4.2: Singamia y Meiosis

Proceso Sexual y la Singamia

Un proceso sexual es importante para la supervivencia de una especie. Primero, hace que la población sea más diversa, lo que permite una mayor flexibilidad para adaptarse a través de la selección natural. La selección natural significa que todos los organismos son diferentes, pero si cambian las condiciones ambientales, solo los más adaptados sobrevivirán. Si la población es uniforme, tiene menos posibilidades de supervivencia. Segundo, evita que las mutaciones letales sean transferidas a la descendencia, porque aquellos con las mutaciones morirán en lugar de transmitir estos genes. El último ocurre cuando el gen mutado está duplicado o solo en genotipo.

(El genotipo es un contenido génico del organismo. Un gen es una pieza de ADN, que es igual a una proteína. Una mutación es un “error” en el ADN. Una proteína (muchas de ellas son enzimas) está compuesta por aminoácidos encadenados entre sí. Una población es un grupo de organismos que potencialmente pueden cruzarse y no tener barreras de aislamiento).

Figura Ciclo\(\PageIndex{1}\) celular: Interfase I, división celular D, etapa\(_1\) pre-sintética G, etapa sintética S, etapa\(_2\) post-sintética G, mitosis M (cariocinesis), C cito

Para que las poblaciones sean más diversas, los organismos necesitan intercambiar ADN. Una forma en que las células intercambian genes es a través de la singamia. Singamia (frecuentemente etiquetada por “Y!”) , es la fusión de dos células, dando como resultado una célula que tiene el doble de cromosomas. Las dos células que se fusionan entre sí se llaman gametos, y la célula resultante es un cigoto. El objetivo de la singamia es la renovación del material genético. Las nuevas células tienen genotipo diferente al de los gametos. La singamia continua aumentará la cantidad de ADN, por lo que las células usan meiosis (frecuentemente etiquetada con “R!”) para contrarrestar este efecto secundario de la singamia:\[\mbox{Y!} \rightarrow \mbox{R!}\]

Resultados de la singamia en células diploides:

\[X + X \rightarrow XX\]

En los organismos diploides, los cromosomas forman pares (estos cromosomas emparejados se conocen como homólogos), mientras que en los organismos halploides permanecen solteros.

Hay tres tipos de singamia (Figura\(\PageIndex{2}\)): isogamia, heterogamia y oogamia.

• La isogamia ocurre cuando los gametos que se fusionan son similares. Para evitar la autofecundación, deben contar con un avanzado sistema de reconocimiento. Diferentes genotipos (tipos de apareamiento) se reconocen entre sí con la ayuda de proteínas de superficie, como las células del sistema inmune.
• La heterogamia es cuando los gametos son de dos tamaños diferentes. Esta diferencia facilita la rec848ognición, pero aún más importante es la división del trabajo: la hembra es más grande porque tiene recursos para cuidar a la descendencia, mientras que los machos son más pequeños y pueden aumentar en número para permitir la competencia y hacer más la fertilización probable.
• Oogamia es cuando los gametos también tienen diferente movilidad. En la oogamia, a la hembra no móvil se le conoce como ovocito, y al macho flagelado como el espermatozoide, que aquí es solo un gameto móvil. En algunos organismos (algas rojas, esponjas, crustáceos, la mayoría de las plantas semilleras), los espermatozoides se convierten en espermatozoides no móviles por lo que necesitará agentes externos para moverlo. Tanto los espermatozoides como las espermatias se llaman espermatozoides.

Figura\(\PageIndex{2}\) Tres tipos de singamia.

Meiosis

La singamia es el camino para que los organismos se vuelvan más genéticamente diversos, pero como aumenta la cantidad de cromosomas, necesita ser equilibrada por la meiosis. La meiosis reduce el número de cromosomas, los recombina y permite que los cromosomas intercambien su material genético. La meiosis es una forma reductora de división celular, donde cada nueva célula recibe la mitad de los cromosomas de la célula original. A diferencia de la mitosis, la meiosis sí cambia el genotipo de las células porque los cromosomas completos se recombinan y también se intercambian su material genético. Otra diferencia es que en la mitosis, la ploidía (“twoness” de los cromosomas) se mantiene constante, mientras que en la meiosis, la ploidía se reduce a la mitad.

Hay dos problemas de meiosis: primero, cómo averiguar qué cromosomas son homólogos; y segundo, cómo dividir cromosomas que ya estaban duplicados en fase S. El primer problema es resolver con “pegar” cromosomas homólogos entre sí; esto sucede porque cadenas similares de ADN pueden unirse entre sí. El segundo problema suele resolverse con la segunda etapa de la meiosis que es bastante similar a la mitosis ordinaria.

Hay dos etapas de la meiosis: una división reductiva (meiosis I, única) y una división igual (meiosis II, similar a la mitosis). Cada una de estas etapas se divide en profase, metafase, anafase y telofase.

En la profase I, los cromosomas se conjugan (forman sinapsis) y comienzan a intercambiar ADN (cruzamiento).

En la anafase I, los cromosomas de cada par irán independientemente a diferentes polos. Independencia significa que si etiquetamos cromosomas “madre” y “padre” con, diciendo\(a\) y\(b\), entonces son posibles dos variantes:

\[X{_a}X{_b} + Y{_a}Y{_b} \rightarrow (X{_a} + Y{_a}) + ({X_b} + Y{_b})\]

o

\[X{_a}X{_b} + Y{_a}Y{_b} \rightarrow (X{_a} + Y{_b}) + ({X_a} + Y{_b})\]

porque los cromosomas no saben cuál es “del padre” y cuál es “de madre”.

La telofase I generalmente fluye a la profase II. Esta segunda división de la meiosis es muy similar a la mitosis sin etapa sintética antes de la misma. Frecuentemente, los núcleos no se forman hasta la telofase II (Figura\(\PageIndex{3}\)).

En la primera división, la célula necesita dividir pares de homólogos para reducir la ploidía. La segunda división de la meiosis es necesaria porque el ADN ya estaba duplicado en la etapa sintética del ciclo celular. En consecuencia, cada cromosoma\(X\) similar debe dividirse en dos cromosomas\(I\) similares:\[XX \rightarrow X + X \rightarrow I + I + I + I\]

Es por ello que al final hay dos divisiones y cuatro celdas (a veces, sin embargo, solo una de estas cuatro sobrevive). Si el ADN no se duplicara antes, también es posible que la meiosis ocurra en una etapa en lugar de en dos. Este tipo de meiosis se describe en algunos protistas. La meiosis invertida, cuando la división reductiva es la segunda e igual a la primera, es rara pero también existe en la naturaleza (por ejemplo, en algunos juncos, bichos y mariposas).

Figura Esquema\(\PageIndex{3}\) principal de meiosis. Sólo se muestra una de las dos variantes de telofase I.

Es posible que la meiosis no funcione correctamente, lo que da como resultado que una célula reciba un doble conjunto de cromosomas. Si, a su vez, esa célula va a la singamia, el cigoto resultante tendrá 3 juegos de cromosomas. Las células con más de dos conjuntos de cromosomas se denominan poliploides. En raras ocasiones, solo algunos pares de cromosomas no quieren dividirse. En este caso, después de la singamia, algunos cromosomas serán “triplicados” (trisomía). Esto es aneuploidía. Un ejemplo de aneuploidía frecuente (1/ 800 nacimientos) en humanos es el síndrome de Down.