Meiosis: definición, fases y importancia en la reproducción sexual
Meiosis: definición, fases e importancia en la reproducción sexual. Descubre cómo se forman los gametos, la reducción cromosómica y su papel en la variación genética.
La meiosis es un tipo especial de división celular que reduce a la mitad el número de cromosomas de las células. A diferencia de la mitosis, la forma en que se dividen las células somáticas, la meiosis produce células con sólo una copia de cada cromosoma (una de cada par), por lo que suele llamarse división reductora. Gracias a este proceso, la meiosis contribuye a aumentar la variación genética, de maneras que se describen más abajo.
La reproducción sexual ocurre cuando un espermatozoide fecunda un óvulo. Esos óvulos y espermatozoides son células especiales llamadas gametos o células sexuales. Los gametos son haploides, es decir, sólo tienen la mitad del número de cromosomas que una célula corporal normal (una célula somática). La fecundación restablece el número diploide de cromosomas en la nueva célula somática.
El número básico de cromosomas de una especie se llama número somático y se representa como 2n. En los humanos 2n = 46 (46 cromosomas totales) y, por tanto, n = 23 en las células sexuales. En organismos diploides normales, la mayoría de los cromosomas existen en parejas homólogas —una copia heredada de cada progenitor— salvo los cromosomas sexuales: en los mamíferos las hembras son XX y los machos XY.
Un cariotipo es la combinación y el número de cromosomas característico de una especie eucariota. El estudio de cariotipos forma parte de la citogenética. Todos los eucariotas que se reproducen sexualmente pasan por meiosis, incluidos muchos organismos unicelulares. La meiosis no ocurre en las arqueas ni en las bacterias, que se reproducen mayoritariamente por procesos asexuales como la fisión binaria.
Fases de la meiosis
La meiosis consta de dos divisiones nucleares consecutivas denominadas meiosis I y meiosis II, cada una con sus propias etapas. Antes de comenzar, la célula replica su ADN durante la interfase, por lo que cada cromosoma está formado por dos cromátidas hermanas.
Meiosis I (división reductora) —separa cromosomas homólogos—:
- Profase I: es la etapa más larga y compleja. Se subdivide en leptoteno, zigoteno, paquiteno, diploteno y diacinesis. Durante esta fase los cromosomas homólogos se emparejan (sinapsis) formando el complejo sinaptonémico, y ocurre el intercambio de material entre cromátidas no hermanas conocido como crossing-over o intercambio homólogo. Los puntos donde se produce el intercambio se llaman quiasmas.
- Metafase I: los pares de cromosomas homólogos se alinean en la placa metafásica y las fibras del huso se unen a los cinetocoros de cada homólogo.
- Anafase I: los cromosomas homólogos se separan y se desplazan hacia polos opuestos; las cromátidas hermanas permanecen unidas.
- Telofase I y citocinesis: se forman dos células hijas haploides (cada una con cromosomas de dos cromátidas), aunque en algunos organismos la cariocinesis y citocinesis pueden ser parciales o ausentes antes de la meiosis II.
Meiosis II (división ecuacional) —semejante a la mitosis—:
- Profase II: los cromosomas (cada uno con dos cromátidas hermanas) se condensan nuevamente y se forma otro huso mitótico.
- Metafase II: los cromosomas se alinean en la nueva placa metafásica.
- Anafase II: las cromátidas hermanas se separan y migran a polos opuestos.
- Telofase II y citocinesis: se forman hasta cuatro células haploides genéticamente distintas (en organismos animales, estos serán los gametos).
Mecanismos que generan variación genética
- Crossing-over: el intercambio de segmentos entre cromátidas homólogas durante la profase I genera combinaciones nuevas de alelos en un mismo cromosoma.
- Distribución independiente de los cromosomas: durante la metafase I los pares homólogos se orientan de forma aleatoria, de modo que la combinación de cromosomas maternos y paternos que recibe cada gameto es diferente.
- Fecundación aleatoria: la unión al azar de dos gametos haploides amplía aún más la variabilidad genética en la descendencia.
Diferencias con la mitosis
- La mitosis produce dos células diploides genéticamente idénticas a la célula madre; la meiosis produce hasta cuatro células haploides distintas.
- La meiosis incluye recombinación entre homólogos y dos divisiones nucleares; la mitosis no tiene recombinación homóloga ni segunda división a menos que ocurra anormalmente.
- Función: la mitosis sirve para crecimiento y reparación; la meiosis para generar gametos y mantener constante el número de cromosomas entre generaciones.
Gametogénesis: espermatogénesis y ovogénesis
En animales, la meiosis forma parte de la gametogénesis. En la espermatogénesis (formación de espermatozoides) el proceso es continuo y suele dar cuatro gametos viables por célula original. En la ovogénesis (formación de óvulos) la división es asimétrica: una célula grande (el ovocito) recibe la mayor parte del citoplasma y los otros productos se convierten en corpúsculos polares generalmente no funcionales. Además, en muchos vertebrados la meiosis en el ovocito se detiene en determinadas fases hasta señales hormonales o la fecundación.
Errores en la meiosis y consecuencias
Los fallos durante la meiosis pueden provocar no disyunción (separación incorrecta de cromosomas homólogos o cromátidas hermanas), lo que genera gametos con número incorrecto de cromosomas. Si estos gametos participan en la fecundación pueden producir aneuploidías: por ejemplo, la trisomía 21 (síndrome de Down) es causada por la presencia de tres copias del cromosoma 21. Otros errores pueden originar deleciones, duplicaciones o translocaciones cromosómicas que afectan al desarrollo y la salud.
Importancia evolutiva y biológica
La meiosis es fundamental para la reproducción sexual y para la evolución: mantiene estable el número de cromosomas entre generaciones y, al mismo tiempo, genera la variación genética sobre la que actúa la selección natural. Esta combinación de estabilidad y variabilidad hace posible la adaptación de las poblaciones a ambientes cambiantes.
Resumen práctico
- Función principal: producir gametos haploides y aumentar la variación genética.
- Se compone de dos divisiones: meiosis I (reducción) y meiosis II (separación de cromátidas).
- Mecanismos clave: emparejamiento homólogo, crossing-over, distribución independiente y fecundación aleatoria.
- Ocurrencia: todos los eucariotas con reproducción sexual; no ocurre en arqueas ni en bacterias.
Comprender la meiosis es esencial para la genética, la biología del desarrollo y la medicina porque explica cómo se transmiten y combinan los caracteres hereditarios, cómo surgen algunas enfermedades cromosómicas y por qué la variación genética existe en las poblaciones naturales.
El cruce tiene lugar entre las cromátidas de los cromosomas homólogos
La meiosis como parte de la reproducción sexual
La importancia de la fecundación
La descendencia recibe un juego de cromosomas de cada progenitor, de modo que, en conjunto, la mitad de su herencia procede de cada uno de ellos. Pero los dos conjuntos de cromosomas no son idénticos a los de los padres. Esto se debe a que se modifican durante la división reductora mediante un proceso llamado crossing-over.
La importancia de la meiosis
Esto tiene dos vertientes:
1. En primer lugar, reducir los cromosomas de cada óvulo o espermatozoide a un solo conjunto.
Los dos cromosomas de un par no son idénticos porque en cualquier locus concreto de los cromosomas puede haber diferentes alelos (formas del gen) en los dos cromosomas. Piensa en cada par de cromosomas, un juego de cada progenitor. De cada par, sólo uno va a cada gameto. Así que, en primer lugar, los gametos se diferencian porque de cada par el gameto puede tener el cromosoma del padre o el de la madre. A esto se le llama "ensamblaje independiente".
2. Permitir que se produzca el cruce entre cada par de cromosomas parentales. El cruce cambia los alelos que se encuentran en un cromosoma concreto.
Así, aunque se describen como cromosomas "maternos" y "paternos", en la práctica los cromosomas de los gametos no son todos iguales a los de los padres. Esto se debe a que se han intercambiado trozos de cromosomas en el proceso de meiosis.
Aunque los gametos sólo tienen un juego de cromosomas, ese juego es una mezcla barajada de material genético de ambos progenitores. Cada óvulo o espermatozoide puede tener una selección diferente de alelos de los cromosomas parentales.
Al igual que cuando se baraja una baraja de cartas, se pueden producir muchas combinaciones diferentes de genes sin que se produzca un cambio (mutación) en ningún gen individual. Sin embargo, las mutaciones se producen y pueden añadir alelos que no estaban en la población antes. En cualquier caso, el barajado aumenta la variedad de la descendencia, y la variedad da al menos a algunos de los descendientes una mejor oportunidad de sobrevivir en tiempos difíciles. La mezcla de alelos que tiene lugar en la meiosis puede ser la razón por la que existe la reproducción sexual.
"No es difícil pensar en las razones por las que las poblaciones sexuales deberían tener ventajas a largo plazo sobre las asexuales. Pueden evolucionar más rápidamente para adaptarse a las circunstancias cambiantes..."
Casos especiales
Partenogénesis cíclica
Varios taxones (grupos de organismos) bastante grandes utilizan la partenogénesis cíclica. Es decir, cuando nacen varias generaciones por parto virginal y luego se produce una generación con reproducción sexual normal. Algunos ejemplos son los pulgones y los cladóceros (pequeños crustáceos llamados pulgas de agua). Los pulgones suelen actuar de la siguiente manera: cuando el tiempo es bueno, y sus plantas huéspedes están en su mejor momento, utilizan la partenogénesis. Al final de la temporada, cuando el tiempo empeora, utilizan la reproducción sexual. Este sistema de reproducción se llama apogamia.
En la partenogénesis, los óvulos contienen únicamente el material genético de la madre y no son fecundados. Los óvulos pueden producirse por meiosis o por mitosis. Cuando se produce la meiosis, el entrecruzamiento produce una huella genética que difiere un poco de la de la madre. Por lo tanto, la descendencia partenogenética de la mosca verde no es idéntica y muestra cierta variación genética: algunos segmentos cromosómicos difieren debido a la meiosis. La mitosis produciría una descendencia idéntica.
Entre estos taxones partenogenéticos hay una serie de especies que han abandonado totalmente el sexo.
Pérdida de la sexualidad
Algunos organismos eucariotas han perdido por completo la capacidad de reproducción sexual, por lo que no tienen meiosis. Entre ellos se encuentran los rotíferosBdelloides, que sólo se reproducen por partenogénesis.
Detalles de la meiosis
La meiosis puede dividirse en meiosis I y meiosis II.
Meiosis I
La función de la primera división es permitir el entrecruzamiento. Al igual que la mitosis, la meiosis incluye la profase, la metafase, la anafase y la telofase.
Profase I
Los cromosomas se hacen visibles, la envoltura nuclear desaparece y los centríolos (en la parte superior e inferior del núcleo) comienzan a formar fibras de huso que envuelven a los cromosomas.
En esta fase, cada cromosoma se divide en dos cromátidas hermanas, unidas por los centrómeros. Los cromosomas emparejados tienen ahora cuatro cromátidas (2 conjuntos de "hermanas") presionadas entre sí. El cruce tiene lugar entre dos de las cromátidas no hermanas; las otras dos permanecen sin cruzar. El cruce da lugar al intercambio de segmentos de cada una de las cromátidas participantes, del ADN y de la proteína de la cromatina asociada. Genéticamente, el proceso se denomina recombinación.
Metafase I
Los cromosomas se alinean a lo largo del ecuador (la línea central) de las fibras del huso en pares homólogos.
Anafase I
Los cromosomas se dividen para que haya la misma cantidad en cada lado de la célula. Como hay 46 cromosomas en una célula humana, 23 acaban en cada lado.
(Se produce la citocinesis, la división de las células en dos. La célula se divide).
Telofase I
Las dos células hijas se dividen por completo, se forma una envoltura nucleica y los cromosomas se hacen menos visibles. Hay 23 cromosomas en cada una de estas células.
Meiosis II
Las dos células se preparan para dividirse de nuevo en una etapa conocida como interquinesis o interfase II. Ambas células pasarán por la meiosis II.
Profase II
Los cromosomas se hacen visibles, la envoltura nuclear desaparece y los centríolos forman las fibras del huso.
Metafase II
Los cromosomas se alinean a lo largo de la línea media en las fibras del huso
Anafase II
Los cromosomas se dividen en sus dos cromátidas. Las cromátidas son las dos hebras de ADN (ácido desoxirribonucleico) que componen el cromosoma. Están unidas por una conexión intermedia llamada centrómero.
(Se produce la citocinesis. La célula se divide).
Telofase II
Las células se dividen completamente. La envoltura nucleica se reforma y se crean cuatro nuevas células con diferente ADN.
En los hombres, las cuatro células se convierten en espermatozoides. En las mujeres, sólo una se convierte en un óvulo maduro, mientras que las tres restantes se reabsorben en el cuerpo.
Eventos de la meiosis que muestran el cruce de cromosomas
Problemas
En los seres humanos, hay ciertas condiciones que son causadas por la meiosis que salió mal. Algunos ejemplos son:
- Síndrome de Down: trisomía del cromosoma 21
- Síndrome de Patau: trisomía del cromosoma 13
- Síndrome de Edwards: trisomía del cromosoma 18
- Síndrome de Klinefelter: cromosomas X adicionales en los hombres, es decir, XXY, XXXY, XXXXY
- Síndrome de Turner: falta de un cromosoma X en las mujeres, es decir, XO
- Síndrome del triple X: un cromosoma X adicional en las mujeres
- Síndrome XYY: un cromosoma Y de más en los hombres
Preguntas y respuestas
P: ¿Qué es la meiosis?
R: La meiosis es un tipo especial de división celular que da lugar a células con la mitad del número habitual de cromosomas, uno de cada par. También se conoce como división reductora.
P: ¿Cómo aumenta la meiosis la variación genética?
R: La meiosis aumenta la variación genética al crear nuevas combinaciones de genes mediante el proceso de entrecruzamiento durante la profase I y la segregación aleatoria durante la anafase I.
P: ¿Qué son los gametos?
R: Los gametos son células especiales denominadas células sexuales o células haploides que sólo tienen la mitad del número de cromosomas que una célula corporal normal (denominada célula somática).
P: ¿Qué es el número somático?
R: El número básico de cromosomas en las células corporales de una especie se denomina número somático y se etiqueta como 2n. En los humanos 2n = 46, lo que significa que tenemos 46 cromosomas.
P: ¿Cuántos cromosomas tienen las células sexuales?
R: Las células sexuales tienen n cromosomas, que en el caso de los humanos es igual a 23. Así pues, en los organismos diploides normales, hay dos copias de cada cromosoma, una de cada progenitor (23x2=46). La única excepción a esta regla son los cromosomas sexuales; en los mamíferos las hembras tienen dos cromosomas X mientras que los machos tienen un cromosoma X y un cromosoma Y.
P: ¿Se produce la meiosis en las arqueas o las bacterias?
R: No, la meiosis no se produce en las arqueas ni en las bacterias; en su lugar se reproducen por simple división celular.
P: ¿Se encuentra la reproducción sexual entre los organismos unicelulares?
R: Sí, la reproducción sexual puede encontrarse entre los organismos unicelulares ya que también utilizan la meiosis para reproducirse sexualmente.
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