hijo resultante tendrá 23 cromosomas de cada padre, o 46 en total. [2] [3]
Solo en las plantas, la fase diploide, conocida como esporofito , produce esporas por meiosis que germinan y luego se dividen por mitosis para formar una fase multicelular haploide, el gametofito , que produce gametos directamente por mitosis. Este tipo de ciclo de vida, que implica la alternancia entre dos fases multicelulares, el gametofito haploide sexual y el esporofito diploide asexual, se conoce como alternancia de generaciones .
La evolución de la reproducción sexual se considera paradójica, [3] porque la reproducción asexual debería poder superarla, ya que cada organismo joven creado puede tener sus propias crías. Esto implica que una población asexual tiene la capacidad intrínseca de crecer más rápidamente con cada generación. [4] Este costo del 50% es una desventaja de aptitud física de la reproducción sexual. [5] El doble costo del sexo incluye este costo y el hecho de que cualquier organismo solo puede transmitir el 50% de sus propios genes a su descendencia. Una clara ventaja de la reproducción sexual es que impide la acumulación de mutaciones genéticas . [6]
La selección sexual es un modo de selección natural en el que algunos individuos se reproducen más que otros de una población porque son mejores para conseguir parejas para la reproducción sexual. [7] [8] Se ha descrito como "una poderosa fuerza evolutiva que no existe en poblaciones asexuales". [9]
Evolución
La primera evidencia fosilizada de reproducción sexual en eucariotas es del período Steniano , hace aproximadamente 1 a 1,2 mil millones de años. [10]
Los biólogos que estudian la evolución proponen varias explicaciones para el desarrollo de la reproducción sexual y su mantenimiento. Estas razones incluyen la reducción de la probabilidad de acumulación de mutaciones deletéreas, el aumento de la tasa de adaptación a los entornos cambiantes , [11] lidiar con la competencia , la reparación del ADN y el enmascaramiento de mutaciones deletéreas. [12] [13] [14] Todas estas ideas sobre por qué se ha mantenido la reproducción sexual son generalmente respaldadas, pero en última instancia, el tamaño de la población determina si la reproducción sexual es completamente beneficiosa. Las poblaciones más grandes parecen responder más rápidamente a algunos de los beneficios obtenidos a través de la reproducción sexual que las poblaciones más pequeñas. [15]
El mantenimiento de la reproducción sexual ha sido explicado por teorías que funcionan en varios niveles de selección , aunque algunos de estos modelos siguen siendo controvertidos. [ cita requerida ] Sin embargo, los modelos más nuevos presentados en los últimos años sugieren una ventaja básica para la reproducción sexual en organismos complejos que se reproducen lentamente .
La reproducción sexual permite que estas especies exhiban características que dependen del entorno específico en el que habitan y de las estrategias particulares de supervivencia que emplean. [dieciséis]
Selección sexual
Para reproducirse sexualmente, tanto los machos como las hembras necesitan encontrar pareja . Generalmente en los animales , la elección de pareja la hacen las hembras, mientras que los machos compiten por ser elegidos. Esto puede llevar a los organismos a esfuerzos extremos para reproducirse, como el combate y la exhibición, o producir características extremas causadas por una retroalimentación positiva conocida como fugitivo pescador . Así, la reproducción sexual, como forma de selección natural , tiene un efecto sobre la evolución . El dimorfismo sexual es donde los rasgos fenotípicos básicos varían entre machos y hembras de la misma especie . El dimorfismo se encuentra en ambos órganos sexuales y en características sexuales secundarias , tamaño corporal, fuerza física y morfología, ornamentación biológica , comportamiento y otros rasgos corporales. Sin embargo, la selección sexual solo está implícita durante un período prolongado de tiempo que conduce al dimorfismo sexual. [17]
La proporción de sexos
Aparte de algunas avispas eusociales , los organismos que se reproducen sexualmente tienen una proporción de sexos de 1: 1 de nacimientos de machos y hembras. El estadístico y biólogo inglés Ronald Fisher describió por qué esto es así en lo que se conoce como el principio de Fisher . [18] Esto esencialmente dice lo siguiente:
- Supongamos que los nacimientos masculinos son menos comunes que los femeninos.
- Un macho recién nacido tiene mejores perspectivas de apareamiento que una hembra recién nacida y, por lo tanto, puede esperar tener más descendencia.
- Por lo tanto, los padres genéticamente predispuestos a engendrar varones tienden a tener más nietos que la media.
- Por lo tanto, los genes de las tendencias de producción masculina se propagan y los nacimientos masculinos se vuelven más comunes.
- A medida que se acerca la proporción de sexos de 1: 1, la ventaja asociada con la producción de machos desaparece.
- El mismo razonamiento es válido si las mujeres son sustituidas por hombres en todo momento. Por tanto, 1: 1 es la relación de equilibrio.
Animales
Insectos
Las especies de insectos constituyen más de dos tercios de todas las especies animales existentes . La mayoría de las especies de insectos se reproducen sexualmente, aunque algunas especies son facultativamente partenogenéticas . Muchas especies de insectos tienen dimorfismo sexual , mientras que en otras los sexos se ven casi idénticos. Por lo general, tienen dos sexos, los machos producen espermatozoides y las hembras óvulos. Los óvulos se convierten en huevos que tienen una cubierta llamada corion , que se forma antes de la fertilización interna. Los insectos tienen estrategias de apareamiento y reproducción muy diversas, lo que a menudo resulta en que el macho deposite espermatóforo dentro de la hembra, que ella almacena hasta que esté lista para la fertilización del óvulo. Después de la fertilización y la formación de un cigoto y diversos grados de desarrollo, en muchas especies los huevos se depositan fuera de la hembra; mientras que en otros, se desarrollan más dentro de la hembra y nacen vivos.
Aves
Mamíferos
Existen tres tipos de mamíferos: monotremas , placentarios y marsupiales , todos con fertilización interna. En los mamíferos placentarios, las crías nacen como juveniles: animales completos con los órganos sexuales presentes aunque no reproductivamente funcionales. Después de varios meses o años, dependiendo de la especie, los órganos sexuales se desarrollan más hasta la madurez y el animal alcanza la madurez sexual . La mayoría de las hembras de mamíferos solo son fértiles durante ciertos períodos durante su ciclo estral , momento en el que están listas para aparearse. Los mamíferos machos y hembras individuales se encuentran y realizan la cópula . [ cita requerida ] Para la mayoría de los mamíferos, los machos y las hembras intercambian parejas sexuales a lo largo de su vida adulta . [19] [20] [21]
Pescado
La gran mayoría de las especies de peces ponen huevos que luego son fertilizados por el macho. [22] Algunas especies ponen sus huevos en un sustrato como una roca o en plantas, mientras que otras esparcen sus huevos y los huevos son fertilizados mientras se desplazan o se hunden en la columna de agua.
Algunas especies de peces usan fertilización interna y luego dispersan los huevos en desarrollo o dan a luz crías vivas. Los peces que tienen crías con vida incluyen el guppy y mollies o Poecilia . Los peces que dan a luz a crías vivas pueden ser ovovivíparos , donde los huevos se fertilizan dentro de la hembra y los huevos simplemente eclosionan dentro del cuerpo de la hembra, o en los caballitos de mar , el macho lleva a las crías en desarrollo dentro de una bolsa y da a luz a crías vivas. [23] Los peces también pueden ser vivíparos , donde la hembra suministra alimento a la descendencia que crece internamente. Algunos peces son hermafroditas , donde un solo pez es macho y hembra y puede producir huevos y esperma. En los peces hermafroditas, algunos son machos y hembras al mismo tiempo, mientras que en otros peces son hermafroditas en serie; comenzando como un sexo y cambiando al otro. En al menos una especie hermafrodita, la autofecundación se produce cuando los óvulos y los espermatozoides se liberan juntos. La autofertilización interna puede ocurrir en algunas otras especies. [24] Una especie de pez no se reproduce por reproducción sexual, pero usa el sexo para producir descendencia; Poecilia formosa es una especie unisex que utiliza una forma de partenogénesis llamada ginogénesis , donde los óvulos no fertilizados se convierten en embriones que producen descendencia femenina. Poecilia formosa se aparean con machos de otras especies de peces que utilizan fertilización interna, el esperma no fertiliza los óvulos pero estimula el crecimiento de los óvulos que se convierte en embriones. [25]
Reptiles
Anfibios
Moluscos
Plantas
Los animales tienen ciclos de vida con una sola fase multicelular diploide que produce gametos haploides directamente por meiosis. Los gametos masculinos se denominan espermatozoides y los gametos femeninos se denominan óvulos. En los animales, la fertilización del óvulo por un espermatozoide da como resultado la formación de un cigoto diploide que se desarrolla por divisiones mitóticas repetidas en un adulto diploide. Las plantas tienen dos fases de ciclo de vida multicelulares, lo que resulta en una alternancia de generaciones . Los cigotos de las plantas germinan y se dividen repetidamente por mitosis para producir un organismo multicelular diploide conocido como esporofito. El esporofito maduro produce esporas haploides por meiosis que germinan y se dividen por mitosis para formar una fase de gametofito multicelular que produce gametos en la madurez. Los gametofitos de diferentes grupos de plantas varían en tamaño. Los musgos y otras plantas pteridofíticas pueden tener gametofitos que consisten en varios millones de células, mientras que las angiospermas tienen tan solo tres células en cada grano de polen.
Plantas floreciendo
Las plantas con flores son la forma de planta dominante en la tierra y se reproducen sexualmente o asexualmente. A menudo, su característica más distintiva son sus órganos reproductores, comúnmente llamados flores. La antera produce granos de polen que contienen los gametofitos masculinos que producen núcleos de esperma. Para que ocurra la polinización, los granos de polen deben adherirse al estigma de la estructura reproductiva femenina ( carpelo ), donde los gametofitos femeninos (óvulos) se encuentran dentro del ovario . Después de que el tubo polínico crece a través del estilo del carpelo, los núcleos de las células sexuales del grano de polen migran al óvulo para fertilizar el óvulo y los núcleos del endospermo dentro del gametofito femenino en un proceso denominado fertilización doble . El cigoto resultante se convierte en un embrión, mientras que el endospermo triploide (un espermatozoide más dos células femeninas) y los tejidos femeninos del óvulo dan lugar a los tejidos circundantes en la semilla en desarrollo. El ovario, que produjo el (los) gametofito (s) femenino, luego se convierte en una fruta , que rodea la (s) semilla (s). Las plantas pueden autopolinizarse o polinizarse de forma cruzada .
En 2013, se encontraron flores que datan del Cretácico (100 millones de años antes del presente) encerradas en ámbar, la evidencia más antigua de reproducción sexual en una planta con flores. Las imágenes microscópicas mostraron tubos que crecían del polen y penetraban en el estigma de la flor. El polen era pegajoso, lo que sugiere que fue transportado por insectos. [26]
Las plantas que no florecen como los helechos , el musgo y las hepáticas utilizan otros medios de reproducción sexual.
Helechos
Los helechos producen principalmente grandes esporofitos diploides con rizomas , raíces y hojas. Las hojas fértiles producen esporangios que contienen esporas haploides . Las esporas se liberan y germinan para producir gametofitos cortos y delgados que suelen tener forma de corazón, pequeños y de color verde. Los gametofitos talos producen espermatozoides móviles en los anteridios y óvulos en las arquegonias de la misma o diferentes plantas. Después de las lluvias o cuando el rocío deposita una película de agua, los espermatozoides móviles se alejan de los anteridios, que normalmente se producen en la parte superior del talo, y nadan en la película de agua hasta la arquegonía donde fertilizan el óvulo. Para promover el cruce o la fertilización cruzada, los espermatozoides se liberan antes de que los óvulos sean receptivos a los espermatozoides, lo que hace más probable que los espermatozoides fertilicen los óvulos de diferentes talos. Después de la fertilización, se forma un cigoto que se convierte en una nueva planta esporofítica. La condición de tener plantas esporofitas y gametofitas separadas se llama alternancia de generaciones . Otras plantas con ciclos de vida similares incluyen Psilotum , Lycopodium , Selaginella y Equisetum .
Briófitas
Las briofitas , que incluyen hepáticas , hornworts y musgos , se reproducen tanto sexual como vegetativamente . Son plantas pequeñas que se encuentran creciendo en lugares húmedos y, como los helechos, tienen espermatozoides móviles con flagelos y necesitan agua para facilitar la reproducción sexual. Estas plantas comienzan como una espora haploide que crece hacia la forma de gametofito dominante, que es un cuerpo haploide multicelular con estructuras similares a hojas que fotosintetizan . Los gametos haploides se producen en anteridios (masculinos) y arquegonios (femeninos) por mitosis. Los espermatozoides liberados de los anteridios responden a las sustancias químicas liberadas por las arquegonias maduras y nadan hacia ellas en una película de agua y fertilizan los óvulos produciendo así un cigoto. El cigoto se divide por división mitótica y se convierte en un esporofito diploide multicelular. El esporofito produce cápsulas de esporas ( esporangios ), que están conectadas por tallos ( setas ) a la arquegonía. Las cápsulas de esporas producen esporas por meiosis y cuando están maduras, las cápsulas se abren para liberar las esporas. Los briófitos muestran una variación considerable en sus estructuras reproductivas y lo anterior es un esquema básico. También en algunas especies cada planta es de un sexo (dioicous) mientras que otras especies producen ambos sexos en la misma planta (monoicous). [27]
Hongos
Los hongos se clasifican según los métodos de reproducción sexual que emplean. El resultado de la reproducción sexual con mayor frecuencia es la producción de esporas en reposo que se utilizan para sobrevivir a las inclemencias del tiempo y para propagarse. Por lo general, hay tres fases en la reproducción sexual de los hongos: plasmogamia , cariogamia y meiosis . El citoplasma de dos células parentales se fusiona durante la plasmogamia y los núcleos se fusionan durante la cariogamia. Durante la meiosis se forman nuevos gametos haploides y se convierten en esporas. Wallen y Perlin revisaron la base adaptativa para el mantenimiento de la reproducción sexual en los hongos Ascomycota y Basidiomycota ( dikaryon ) . [28] Concluyeron que la razón más plausible para mantener esta capacidad es el beneficio de reparar el daño del ADN , causado por una variedad de tensiones, a través de la recombinación que ocurre durante la meiosis . [28]
Bacterias y arqueas
Tres procesos distintos en procariotas se consideran similares al sexo eucariota : transformación bacteriana , que implica la incorporación de ADN extraño en el cromosoma bacteriano; conjugación bacteriana , que es una transferencia de ADN plasmídico entre bacterias, pero los plásmidos rara vez se incorporan al cromosoma bacteriano; y transferencia de genes e intercambio genético en arqueas .
La transformación bacteriana implica la recombinación de material genético y su función se asocia principalmente con la reparación del ADN . La transformación bacteriana es un proceso complejo codificado por numerosos genes bacterianos y es una adaptación bacteriana para la transferencia de ADN. [12] [13] Este proceso ocurre naturalmente en al menos 40 especies bacterianas. [29] Para que una bacteria se una, absorba y recombine el ADN exógeno en su cromosoma, debe entrar en un estado fisiológico especial denominado competencia (ver Competencia natural ). La reproducción sexual en los primeros eucariotas unicelulares puede haber evolucionado a partir de la transformación bacteriana, [14] o de un proceso similar en las arqueas (ver más abajo).
Por otro lado, la conjugación bacteriana es un tipo de transferencia directa de ADN entre dos bacterias mediada por un apéndice externo llamado pilus de conjugación. [30] La conjugación bacteriana está controlada por genes de plásmidos que están adaptados para esparcir copias del plásmido entre bacterias. La integración poco frecuente de un plásmido en un cromosoma bacteriano del huésped y la posterior transferencia de una parte del cromosoma del huésped a otra célula no parecen ser adaptaciones bacterianas. [12] [31]
La exposición de especies de Sulfolobus de arqueas hipertermófilas a condiciones que dañan el ADN induce la agregación celular acompañada de un intercambio de marcadores genéticos de alta frecuencia . [32] [33] Ajon y col. [33] planteó la hipótesis de que esta agregación celular mejora la reparación del ADN específico de la especie mediante recombinación homóloga. La transferencia de ADN en Sulfolobus puede ser una forma temprana de interacción sexual similar a los sistemas de transformación bacteriana más bien estudiados que también involucran la transferencia de ADN específica de la especie que conduce a la reparación recombinacional homóloga del daño del ADN.
Ver también
- Amphimixis (psicología)
- Anisogamia
- Reproducción biológica
- Hermafroditismo
- Isogamia
- Elección de pareja
- Apareamiento en hongos
- Proporción operativa de sexos
- Cruzando
- Polinización cruzada
- Autoincompatibilidad
- Sexo
- Relaciones sexuales
- Transformación (genética)
Referencias
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Otras lecturas
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enlaces externos
- Khan Academy, video conferencia