Title: Unidad 2
Course: Ciencias Naturales Cultiva 9 EGB

Ciclo y reproducción celular

Unidad 2

Ciclo y reproducción celular

El nacimiento de una nueva célula marca el inicio de un ciclo lleno de eventos importantes que le permiten crecer, desarrollar las funciones que necesita y reproducirse, mediante el mecanismo de mitosis o de meiosis.

Fotografía obtenida con la ayuda del microscopio de dos células en pleno proceso de división.

Los seres vivos han evolucionado y se han diversificado en múltiples formas y tamaños. Al conjunto de todos los seres vivos y las especies que existen en la Tierra y a su interacción se le llama biodiversidad que es el resultado de la evolución de la vida a través de millones de años. En la foto, sala de biodiversidad en el Museo Americano de Historia Natural.

Objetivos

O.CN.4.1. Describir los tipos y características de las células, el ciclo celular, los mecanismos de reproducción celular y la constitución de los tejidos, que permiten comprender la compleja estructura y los niveles de organización de la materia viva.

O.CN.4.2. Describir la reproducción asexual y sexual en los seres vivos y deducir su importancia para la supervivencia y diversidad de las especies.

O.CN.4.10. Utilizar el método científico para el desarrollo de habilidades de investigación científica, que promuevan pensamiento crítico, reflexivo y creativo enfocado a la resolución de problemas.

Ministerio de Educación, (2016).

El ciclo celular, mitosis y meiosis (I)

Tema 1

El ciclo celular, mitosis y meiosis (I)

Saberes previos

¿Por qué creces? ¿Qué necesitas para hacerlo?

Desequilibrio cognitivo

¿En qué momento la división celular se convierte en un problema?

La imagen de una raíz en crecimiento. Se aprecian numerosas células en proceso de división.

Esquema en el que se observa el origen de tres linajes diferentes que surgieron a partir de las mismas células madre. Esta diferenciación está controlada por la información genética (el ADN) que cada célula hereda.

Nace una célula

Uno de los postulados de la teoría celular señala que toda célula proviene de una antecesora; es decir que toda nueva célula es el resultado de la división de otra que le hereda sus características, parte de sus componentes, y también su capacidad de reproducirse y de generar un nuevo linaje celular.

Desde el momento en que una célula se origina, entra en un ciclo que concluye cuando ha terminado de reproducirse y sus células hijas empiezan su propia línea de vida.

Glosario

linaje celular. Es el conjunto de células que desciende de una célula original específica.

Fases del ciclo celular en las células eucariotas

Por lo que hemos dicho anteriormente, podríamos resumir que el ciclo celular eucariota se divide básicamente en dos etapas. La primera recibe el nombre de interfase y corresponde a un largo periodo de crecimiento, desarrollo y preparación, organizado en fases sucesivas supervisadas por mecanismos de control que impiden errores. La segunda etapa corresponde a la división celular que, dependiendo del tipo de célula, será un proceso de mitosis o de meiosis, como detallaremos en las próximas lecciones.

Ejemplo del ciclo celular de una célula de piel. Se observa el tiempo que toma cada etapa de la interfase y cómo se completa el ciclo con la división celular, que en este caso es una mitosis.

La interfase

Inmediatamente después de su formación, una célula debe empezar un proceso de desarrollo en el que se distinguen tres etapas marcadas:

Esquema que representa el proceso por el cual una molécula de ADN se replica, de tal forma que las dos resultantes conservan una hebra original y otra nueva que es su copia.

- Fase G1: es la etapa de mayor duración. En esta se adquiere el tamaño de una célula madura, pues se fabrican todos los organelos y sustancias que se necesitarán para el resto de su vida funcional. También se produce la diferenciación celular, es decir, el proceso por medio del cual se adquieren los rasgos propios del linaje celular. Por ejemplo, las células predestinadas a convertirse en glóbulos rojos sintetizarán más hemoglobina, perderán su núcleo y adoptarán la forma de disco que es característica de estas células sanguíneas.
En G1 la célula también interpreta las señales que le permiten decidir si debe multiplicarse o no. Si tras su diferenciación ha perdido la capacidad de dividirse (como es el caso de algunas células del cerebro, del corazón o de los ojos), pasa el resto de su vida en un estado de reposo (que adopta el nombre de G0). Si, por el contrario, su función requiere que se multiplique, entrará en la siguiente fase.

- Fase S: etapa dedicada exclusivamente a sacar una copia del material genético de la célula original, para así garantizar que las dos células que resultan del proceso de la mitosis tengan la misma cantidad de cromosomas. Por ejemplo, en el caso del ser humano, cada célula que se dividirá tiene 23 cromosomas y las células hijas mantienen constante este número generación tras generación, gracias a la duplicación de su ADN.

TIC

Observa este video que compara el crecimiento celular normal con el cáncer:

www.mayedu.ec/nat9/p38

Responde: ¿qué falla en el ciclo celular en los casos en los que se presenta algún tipo de cáncer?

- Fase G2: es la etapa en la que se producen todas las proteínas necesarias para el crecimiento de la célula y su preparación para multiplicarse, tales como aquellas que servirán para guiar a los cromosomas a su destino final o aquellas que formarán parte de la membrana plasmática de la nueva célula.

Puntos de control del ciclo celular

Si alguna de las condiciones que se buscan durante los puntos de control no está presente, el ciclo celular se interrumpe inmediatamente.

Las células se multiplican una y otra vez durante la vida de los organismos y el resultado final es una copia bastante fiel a las células originales, gracias a que durante su ciclo de vida hay varios puntos de control que detectan si se ha producido algún error.

Durante el primer control que sucede en la fase G1, se buscan proteínas indicadoras del crecimiento que determinan que la célula es apta para dividirse. Entonces se le permite entrar en fase S. El segundo punto de control supervisa durante G2 que todos los cromosomas estén completos y correctamente formados, en cuyo caso la célula ya puede empezar a dividirse. Ya dentro de la división celular también se detecta que los cromosomas estén en la ubicación adecuada para su distribución uniforme a las células hijas.

Interdisciplinariedad

Bioquímica y agroindustria

Conocer las proteínas indicadoras que se detectan en los puntos de control del ciclo celular también permite acelerar artificialmente los ciclos celulares y obtener más rápidamente productos de interés comercial como el maíz (Garza et al., 2014).

No obstante, en pocas ocasiones se producen errores que pueden ser fatales o producir enfermedades como el cáncer, que, de manera general, corresponde a una división celular descontrolada.

El síndrome de Down se produce cuando, por errores en la formación del óvulo o del espermatozoide, la persona tiene tres cromosomas número 21 en lugar de dos.

CN.4.1.6. Analizar el proceso del ciclo celular e investigar experimentalmente los ciclos celulares mitótico y meiótico, describirlos y establecer su importancia en la proliferación celular y en la formación de gametos.

El ciclo celular, mitosis y meiosis (II)

El ciclo celular, mitosis y meiosis (II)

El proceso de curación de una herida requiere la rápida división de las células que deben reemplazar a las dañadas.

División celular mitótica

La mitosis es el ciclo de multiplicación celular mediante el cual se obtienen dos células hijas que presentan la misma estructura y el mismo contenido genético que la célula que se va a dividir.

Es un proceso rápido que permite la proliferación que se requiere en los siguientes casos:

Glosario

gametos. Es el nombre de las células sexuales que en animales son los óvulos y espermatozoides, mientras que en las plantas son los óvulos y el polen.

En los seres humanos casi todas las células se multiplican por mitosis, excepción de aquellas que dan origen a los gametos y que reciben el nombre de células germinales, que son las encargadas de formar los gametos por medio de la meiosis.

Las células somáticas, es decir, todas aquellas que no son germinales, entran al proceso de mitosis si han completado su interfase y si los puntos de control de los que hablamos en lecciones pasadas han detectado que todo sigue su curso normal. Caso contrario, pueden estacionarse en la fase en la que se encuentran y esperar que eventualmente se produzca su muerte.

Sabías que

Cada especie tiene un número característico de cromosomas, en cuyo interior se encuentran los genes que hacen que cada individuo produzca las proteínas que lo hacen único e irrepetible. Los ratones (Mus musculus) tienen 20 pares de cromosomas en los que se almacenan casi tantos genes como los contienen los 23 pares de cromosomas de la especie humana (Homo sapiens), que supera los 30 000.

Fases de la mitosis

En el proceso de mitosis, cuya finalidad es obtener una copia exacta de la célula original, se distinguen cuatro fases.

La profase

Esta primera etapa de la mitosis inicia una vez que la célula que está en G2 de la interfase recibe suficientes proteínas indicadoras de que debe dividirse. El ADN que hasta entonces estaba descondensado dentro del núcleo empieza a enrollarse alrededor de las proteínas que reciben el nombre de histonas, de tal manera que se compacta para así formar la totalidad de cromosomas que caracterizan al organismo.

Tras el proceso de la mitosis, el resultado son dos células que contienen el mismo número de cromosomas que la célula original, pero cada uno de ellos consta solamente de una cromátide y no las dos, como es normal.

A continuación, la membrana nuclear y el nucléolo desaparecen. En las células animales dos centriolos que están juntos formando una estructura que se llama centrosoma (o áster) empiezan a alejarse, y en medio ellos se forma el huso acromático, una proteína elástica que juega un papel muy importante en las siguientes etapas. En las células vegetales el huso se forma de una manera similar, pero sin la presencia de centrosomas.

Los cromosomas formados tienen dos brazos que se llaman cromátides y una zona central (en la que estas se unen), que recibe el nombre de centrómero.

Glosario

cromatina. Nombre que se asigna a la molécula de ADN que durante la interfase se encuentra en estado relajado.

La metafase

En esta etapa cada uno de los cromosomas se alinea, uno junto al otro, en la zona central de la célula. A continuación, las fibras de huso acromático que se extienden a lo largo de la célula, entre los dos centrosomas que han migrado hacia polos opuestos, se adhieren al centrómero de cada cromátide que constituye los cromosomas.

TIC

Observa la siguiente animación:

www.mayedu.ec/nat9/p42

Responde: ¿en qué fases de la mitosis te parece que pueden surgir errores difíciles de detectar?

La anafase

El siguiente evento se produce cuando el huso acromático se encoge de tal manera que ocasiona que las dos cromátides de cada cromosoma se separen y se movilicen hacia los extremos opuestos de la célula, cerca de cada centrosoma. En medio de la metafase y de la anafase existe otro punto de control donde se detecta si todos los cromosomas están correctamente alineados y si las cromátides están dirigiéndose a donde les corresponde; caso contrario, la mitosis se interrumpe hasta que el error sea reparado.

Al ser arrastradas por el huso mitótico, las cromátides tienden a adoptar una forma de V que ayuda a la identificación de esta fase.

Interdisciplinariedad

Biología y medicina

Gracias al conocimiento de los procesos y proteínas que intervienen en la mitosis, se ha logrado reproducir más rápido y eficientemente las células que sirven para hacer injertos de piel en casos de graves quemaduras.

La telofase

Una vez que las cromátides están muy cerca de su centrosoma correspondiente, el huso acromático empieza a descomponerse, reaparece una envoltura nuclear para proteger a los cromosomas que otra vez se descondensan para formar cromatina, y se inicia el proceso de citocinesis, es decir, la división equitativa del citoplasma y la formación de la membrana que separará a las dos células hijas.

Es así como, a partir de una sola célula, se obtienen dos copias exactas que están listas para empezar el ciclo celular nuevamente. La mitosis generalmente es un proceso rápido que puede tomar desde algunas horas hasta pocos días, dependiendo del tipo de célula que se divida.

Desde el momento mismo en que un espermatozoide fecunda a un óvulo, se desencadena una serie de reacciones que dan inicio al milagro de la vida.

Este cariotipo o mapa genético de una persona muestra los 22 pares de cromosomas homólogos no sexuales más el par que determina su sexo (XX para mujeres y XY para varones).

¿En qué células se produce la meiosis?

La meiosis se produce únicamente en organismos cuya reproducción es de tipo sexual, en las llamadas células germinales que se encargan de producir los gametos (óvulos, espermatozoides y polen).

Antes de detallar las características de este proceso, es importante conocer algunos antecedentes:

- La primera célula de un organismo que se reproduce sexualmente se llama cigoto y se produce cuando el núcleo de los dos gametos de sus padres se junta para compartir su contenido genético.
- Las especies tienen un número característico de cromosomas que se mantiene constante de generación en generación. Por ejemplo, el ratón tiene 20 pares de cromosomas diferentes, mientras que los humanos tenemos 23 pares. Los cromosomas vienen en pares porque uno proviene del gameto de la madre (el óvulo) y el otro se hereda con el gameto del padre (espermatozoide en animales, y polen en plantas). Los cromosomas que vienen en pares tienen las mismas características (forma, tamaño, disposición de los genes), por lo que se llaman homólogos.

Glosario

somáticas. Son todas las células del cuerpo, excepto los gametos.

Las células que contienen los dos cromosomas homólogos reciben el nombre de diploides (2n). Todas las células somáticas son de este tipo. En contraste, los gametos son células que presentan tan solo una copia de cada cromosoma diferente, por lo que se llaman haploides (n).

El momento en que se produce la fecundación, los dos gametos haploides producen un cigoto diploide. Este se dividirá múltiples veces por medio de mitosis para producir un individuo con todas sus estructuras funcionales y todas sus células diploides, excepto sus propios gametos.

En síntesis, la meiosis es el proceso de multiplicación celular cuya finalidad es obtener gametos (n), a partir de células diploides.

Fases de la meiosis

La meiosis se produce en dos series de divisiones sucesivas que se detallan a continuación.

Meiosis 1

Esta etapa cumple con dos objetivos principales: el primero es lograr una recombinación genética, y el segundo es disminuir el contenido genético (a partir de una célula germinal diploide, obtener dos células hijas haploides). Sus fases son las siguientes:

Los puntos donde sucede el intercambio de genes se conocen con el nombre de quiasmas.

- Profase de meiosis 1: en esta fase, además de la formación de cromosomas, la destrucción de la envoltura nuclear y la aparición del huso acromático, suceden los eventos más importantes de la meiosis. En primer lugar, los cromosomas homólogos se reconocen y se juntan para formar un complejo que se conoce con el nombre de tétrada. A continuación algunas proteínas se asocian a este complejo para mantenerlo unido y permitir que los genes de un cromosoma se intercambien con los genes del otro, proceso que se conoce con el nombre de recombinación genética.
- Metafase de meiosis 1: las tétradas migran a la parte central de la célula y se alinean una junto a otra. El huso acromático se adhiere a los centrómeros de cada cromosoma.

- Anafase de meiosis 1: lo que diferencia a esta fase de la anafase de mitosis normal es el hecho de que en meiosis 1 se separan los cromosomas enteros que forman las tétradas para migrar a un polo opuesto. Gracias a este mecanismo es que se logra obtener células haploides a partir de una célula diploide.
- Telofase de meiosis 1: se produce la citocinesis para formar dos células hijas con contenido haploide, listas para entrar en la siguiente etapa de la división celular.

Meiosis 2

Cada una de las células haploides que han sido resultado de meiosis 1 pasa por la etapa de meiosis 2, que básicamente tiene el mismo mecanismo que una mitosis, con las mismas fases, tal como se observa en la siguiente imagen:

Al final de la meiosis 1, se obtienen dos células con contenido haploide, cada una de las cuales entrará a meiosis 2. Como resultado, al final de todo el proceso se obtendrán cuatro gametos con la mitad del contenido cromosómico de la especie, de tal modo que después de la fecundación se restablezca el número diploide normal con cromosomas que han recombinado sus genes.

TIC

Observa este video sobre la formación de los gametos en la especie humana:

www.mayedu.ec/nat9/p46

Responde: ¿en qué se diferencia la ovogénesis de una meiosis normal?

Interdisciplinariedad

Biología y zootecnia

Conocer los mecanismos de la gametogénesis ha permitido optimizar los métodos de inseminación artificial que permiten obtener mayor provecho económico de la actividad ganadera.

CN.4.1.2. Explorar e identificar los niveles de organización de la materia viva, de acuerdo con el nivel de complejidad.

La reproducción sexual en los seres vivos

Tema 2

La reproducción sexual en los seres vivos

Saberes previos

¿Qué características heredaste de tu padre y tu madre?

Desequilibrio cognitivo

Si analizas el desgaste energético versus el éxito reproductivo, ¿qué método de reproducción te parece más eficiente?

Glosario

especie. Es el conjunto de organismos con características comunes, capaces de reproducirse entre sí y de generar descendencia fértil.

La mayoría de organismos que optan por la reproducción sexual deben vencer varios obstáculos para asegurarse de tener una descendencia que garantice la continuidad de su especie.

Características de la reproducción sexual

El objetivo de toda reproducción es incrementar el número de individuos de una población, para poder reemplazar a aquellos que terminan su ciclo de vida y así permitir que las características propias de su especie se hereden de generación en generación. Esto se logra básicamente mediante dos estrategias: la primera que es la reproducción sexual, de la que hablaremos a continuación, y la segunda que es la reproducción asexual, que será tratada en la próxima lección.

Para que un espermatozoide alcance a un óvulo y lo fecunde, tiene que atravesar numerosos obstáculos. Esa es la razón por la que se producen por millones.

La reproducción sexual implica que hay dos individuos de diferente sexo que deben encontrarse justo cuando los dos son fértiles (es decir cuando sus gametos están maduros y tienen la capacidad de generar descendencia) y además están dispuestos a reproducirse. Cada uno de los gametos que se ha formado por meiosis tiene una combinación genética única, por lo que los individuos que nacen a partir de ellos son diferentes a los demás.

El siguiente desafío por vencer para que la reproducción sexual se produzca es la fecundación, es decir, el momento en el que el núcleo del espermatozoide se funde con el del óvulo para producir un cigoto viable.

Posteriormente, el cigoto debe completar su desarrollo, sobrevivir al nacimiento y a las primeras etapas de la vida, hasta que el individuo esté en capacidad de tener sus propios hijos y traspasar los genes que sus ancestros le heredaron y que le permitieron ser exitoso en la lucha por la existencia.

Después de fecundar a la hembra, el macho de la mantis será devorado por ella para que sus proteínas le permitan producir la mayor cantidad de huevos posible.

Un costo que vale la pena

La reproducción sexual implica una serie de actividades que requieren que el organismo gaste una gran cantidad de energía. Hay especies que concentran todos sus recursos y están dispuestas a morir en un desesperado esfuerzo por asegurar que su descendencia tendrá una oportunidad de vida.

Aunque a primera vista esto parezca un comportamiento poco ventajoso, en realidad ha sido lo que ha permitido que el planeta esté lleno de especies muy diversas, cada una con una estrategia de reproducción diferente.

Los genes de aquellos individuos que no logren sobrevivir se perderán y el propósito de la reproducción sexual y la variabilidad genética es proporcionar un abanico de posibilidades de que esto no suceda.

La reproducción sexual puede consumir mucha energía, pero también es la más exitosa para conseguir la variabilidad genética de la población que le permite resistir a los cambios ambientales, enfermedades, catástrofes, competencia o a la presión que ejercen los depredadores. Esta variabilidad es la responsable de que por difícil que sea la situación, por lo menos algunos individuos lograrán sobrevivir, heredando sus vigorosos genes a las siguientes generaciones y favoreciendo la evolución de una especie mejor adaptada a las condiciones ambientales desfavorables.

Glosario

variabilidad genética. Es la presencia de diferentes genes dentro de una población.

Estrategias para asegurar la fecundación en animales

Pese a que los organismos están dispuestos a hacer todo lo posible para garantizar su descendencia, también buscan estrategias que faciliten su éxito. Por esta razón buscan los métodos que mejor se adapten a su forma de vida y permitan el encuentro entre los gametos para que se produzca la fecundación. A continuación, algunos ejemplos de estas estrategias.

- Fecundación interna: es la estrategia preferida por los animales que viven en ambientes terrestres, y poseen órganos copuladores (como los complementarios pene y vagina), para acercar a los dos gametos y así minimizar los riesgos ambientales que correrían con la fecundación externa. En este caso se gasta menos energía porque se producen menos gametos, pero este ahorro se compensa con el costo de ceremonias de cortejo, luchas o la movilización que implica encontrar a la pareja.

TIC

Observa este video sobre las causas de la desaparición de las abejas:

www.mayedu.ec/nat9/p50

Responde ¿qué porcentaje de nuestros cultivos depende de la presencia de estos polinizadores?

- Fecundación externa: muy frecuente en animales que viven en ambientes acuáticos. En este caso no existen órganos especiales para favorecer el encuentro de los gametos; más bien, los dos sexos concentran su energía en la producción de muchos gametos que se disponen en sitios cercanos para que el espermatozoide llegue nadando hasta el óvulo, atraído por hormonas especiales que detectan dónde se encuentra.

La fecundación de las ranas es malinterpretada, pues el macho solo abraza a la hembra para estimular la postura de óvulos en el agua, mientras él libera los espermatozoides que nadarán hacia su encuentro. No existen órganos copuladores, por lo que se trata de una fecundación externa.

Laboratorio casero

Necesitarás dos plantas distintas de tomate, ají o pimiento. Con la ayuda de imágenes, identifica los órganos sexuales masculinos (anteras) y femeninos (pistilos). Escoge una de las plantas para que produzca los frutos y la otra será la que nos proporcione el polen. Rotúlalas para que no te confundas.

Ponte guantes de látex, toma una pinza puntiaguda y con mucho cuidado saca todas las anteras de la planta que va a dar frutos. Ahora toma un pincel muy limpio y seco y con él recoge el polen de la otra planta; lleva el pincel al pistilo de cada flor que queremos polinizar. Cuida tus plantas y espera a que den frutos. Reporta los resultados de tu experimento y preséntalos al resto de la clase. ¿Para qué sirve la polinización cruzada?

Fecundación asistida en las plantas

Las plantas también han inventado muchas estrategias para facilitar el encuentro entre sus gametos. En grupos más primitivos como las algas, musgos y helechos, la fecundación depende de la presencia de humedad para que el gameto masculino nade al encuentro del femenino. En plantas más evolucionadas ya se cuenta con la ayuda del agua, viento o animales para transportar el polen hasta donde está el óvulo.

Abejas, aves y murciélagos son animales esenciales para la polinización de las plantas. Por eso hay tanta preocupación por la amenaza de extinción que enfrentan algunas especies que mueren debido a los agroquímicos nocivos.

Glosario

hormonas. Mensajeros químicos producidos por las glándulas del cuerpo para cumplir alguna función específica.

CN.4.1.8. Usar modelos y describir la reproducción sexual en los seres vivos y deducir su importancia para la supervivencia de la especie.

La reproducción asexual en los seres vivos

Tema 3

La reproducción asexual en los seres vivos

Saberes previos

¿Por qué en lugar de sembrar semillas se siembran papas para obtener su cosecha?

Desequilibrio cognitivo

Si la variabilidad genética es tan ventajosa para la evolución de las especies, ¿por qué todavía hay organismos que se reproducen asexualmente?

Muchas especies vegetales se reproducen tanto sexual como asexualmente. En la imagen: una nueva planta de violeta crece a partir de una hoja que ha sido enterrada.

El hecho de que los individuos dentro de una población tengan características diferentes multiplica sus posibilidades de supervivencia frente a eventos catastróficos y aumenta su capacidad de adaptarse a los cambios del medio.

Características de la reproducción asexual

Si bien una gran cantidad de especies han optado por reproducirse sexualmente para garantizar su permanencia en el planeta, también hay muchas otras que lo hacen asexualmente, o incluso alternando ambas estrategias para la proliferación de individuos. Estas son algunas particularidades de la reproducción asexual:

- No requiere la presencia de dos progenitores, con uno solo es suficiente para generar numerosa descendencia. Por tanto, no intervienen gametos.
- Los hijos son una copia exacta de sus padres (clones). Es un tipo de reproducción que no favorece la variabilidad genética y que, por ende, limita la respuesta de la población ante enfermedades o catástrofes naturales, disminuyendo su capacidad de evolucionar.

Glosario

evolución. Son los cambios generalmente graduales que se producen en las poblaciones y que les permiten una mejor adaptación al medio en el que habitan.

- Es un proceso más rápido que la reproducción sexual, pues no requiere una preparación específica de los individuos que van a reproducirse. En el caso de los animales, no es necesario esperar a la madurez sexual ni el encuentro de los dos padres, el cortejo o la fecundación, etc. En las plantas se ahorra el tiempo necesario para el crecimiento, la polinización, la formación de semillas. En definitiva, solo se necesita un individuo que esté desarrollándose adecuadamente en su medio

Glosario

mutación Son cambios que se producen en la molécula del ADN y que pueden tener consecuencias letales, neutras o beneficiosas para los seres que las experimentan.

- Las pocas posibilidades de variabilidad genética a través de esta estrategia de reproducción se deben a mutaciones accidentales o a estrategias especiales de conjugación, transformación o transducción del ADN, como veremos en una próxima lección, cuando hablemos de las bacterias. En estos casos, toda la descendencia heredará esos cambios.

A veces las mutaciones impiden a los organismos sobrevivir y si esto afecta a toda la población, la pondrá en peligro de extinción rápidamente.

- Es ideal para recuperar rápidamente la cantidad de individuos de una población que ha disminuido por cualquier causa.
- El tipo de división celular relacionado con la reproducción asexual es la mitosis que por un lado logra la multiplicación de seres unicelulares y por otro permite el crecimiento y desarrollo de los pluricelulares.

Estos esquejes de rosa facilitan una producción rápida de un individuo cuyas características han sido seleccionadas por su interés comercial.

Mecanismos de reproducción asexual

Aunque existen numerosos mecanismos de reproducción asexual, la mayoría puede incluirse dentro las siguientes estrategias:

- Reproducción vegetativa: algunas plantas tienen la capacidad de reproducirse asexualmente, a partir de algún órgano del individuo adulto (por ejemplo, de una hoja, del tallo o de las raíces, si estos son sembrados).

- Gemación: consiste en la aparición de una “yema” dentro del organismo original, la cual es un brote que hereda un núcleo formado por mitosis y parte del citoplasma del progenitor. Esta protuberancia crece hasta el punto en el que está lista para separarse e iniciar su propia vida libre. Ejemplos de organismos que se reproducen por gemación son: las esponjas, algunos corales y las levaduras.

La hydra es un minúsculo animal acuático que se reproduce por gemación.

TIC

Entra en el siguiente enlace:

www.mayedu.ec/nat9/p54

Diviértete poniendo a prueba cuánto has aprendido sobre reproducción asexual y si tienes alguna duda, investiga hasta disiparla.

- Fragmentación: se da cuando se regenera un nuevo organismo a partir de un segmento que se ha separado de otro original. Por ejemplo, esto sucede con estrellas de mar, lombrices de tierra y planarias.

Si una estrella de mar pierde una de sus extremidades, un nuevo individuo puede generarse a partir de ese fragmento.

En la imagen se observa el proceso de reproducción típico de una Euglena, un protozoo común en fuentes de agua dulce.

- Bipartición: también conocida con el nombre de fisión binaria, se produce en organismos unicelulares como bacterias, arqueas y protozoos. En una primera etapa, el material genético se duplica, y luego la célula, con todas sus estructuras, se separa para formar dos organismos.

Laboratorio casero

Corta una cebolla a dos centímetros a partir de su base. Coloca agua en un recipiente y sumerge la base de la cebolla, de tal manera que no quede completamente sumergida. Mantén el recipiente en un lugar iluminado, evitando los rayos directos del Sol. Espera una semana y siembra esta cebolla. Este podría ser el principio de tu huerto familiar.

- Partenogénesis: algunas especies de peces, anfibios, reptiles, crustáceos e insectos tienen un tipo de reproducción que puede combinarse o no con la sexual, en la que los óvulos, a pesar de no ser fecundados por el espermatozoide, son capaces de desarrollar nuevos individuos haploides. Un ejemplo de esta estrategia es la producción de zánganos en las colonias de abejas.

La parte posterior de las hojas de los helechos producen numerosas esporas que se dispersan por medio del viento o del agua.

- Esporulación: se llama así a la formación de esporas con las que algunas plantas y hongos producen nuevos organismos. Las esporas tienen un contenido genético haploide, pues se forman por medio de meiosis, pero proliferan en grandes cantidades gracias a sucesivas divisiones mitóticas que permiten su gran propagación.

CN.4.1.9. Usar modelos y describir la reproducción asexual en los seres vivos, identificar sus tipos y deducir su importancia para la supervivencia de la especie.

La evolución de las bacterias y la resistencia a los antibióticos

Tema 4

La evolución de las bacterias y la resistencia a los antibióticos

Saberes previos

¿Qué enfermedades bacterianas has sufrido?

Desequilibrio cognitivo

Si el ser humano ha inventado antibióticos para combatir bacterias patógenas, ¿por qué hay alarma en la comunidad médica en relación con las enfermedades infecciosas contemporáneas?

Las bacterias son seres primitivos que han logrado adaptarse a todos los ambientes del planeta, incluso a los más extremos. En las cercanías de este géiser, soportan más de 80 °C.

Glosario

patógeno. Es un organismo capaz de producir alguna enfermedad.

Seres sumamente importantes

A menudo olvidamos reconocer la importancia de esos millones de seres microscópicos que nos acompañan en cada momento de la vida, ya sea como parte de las defensas naturales de nuestra piel, de la flora intestinal que permite la digestión de alimentos difíciles, o de los patógenos que esperan el mínimo descuido para sacar provecho de nuestro metabolismo y propagar sus poblaciones. Las bacterias están en todos lados y se relacionan de una u otra forma con el resto de elementos del planeta, desde que aparecieron, pues probablemente fueron las primeras formas de vida terrícola

En este esquema se muestran las relaciones evolutivas de todos los seres vivos. LUCA se ubica en la base desde la cual se originaron los seres procariotas y, a partir de ellos, toda la diversidad de seres eucariotas

Se piensa que todos los organismos actuales, cuyo código genético se almacena en la molécula de ADN, tuvieron un ancestro común (LUCA, que es la sigla que corresponde a su nombre en inglés: last universal common ancestor). Las evidencias con las que hasta ahora se cuentan apuntan a que se trató de un organismo procariota que habitó las profundidades del mar hace cuatro mil millones de años. Posiblemente habitó en las cercanías de las ventoleras de los volcanes submarinos y, en medio de un ambiente carente de oxígeno libre, LUCA logró alimentarse por quimiosíntesis; prosperó y evolucionó de tal modo que dio origen a diversas formas de vida.

Glosario

fósiles. Restos o huellas de algún ser vivo que se han petrificado por medio de procesos geológicos o químicos.

Características de las bacterias

En la primera unidad (páginas 18 a 20) revisamos la estructura celular, tamaño, forma y nutrición de bacterias y arqueas, por lo que ahora complementaremos esa información con otros aspectos que resultan importantes.

Los estromatolitos son fósiles de las primeras bacterias fotosintéticas que al parecer surgieron hace más de 3 500 millones de años.

Se cree que la mayor disponibilidad de oxígeno en la atmósfera fue una de las razones de la gran “explosión cámbrica” en la que se originaron numerosas especies, hace 540 millones de años.

- Las bacterias se relacionan con otros organismos y son capaces de modificar el medio en el que viven. De hecho, el estudio de los estromatolitos, en conjunto con otras evidencias geológicas, ha revelado que la aparición de bacterias fotosintéticas en el planeta fue determinante para la modificación de la atmósfera primitiva que hasta entonces carecía de oxígeno (este elemento es un producto secundario de la fotosíntesis). La aparición de organismos pluricelulares fue el resultado de esta modificación, pues con suficiente oxígeno disponible, el metabolismo de sus nutrientes produjo mayor cantidad de energía, lo que les permitió hacerse más grandes y diversificarse.

Proceso de conjugación bacteriana en la que una célula donante le transfiere una copia de su plásmido de ADN a otra célula receptora.

- Ciertas bacterias tienen la capacidad de sobrevivir a condiciones ambientales peligrosas para otros seres, como, por ejemplo, la falta de alimento, temperaturas extremas y alta radiación ultravioleta. Para ello, la célula forma una estructura que se llama endóspora, que además de protegerla hace que su metabolismo se inactive hasta que el medio sea nuevamente favorable.
- Si bien las bacterias se reproducen asexualmente, han desarrollado estrategias para intercambiar material genético unas con otras. Estas estrategias son: la conjugación, la transformación y la transducción.
- Los rápidos ciclos de vida de las bacterias potencian la capacidad del ADN de presentar mutaciones y, con ello, de adaptarse velozmente a los cambios del medio en el que se desarrollan.

Resistencia a los antibióticos

Pese a que la mayoría de las bacterias con las que compartimos el planeta son inofensivas o beneficiosas, existe una cantidad importante de estos organismos que producen enfermedades muy peligrosas si no son tratadas adecuadamente.

Pintura medieval que representa a personas afectadas por la peste bubónica, una enfermedad causada por la bacteria Yersinia pestis que mató a más de cien millones de personas durante el siglo XIV.

Los antibióticos son sustancias químicas, de origen natural o sintético, que causan la muerte de las bacterias o impiden su reproducción. Desde el descubrimiento accidental de la penicilina, a principios del siglo XX, el uso de los antibióticos para tratar enfermedades infecciosas cambió drásticamente el éxito de los tratamientos médicos.

Por un lado, se logró combatir exitosamente enfermedades muy extendidas en la población (como la sífilis o la tuberculosis) y, por otro, aumentó significativamente el éxito de las cirugías al combatir infecciones posoperatorias.

Sin embargo, un siglo más tarde, una nueva preocupación resurge. La causa es la resistencia que algunas bacterias han desarrollado a los antibióticos con los que antes eran fácilmente controladas. Esta resistencia no es sino la adaptación evolutiva de las bacterias a un medio hostil (el antibiótico).

¿Qué debemos evitar?

Si bien la resistencia de las bacterias es un problema de salud pública, también es cierto que desde el ámbito personal casi todos hemos contribuido al desarrollo de esta condición. Por eso es importante que evitemos lo siguiente:

TIC

Observa el siguiente video sobre las causas de la resistencia en las bacterias:

www.mayedu.ec/nat9/p58

Responde: ¿por qué los hospitales son un lugar propicio para que se produzca la resistencia de bacterias a los antibióticos?

Los antibiogramas son análisis que ayudan a determinar a qué antibióticos son resistentes las bacterias cuando crecen alrededor de estos medicamentos, como en el caso de la imagen.

- Diseminar las bacterias patógenas al no observar normas de higiene.
- Automedicarnos.
- Interrumpir el tratamiento con antibióticos, aun cuando los síntomas desaparezcan o nos encontremos en mejor estado.
- Dejar de tomar el antibiótico a la hora señalada o con una dosis diferente a la recetada.
- Combinar los antibióticos con otras sustancias que inhiben su función, como por ejemplo el alcohol.

CN.4.2.2. Investigar en forma documental y explicar la evolución de las bacterias y la resistencia a los antibióticos, deducir sus causas y las consecuencias de estas para el ser humano.

Laboratorio

Observación de mitosis

Materiales

- Cebolla colorada cuyas raíces han estado en re- mojo tres días previos a la práctica
- Ácido clorhídrico al 10 %
- Orceína acética
- Gotero con agua destilada
- Bisturí
- Dos cápsulas de porcelana
- Aguja de disección, pinzas
- Un lápiz con borrador
- Un círculo de papel filtro
- Mechero de alcohol
- Porta y cubreobjetos
- Microscopio compuesto
- Agua destilada

Objetivo

Distinguir las diferencias que se aprecian en cada fase del ciclo celular.

Introducción

Las raíces son órganos de las plantas que están en constante crecimiento, por lo que presentan células en diferentes fases de su ciclo simultáneamente. Se aprovechará esta situación para ver en laboratorio lo que se aprendió en clase y conocer una técnica de preparación de placas con tejidos vegetales.

 Tu placa podría parecerse a esta muestra.

Procedimiento

1. Corta un centímetro de la punta de cinco raíces. Con la supervisión de una persona adulta, coloca cuidadosamente en una cápsula de porcelana suficiente ácido clorhídrico como para cubrir las raíces. Déjalas reposar durante diez minutos.
2. Retira las raíces con una pinza, ubícalas en otra cápsula y enjuágalas cuidadosamente con agua destilada. Si por alguna razón tu piel entra en contacto con el ácido clorhídrico, enjuágala con abundante agua, pero eso no pasará si tienes cuidado en la manipulación de la muestra.
3. Coloca suficiente orceína acética para cubrir la muestra y, con la ayuda de una pinza, lleva la cápsula a la llama del mechero. Espera hasta que se caliente y desprenda algo de vapor para retirarla inmediatamente del fuego. Deja que se enfríe un poco y repite el proceso.
4. Retira con una pinza las raíces y coloca cada una de ellas en un por- taobjetos diferente. Coloca encima el cubreobjetos, dobla el papel filtro en dos e introduce la placa en medio de las dos láminas. Aplasta cuidadosamente la muestra con la ayuda del borrador del lápiz. Debe quedarte una fina lámina sobre el portaobjetos.
5. Observa al microscopio, identifica las fases de mitosis y diferencia de la interfase.

Resultados y conclusiones

Realiza dibujos de lo observado, rotula las fases del ciclo celular y reporta lo que aprendiste con esta práctica.

Infografía

La Organización Mundial de la Salud (OMS) destina muchos recursos con el objetivo de dar a conocer el peligro que significa para la humanidad la resistencia a los antibióticos. La siguiente infografía es parte de una campaña, que te invitamos a seguir explorando: www.mayedu.ec/nat9/p61

Analiza

1. ¿Qué grupos humanos deben involucrarse activamente en la prevención de la propagación de la resistencia a los antibióticos?
2. ¿Qué medidas esperarías que los profesionales de la salud y de la industria farmacéutica tomen para disminuir el riesgo de la resistencia a los antibióticos?