Embriología



Embriología, rama de la biología que se ocupa del estudio del desarrollo de los embriones animales (para más información relativa a la embriología de las plantas, véase Fecundación; Planta; Semilla). Su ámbito de investigación comprende el desarrollo del huevo fecundado y del embrión, y el crecimiento del feto.

HISTORIA
Hasta la segunda mitad del siglo XVIII, la embriología era más una materia de especulación que de conocimiento. Una teoría muy aceptada fue la preformación. Se pensaba que el animal con todos sus órganos ya existía en pequeño en el embrión y que sólo tenía que desplegarse como una flor. Se mantenía la idea de que cada embrión debía contener los embriones de todos sus futuros descendientes uno dentro de otro, como en un nidal. Muchos naturalistas creían que el embrión estaba contenido en el óvulo, la célula germinal femenina, pero después de que en 1677 el microscopio revelara la existencia del espermatozoide, la célula germinal masculina, la escuela de los llamados espermistas propuso la hipótesis de que el embrión también estaba dentro del espermatozoo. El espermatozoide dibujado parecía una figura humana diminuta, denominada homunculus.
La atención que se prestó a la llamada teoría de la epigénesis, que estableció en 1651 el médico y anatomista inglés William Harvey, fue escasa. Esta teoría, que ya había sido expuesta de una manera vaga por Aristóteles, sostenía que las estructuras especializadas del individuo se desarrollaban paso a paso a partir de formas previas indiferenciadas en el huevo. Sin embargo, la prueba de esta teoría no llegó hasta 1759, cuando el anatomista alemán Caspar Friedrich Wolff comunicó su estudio acerca del desarrollo del polluelo en el huevo y demostró que los órganos derivan de material indiferenciado. La naturaleza potencial básica y la organización de las estructuras del organismo están determinadas en la composición genética del huevo fecundado (véase Herencia). Wolff está considerado como el fundador de la embriología moderna, un título que también recibió el naturalista estonio Karl Ernst von Baer, quien describió en 1827 las fases principales en el desarrollo del polluelo y fue pionero de la embriología comparativa.
La base sólida de esta nueva ciencia la proporcionó la teoría celular formulada en 1838 por el botánico alemán Matthias Jakob Schleiden, quién afirmó que todas las plantas y animales están formados por células. Un año después, su compatriota, el anatomista y fisiólogo Theodor Schwann, confirmaba esta teoría. En trabajos posteriores, estos investigadores demostraron que los órganos y los tejidos se desarrollan mediante división celular. Véase Célula.
DESARROLLO NORMAL EN ANIMALES
Embriología comparativa
Los erizos de mar, las ranas, los seres humanos y muchos otros animales presentan algunas características comunes en su desarrollo. Todos estos organismos se inician como una única célula que luego sufre una división o partición celular y se divide en dos células (1a, 2a, 3a). Las divisiones son tan seguidas que las células no tienen tiempo de crecer por lo que cada vez son más y más pequeñas. Se forma una masa sólida de células llamada mórula (1b, 2b, 3b). Dentro de la mórula se origina una cavidad llena de fluido llamada blastocele y la mórula se transforma en una blástula (1c, 2c, 3c). En un proceso denominado gastrulación ciertas células de la blástula emigran a zonas diferentes y se origina una gástrula, que es una estructura con 3 capas embrionarias (1d, 2d, 3d). La capa externa o ectodermo (que aparece en azul) da lugar a la epidermis y en las ranas, seres humanos y otros animales origina también el sistema nervioso. La capa más interior de la gástrula o endodermo origina las glándulas digestivas más importantes. El mesodermo, que se forma entre el ectodermo y el endodermo, origina el sistema excretor en los erizos de mar y en las ranas y los riñones en los seres humanos. En los animales más evolucionados el mesodermo se diferencia también en la sangre y los músculos.

El desarrollo consiste en una serie de sucesos que se inician con la fecundación del huevo. Para una descripción de las células germinales masculina y femenina, llamadas gametos, y de su proceso de fusión para originar un cigoto, véase Desarrollo.

Cigoto
El cigoto es un óvulo fecundado. Contiene un juego completo de cromosomas, formado a partir de los gametos o células sexuales que lo han producido. Cuando empieza a dividirse, el cigoto se transforma en embrión.

Tras la fecundación, el huevo sufre una división o partición celular. Por tanto, una célula se divide en dos, las células hijas, llamadas blastómeros, en cuatro, éstas en ocho, y así sucesivamente. Cuando el embrión está formado por un centenar o más de células, constituye una masa sólida denominada mórula por su parecido a una mora. En la mayoría de las especies esta masa se organiza en una blástula, que es una esfera hueca delimitada por una capa única de células, el blastodermo; la cavidad interior se denomina blastocele. El paso siguiente es la formación de un saco o copa de doble pared, la gástrula. La pared externa se denomina ectodermo, y la interna endodermo, que rodea una cavidad nueva conocida como tubo digestivo primitivo. En algunos casos, estas dos capas están formadas por la separación o desprendimiento de una masa de células, aunque lo más frecuente es que se forme por invaginación, es decir por la presión hacia dentro de una parte de la pared de la blástula. En todos los animales, a excepción de los más simples, se desarrolla una tercera capa entre las dos anteriores, el mesodermo.
Estas tres capas embrionarias, que se conocen como las capas germinales primarias, se diferencian en órganos similares en todas las especies de animales. El endodermo origina células que se especializan en las glándulas digestivas más importantes y son responsables del revestimiento de los conductos aéreos y de la mayor parte del tubo digestivo. El mesodermo se diferencia en la sangre y los vasos sanguíneos, los tejidos conjuntivos, los músculos, y en general el aparato reproductor y los riñones. El ectodermo da lugar a la epidermis y a las estructuras derivadas como el pelo y las uñas, a mucosas de revestimiento de la boca y el ano, al esmalte dental y al sistema nervioso central.

INDUCCIÓN DEL EMBRIÓN
Primeras divisiones celulares
El huevo fecundado de la rana experimenta cuatro divisiones iniciales durante las cuales las células hijas se hacen cada vez menores. Unas horas después de la primera escisión, la esfera celular hueca, llamada blástula, envuelve una cavidad llena de líquido. Nuevas divisiones dan lugar a tres capas celulares —endodermo (interna), mesodermo (media) y ectodermo (externa)— a partir de las cuales se diferenciarán los principales caracteres de la rana. En el embrión formado al término de esta secuencia, los dos rebordes de ectodermo engrosado se sueldan para formar el tubo neural, precursor del sistema nervioso.

Uno de los logros más importantes de la embriología en el siglo XX ha sido el esclarecimiento de alguna de las razones que existen para la morfogénesis, es decir, para el desarrollo de los modelos y formas, y para la diferenciación, esto es, el desarrollo de una diversidad de tipos de células y tejidos. La observación y experimentación, en especial sobre embriones de anfibios, ha demostrado que se origina un estímulo que procede del material que se invagina durante el proceso de la gastrulación. Las células que se invaginan sobre el futuro lado dorsal del embrión tienen la capacidad de inducir la diferenciación de las células superpuestas a los órganos axiales primarios y las estructuras asociadas, como el sistema nervioso, la notocorda y los segmentos musculares.
Si se impide que las células inductoras de la formación del llamado labio dorsal del blastoporo, que es la apertura de la cavidad de la gástrula, se invaginen, el embrión se mantiene con vida, pero no sufre ninguna otra diferenciación. A la inversa, el implante de un segundo labio dorsal en un lado del embrión induce la formación de un embrión secundario fuera de los tejidos que en condiciones normales hubieran formado algo diferente. Los estudios han demostrado que distintas sustancias químicas pueden imitar en parte los estímulos o el estímulo que procede del tejido embrionario inductor.
NUTRICIÓN
Huevo amniótico
El huevo amniótico de los reptiles, característico también de aves y algunos mamíferos, fue un avance evolutivo crucial para los animales terrestres. El embrión en desarrollo, protegido de la desecación, puede sobrevivir sin necesidad de agua en hábitats muy variados. La yema proporciona nutrientes y la albúmina agua y nutrientes. Los residuos se expulsan al alantoides, que es una prolongación del intestino embrionario. El oxígeno se difunde fácilmente a través de la cáscara externa del huevo; su paso al embrión está regulado por el corion.

Un huevo de gran tamaño, como el de un ave o un reptil, contiene suficiente yema y albúmina como para alimentar al embrión hasta el nacimiento. Sin embargo, los nutrientes que existen en los huevos pequeños se consumen con rapidez y por ello el embrión tiene que alimentarse a través de otros medios. En muchas especies, el embrión abandona el huevo como una larva, forma capaz de alimentarse por sí misma aun cuando todavía carece de los órganos de la forma adulta. En los animales vivíparos, incluyendo a todos los mamíferos con excepción de los monotremas, el embrión recibe el alimento de su madre mediante difusión a través de membranas extraembrionarias específicamente desarrolladas. Con este propósito, las glándulas uterinas de las hembras marsupiales secretan un líquido nutritivo. En la mayoría de los mamíferos, el embrión recibe un aporte de nutrientes solubles procedentes del torrente sanguíneo materno.

EMBRIOLOGÍA HUMANA
Primer mes de desarrollo embrionario
Treinta horas después de la concepción, el óvulo fecundado sufre la primera división celular. El embrión, como se llama a partir de ese momento, sigue dividiéndose a medida que recorre la trompa de Falopio. Se implanta en la pared uterina unos seis días después de la fecundación, cuando ya se ha convertido en una esfera de células con una masa embrionaria discoidal. En la segunda semana empieza a formarse la placenta, que nutre al embrión, formado ya por tres tipos de tejido primordial: endodermo, ectodermo y mesodermo. En el curso de la tercera semana se forma el tubo neural, precursor del sistema nervioso. En la cara dorsal del embrión empiezan a formarse masas de tejido muscular llamadas somitas o somites, de las que surgirán los principales órganos y glándulas. Los vasos sanguíneos y los primordios de la cavidad digestiva surgen hacia el final de esta semana. Cuando termina el primer mes, ya han empezado a desarrollarse todos los órganos importantes. Los ojos son perceptibles, los brazos y las piernas empiezan a aparecer y late por vez primera un corazón de cuatro cavidades.

El huevo humano fecundado en la trompa de Falopio es transportado, mediante los cilios de las células del epitelio de la trompa, hacia el útero, donde se implanta, es decir, se fija y es recubierto por el tejido uterino. Los estudios de embriones de primates indican que tanto en el ser humano como en los monos la multiplicación celular se inicia durante el desplazamiento del huevo a través de la trompa. El embrión implantado está formado por una esfera hueca, el blastocisto, que contiene una masa de células denominada embrioblasto, y que va penetrando profundamente en el endometrio uterino hasta quedar recubierto por el epitelio endometrial. En un blastocisto inferior a dos semanas de edad y con 1 mm de diámetro, el microscopio pone de relieve el amnios (saco que rodea al embrión), el corion (membrana que envuelve al embrión y que delimita con la pared uterina), el saco vitelino y diferentes capas embrionarias.
En la tercera semana aparece una estructura tubular cerrada en la que se desarrollarán el cerebro y la médula espinal. Otro tubo, replegado sobre sí mismo, se diferencia en el corazón, y aproximadamente en este estadio una porción del saco amniótico queda incluida en el interior del cuerpo del embrión para formar una parte del tubo digestivo embrionario. Al principio de la cuarta semana, se observa en el embrión, que ahora tiene una longitud entre 4 y 5 mm, el esbozo de los ojos y oídos, y a cada lado del cuello cuatro hendiduras branquiales. También se puede observar ya la columna vertebral.
A principios del segundo mes aparece el esbozo de los brazos y de las piernas. Los órganos más importantes empiezan a adquirir forma, y hacia la sexta semana empiezan a formarse los huesos y los músculos. Hacia el tercer mes, el embrión se reconoce como el de un primate y se denomina feto. Tiene un rostro definido, con boca, orificios nasales, y oído externo aún en formación; en la undécima y duodécima semanas los genitales externos se hacen patentes. Entre la cuarta y la octava semana de gestación, el embrión humano es especialmente vulnerable a los efectos lesivos de los rayos X, a las enfermedades virales como la rubéola, y a ciertos fármacos. Estos agentes pueden conducir a la muerte del embrión o al nacimiento de un bebé con malformaciones de los miembros u otras anomalías. Hacia el cuarto mes, el embrión se reconoce de forma clara como un ser humano. Para más información relativa al desarrollo fetal, véase Feto. Para más información sobre anomalías relacionadas con una alteración del desarrollo, véase Anomalías congénitas; Obstetricia.

jueves, 7 de octubre de 2010

Cortejo y apareamiento


Pavo real
Las plumas alargadas y los brillantes colores del pavo real macho atraen a la hembra durante el cortejo.

Cortejo y apareamiento, comportamientos empleados por los animales para atraer a una pareja con fines de reproducción sexual. El cortejo es el conjunto de comportamientos rituales, únicos para cada especie, que conduce y posibilita el apareamiento. Está en el origen de algunos de los mayores espectáculos de la naturaleza, tales como el elaborado baile de la grulla canadiense, el extraordinario salto mortal en vuelo del águila calva y el viaje maratoniano de los salmones remontando su río nativo, que puede alcanzar cerca de 4.000 kilómetros.
El apareamiento consiste en situar los espermatozoides, las células sexuales masculinas, en la proximidad de los óvulos o huevos, las células sexuales femeninas. Los animales utilizan una gran variedad de métodos de apareamiento, todos encaminados a la fecundación o fusión del espermatozoide y el óvulo. La fecundación inicia el desarrollo de un nuevo organismo, el comienzo de la siguiente generación. La fusión del espermatozoide y el óvulo, conocida como reproducción sexual, es el medio predominante de reproducción. El resultado es una descendencia genéticamente diferente, que es más capaz de sobrevivir en un medio cambiante, lo que incrementa el potencial de preservación de las especies.
Muchos animales deben pasar por varias pruebas antes de aparearse de manera satisfactoria. Para tener éxito en el apareamiento, un individuo debe, en primer lugar, identificar y atraer a una pareja potencial de la misma especie. Uno de los dos, o en ocasiones ambos, debe despertar el interés sexual del otro. El comportamiento sexual debe estar regulado de manera que ambos estén preparados para la unión física al mismo tiempo. Las señales y los comportamientos de los cortejos rituales tienen como función ayudar a los animales a superar los obstáculos del apareamiento.
IDENTIFICACIÓN DE LA PAREJA
Los animales utilizan una variedad de señales visuales, auditivas y químicas durante el cortejo y el apareamiento. Algunas son importantes para la identificación. Por ejemplo, las especies de luciérnagas son muy similares; por ello, para señalar su identidad a las posibles parejas, cada especie emite una combinación única de destellos. Las ranas usan un código vocal para reconocer a los individuos de su misma especie y las aves cantan diferentes tipos de canciones para anunciar su identidad.
Las indicaciones visuales a menudo ayudan a los animales a localizarse unos a otros en hábitats con una densa vegetación. Las manchas negras y blancas de los osos pandas gigantes, por ejemplo, permiten a los individuos destacarse en los espesos bosques de bambú en los que viven. También los sonidos permiten a los animales encontrarse unos a otros. Los sonidos que emite un elefante macho, inaudibles para el oído humano, son una señal de llamada que las hembras pueden oír a unos 5  km de distancia. Los coros de las ranas toro, los mugidos de los alces y los trinos de los pájaros construyen una cerca de sonido que previene a los machos competidores, mientras incita a las hembras a examinar el territorio.
Las señales químicas, llamadas feromonas, reúnen a individuos que están a kilómetros de distancia. Una mariposa de la seda macho, por ejemplo, puede detectar las feromonas de invitación de la hembra a una distancia de más de 11 km. Muchas especies de peces, de una gran sensibilidad a las partículas químicas presentes en el agua, secretan feromonas para localizar a sus parejas. Estas señales químicas también pueden ser indicativas de fertilidad para una posible pareja. La jirafa hembra secreta feromonas en su orina que son detectadas por el macho y que anuncian la fertilidad de la hembra, señalando el momento correcto para el cortejo y el apareamiento.

CAMBIOS FISIOLÓGICOS
Los comportamientos durante el cortejo y el apareamiento suelen estar motivados por cambios fisiológicos que responden a cambios en el medio ambiente. Por ejemplo, el mayor número de horas de luz, las temperaturas más cálidas u otras indicaciones ambientales de la primavera pueden motivar múltiples fluctuaciones hormonales. Esos cambiantes niveles de hormonas pueden despertar la territorialidad en los machos o la tendencia de las hembras a anidar.
En lo que respecta a los mamíferos —con la excepción de los seres humanos— los cambios fisiológicos asociados con el cortejo y el apareamiento permiten asegurar que éste tenga lugar durante un periodo limitado llamado estro, el breve momento del ciclo reproductor de la hembra en que los óvulos son liberados y ésta es receptiva al apareamiento. La frecuencia y el momento del estro varía según la especie. Hay animales con un solo estro por año, como por ejemplo los lobos, que tienen el estro en el invierno, los zorros, que tienen el estro a principios de la primavera, y los osos pardos, que tienen el estro a finales de la primavera o a comienzos del verano. Los ciervos y los alces tienen varios estros en el otoño, y los caballos en la primavera. Algunos animales, incluyendo las hienas, los gatos y las palomas domésticas, tienen estros a lo largo de todo el año, independientemente de la estación.
El estro suele estar programado de manera que el nacimiento tiene lugar cuando las condiciones del entorno son más apropiadas para el crecimiento de la cría, por ejemplo en primavera, cuando las temperaturas son relativamente suaves y las hierbas, los arbustos y los árboles echan sus hojas nuevas, proporcionando alimento para el desarrollo de la cría. Para que los animales no pierdan esa oportunidad, la selección natural ha favorecido el desarrollo de señales, tales como fuertes feromonas o la hinchazón de los genitales que se advierte en las hembras de mandriles y otros primates, que anuncian al macho cuándo una hembra se encuentra en estro y está preparada para el apareamiento.


COMPORTAMIENTOS DURANTE EL CORTEJO

Jardinero moteado
El jardinero moteado exhibe elaborados rituales de cortejo en los que el macho recolecta objetos como cubiertas de moluscos, bayas y flores para atraer a la hembra.

Para asegurar el éxito del apareamiento, los animales han desarrollado una serie de comportamientos durante el cortejo, que van desde los más discretos a los más llamativos. En muchas especies los dos miembros de la pareja se enfrentan a emociones encontradas (miedo, agresión e interés sexual), suscitadas por la proximidad física. Las exhibiciones del cortejo, altamente ritualizadas, calman el miedo, neutralizan la agresión y permiten que se desarrolle la excitación sexual. Estas exhibiciones suelen construirse con gestos que no tienen una connotación sexual. El cortejo del lobo gris, por ejemplo, se parece mucho al juego de los lobos jóvenes e incluye una secuencia de frotamientos de la cabeza, olfateos, mordiscos y asimientos del hocico, movimientos todos de un carácter apacible, muy distintos de la fiereza de una lucha real. Otros animales toman los movimientos del cortejo de la relación entre el progenitor y la cría, y así piden comida, solicitan cuidados o se alimentan uno a otro.

Ave lira
El ave lira se caracteriza por la gran longitud de las plumas de la cola. Ésta, formada por plumas muy modificadas, es utilizada en exhibiciones de cortejo durante la estación de apareamiento.

Muchos animales dan vueltas, se persiguen o corren juntos, hasta que sus movimientos están sincronizados y ambos están psicológicamente preparados para el apareamiento. Las grullas canadienses, que se unen de por vida, realizan un canto y una danza muy elaborados para formar y fortalecer sus vínculos de pareja. Empiezan con un dueto largo y staccato, que se transforma en una danza explosiva en la que ruedan, se encogen, saltan hacia arriba y baten las alas varias veces antes de caer a tierra. Algunos animales como el alce y el león marino compiten con sus rivales de forma combativa. Los machos reúnen un harén de hembras y mantienen una vigilancia constante, luchando contra los avances de sus rivales para asegurar su propia paternidad.
TIPOS DE APAREAMIENTO
Fecundación interna
Los vertebrados terrestres se abrazan estrechamente el uno al otro durante la copulación, el acto mediante el cual el macho deposita su esperma dentro del aparato reproductor femenino. En las tortugas gigantes de las islas Galápagos que se muestran aquí, el apareamiento puede durar horas.


En muchos animales acuáticos, la unión del espermatozoide y el óvulo tiene lugar fuera del cuerpo de la hembra, en un proceso llamado fecundación externa. Esponjas, almejas, ciertos peces y otros organismos acuáticos que confían en la fecundación externa suelen producir grandes cantidades de espermatozoides y óvulos, a veces millones, lo que asegura la fecundación, aunque la mayoría de los gametos sean dispersados por las corrientes. Otros organismos acuáticos, como las ranas, por ejemplo, dependen de una gran proximidad física y una liberación casi simultánea de los gametos para garantizar la fecundación. Las ranas ejecutan una oportuna danza nupcial, en la que el macho se sube a la espalda de la hembra y la estrecha contra sí. Eso estimula a la hembra a soltar los huevos, que el macho rocía con su esperma.
En casi todos los organismos terrestres la fecundación es interna. La mayoría de las aves transmiten su esperma uniendo sus cloacas, una abertura en el abdomen inferior empleada en la reproducción y en la eliminación de los excrementos. Algunas aves como las águilas calvas y los vencejos realizan la unión de las cloacas mientras vuelan. Los machos de los reptiles acuáticos, como algunas tortugas y los cocodrilos, y las aves acuáticas, incluidos los patos y los gansos, tienen un pene en la cloaca que se inserta en la cloaca de la hembra durante la actividad sexual. Esos animales suelen copular en el agua, y el pene ayuda a transmitir el esperma antes de que las corrientes se lo lleven. Los avestruces y los ñandúes también tienen un pene en la cloaca.
Casi todas las serpientes y lagartos presentan otra variación de fecundación interna. Localizados en la cola hay dos penes, llamados hemipenes, que están cubiertos por escamas y protuberancias que ayudan a introducirlos en su lugar durante el apareamiento. El macho utiliza un solo hemipene en la copulación. Los machos de los tritones secretan grandes cantidades de espermatozoides en un recipiente llamado espermatóforo. La hembra levanta el espermatóforo con los bordes de la abertura externa que conduce a la cloaca. En los insectos y en casi todos los mamíferos y marsupiales, el esperma se transmite cuando el pene del macho se inserta en la vagina de la hembra.
El tiempo y la energía requeridos en el cortejo, el apareamiento y la reproducción son muy importantes a la hora de determinar los preparativos del cortejo y los comportamientos. Ese gasto de tiempo y de energía —la llamada inversión de paternidad— difiere en machos y hembras. En general, la inversión de las hembras es mucho mayor que la de los machos. Por ejemplo, requiere más energía producir huevos que esperma, pues los huevos pueden ser mil veces mayores que el esperma. Los machos suelen emplear mucha más energía durante el cortejo, mientras que las hembras gastan más tiempo y energía al poner los huevos o al alumbrar y alimentar a la cría.

Caballitos del diablo: apareamiento
Después del apareamiento, los caballitos del diablo depositan sus huevos en el agua. Los huevos eclosionan y se desarrollan formas larvarias acuáticas, que luego dejan el agua, sufren metamorfosis y se convierten en adultos.

El modo en que la energía se gasta en el apareamiento influye a su vez en los comportamientos sociales dando lugar a especies monógamas, polígamas o promiscuas. En la monogamia, un individuo sólo se une con otro individuo, bien durante la época de cría, bien durante toda la vida. En la poligamia, un individuo se une con más de un individuo del sexo opuesto en una misma época de cría. Cuando un macho se une con más de una hembra, el hecho se denomina poligamia; cuando una hembra se une con más de un macho, se llama poliandria. En la promiscuidad, tanto el macho como la hembra se unen con más de un miembro del sexo contrario durante la época de cría.
En la evolución de esas estrategias reproductoras influye una serie de factores: la abundancia y la distribución de las reservas de alimento, el grado de desarrollo de la cría recién nacida y la presencia de predadores, entre otros factores. La mayoría de las aves, por ejemplo, come bayas, semillas, insectos y otros alimentos que se encuentran ampliamente distribuidos por el campo, por lo que dos progenitores son suficientes para proporcionar alimento a la cría indefensa. La hembra tiene grandes posibilidades de transmitir sus genes a la siguiente generación si selecciona para la fecundación de sus huevos a un macho fuerte y saludable, capaz de defender con éxito un territorio rico en alimento. El ave macho tiene grandes posibilidades de transmitir sus genes a la siguiente generación si establece una relación monógama con la hembra, se mantiene en su lugar y ayuda a proporcionar comida a su descendencia indefensa. No obstante, algunas aves, tales como el urogallo y el pavo, tienen crías que están bien desarrolladas y necesitan relativamente pocos cuidados paternos. En ese caso, el macho tiene grandes posibilidades de transmitir sus genes a la siguiente generación si es polígamo y se aparea con tantas hembras como le sea posible, de modo que su esperma fecunde el mayor número de óvulos.
El tipo de estrategia de apareamiento dicta a su vez lo que un animal debe buscar cuando se trata de elegir una pareja. Si los recién nacidos requieren ayuda paterna para su alimentación y protección, algunos rasgos del comportamiento, tales como la construcción del nido, pueden ser importantes. Esa puede ser la causa de que algunas aves construyan nidos falsos —nidos que se realizan más como exhibición que para incubar huevos o criar polluelos— como parte de su ritual de apareamiento. Si el elector, generalmente la hembra, sólo está buscando buenos genes y no un buen compañero, su elección puede basarse en otros rasgos externos que proporcionen alguna información sobre la composición genética de la pareja. Una gran cornamenta puede significar habilidad para encontrar alimento, a pesar de su peso excesivo; una danza enérgica puede significar resistencia; un plumaje brillante puede significar ausencia de parásitos; y un colorido intenso puede significar una energía suplementaria, capaz de producir un exceso de pigmento.
Para la mayoría de los animales la elección de una pareja no es una decisión necesariamente consciente. Sería más exacto hablar de una especie de instinto, de un modelo innato de comportamiento que es parte de la composición genética del animal, desarrollado a lo largo de generaciones como una selección natural que favorece las conductas que mejor trabajan en la perpetuación de la especie. Por ejemplo, la hembra del pavo real se siente atraída por machos enérgicos con largas colas y plumajes tornasolados, tal vez porque esos rasgos son indicativos de resistencia, vigor o grandes habilidades en la caza. Las hembras que no seleccionan machos con largas colas o plumajes brillantes pagan un precio: sus hijos no serán tan atractivos a las hembras de la siguiente generación y sus genes no se perpetuarán.
ESTUDIOS CONTEMPORÁNEOS
El cortejo y los comportamientos durante el apareamiento han sido estudiados tradicionalmente en poblaciones salvajes mediante la observación directa. También se han realizado experimentos controlados sobre el terreno y en el laboratorio. Por ejemplo, en un estudio de laboratorio sobre los faisanes, los investigadores analizaron el criterio utilizado por las hembras para seleccionar a los machos. Los faisanes machos de muchas especies lucen dos o tres espolones en cada pata, unas armas formidables para expulsar a los competidores de sus harenes y alejar a los predadores de sus crías. Los espolones grandes no sólo indican una gran habilidad para la lucha, sino también una mejor composición genética general, pues los machos con espolones grandes sobreviven a los machos con espolones cortos. Los investigadores ataron espolones artificiales, unos más largos y otros más cortos, a los faisanes machos y descubrieron que las hembras seleccionaban a los machos con los espolones más largos. Ese experimento, así como otros muchos, sugieren que ciertas características físicas proporcionan una información clave sobre la fisiología, un importante factor en la selección de la pareja.
Recientemente, se han realizado investigaciones a un nivel molecular. Algunos estudios muestran que unos genes ligados a un grupo de proteínas del sistema inmunológico, llamado complejo mayor de histocompatibilidad (CMH), desempeñan un importante papel en la conducta reproductora del ratón. Los diferentes tipos de CMH se identifican por un olor específico de la orina, que permite que un individuo elija a su pareja en función de un CMH particular. Otros experimentos han permitido a los investigadores identificar lo que parece ser el gen que codifica las proteínas implicadas en el cortejo y la conducta reproductora del macho de la mosca de la fruta. Las observaciones del comportamiento en enclaves naturales, realizadas para investigar los genes, permiten a los científicos seguir desentrañando las complejidades del cortejo y el apareamiento, ese drama estacional que genera la propia vida.

Célula madre



Experimento con células madre
En este experimento, las células madre embrionarias obtenidas de ratones pigmentados son cultivadas y transferidas a un embrión de ratón no pigmentado. Las células madre embrionarias que portan los genes responsables de la pigmentación se multiplican y diferencian en el embrión; el resultado es un ratón que presenta varias zonas pigmentadas.

Célula madre (en inglés, stem cell), célula no diferenciada capaz de experimentar divisiones ilimitadas y producir células hijas que pueden dar origen a los distintos tipos de células presentes en el organismo. Las células madre de un embrión son capaces de transformarse en células de cualquier tejido u órgano. También hay células madre en los tejidos adultos, aunque su capacidad de diferenciación es mucho más limitada.
Se distinguen varios tipos. Las células madre totipotenciales surgen en las primeras divisiones del óvulo fecundado. Son células madre embrionarias capaces de dar lugar a cualquier otro tipo de célula y, por lo tanto, a un organismo completo. Las células madre pluripotenciales están presentes en el estadio de blastocisto de un embrión. Son también células embrionarias capaces de diferenciarse en casi todos los tipos celulares. Las células madre multipotenciales o células madre adultas se encuentran en algunos tejidos de los adultos, como la médula ósea, pero también se hallan en el feto y en el cordón umbilical. Su capacidad de diferenciación parece algo menor, aunque no es del todo conocida.
Debido a su capacidad para diferenciarse en cualquier tipo de célula, las células madre pueden regenerar tejidos dañados por enfermedades, traumatismos, o simplemente por el envejecimiento. A ello se debe el gran interés que ha despertado este tipo de células, lo que ha favorecido que, en la actualidad, sean objeto de múltiples estudios de investigación.
ORIGEN DE LAS CÉLULAS MADRE
Cuando un gameto masculino fecunda un óvulo se origina una célula madre. Algunos científicos consideran que el cigoto constituye en sí mismo una célula madre, mientras que otros creen que debe experimentar primero varias divisiones para dar origen a estas células. Las células madre se diferenciarán en células sanguíneas, del tejido óseo, musculares o de la piel y, en definitiva, en todas las células especializadas que forman parte de los tejidos del cuerpo humano. No obstante, en los individuos adultos hay un pequeño número de células madre que permanece en cada órgano del cuerpo, sobre todo con objeto de reparar los daños que se puedan producir en esos tejidos. Si bien, todas las células pueden dividirse para producir copias idénticas, solo las células madre pueden originar distintos tipos de células especializadas. Debido a esta capacidad, las células madre podrían constituir el tratamiento inicial de una gran variedad de enfermedades como la enfermedad de Alzheimer y la enfermedad de Parkinson.
Sin embargo, para poder estudiar las posibles aplicaciones médicas de estas células, los científicos necesitan líneas celulares de células madre. Esas líneas son colonias de células madre que crecen y se multiplican en el laboratorio en un medio de cultivo, es decir, en una sustancia que contiene los nutrientes necesarios para su desarrollo. Estas líneas celulares proporcionan a los científicos el material necesario para las investigaciones. Sin embargo, las células madre también envejecen y parece que pierden parte de su capacidad de diferenciación. En otras palabras, estas células madre no son tan versátiles como las jóvenes. La excepción parecen ser las células madre adultas procedentes de la médula ósea, que mantienen su capacidad de transformarse en cualquier tipo de célula. Por esa razón, las células madre adultas de la médula ósea y las células madre de los embriones serían las herramientas más adecuadas para ser utilizadas en tratamientos médicos.
Los científicos han abierto dos líneas de investigación para determinar las aplicaciones médicas de las células madre. En una primera aproximación, se trata de desarrollar células que puedan ser trasplantadas para combatir una enfermedad específica. Por ejemplo, los pacientes con una enfermedad hepática podrían recibir células madre de hígado. En un futuro próximo, es posible que ciertos tratamientos médicos incluyan, de forma habitual, dosis ocasionales de células madre, algo parecido a dosis de refuerzo que ayuden a que el organismo sea capaz de luchar contra las enfermedades y reparar los tejidos lesionados. El segundo tipo de investigación se centra en el estudio de cómo el propio organismo utiliza este tipo de células. Tal vez actúen como almacenes celulares que se activan y desactivan según las necesidades del individuo.
DEBATE SOBRE EL USO DE LAS CÉLULAS MADRE
A pesar del futuro prometedor que ofrece el uso terapéutico de este tipo de células, en la actualidad las investigaciones con células madre son objeto de una gran controversia, sobre todo en lo referente a su origen, ya que en su mayoría proceden de embriones y, en concreto, de aquellos desechados en los tratamientos de infertilidad. Durante el tratamiento conocido como fecundación in vitro, los óvulos extraídos del ovario de una mujer se unen con los espermatozoides del hombre en el laboratorio. En algunos casos se fecunda más de un óvulo y se obtienen embriones extras. Las células madre se obtienen de embriones en los estadios iniciales de división.
La utilización de las células madre en la investigación médica plantea una pregunta fundamental: ¿esas células provienen de tejidos humanos o de seres humanos como tal? Algunas personas se oponen a la utilización de cualquier elemento que proceda de embriones considerados viables (es decir, capaces de crecer), incluidas las células madre. Por tanto, para aquellas personas que comparten esta postura, el uso de las células madre supone la destrucción de una vida humana. El punto de vista opuesto es defendido por aquellos que piensan que estos embriones nunca se convertirían en seres humanos, ya que serían eliminados o se mantendrían congelados para futuras investigaciones, razón por la que consideran que este material debería utilizarse, especialmente si eso sirve para curar algunas enfermedades.
Aquellos que se oponen al uso de las células madre de embriones señalan que existe una diversidad de tejidos alternativos, como la médula ósea o el cordón umbilical, de los que es posible extraer células madre. No obstante, todavía no está claro si las células madre procedentes de estos tejidos tienen la misma capacidad de diferenciación que las células madre embrionarias y, por tanto, poseen el mismo potencial para el tratamiento de las enfermedades.
Más polémica todavía resulta la creación de embriones mediante técnicas de clonación con el fin de obtener células madre. Esta posibilidad ha suscitado un importante debate ético y numerosos países han prohibido los experimentos que contemplan la clonación humana. Para muchos, la clonación terapéutica supone la destrucción de embriones durante el proceso de obtención de las células madre, la posible explotación de las mujeres como donantes de óvulos y el riesgo de que las nuevas técnicas puedan conducir a la clonación de seres humanos. La clonación terapéutica pretende la clonación de células madre con la misma carga genética del paciente y su manipulación para convertir dichas células en células especializadas de cualquier tipo de tejido. Posteriormente, estas células se reintroducirían en el organismo del propio paciente con el fin de ayudar a curar una determinada enfermedad o reparar los tejidos dañados. Como las células son genéticamente similares, presumiblemente las células trasplantadas no serían rechazadas por el sistema inmunológico del paciente.
INVESTIGACIÓN MÉDICA
Fue en 1981 cuando los científicos consiguieron, por primera vez, cultivos de células madre embrionarias de ratón. Aunque este hito marcó el desarrollo de numerosos trabajos de investigación, hasta 1998 no se logró el cultivo en laboratorio de células madre de origen humano. En ese año, dos equipos de investigadores anunciaron por separado que habían aislado y cultivado células madre humanas procedentes, en un caso, de embriones en fase de blastocisto y, en el otro, de fetos abortados. Los equipos de investigación estaban dirigidos por los biólogos John Gearhart, de la Universidad de Johns Hopkins, y James Thomson, de la Universidad de Wisconsin en Madison.
A finales de la década de 1990, los científicos descubrieron muchas otras características de estás células, como que las células madre adultas procedentes de un tejido concreto, como es la sangre, pueden originar células de otros tipos de tejidos, como por ejemplo células nerviosas (neuronas). Uno de los resultados más interesantes fue obtenido por el investigador Fred Gage en el Instituto Salk para Estudios Biológicos, quien demostró que el cerebro humano adulto puede crear nuevas neuronas. Antes del descubrimiento de Gage los neurobiólogos asumían que nuestro cerebro no creaba ninguna célula nueva después del nacimiento. Presumiblemente, esta capacidad proviene de las células madre de este tejido.
Hoy, a principios del siglo XXI, los investigadores todavía no han desarrollado ninguna aplicación clínica real de los cultivos de células madre. No obstante, mucho antes de que fueran aisladas, las células madre ya se habían utilizado en el tratamiento de algunas enfermedades. En 1968 los científicos desarrollaron, con éxito, el primer trasplante de médula ósea, un procedimiento por el cual un paciente recibe una infusión de células sanas de médula ósea. El propósito de dicho transplante era restaurar la capacidad de la médula de generar células sanguíneas en pacientes que habían recibido tratamientos intensos con quimioterapia, que habían dañado profundamente ese tejido. Los investigadores sospechaban que las células madre presentes en el implante de médula ósea eran las responsables del éxito de dicha técnica. En la actualidad, el trasplante de médula ósea se ha convertido en un tratamiento habitual para ciertos tipos de cáncer (leucemia, linfoma) y otras enfermedades de la sangre o de los huesos.
Actualmente, hay numerosas líneas de investigación abiertas basadas en las células madre que permitirán conocer los mecanismos de diferenciación celular y aportarán, en un futuro no muy lejano, nuevos tratamientos para diversas enfermedades, hasta ahora incurables.

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