Enseñar genética en la escuela Transmisión de la información genética de los progenitores a los descendientes

Enseñar genética en la escuela

TRANSMISIÓN DE LA INFORMACIÓN GENÉTICA DE LOS PROGENITORES A LOS DESCENDIENTES

María Jesús Arbiza*

plumaslibres.com.mx En los artículos anteriores, aprendimos que el material genético está en el ADN que se encuentra en el núcleo de las células, organizado en forma de cromosomas. Ahora, exploraremos cómo el material genético se transmite de una generación a la siguiente.

para que la vida no se acabara con la primera generación del primer ser vivo que existió, fue necesario que éste tuviera la capacidad de generar descendencia. Sabemos que la vida no se acabó ahí, y que, por el contrario, se multiplicó, y ha sido gracias a la evolución como se han creado una enorme variedad de especies, cuyos individuos se reproducen.

Los seres vivos generan descendencia, fundamentalmente, de dos formas: una, en la que un individuo solo es capaz de crear un nuevo ser idéntico a él; y otra, en la que dos individuos procrean un ser que tiene características de ambos progenitores. El primer caso se conoce como

* Ingeniera Agrícola por la UNAM

Química por la Universidad Metropolitana y maestra en Ense el proyecto educativo de Correo del Maestro desde 1997. reproducción asexual, y el segundo, como reproducción sexual.

Tipos de reproducción

Reproducción asexual Este tipo de reproducción tiene lugar cuando de un organismo que ya alcanzó un cierto estado de madurez se desprende una célula o una parte del cuerpo que permite la generación de un nuevo individuo independiente, que se desarrolla a partir de un único progenitor.

La célula o las células de la parte desprendida provienen de una reproducción mitótica, que tiene la misma información genética que las células del progenitor, por lo que se puede decir que progenitor y descendencia son clones. Los microrganismos, muchas plantas y algunos ani-

males de estructura sencilla se reproducen –o se pueden reproducir– asexualmente.

No ahondaremos en la explicación de la reproducción asexual, ya que el mecanismo básico de la transmisión de la información genética a la descendencia es el mismo que entra en acción para producir todas las células del cuerpo de los individuos, llamadas células somáticas: la mitosis.

Reproducción asexual en una hidra

1 2

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Nuevo organismo N independiente in

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Reproducción sexual En este tipo de reproducción se forma un descendiente a partir de dos progenitores, y el proceso es algo más complejo: implica la fecundación, o sea, la fusión de una célula de un progenitor con una célula del otro, para formar una sola cé- l u l a , c o n o c i d a c o m o c i g o t o , q u e d a r á i n i c i o a l n u e v o individuo.

L a i m p o r t a n c i a d e l a re p ro d u c c i ó n s e x u a l consiste en que en ese cigoto se combina información genética –caracteres– de ambos progenitores, de lo que resulta un nuevo individuo genéticamente diferente a cada uno de los que le dieron origen.

La fusión de las dos células de los progenitores para formar el cigoto plantea, de inicio, un problema. Si se fusionaran cualquier tipo de células, los nuevos individuos tendrían, en cada generación, el doble de la información genética que sus progenitores. Resulta evidente que esto sería imposible y acabaría rápidamente con la vida. Puesto que han pasado cerca de cuatro mil millones de años desde que apareció la vida, de acuerdo con los indicios que se tienen, si hubiera duplicación de la información en cada generación, hoy los seres vivos tendrían miles de millones de cromosomas.

La naturaleza solucionó este problema mediante un mecanismo de reproducción celular, denominado meiosis, que permite producir células con la mitad del número de cromosomas y que, al fusionarse con otra de otro ser, da vida a una célula que tiene igual cantidad de cromosomas que las células de sus progenitores. Por supuesto, esa división a la mitad se efectúa de una forma determinada.

La información genética en los seres que tienen reproducción sexual

En las células de los individuos con reproducción sexual, los cromosomas están en pares. Esto quiere decir que hay dos cromosomas que tienen genes para las mismas características, que son morfológica e intrínsecamente similares, y los genes están situados en ellos en lugares homólogos.

Los genes para las mismas características, en ambos cromosomas del par, se conocen como genes homólogos. Eso no equivale a decir que la información genética sea idéntica en los homólogos, sino que es para los mismos caracteres. A las diferentes versiones de un mismo gen se le llaman alelos. La secuencia de las bases en

el ADN de un homólogo no es, necesariamente, idéntica a la del otro.

Cuando la información es idéntica, se dice que son genes homocigotos (o que el individuo es homocigoto para cierta característica). Si, por el contrario, ambos genes para un mismo carácter son diferentes, se dice que son heterocigotos. ¿Por qué los cromosomas están en pares en las células de los individuos cuya especie se reproduce sexualmente? Porque uno de ellos lo aportó el padre, y el otro, la madre. Esos cromosomas se encontraban en las células de cada uno de los progenitores que se fusionaron para dar lugar a la primera célula del nuevo individuo.

Las células que poseen los dos cromosomas del par se llaman células diploides (2n); de este tipo son casi todas las células del cuerpo de un individuo y se conocen como células somáticas. Cuando las células tienen sólo un cromosoma del par –producto del tipo de reproducción celular que reduce a la mitad el número de cromosomas– se conocen como células haploides (n). Las únicas células haploides de los organismos son las que se especializan en reproducción, conocidas como gametos.

Célula diploide 2n Célula haploide n

En los seres vivos con reproducción sexual, se unen dos células haploides para formar un nuevo ser. En todas las especies hay dos tipos de células haploides, las femeninas y las masculinas, y sólo se fusionan una con la otra, y no dos del mismo tipo. En las poblaciones, hay individuos con gametos femeninos e individuos con gametos masculinos. En los animales, los gametos femeninos son los óvulos y los gametos masculinos son los espermatozoides; mientras en las plantas, los femeninos también se llaman óvulos, y los masculinos, granos de polen.

La meiosis

Como antes se mencionó, la división a la mitad del número de cromosomas para producir células haploides no es azarosa, pues en cada célula hija debe haber un cromosoma de cada par homólogo.

Al igual que la mitosis, para su estudio, la meiosis se ha dividido en etapas, aunque es un proceso continuo. Se puede decir que consta de dos divisiones sucesivas, conocidas como meiosis I, que es una división reduccional, y meiosis II, una división ecuacional en las que las células hi- jas tienen el mismo número de cromosomas que la célula madre, como sucede en la división mitótica. Así, en la primera división meiótica, una célula 2n (diploide) se divide y produce dos cé- lulas n (haploides); y en la segunda división, cada una de esas células n (haploides) se divide y produce dos células n (haploides). De esta manera, e n t o d a l a m e i o s i s , c o n s i d e r a n d o la división I y la división II, se producen cuatro células haploides.

Veamos el proceso de la primera división meiótica o meiosis I.

Interfase I Igual que en la mitosis, el

ADN y los cromosomas se duplican. Fuera del núcleo, se encuentran los centriolos que formarán el huso.

Interfase I

Se duplica el ADN. Se comienzan a condensar la cromatina y a disolver la membrana nuclear.

Profase I Durante la profase I, los cromosomas se con- dos pares de centriolos, cuando éstos migran a

densan (se hacen más cortos y enrollados) y los polos opuestos de la célula. La membrana

son visibles con un microscopio. Los homólo- nuclear desaparece. La profase I es la fase más

gos se acercan entre sí y quedan alineados en larga de la meiosis, que ocupa 90 por ciento del

todo su largo, y las cromátidas hacen contacto tiempo de las dos divisiones.

punto por punto, lo que se conoce como sinapsis. En este momen- Profase I to, sucede un fenómeno muy importante: el intercambio de partes Los cromosomas son de cromosomas homólogos. Este visibles. Se aparean los entrecruzamiento o crossing-over es cromosomas homólogos. un proceso fundamental para la re- Se forma el huso. combinación genética, fruto de la enorme variabilidad en la descend e n c i a d e l o s o rg a n i s m o s c o n re p ro d u c c i ó n s e x u a l . L o s c ro m o s o mas homólogos quedan, entonces, con ciertas partes intercambiadas, por lo que podríamos decir que ya no son ente- Metafase I ramente paternos o enteramente maternos. L a s f i b r a s d e l h u s o y a v a n d e p o l o a p o l o d e

E n l a c é l u l a , c a d a p a r d e c ro m o s o m a s h o - l a c é l u l a . L o s c ro m o s o m a s s e a c o m o d a n e n u n mólogos es visible como una tétrada, que es un p l a n o e q u i d i s t a n t e d e l o s p o l o s , e n l o q u e s e d e agrupamiento de dos cromosomas, cada uno de n o m i n a p l a t o o p l a c a d e l a m e t a f a s e . E l l u g a r ellos con dos cromátidas. q u e o c u p a c a d a c ro m o s o m a d e l p a r l o d e f i n e

El nucleolo desaparece, y en el citoplasma e l a z a r, c o n e l h o m ó l o g o p a t e r n o d e u n l a d o y e l se comienza a formar el huso meiótico entre los m a t e r n o d e l o t ro .

Metafase I

Las tétradas se alinean en el ecuador de la célula, en los hilos del huso. Tétrada (par de cromosomas homólogos, con dos cromátidas cada uno).

Placa de la metafase Pl

Anafase I Un cromosoma de cada par es jalado por el huso hacia cada uno de los polos de la célula. Los cromosomas todavía se componen de dos cromátidas unidas por el centrómero (recordemos que, en la mitosis, éste es el momento en que las cromátidas se separan).

Anafase I

Los pares de homólogos se separan y cada uno va a un polo de la célula, lo cual se define al azar.

Telofase I Las envolturas nucleares se pueden reformar, o la célula puede comenzar rápidamente la meiosis II. Según las especies, ocurre uno de los dos procesos siguientes: se desespiralizan los cromosomas y se forma la envoltura nuclear, o se inicia directamente la segunda división meiótica.

La meiosis II es muy similar a la mitosis (cuyo proceso revisamos en el artículo anterior), pero ADN.en la interfase no hay duplicación del

La meiosis II separa las cromátidas produciendo dos células hijas, cada una con la mitad del número de cromosomas (haploide), y cada cromosoma tiene solamente una cromátida.

La gametogénesis es el proceso mediante el cual, por meiosis, ciertas células diploides especializadas de los organismos producen células haploides conocidas como gametos. La producción de óvulos se llama ovogénesis, y la de esper-

Telofase I

Se forma la membrana nuclear. Desaparece el huso. Se forma la membrana celular, y se da lugar a dos células, con la mitad del número cromosómico.

matozoides, espermatogénesis. La formación del grano de polen se denomina microgametogénesis, y la del óvulo, megagametogénesis.

La formación del nuevo organismo

Ya analizamos cómo se forman los gametos, con la mitad de la información genética, que se van a fusionar para formar un nuevo ser. Para que esto suceda, el óvulo y el espermatozoide, o el óvulo y un grano de polen, deben encontrarse. Esto ocurre de muy diversas maneras, dependiendo de la especie de que se trate, y es un tema que está fuera de los alcances de esta serie. Lo que sí es importante dejar claro es que cada progenitor (uno femenino y uno masculino) aporta un gameto, y que los dos gametos se fusionan.

En todos los casos, solamente un gameto masculino fecunda un gameto femenino, lo que asegura que la célula que se forme tenga el número de cromosomas adecuado, 2n, que es el número de todas las células del nuevo individuo y es igual al de sus progenitores.

Recordemos que los individuos de las especies con reproducción sexual tienen en todas sus células un par de cromosomas con genes para ciertas características, es decir, que son homólogos. En cada especie, el número de cromosomas es particular; por ejemplo, las células somáticas del ser humano tienen 46 cromosomas, es decir, 23 pares homólogos. Con la fusión de los gametos masculino y femenino, se forma una célula, el cigoto, que tiene otra vez dos cromosomas homólogos con genes que regulan ciertas características. Y a partir de ese cigoto comienza, por medio de la mitosis, el desarrollo del embrión.

Conclusiones

En este artículo hemos revisado el proceso por el que los organismos transmiten su información genética a su descendencia. En algunos es una transmisión directa, y por lo tanto su descendencia será genéticamente idéntica, pero en muchos otros no, pues se transmite de manera combinada con otro ser de la misma especie, por lo que la descendencia tendrá genes y características de ambos progenitores.

En el artículo siguiente desarrollaremos algunas bases sobre la información genética y la manifestación de los caracteres en los individuos.