REPRODUCCIÓN SEXUAL

En muchas clases de seres vivos, la reproducción es sexual. Esto quiere decir que los hijos se forman por la unión de dos células proveniente de los padres. Por ejemplo en los mamíferos como los monos, las vacas y los ratones, cuando los órganos reproductores llamados ovarios (en las hembras) y testículos (en los machos), están maduros producen células sexuales denominadas gametas. La gameta femenina es inmóvil, más grande que la masculina y contiene nutrientes que permiten alimentar al embrión en los primeros días de su desarrollo. La gameta masculina es pequeña y móvil debido a que posee una cola o flagelo semejante a un látigo que bate activamente para alcanzar al óvulo. Si la gameta femenina y masculina se unen, se produce la fecundación y así se forma una única célula llamada cigota. A partir de la cigota y por sucesivas divisiones celulares se forman todas las células del nuevo ser vivo. Esto sucede también en otros animales y en las plantas.

En los animales del grupo de los mamíferos, la fecundación y el desarrollo del embrión son internos. La hembra retiene al embrión dentro de su cuerpo y lo alimenta con sus propios nutrientes a través de un órgano llamado placenta. Como los mamíferos nacen directamente del cuerpo de la madre, se los denomina vivíparos. Los otros grupos de animales cuya fecundación es interna son ovíparos, por que el desarrollo se produce fuera del cuerpo de la madre y dentro de una estructura protectora y nutritiva: el huevo. Algunas serpientes retienen los huevos dentro de su cuerpo y luego nacen las crías directamente, como si fueran paridas; ese es un caso de organismo ovovivíparo.

La mayoría de los peces y los anfibios, como las ranas y las salamandras, liberan las gametas masculinas y femeninas en el agua; por eso son ovulíparos y tienen fecundación externa, dado que el nuevo ser vivo se forma fuera del cuerpo de la hembra.

En las plantas con flor, la reproducción sexual ocurre en el interior del ovario de la flor. Como resultado de la fecundación se forma la semilla que al germinar da un nuevo individuo.

Fuente: Patricia Alberico y otros. Ciencias Naturales y Tecnología 7. Editorial AIQUE

REPRODUCCIÓN ASEXUAL

Algunos seres vivos poseen otros mecanismos por los cuales pueden dejar descendientes similares a ellos. Por ejemplo, en los organismos unicelulares como las amebas, se produce la bipartición o fisión en la cual la única célula se divide en dos células hijas. 


















El paramecio crece, se estira y se divide en dos células hijas idénticas al paramecio que las originó.

Otro mecanismo de reproducción es la gemación o brotación, propia de las células de las levaduras, que forman un brote en su superficie. 

                                                        Levaduras: en la imágen se han marcado con amarillo las                                                                                                            divisiones que se producen en sus diferentes etapas y en otra                                                                                                        marcado con rojo un brote en la superficie. ¿Puedes tú                                                                                                                  identificar otras divisiones?                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               

                                                                                         A veces, cuando una levadura se reproduce, los brotes no se separan                                                                                            de la célula que los originó y forman una cadena de células.

Una tercera forma de reproducción asexual existe en organismos unicelulares parásitos como el plasmodio. El núcleo de su única célula se duplica muchas veces. Luego, cada núcleo se rodea de porciones de citoplasma y forma una nueva célula. Este proceso de reproducción se denomina esporulación. 

En estos tres tipos de reproducción (bipartición o fisión gemación o brotación y esporulación) no hay fecundación; los hijos provienen de un solo padre, por eso se denomina reproducción asexual.

La reproducción asexual en organismos pluricelulares

Fragmentación consiste en la división espontánea del individuo progenitor en dos o más pedazos, que se transforman en otros tantos individuos adultos; se presenta en algas filamentosas y en animales con gran capacidad de regeneración.

La imágen muestra la fragmentación de una planaria

HISTORIA DEL MICROSCOPIO

Las excavaciones arqueológicas han entregado numerosos descubrimientos de lentes planos, convexos y biconvexos con antigüedades que nos remontan a los 2000 a 3000 años antes de C. Es así que Beck las halla en la Antigua Mesopotamia en 1928. El arqueólogo inglés Austin Henry Layard, en 1847, halla lentes plano convexo de cristal de roca burdamente tallados en Ninive. Otros hallazgos se ubican en Creta, Grecia, China, etc.

La evolución del microscopia podría construirse como sigue:

1590: En Midelburg (Holanda), Juan y Zacharias Janssen construyen el que sería el primer microscopio compuesto de la historia. De una simplicidad absoluta el mismo consistía en dos lentes soportados en sendos tubos de latón de unos 25 cm de largo que se deslizaban (facilitando el enfoque) dentro de otro.

1612: Galileo Galilei incursiona en el trabajo con lentes. Ya lo había hecho con los telescopios y los microscopios no quedaron al margen de su creatividad. Es así que fabrica uno de pequeño tamaño (unos 12 cm) instalando dos lentes en sendos tubos de madera que se deslizaban dentro de uno exterior de cartón al que se le practicaron terminaciones en cuero al estilo de la época.1632: En Layden (Holanda), Antoni van Leeuwenhoek, fabrica un microscopio simple de unos 10 cm con el que logró convertirse en el descubridor de los eritrocitos.

1665: Giuseppe Campana genera un salto cualitativo, ya que construye un microscopio de 9 cm donde el avance sustancial lo aporta un mecanismo de tornillo que facilita el desplazamiento mejorando notablemente la calidad del enfoque y una base circular de madera con un orificio central que permitía observar por transparencia.

1668: Eustacchio Divini, en Bologna (Italia), desarrolla un microscopio compuesto de mayor porte. El sistema estaba basado en tubos telescopados. En la parte superior del mismo colocó dos lentes enfrentados desde su lado convexo; mientras que, en la parte inferior ubicó un lente montado sobre madera. La estructura estaba sostenida sobre un pie metálico.

1670: Christopher Cock y Robert Hooke, uno aportando la construcción y el otro el diseño, son los responsables de la creación de un microscopio compuesto de 50 cm (imagen izquierda) con el que Hooke logró observar celdillas de corcho (imagen derecha) a las que denominó "célula", instaurando por primera vez el uso de esta palabra.

1680: La estructura microscópica del tejido óseo es observada a través de un microscopio simple por Juan Crisóstomo Martinez.

1700: En Inglaterra, John Marshall, no solo mejora la tecnología de la platina permitiendo su desplazamiento y mejor calidad de observación por transparencia sino que también optimiza el tornillo paralelo a la barra convirtiéndolo en micrométrico aumentando, así, la agudeza del enfoque fino. Fabrica con fines comerciales un modelo de gran tamaño (aproximadamente 50 cm).

1715: Nace el modelo "Lieberkühn", el que contaba con una pieza cóncava plateada (lieberkühn) que cumplía funciones de espejo condensador de la luz. La muestra es fijada mediante una pinza.

1720: Es Edmund Culpeper quien, en Inglaterra, desarrolla un microscopio de 40 cm con el aporte de un espejo colocado bajo la platina que permitía una mejor iluminación de la muestra y su mejor evaluación por transparencia. La lente objetivo (inferior) se enroscaba en el soporte para facilitar el enfoque.

1750: Obra del alemán Nuremberg, este microscopio de 40 cm se diferencia en el hecho que la muestra era colocada en un sistema cilíndrico. Para la misma época, John Cuff mejora la estructura diseñada por Culpeper, utilizando dos barras metálicas, una fija y la otra móvil. Un tornillo sujeto a ambas barras permitía el enfoque fino.

1770: Benjamín Martin construye un modelo de 20 cm muy popular en las zonas germánicas de Europa.

1835: Pequeño microscopio de 15 cm, modelo Oberhauser.

1850: Microscopio invertido modelo Lawrence Smith.

1860: Microscopio compuesto Dollond de 32 cm con espejo orientable y tornillo de tipo micrométrico con cremallera.

1880: Nachet fabrica un microscopio monocular de 28 cm y aporta la adaptación de los binoculares graduables a un microscopio. También para la época aparece el sistema revolver para el cambio de objetivo.

1900: Microscopios de disección de Carl Zeiss

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Siglo XX: El microscopio va a conservar sus características generales. Pequeñas modificaciones solo mejoran algunas prestaciones sin apartarse de la esencia alcanzada. Alguna de éstas, fueron la incorporación de un carro para desplazar la muestra sobre la platina, el sistema eléctrico de iluminación incorporado, etc. En la actualidad, la utilización de Microscopios Electrónicos de Transmisión y los de Barrido han permitido obtener imágenes de gran resolución en materiales pétreos, metálicos y orgánicos.

Fuente: https://www.biol.unlp.edu.ar/historiamicroscopia.htm

TEORÍA CELULAR

La teoría celular constituye uno de los principios básicos de la biología, cuyo crédito le pertenece a los grandes científicos alemanes Theodor Schwann, Matthias Schleiden y Rudolph Virchow, aunque por supuesto, no hubiese sido posible sin las previas investigaciones del gran Robert Hooke. ¿Qué te parece si repasamos algunos de sus conceptos básicos y aprovechamos para recordar cuáles son los postulados de la teoría celular?

En el siglo XVII,  más precisamente en el año 1665, el científico inglés Robert Hooke fue quien descubrió y describió la existencia de lo que damos en llamar células. El señor Hooke dió cuenta de esta estructura básica de la vida mientras examinaba pequeñas y delgadas rodajas de corcho y material vegetal en su microscopio, ya que él fue uno de los primeros en diseñar uno de estos artefactos. Sin darse cuenta, Hooke descubrió la unidad estructural básica y esencial de todos los organismos, la base de toda materia viva.

Se necesitaron cientos de años e investigaciones de numerosos hombres de ciencia hasta poder alcanzar una conclusión concisa, pero luego de dos siglos enteros, gracias al desarrollo tecnológico y a los diversos avances en los estudios de la materia, los primeros postulados de la teoría celular fueron surgiendo. Tras una cuantiosa investigación desarrollada por los científicos alemanes Matthias Jakob Schleiden y Theodor Schwann se logró crear una lista de principios o postulados que describen el mundo celular.

En el año 1838 Schleiden indicó que todo el material vegetal se compone por células. Poco tiempo después y más precisamente al año siguiente, su colega y compatriota, el fisiólogo Theodor Schawnn llegó a la misma conclusión sobre los animales. Los resultados de estas conclusiones son lo que se conoce como la teoría celular. A continuación, veamos los 4 postulados esenciales.

Los 4 postulados de la teoría celular: 

1. Absolutamente todos los seres vivos están compuestos por células o por segregaciones de las mismas. Los organismos pueden ser de una sola célula (unicelulares) o de varias (pluricelulares). La célula es la unidad estructural de la materia viva y una célula puede ser suficiente para constituir un organismo.
2. Todos los seres vivos se originan a través de las células. Las células no surgen de manera espontánea, sino que proceden de otras anteriores.
3. Absolutamente todas las funciones vitales giran en torno a las células o su contacto inmediato. La célula es la unidad fisiológica de la vida. Cada célula es un sistema abierto, que intercambia materia y energía con su medio.
4. Las células contienen el material hereditario y también son una unidad genética. Esto permite la transmisión hereditaria de generación a generación.

Con el paso del tiempo, la teoría celular no fue dejada de lado ni mucho menos. Diversos científicos han continuado con el desarrollo de la misma, las investigaciones y el estudio de sus postulados, realizando nuevas interpretaciones, añadiendo algunos conceptos y corroborando algunos datos. 

Algunos nombres como los de Rudolf Virchow y Louis Pasteur figuran entre las investigaciones, además, el desarrollo de las ciencias modernas junto con los avances que el microscopio electrónico le ha proporcionado a la comunidad científica, han permitido una interpretación moderna, la llamada: teoría celular moderna. En ella se postulan algunos componentes básicos de la antigua junto con estos detalles: 

1. Los organismos pueden ser unicelulares, compuestos por una célula, o multi-celular, compuesta de muchas células. 
2. Cuando las células se dividen, la información hereditaria que contienen (ADN) se transmite de célula a célula. 
3. El flujo de energía se produce dentro de las células. 
4. Todas las células tienen básicamente la misma composición. 
5. La actividad del organismo está determinada por la actividad de las células independientes. 
6. La teoría tiene dos componentes: todos los seres vivos están formados por células y todas las células derivan de otras células. Esto da la base para una definición para todos los seres vivos. Todos los seres vivos están formados por células y todos son capaces de reproducirse.

Fuente: http://www.vix.com/es/btg/curiosidades/2011/07/22/postulados-de-la-teoria-celular

MEIOSIS

Meiosis (del griego meioun: hacer más pequeño) es el proceso por el cual, a partir de una una célula "madre", se obtienen cuatro células "hijas" con la mitad del número de cromosomas, de las cuales 3 degeneran y queda sólo una, la gameta, denominada óvulo en la hembra y espermatozoide en el macho.

La meiosis se lleva a cabo únicamente en las células 2n de los órganos sexuales para obtener células n. Este proceso es imprescindible en la reproducción sexual. Si no existiera la meiosis, al unirse las gametas, el embrión tendría el doble del número de cromosomas que sus padres (la sumas de los cromosomas de ambas gametas) y los nietos tendrían el cuádruple de los abuelos, y así sucesivamente. Para mantener el número de cromosomas característico de la especie existe la meiosis, que reduce el número de cromosomas a la mitad.

En la meiosis se distinguen las siguientes etapas:

Etapa reduccional o meiosis I: Se realiza luego de la replicación del ADN y la célula se divide en dos.

Etapa ecuacional o meiosis II: Sucede luego de la meiosis I. Se produce la separación de las cromátidas hermanas de las células de la etapa anterior y se obtienen cuatro células constituidas por cromosomas simples. Esta etapa es igual a la mitosis de una célula haploide.

La importancia de la meiosis es fundamental: el apareamiento, la migración de los cromosomas y el crossing-over son factores uqe influyen en la variabilidad de la información genética y, por lo tanto, en la evolución.

La Profase I de la primera división meiótica es la etapa más compleja del proceso y a su vez se divide en 5 subetapas, que son:

Leptotene: La primera etapa de Profase I es la etapa del leptotene, durante la cual los cromosomas individuales comienzan a condensar en filamentos largos dentro del núcleo. Cada cromosoma tiene un elemento axial, un armazón proteico que lo recorre a lo largo, y por el cual se ancla a la envoltura nuclear. A lo largo de los cromosomas van apareciendo unos pequeños engrosamientos denominados cromómeros. La masa cromática es diploide 2n.

Cigotene: Los cromosomas homólogos -cromosomas maternos y paternos de igual morfología y similar información genética- se aparean y constituyen una tétrada (formada por dos cromosomas duplicados, es decir, cuatro cromátidas hermanas).

Paquitene: Se produce el crossing-over o entrecruzamiento, intercambio de información genética entre las cromátidas de los cromosomas homólogos.

Diplotene: Se inicia la separación de los cromosomas homólogos recombinados.

Diacinesis: Esta etapa apenas se distingue del diplonema. Podemos observar los cromosomas algo más condensados y los quiasmas. El final de la diacinesis y por tanto de la profase I meiótica viene marcado por la rotura de la membrana nuclear. Durante toda la profase I continuó la síntesis de ARN en el núcleo. Al final de la diacinesis cesa la síntesis de ARN y desaparece el nucléolo.

Metafase I

El huso acromático aparece totalmente desarrollado, los cromosomas se sitúan en el plano ecuatorial y unen sus centrómeros a los filamentos del huso.

Anafase I

Los cromosomas se separan de forma uniforme. Los microtúbulos del huso se acortan en la región del cinetocoro, con lo que se consigue remolcar los cromosomas homólogos a lados opuestos de la célula, junto con la ayuda de proteínas motoras. Ya que cada cromosoma homólogo tiene solo un cinetocoro, se forma un juego haploide (n) en cada lado. En la repartición de cromosomas homólogos, para cada par, el cromosoma materno se dirige a un polo y el paterno al contrario. Por tanto el número de cromosomas maternos y paternos que haya a cada polo varía al azar en cada meiosis. Por ejemplo, para el caso de una especie 2n = 4 puede ocurrir que un polo tenga dos cromosomas maternos y el otro los dos paternos; o bien que cada polo tenga uno materno y otro paterno.

Telofase I

Cada célula hija ahora tiene la mitad del número de cromosomas pero cada cromosoma consiste en un par de cromátidas. Los microtúbulos que componen la red del huso mitótico desaparecen, y una membrana nuclear nueva rodea cada sistema haploide. Los cromosomas se desenrollan nuevamente dentro de la carioteca (membrana nuclear). Ocurre la citocinesis (proceso paralelo en el que se separa la membrana celular en las células animales o la formación de esta en las células vegetales, finalizando con la creación de dos células hijas). Después suele ocurrir la intercinesis, parecido a una segunda interfase, pero no es una interfase verdadera, ya que no ocurre ninguna réplica del ADN. No es un proceso universal, ya que si no ocurre las células pasan directamente a la metafase II.

La meiosis II es similar a la mitosis. Las cromátidas de cada cromosoma ya no son idénticas en razón de la recombinación. La meiosis II separa las cromátidas produciendo dos células hijas, cada una con n cromosomas (haploide), y cada cromosoma tiene solamente una cromátida.

MEIOSIS  II

La meiosis II es similar a la mitosis. Las cromátidas de cada cromosoma ya no son idénticas en razón de la recombinación. La meiosis II separa las cromátidas produciendo dos células hijas, cada una con n cromosomas (haploide), y cada cromosoma tiene solamente una cromátida.

Profase II

Profase Temprana: Comienza a desaparecer la envoltura nuclear y el nucléolo. Se hacen evidentes largos cuerpos filamentosos de cromatina, y comienzan a condensarse como cromosomas visibles.

Profase Tardía II: Los cromosomas continúan acortándose y engrosándose. Se forma el huso entre los centríolos, que se han desplazado a los polos de la célula.

Metafase II Las fibras del huso se unen a los centrómeros de los cromosomas. Estos últimos se alinean a lo largo del plano ecuatorial de la célula. La primera y segunda metafase pueden distinguirse con facilidad, en la metafase I las cromátidas se disponen en haces de cuatro (tétrada) y en la metafase II lo hacen en grupos de dos (como en la metafase mitótica).

Anafase II: Las cromátidas se separan de sus centrómeros, y un grupo de cromosomas se desplaza hacia cada polo. Durante la Anafase II las cromátidas, unidas a fibras del huso en sus cinetocoros, se separan y se desplazan a polos opuestos, como lo hacen en la anafase mitótica. Como en la mitosis, cada cromátida se denomina ahora cromosoma.

Telofase II: En la telofase II hay un miembro de cada par homólogo en cada polo. Cada uno es un cromosoma no duplicado. Se reensamblan las envolturas nucleares, desaparece el huso acromático, los cromosomas se alargan en forma gradual para formar hilos de cromatina, y ocurre la citocinesis.

MITOSIS

La mitosis cumple la función de distribuir los cromosomas duplicados de modo tal que cada nueva célula obtenga una dotación completa de cromosomas. La capacidad de la célula para llevar a cabo esta distribución depende del estado condensado de los cromosomas durante la mitosis y del ensamble de microtúbulos denominado huso.

En los estadios tempranos de la mitosis, cada uno de los cromosomas consiste en dos copias idénticas, llamadas cromátides, que se mantienen juntas por sus centrómeros. Simultáneamente se organiza el huso, cuya formación se inicia a partir de los centrosomas.

Tanto en las células animales como en las vegetales, el entramado del huso está formado por fibras que se extienden desde los polos al ecuador de la célula. Otras fibras están unidas a las cromátides al nivel de los cinetocoros, estructuras proteicas asociadas con los centrómeros. La profase finaliza con la desintegración de la envoltura nuclear y la desaparición de los nucléolos.

Durante la metafase, los pares de cromátides, dirigidos por las fibras del huso, se mueven hacia el centro de la célula. Al final de la metafase se disponen en el plano ecuatorial. Durante la anafase se separan las cromátides hermanas, y cada cromátide –ahora un cromosoma independiente– se mueve a un polo opuesto. Durante la telofase se forma una envoltura nuclear alrededor de cada grupo de cromosomas. El huso comienza a desintegrarse, los cromosomas se desenrollan y una vez más se extienden y aparecen difusos.

La siguiente imagen muestra la profase

Profase: Los dos centros de origen de los microtúbulos (en verde) son los centrosomas. La cromatina ha comenzado a condensarse y se observan las cromátidas (en azul). Las estructuras en color rojo son los cinetocoros. (Micrografía obtenida utilizando marcajes fluorescenteses).

Metafase

Metafase: Los cromosomas se encuentran alineados en la placa metafásica.

Anafase

Anafase: los microtúbulos anclados a cinetocoros se acortan y los dos juegos de cromosomas se aproximan a cada uno de los centrosomas.

Telofase

Telofase: Los cromosomas descondensados están rodeados por la membrana nuclearica.

Citocinesis

La citocinesis es un proceso independiente, que se inicia simultáneamente a la telofase. Técnicamente no es parte de la mitosis, sino un proceso aparte, necesario para completar la división celular. En las células animales, se genera un surco de escisión (cleavage furrow) que contiene un anillo contráctil de actina en el lugar donde estuvo la placa metafásica, estrangulando el citoplasma y aislando así los dos nuevos núcleos en dos células hijas. Tanto en células animales como en plantas, la división celular está dirigida por vesículas derivadas del aparato de Golgi, que se mueven a lo largo de los microtúbulos hasta la zona ecuatorial de la célula. En plantas esta estructura coalesce en una placa celular en el centro del fragmoplasto y se desarrolla generando una pared celular que separa los dos núcleos. El fragmoplasto es una estructura de microtúbulos típica de plantas superiores, mientras que algunas algas utilizan un vector de microtúbulos denominado ficoplasto durante la citocinesis. Al final del proceso, cada célula hija tiene una copia completa del genoma de la célula original. El final de la citocinesis marca el final de la fase M.

Esquema resumen de las distintas fases de la división celular: profase, prometafase, metafase, anafase, telofase y citocinesis.

EL CICLO CELULAR

Las células eucariotas en división pasan por una secuencia regular, representativa del crecimiento celular y división conocida como ciclo celular 

Este ciclo cuenta de cinco fases principales: G1, S, G2, Mitosis y citocinesis. La finalización del ciclo requiere un cierto tiempo  que va de unas cuantas horas a varios días, dependiendo del tipo de célula y los factores externos como temperatura y nutrientes disponibles,

Antes de que la célula pueda iniciar la mitosis y se divida, debe duplicar su ADN, sintetizar más proteínas asociadas al ADN en los cromosomas, producir mayor número de orgánulos para las dos células hijas, y montar las estructuras necesarias para llevar a buen término la mitosis y la citicinesis. Los procesos preparatorios se producen durante las fases G1, S, G2 que colectivamente se denomina interfase.

La interfase es el período comprendido entre mitosis. Es la fase más larga del ciclo celular, ocupando casi el 90% del ciclo, trascurre entre dos mitosis y comprende tres etapas: Fase G1 (del inglés Growth o Gap 1): Es la primera fase del ciclo celular, en la que existe crecimiento celular con síntesis de proteínas y de ARN. Es el período que trascurre entre el fin de una mitosis y el inicio de la síntesis de ADN. Tiene una duración de entre 6 y 12 horas, y durante este tiempo la célula duplica su tamaño y masa debido a la continua síntesis de todos sus componentes, como resultado de la expresión de los genes que codifican las proteínas responsables de su fenotipo particular. En cuanto a carga genética, en humanos (diploides) son 2n.

Fase S (del inglés Synthesis): Es la segunda fase del ciclo, en la que se produce la replicación o síntesis de ADN, como resultado cada cromosoma se duplica y queda formado por dos cromátidas idénticas. Con la duplicación del ADN, el núcleo contiene el doble de proteínas nucleares y de ADN que al principio. Tiene una duración de unas 10-12 horas y ocupa alrededor de la mitad del tiempo que dura el ciclo celular en una célula de mamífero típica. 

La Fase G2 (del inglés Growth o Gap 2): Es la tercera fase de crecimiento del ciclo celular en la que continúa la síntesis de proteínas y ARN. Al final de este período se observa al microscopio cambios en la estructura celular, que indican el principio de la división celular. Tiene una duración entre 3 y 4 horas. Termina cuando la cromatina empieza a condensarse al inicio de la mitosis. La carga genética de humanos es 2n, ya que se han duplicado el material genético, teniendo ahora dos cromátidas cada uno.