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BIOL. 3420 Biología Organismal Animal Sección 001, Otoño 2022 Dr. E. Hernández Prieto "Reprioducción animal". A. Características de la reproducción asexual. 1. Hay un limitado intercambio de genes. 2. No requiere gametos. 3. No requiere un segundo progenitor. 4. Toda la progenie es identica genétic...

BIOL. 3420 Biología Organismal Animal Sección 001, Otoño 2022 Dr. E. Hernández Prieto "Reprioducción animal". A. Características de la reproducción asexual. 1. Hay un limitado intercambio de genes. 2. No requiere gametos. 3. No requiere un segundo progenitor. 4. Toda la progenie es identica genéticamente. 5. Es un proceso rápido. 6. Ocurre en Poríferos, Cnidarios, Anélidos, Equinodermos y Hemicordados. 7. Si una especie puede reproducirse tanto sexual como asexualmente, la escasez de los recursos favorece la reproducción asexual y produce un crecimiento grande de la población. B. Características de la reproducción sexual 1. Requiere la presencia de tejidos germinales, órganos especializados (gónadas) y células especiales (gametos). 2. Por lo general envuelve dos padres distintos, pero no siempre. 3. Produce mucha variación en las poblaciones. 4. La mayoría de las mutaciones no se manifiestan rapidamente. 5. Cada cría tiene unas características genéticas distintas a las de cualquiera de sus progenitores aunque tiene las características de la especie. 6. Ocurre en todos los filos animales conocidos. Formas Básicas: 1. Reproducción biparental (dioicismo): hay dos padres separados (la más común). 2. Hermafroditismo (monoicismo): Algunas especies se autofecundan (Taenia), en otras hay fecundación cruzada (Hidroides, Platelmintos, Anélidos, Cirripedos, Moluscos Pulmonados). 3. Partenogénesis: se autoregulan los huevos al comenzar el desarrollo. a. Ameyótica o diploide: se crean ovulos por mitosis-diploides; hay clones; en Platelmintos, Rotíferos, Crustáceos e Insectos). b. Meyótica o haploide: huevos creados por meyosis; hay sobrelapamiento de cromosomas y recombinación genética (en Platelmintos, Rotíferos, Anélidos, Acaros, Insectos). Se descubrió (2019) un nemátodo de “tres sexos” capaz de vivir en dósis de Arsénico 500 veces letales al humano y lleva sus crías como canguro. Auanema sp., tiene machos y hembras y hermafroditas en ambientes extremos. Vive en condiciones extremas de Mono Lake en California, lleno de arsenico: "tres veces mas salado que el océano, y un pH alcalino de 10” (Science News, Septiembre 26, 2019). III. Gametogénesis La gametogénesis es el proceso de transformación de una célula germinal que resulta en la formación de gametos maduros. Existen dos procesos: la ovogénesis y la espermatogénesis. Espermatogenesis: 1. Ocurre en los tubos seminiferos de la gonada masculina (testículo). 2. Hay células diferenciadoras del sexo en capas estratificadas. 3. Los espermatogonios forman la capa más externa, la cual ha crecido a travéz de mitosis. 4. Cada espermatogonio crece formando un espermatocito primario. 5. A travéz de meyosis, cada espermatocito primario se transforma en dos espermatocitos secundarios. 6. Cada espermatocito secundario pasa por meyosis II creando espermatidas primarias haploides que al madurar se convienten en dos espermatozoides. 7. Los espermatozoides a menudo tienen una forma con tres partes distintas: a. una cabeza con el núcleo (y cromosomas) y un acrosoma con enzimas que sirven para penetrar la capa externa del ovulo de la especie. b. una pieza central o collar con mitocondrias para generar energía que mueva el flagelo. c. un flagelo, estructura alargada que lo mueve. Ovogénesis 1. Ocurre en los ovarios. 2. Los gametos se duplican temprano a travéz de mitosis formando ovogonias. 3. Una vez dejan de multiplicarse las ovogonias, cada una crece hasta formar un ovocito primario. 4. El material genético se duplica y se divide en la primera división de meyosis. 5. La meyosis I divide el citoplasma de forma desigual, crea un ovocito secundario (con mas citoplasma) y un cuerpo polar (pequeño). 6. Después de la segunda división meyótica, el ovocito secundario se convierte en un ótido y otro cuerpo polar, mientras que el cuerpo polar original forma dos iguales. 7. El ótido crece y se transforma en óvulo funcional mientras que los cuerpos polares se “deshacen”. 8. El óvulo funcional tiene reservas energéticas y nutricionales para crecer una vez sea fecundado. 9. En la mayoría de los animales vertebrados y algunos invertebrados, el óvulo no completa todas las divisiones meyoticas antes de ocurra fecundación. La presencia de vitelo (material alimentario de un embrión) es evidencia de un óvulo maduro. La relación entre la superficie y el volumen de un óvulo es crítica para que este pueda tener un mayor control y pueda actuar de la forma mas eficiente. IV. Patrones reproductivos Respecto al sosten que ofrece la madre al embrión: 1. Ovíparos: liberan los huevos al ambiente para que prosigan su desarrollo independientemente de la madre. Pueden surgir por fecundación interna o por fecundación externa. 2. Ovovíparos: los organismos retienen los huevos dentro del cuerpo materno, a menudo en el oviducto, donde el embrión se desarrolla (aunque recibe materia alimenticia del vitelo presente en el huevo). A menudo la fecundación del óvulo es interna. Los embriones “nacen” parcialmente formados y deben permanecer con la madre para terminar su desarrollo. 3. Vivíparos: el huevo se desarrolla en el oviducto o útero materno: el embrión recibe alimento directo de la madre. A menudo hay fecundación interna del huevo. Ocurre en muchos mamíferos, muy pocos anfibios y algunos tiburones. V. Plan de sistemas de reproducción Los aspectos generales de los sistemas reproductivos son parecidos en animales de reproducción sexual. Las diferencias estriban en habitos reproductivos y en métodos de fecundación. Los sistemas sexuales tienen: órganos primarios (gónadas que producen los gametos y las hormonas sexuales) y estructuras accesorias (que ayudan a formar y transportar los gametos y a sostener al embrión). En invertebrados de fecundacion externa, los machos liberan gametos al ambiente (a menudo agua) y las corrientes llevan estos hasta las hembras o hasta los ovulos (si es que las hembras liberan los óvulos también). Hay poliquetos sin órganos reproductivos permanentes. Los gametos surgen de células que forman la cavidad interna del cuerpo. Los gametos maduros salen por aperturas en el celoma, por los nefridioporos o rompiendo la pared del cuerpo. En invertebrados donde machos inseminan las hembras hay estructuras complejas (ej., insectos dioicos de fecundación interna que copulan). Hay testículo, ducto espermático, vesícula seminal para espermatozoos, ducto eyaculador y pene. El semen se forma en glándulas que vierten al conducto eyaculador. Los ovarios se crean a base de tubos ováricos, oviductos que conectan con una cámara genital común y una bursa copuladora (vagina). A menudo hay un receptáculo seminal donde el macho transfiere semen y permite a la hembra poner huevos fértiles a travéz de su vida. Los componentes básicos de los sistemas reproductivos son similares en los animales, aunque las diferencias en los hábitos reproductivos y los métodos de fertilización han creado muchas variaciones. Los sistemas sexuales tienen dos componentes: Órganos primarios: Las gónadas crean gametos y hormonas sexuales; Órganos accesorios: Ayudan a las gónadas en formar y unir gametos, y pueden servir apoyando al embrión. Sistemas reproductivos en vertebrados: En machos y etapas embrionarias se asocian el sistema con el excretor: sistema urogenital. En machos de peces y de anfibios, el tubo que vacía el riñón (conducto mesonéfrico, de Wolff o wolffiano) también lleva espermatozoides. En reptiles, aves y mamíferos hay tubos que remueven desechos metabólicos y el cuerpo utiliza el conducto wolffiano como vaso deferente (para mover gametos). En reptiles, aves y mamíferos, los conductos van a la cloaca (cámara donde desembocan los intestinos, conductos genitales y excretores). Pocos mamíferos placentales tienen cloaca; hay una apertura alterna anal. VI. Hormonas sexuales Ernest Henry Starlin y William Maddock Baylis acuñaron en 1905 el término hormona, del griego “hormao” (yo excito), para referirse a un mensajero químico procedente de la mucosa intestinal que viajaba a través de la corriente sanguínea para estimular la producción de jugo pancreático al que denominaron secretina. Poco después, se descubrió la gastrina y se desarrolló el campo de las hormonas cerebro-intestinales. La hormona sexual es una hormona que actúa en la fertilidad y la sexualidad. Por lo general en las hembras se crean en los ovarios y en los hombres en los testículos. Ayudan a desarrollar y mantener las características sexuales. Los ovarios secretan estrógenos y la progesterona. El aumento de su índice en la sangre ayuda al desarrollo de la vellosidad (pubis, axilas), el crecimiento de los pechos y el ensanchamiento de las caderas. También influyen en construir el esqueleto, desarrollar el sistema cardiovascular y en tejido adiposo. Las hormonas femeninas se crean en turnos de forma repitida (ciclo) cada 28 días. Los estrógenos se crean en la primera mitad: permiten al óvulo madurar expulsarse, estimulan el crear moco cervical y una ligera dilatación del cuello uterino facilitando acceso de espermatozoides. Tras ovular, actúa la progesterona. Prepara el útero para implantar óvulos fecundados, mantiene el cuello del útero cerrado y el desarrollo de glándulas mamarias (produce tensiones en el pecho antes de la regla). Andrógenos son hormonas sexuales masculinas cuya función principal es estimular el desarrollo de caracteres masculinos. Se crean en los testículos, la testosterona es la principal. Esta hace crecer el vello, aumenta la masa muscular y el tamaño de órganos sexuales, y cambia la voz. Los testículos crean testosterona continuamente. Permite la aparición de caracteres sexuales secundarios y regula las funciones reproductoras del hombre, asegurando la creación de espermatozoides. Los ovarios también producen (menos) testosterona. La menopausia ocurre si el índice de hormonas desciende mucho, no es tan elevado como para contrarrestar los efectos de la testosterona, por lo que abundan vellos en edades avanzadas y a veces se agrava la voz femenina. Gonadotropinas (GnRH), Leutinizante (LH), Foliculoestimulante (FSH) La FSH y la LH van a los ovarios, que tienen óvulos presentes desde el nacimiento. Estas hormonas estimulan a los ovarios a producir otra hormona llamada estrógeno. El estrógeno, junto a la FSH y la LH, hacen que madure el cuerpo de la mujer preparándolo para el embarazo. Las hormonas viajan por el torrente sanguíneo y envían a los testículos la señal de que deben empezar a producir testosterona y esperma. La testosterona provoca la mayoría de los cambios en el cuerpo del macho durante la pubertad. Para que el macho se pueda reproducir, tiene que producir espermatozoides. Ciclos de reproducción La reproducción de casi todos los animales es cíclica, siendo afectada por el medioambiente. 2. Si un cambio ambiental favorece reproducirse, la hipófisis anterior libera hormonas (gonadotropinas: LH & FSH) que coordinan la acción entre los centros neurosecretores cerebrales y los tejidos gonadales. 3. Centros neurosecretores del hipotálamo crean hormonas liberadoras de gonadotropinas (GrRH) que controlan las gonadotropinas. 4. De esta forma se controla el desarrollo gonadal, las estructuras sexuales accesorias, las características sexuales secundarias y los detalles del ciclo. 5. En mamíferos hay dos tipos de ciclo: a. estral: la hembra es receptiva al macho en un tiempo del año y lo evidencia (estro o celo). El endometrio vuelve a su estado original sin sangrado. b. menstrual: hay períodos de receptividad sexual en ciclos de 28 días (mes). Si no ocurre fecundación con implantación del embrión, se elimina el endometrio. 6. Los ovarios crean dos tipos de hormonas esteroides sexuales: estrógenos y progesterona. 7. Los estrógenos desarrollan las estructuras sexuales accesorias de las hembras e inducen la estimulación de la actividad reproductiva. 8. La progesterona prepara el útero para recibir al embrión en desarrollo. 9. El tejido intersticial testícular crea testosterona, que permite desarrollar y crecer estructuras sexuales accesorias, caracteres secundarios y conducta reproductiva normal en machos. Términos del proceso reproductive -órganos accesorios: estructuras que transfieren y reciben gametos. -ducto: tubo que transporta gametos. En muchos animales desemboca en una cloaca. -uretra: ducto renal o de vejiga urinaria que saca los desechos. -cloaca: área donde abren todos los ductos en animales no mamíferos. -tubo seminífero: área donde se desarrollan los espermatozoides. -glándula aromática: crea secreciones que facilitan el proceso reproductivo al identificar capacidad sexual y territorio del macho. -tejido intersticial: donde se crea Testosterona. -vaso eferente: tubo pequeño de tejido intersticial por donde los espermatozoides van desde los tubos seminiferos. -epidídimo: lugar que recibe espermatozoides del vaso eferente. -escroto: bolso externo que retiene en ambiente frío los testiculos restando calor a espermatozoides. -vaso deferente: ducto espermático del mamífero. -vesícula seminal: glándula que secreta una sustancia que alimenta los espermatozoides. -próstata: glándula cuyo fluído lubrica el paso de los espermatozoides. -glándula bulborectral: crea fluído que anula la acidez de la orina en la uretra del macho. -folículo de Graaf: lugar específico donde se desarrollan los óvulos en un ovario. -oviducto: ducto que transporta ovocitos u óvulos. -trompa de Falopio: oviducto de la hembra humana. -útero: cámara que alberga al embrión en gestación -endometrio: tejido que forra internamente el útero. -cervix: región fina e inferior del útero, a la vagina. -vagina: tubo muscular que recibe el pene en coito y sirve de canal de salida del crio al nacer. -vulva: genitales externos de la hembra (adaptados) -labios mayores y menores: pliegues de piel bordeando la vagina en primates. -clitoris-estructura sensitiva/orgásmica Trayectoria de los gametos -en machos: se crean en los tubos seminíferos del testículo-> vaso eferente -> epidídimo -> vaso deferente -> uretra -> pene -> vulva femenina. -en hembras: se producen en los folículos de Graaff del ovario -> oviducto -> útero -> endometrio -> cervix -> vagina -> vulva. Orígen y migración de las células germinales Las células germinales pasan por meyosis durante la gametogénesis. En mamíferos, se vé un tejido como crestas genitales en el embrión creciendo sobre cada riñón a cada lado del intestino hacia el celoma. Se crean células germinales primarias en el endodermo del saco vitelino. De ahí migran de forma ameboide hacia la cresta genital y se dividen por mitósis. Al principio, las gónadas no se diferencian sexualmente. En los mamíferos, las gónadas sin diferenciar se convierten en ovarios (femeninas). Genes del cromosoma Y controlan la formación del antígeno H-Y, que los convierte en testículos. En humanos, el Síndrome de Insensitividad a Andrógenos feminiza el exterior del cuerpo, sin formar útero ni ovarios (no se crean hormonas en ellos). Los testículos no bajan, y al no haber útero (ni endometrio) no ovula, ni menstrua ni se reproduce. El testículo produce una hormona masculina esteroide (testosterona) y provoca la formación del pene, escroto, ductos eferente y deferente, y glándulas masculinas. Además evita el desarrollo de glándulas mamarias (el pezón es un residuo evolutivo). La testosterona masculiniza el cerebro porque transforma enzimaticamente varias sustancias cerebrales en estrógenos. Estas hormonas (testosterona y estrógenos) determinan que el cerebro se organize para las conductas típicas masculinas de una especie. Si faltan varios genes del cromosoma Y, la gónada se convierte en ovario. Para “masculinizar”el cerebro, se requiere una protección contra los estrógenos. Los embriones hembras producen una “alfa feto-proteína” en la sangre que se une al estrógeno e impide que este llegue al cerebro y lo masculinice. Otras definiciones importantes: Haplodiploidía: condición donde las hembras son diploides y los machos haploides (por ejemplo, Himenopteros). Hipótesis del banco enredado (tangled bank hypothesis): hay reproducción sexual para que los seres sobrevivan en ambientes de muchos cambios (en recursos y presiones para vivir) porque facilita la recombinación genética.