Tema II

1. Tema II Reproducción y herencia

2. REPRODUCCIÓN El proceso por el cual todo ser vivo se conduce a la formación de nuevos individuos, es el único medio natural de perpetuación de las especies y el proceso que liga el pasado y el presente con el futuro. Esta función difiere de otras propias también de los seres vivos en que no es vital en el nivel del individuo, pero si no hay reproducción en una especie, está condenada a desaparecer, por lo tanto, es indispensable para perpetuar las poblaciones.

3. Asexual: en la que participa sólo un progenitor Sexual: con la intervención de dos progenitores y que implica la formación de gametos y el proceso de meiosis A nivel de individuo podemos distinguir dos tipos básicos de reproducción:

4. Algunas de las formas de reproducción asexual son: Fisión binaria o bipartición Partenogénesis esporulación fragmentación gemación mitosis

5. En la reproducción sexual, los procesos celulares involucrados son la meiosis y la gametogénesis…

6. Y a pesar de las notables diferencias entre las formas de reproducción, todas las variantes del proceso dependen de la división a nivel celular…… en los eucariotas, los procesos básicos de división celular, son la mitosis y la meiosis…

7. Mitosis

8. La mitosis siempre es precedida por duplicación del material genético (fase S)…

9. El resultado de la mitosis es la producción de dos células diploides y genéticamente idénticas a la original…… por eso, es un proceso que caracteriza al crecimiento y regeneración de tejidos animales y vegetales

10. Meiosis

11. La meiosis también va precedida por la replicación del DNA…

12. … sólo que al iniciar la segunda división, ya no se replica de nuevo el DNA…

13. El resultado de la meiosis son cuatro células haploides y genéticamente distintas, que pueden convertirse en gametos o en esporas, debido a …

14. El proceso de recombinación del material genético, que ocurre en la profase I…

15. Estos gametos, al unirse en la fecundación y formar un cigoto, nunca darán origen a un organismo igual a sus progenitores, sino que será producto de una mezcla de caracteres…

16. Permite un crecimiento rápido de la población y por tanto, el aprovechamiento de los recursos del ambiente Permite aumentar la dispersión Favorece el desplazamiento de otras poblaciones por competencia Y no requiere de gasto de energía en cortejos ni “displays” Analicemos los dos tipos de reproducción… Por un lado, la reproducción asexual:

17. Implica un alto gasto de energía tanto para la producción de gametos, búsqueda de pareja, desarrollo de artefactos para selección sexual, cuidados parentales, entre otros. Y requiere el desarrollo de estrategias reproductivas que compensen la inversión de energía en términos del número de crías que alcancen la edad reproductiva … mientras que la reproducción sexual…

18. …entonces, por qué el sexo ¿?... No genera variabilidad en las poblaciones La única fuente de variación sería la mutación Y ante un cambio en las condiciones ambientales y con un tipo de respuesta homogéneo la población podría desaparecer por completo Porque en reproducción asexual no todo son ventajas…

19. Ni en la reproducción sexual son todo desventajas, porque… • Genera gran variabilidad genética dentro de una población • Y permite una mayor gama de respuestas a presiones de selección y algunas de ellas serán adecuadas y trascenderán … y es por esta razón que la reproducción sexual es fundamental en la generación y mantenimiento de la variabilidad en las poblaciones…

20. De hecho, el sexo es tan importante para la evolución que hasta quienes no lo tienen incluido en sus “planes”, por lo menos lo imitan… Como los procariontes, con procesos de parasexualidad como: conjugación y transducción

21. Y si la reproducción es el proceso que une el pasado con el presente, es fundamental conocer cómo es que se lleva a cabo esta transmisión de caracteres a través de las generaciones, y eso es el objeto de estudio de la génetica…

22. Genética

23. Cuando los organismos se reproducen en forma asexual los descendientes son copias genéticas exactas del progenitor y si crecen en condiciones similares tendrán una apariencia prácticamente igual…

24. … pero cuando ocurre la reproducción sexual la descendencia muestra algunos rasgos diferentes entre sí y con respecto a los progenitores. ¿De dónde provienen esas “nuevas” características y como pasan de una generación a otra? Esta ha sido una de las interrogantes para los estudiosos de los seres vivos desde hace siglos.

25. La herencia antes de Mendel

26. Las ideas y explicaciones sobre la herencia de caracteres aparecen desde los griegos… • Aristóteles propuso la teoría de la pangénesis en la cual un tipo de partícula, los pangenes, de todas las partes del cuervo se unen y forman los óvulos y los espermatozoides, y que cualquier cambio ocurrido durante la vida era heredable a la descendencia. Esta idea de la herencia de caracteres adquiridos o pangénesis prevaleció hasta el siglo XIX

27. En el siglo XVII, Leeuwenhoek, “observa” el homunculus, un ser humano miniatura en loe espermatozoides. Con esta idea los espermistas consideran que la hembra es sólo un incubado y que todas las características provienen del padre

28. En este mismo siglo, Regnier de Graaf y sus seguidores, los ovistas, proponen que el óvulo contiene al ser humano en miniatura y que el espermatozoide sólo estimula su crecimiento, por tanto todas las características son de origen materno. • En el siglo XIX y con base en las observaciones de los cultivos de plantas ornamentales, los científicos proponen que ambos padres contribuyen en las características de su descendencia, planteando una teoría de mezcla, en la que los materiales hereditarios del macho y la hembra se funden para formar a la descendencia, pero que una vez unido, este material es inseparable, con lo que debía esperarse que la población tuviera una apariencia uniforme después de varias generaciones. • La genética moderna comienza en 1860’s con Mendel, quien descubre los principios fundamentales de la herencia.

29. El trabajo de Mendel

30. Entre 1858 y 1866 Gregorio Mendel trabajó en el jardín del monasterio de Brunn con cruzamiento de guisantes, con el fin de descubrir cómo se transmitían los caracteres entre generaciones.

31. Los guisantes son plantas que se autofecundan (con flor cerrada), así que antes de su maduración Mendel retiró estambres y posteriormente polinizó las plantas con el polen de individuos elegidos por él (fertilización cruzada) controlando así el cruzamiento.

32. Eligió para su estudio características fácilmente observables y de carácter discreto, es decir, aparecen o no por completo…

33. … trabajó con lo que él mismo denominó líneas puras, es decir, organismos que de seguir auto-polinizándose darían siempre individuos con características similares a los padres.

34. … sus experimentos consistieron en llevar a cabo cruzas de organismos de dos líneas puras distintas para un carácter: • A esta generación la llamó parental y a su descendencia como híbridos, es decir, provenientes de progenitores distintos, y la denominó F1 y resultó en individuos que produjeron sólo semillas lisas. • Sembró estas semillas y dejó que se autofecundaran, es decir, que apareó a individuos de la F1 entre sí y obtuvo lo que él llamó su generación F2, formada por organismos que produjeron semillas lisas y semillas arrugadas, en una proporción 3:1

35. Sembró algunas de las semillas de la generación F2 y obtuvo un F3, con organismos que cuando provenían de una semilla arrugada originaban organismos productores del mismo tipo de semilla, pero si provenían de las semillas lisas producían una descendencia productora de semillas mixtas que seguía guardando la proporción 3:1

36. Para interpretar sus datos Mendel supuso la existencia de lo que él denominó factores de control de las características que transmitían los gametos a la generación F1, cuando se transmitían los rasgos sin modificación en la siguiente generación lo llamó dominante y cuando permanecía oculto (enmascarado) pero aparecía en las generaciones posteriores (F2) lo llamó recesivo

37. La aparición o no de caracteres sólo podía explicarse si se asumía que: • En cada organismo existe un par de factores que regulan la aparición de cada característica (hoy le llamamos genes). • Cada organismo obtiene estos factores de sus padres (uno de cada uno). • Cada factor se transmite como unidad no modificable.

38. Que fundamentan sus dos primeras leyes… • Cuando los gametos se forman, estos factores se “reparten” en unidades independientes (Ley de la segregación). • Si un organismo posee dos factores distintos para una característica, uno de ellos se expresa y excluye al otro. A estas formas alternativas de cada factor les llamó alelos (Ley de los híbridos)

39. Del análisis de estos resultados es posible concluir que los organismos de la generación F1, aunque todos produjeron semillas lisas, “mantuvieron guardada” la característica de semilla arrugada, y así, ésta pudo aparecer de nuevo en la F2. • Esto da origen a dos conceptos fundamentales para la genética de hoy, todos los organismos tenemos un fenotipo, es decir, elconjunto de características visibles o que se expresan, pero que sólo son un reflejo de una parte de nuestro genotipo o contenido genético total. • De acuerdo con esto, los organismos pueden heredar características aunque éstas no sean “visibles”.

40. RYRY x ryry Fenotipo: Genotipo: semillas lisas y RYry cotiledones amarillos (dihíbrido) RYry x RYry Sus experimentos posteriores fueron para comprobar si los resultados con un carácter eran válidos para dos o más caracteres, así que realizó cruzas de líneas puras de organismos que diferían en dos caracteres y luego a sus descendientes… Fenotipos: Genotipos: 9: lisas y amarillos RYRY, RYRy, RYrY, RYry. 3: lisas y verdes RyRy, Ryry. 3: rugosas y amarillos rYrY, rYry. 1: rugosas y verdes ryry

41. Con base en los resultados de esta segunda fase de experimentación Mendel enunció su… • Ley de la distribución independiente, en la que establecía que los caracteres en un individuo se segregan en forma individual e independiente del resto de las características

42. La herencia después de Mendel

43. Mendel muere en 1884 y es hasta 1900 que sus trabajos fueron redescubiertos por investigadores que en forma independiente habían llegado a conclusiones similares y al revisarlos se dieron cuenta que “alguien” lo había hecho hacia 35 años.

44. H. de Vries, C. Correns, H. Tschermak y W Bateson, los redescubridores plantearon la necesidad de definir los conceptos básicos de genética y aparece el concepto de gen para sustituir al de factor mendeliano de control. De Vries Correns Tschermak Bateson

45. Bateson y Punnet obtuvieron resultados en otras especies que no concordaban con las proporciones mendelianas esperadas cuando se experimentaba con dihíbridos. • Estas excepciones aparentes a la tercera ley parecían indicar que no todos los caracteres se segregaban y heredaban en forma independiente.

46. Hoy se sabe que las leyes de la herencia de Mendel tienen muchas “excepciones”… • los casos de variación cuantitativa o discontinua de caracteres (estaturas, tipos sanguíneos), que parece estar relacionada con una dominancia incompleta • Los de variación continua donde se observa un gradiente en los caracteres (tonos de piel, de cabello), relacionados también con una codominancia, en la que se presentan alelos múltiples para un carácter y cada alelo en un híbrido da un efecto sobre el fenotipo • la herencia ligada al sexo, relacionada con genes ligados, es decir,localizados en un mismo cromosoma • Y la epistasis, una interacción entre genes en la que la acción de un gen es modificado por uno o mas genes

47. La explicación a esto llega cuando en 1910 Thomas Morgan da a conocer su Teoría cromosómica de la Herencia, basada en sus trabajos con la mosca de la fruta (Drosophila melanogaster) y en la que establece que los genes se localizan en los cromosomas, que son por tanto, estas estructuras las unidades responsables de la transferencia de información genética, así que si dos caracteres están localizadas en un mismo cromosoma no pueden ser heredados en forma independiente porque “viajan” en una misma estructura.

48. Cromosomas y genes

49. Lo que en un principio se identificó sólo como material nuclear o cromatina ( en realidad compuesta de DNA, RNA y proteínas), poco a poco fue entregando sus secretos, la forma más visible de este material es sin duda un cromosoma (DNA y proteínas), una estructura que se hace visible únicamente durante la reproducción celular (mitosis y meiosis) cuando ocurre su migración y reparto entre las célula hijas, tal vez por eso fueron las primeras estructuras estudiadas

50. … sin embargo, pronto se estableció que un cromosoma debía estar constituido por “unidades” de menor tamaño, que aunque no podían ser observados su presencia era necesaria para explicar el hecho de que un cromosoma era responsable de distintas características, entonces aparece el término de gen para nombrar a estas “unidades genéticas”