Desarrollo Biológico.
 Parte I.

De la Célula al Organismo. Biología del Desarrollo

En esta ocasión quisiera explicar un tema que siempre me ha parecido muy interesante, el desarrollo biológico. No sólo me enfocaré en el desarrollo de un nuevo ser humano u otro mamífero, sino que intentaré hacer una comparación entre varias especies de esta inmensa biodiversidad.  Presentaré los conceptos básicos de la Biología del Desarrollo y espero que también sea útil si estás estudiando estos temas…

Introducción

Pensemos en lo siguiente: un óvulo es fecundado por un espermatozoide, en este momento tenemos una célula con el número completo de cromosomas, los mismos cromosomas que acompañarán al nuevo ser toda su vida. 

Además, estamos hablando de una célula fecundada, que luego será un organismo completo, con tejidos, órganos, instinto, comportamiento, vida social, etc; pero en realidad fue sólo una célula en un momento, ¡una sola célula!. 

Es decir,  esa célula tenía toda la información necesaria para formar un individuo ¿Cómo explica la Biología esta transformación que sucede desde un huevo fertilizado a un organismo completo?

Bueno, no fue fácil pero muchos años de investigación han dado sus frutos y es muy interesante.

Durante las últimas décadas, la combinación de la genética con la biología molecular y celular produjeron suficiente información como poder establecer un marco conceptual para los procesos del desarrollo.

 

Conceptos Antiguos

Durante los siglos XVII y XVIII los primeros estudiosos o científicos que abordaron esta pregunta, elaboraron una teoría que persistió mucho tiempo.

Esta teoría, establecía que el joven animal estaba preformado dentro del huevo y, que el desarrollo era una simple cuestión de crecimiento. 

Otros proclamaban que, con un instrumento adecuado, podían ver al pequeño ser en miniatura dentro del huevo o espermatozoide (Figura 1). A esta teoría se la llamó Preformación.

Figura 1. Pequeño individuo formado dentro del espermatozoide. Ilustración del s. XVII.

 

En 1759 el embriólogo alemán Friedrich Wolff demostró que en las primeras etapas del desarrollo del pollo no había un embrión, sino un material granular que iba formando capas que se plegaban y segmentaban.

Estas capas continuaban la segmentación hasta que aparecía el cuerpo del embrión y llamó a esta hipótesis del desarrollo: epigénesis (en el sentido biológico, el origen después de...).

Este concepto establecía la idea que el huevo fecundado contiene solamente el material de construcción. El huevo se ensamblaba de una forma u otra por una fuerza directora desconocida. 

Esta última idea no era tan desacertada, la diferencia es que actualmente sabemos más sobre qué factores influyen en el desarrollo y la diferenciación. 

¿A qué denominamos Desarrollo?

Podemos entender al desarrollo como la descripción de los cambios progresivos de un individuo desde su comienzo hasta la madurez. 

Este proceso, en los organismos pluricelulares sexuales, generalmente empieza con el óvulo fecundado que se divide por mitosis para producir el patrón general del organismo. 

La diferenciación celular es el resultado de una jerarquía de acontecimientos en el desarrollo (Figura 2).

Figura 2. Etapas del desarrollo biológico

La diferenciación es progresiva y el tejido diferenciado final es relativamente estable.

Los diferentes tipos celulares no aparecen sencillamente en un momento dado; en realidad son el resultado de condiciones que se dieron en estados precedentes del desarrollo. Es importante entender que en cada etapa del desarrollo aparecen nuevas estructuras a partir de rudimentos anteriores. 

Cada subdivisión celular es más y más restrictiva. Lo establecido en cada etapa jerárquica limita el destino final en el desarrollo. Una vez que se ha adquirido una estructura, el poder de diferenciación está determinado.

Los dos procesos básicos de esta subdivisión progresiva son la localización citoplasmática y la inducción.

Procesos clave al comienzo del Desarrollo

La Figura 3 resume los principales acontecimientos celulares al comienzo del desarrollo embrionario. Cabe aclarar que en la fecundación, aunque generalmente la activación del óvulo es el contacto con el espermatozoide, algunas especies de rotíferos, crustáceos, insectos, peces y lagartos del desierto son partenogénicos (Figura 4). La partenogénesis es un tipo de reproducción unisexual en la que se forma un óvulo haploide por meiosis y que se desarrolla sin ser fecundado.

Figura 3. Etapas del comienzo del desarrollo.

Figura 4. Animales partenogénicos.

En las primeras fases del desarrollo, la segmentación del cigoto da lugar a cientos de miles de células que son características de cada especie. Por ejemplo, se llega a alrededor de 1000 células en los gusanos poliquetos, 9000 en el anfioxo y 700000 en las ranas.

Durante la segmentación, además hay un gran aumento del ADN debido a que el número de núcleos y el material genético se duplican en cada división (¡ahora son muchas más células nucleadas cada una con la misma información genética!). 

Además, hay un pequeño cambio en la composición química por un desplazamiento de las partes constituyentes del citoplasma ovular durante este período. Esto se denomina polaridad, donde se distingue un eje polar que establece la dirección de la tabicación y la siguiente diferenciación del embrión (Figura 5).

Figura 5. Polaridad del óvulo de rana luego de la entrada del espermatozoide.

Los patrones de segmentación 

La segmentación es un proceso generalmente muy regular, sin embargo, el patrón que sigue se ve influido por dos factores: 

1) por la cantidad y distribución del vitelo (Conjunto de sustancias nutritivas que se encuentran almacenadas dentro de un huevo y que sirven para alimentar al embrión.)

2) por la simetría del proceso. 

Existen 4 tipos principales de segmentación:

1. segmentación radial holoblástica, ejemplo: la estrella de mar y la rana

Los planos de segmentación producen capas simétricas de células. Es una segmentación reguladora porque cada blastómero del embrión temprano se separa del resto y puede “regular” su desarrollo para producir un embrión completo. Esto sucede porque estas células (blastómeros) son equipotentes.

En este caso el huevo se divide oblicuamente con respecto al eje animal-vegetativo dando lugar a cuartetos de células sobre los surcos que separan las células contiguas.

Estos huevos empaquetan sus células como si fueran pompas de jabón. Su desarrollo es en mosaico. Esto significa que los determinantes para la formación de órganos están estrictamente localizados en el citoplasma del huevo, ¡incluso antes de la primera división!. Esto resulta en que si se separan los blastómeros, formarán embriones incompletos.

 

1 3. segmentación discoidal meroblástica, ejemplo: el pollo

Debido a la gran masa de vitelo de estos huevos, la segmentación está limitada. Se forma una sola capa blastodérmica, que más tarde se divide según planos ecuatoriales para constituir varias capas de células.

1  4. Segmentación rotacional holoblástica, ejemplo: el ratón

Esta segmentación se llama así debido a la ausencia de una polaridad patente y a la orientación al azar de las divisiones asincrónicas.

Los oocitos se clasifican según la cantidad de Vitelo

Los huevos con muy poco vitelo distribuido uniformemente se llaman ISOLECITOS. En tales huevos, típicos de equinodermos (ej: estrella de mar), cefalocordados (ej: pez lanceta), nemertinos (que son un tipo de gusano), la mayoría de los moluscos (ej: pulpo), varios invertebrados (ej: insectos), mamíferos marsupiales (ej: canguro) y placentarios (ej: ser humano) la segmentación es HOLOBLÁSTICA. 

Esto significa que el surco de segmentación afecta por completo a todo el huevo. Los cigotos de la mayoría de los invertebrados acuáticos contienen poco vitelo para el crecimiento y pasan rápidamente a un estado larvario que nada libremente; alimentándose por sí mismo para continuar con su desarrollo posterior. A este tipo de maduración se lo llama DESARROLLO INDIRECTO debido a que la etapa larvaria (que luego sufrirá una metamorfosis) se interpone entre el embrión y el organismo adulto.

Los cigotos de los mamíferos, como los del ratón, también tienen poco vitelo, pero han evolucionado de forma que saltean la etapa larvaria. En los mmaíferos se ha desarrollado una unión placentaria con la madre a través de la que se nutren durante una gestación prolongada. A esto se lo llama DESARROLLO DIRECTO.

Los huevos de los anfibios se denominan MESOLECITOS porque poseen una moderada cantidad de vitelo, concentrado en el polo vegetativo. El polo opuesto (polo animal), contiene citoplasma y muy poco vitelo. También se segmenta holoblásticamente, pero el proceso se retarda en el polo vegetativo, que es rico en vitelo. La mayoría de los anfibios pasan por un estado larvario y posterior metamorfosis.

Las aves, los reptiles y la mayoría de los peces, algunos anfibios tropicales y los moluscos cefalópodos producen los huevos más grandes del reino animal. 

A estos huevos s se los llama TELOLECITOS.  Contienen mucho vitelo que se concentra en un extremo del huevo (ej: pollo). El citoplasma, en división activa, queda confinado a una delgada masa discoidal situada sobre el vitelo. 

La segmentación es parcial o MEROBLÁSTICA. Esta segmentación es parcial porque los surcos de las divisiones no pueden atravesar la densa masa de vitelo y se detienen en el límite entre éste y el citoplasma.

Las aves y los reptiles no tienen etapa larvaria ni placenta, pero poseen suficiente vitelo para su crecimiento hasta que nacen como individuos jóvenes.

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Referencias

El desarrollo es un tema largo pero súper interesante para entender. Si bien hay muchísima biodiversidad, es muy interesante ver como todo converge en un origen similar...¡y cuanta razón tenía Darwin!. Espero que te sirva y me comentes todo lo que quieras!

¡Hasta la próxima!