Desarrollo animalSemana 12, Capítulo 42

Etapas de la reproducción y el desarrollo

Los animales pasan por ciertas etapas del desarrollo desde el cigoto hasta el adulto. Aunque las ranas y los humanos somos muy distintos, un estudio cuidadoso revela que todos los vertebrados seguimos esencialmente el mismo patrón.

Etapas de la reproducción y el desarrollo

Todos los animales pasan por seis etapas durante su reproducción y desarrollo:1.Gametogénesis- formación de gametos2.Fecundación- formación del cigoto3.Segmentación- formación de la blástula4.Gastrulación- formación de la gástrula5.Organogénesis- formación de órganos6.Crecimiento y diferenciación- crecimiento de los

tejidos y los órganos hasta producir el animal adulto.

Embriología es el campo de la Biología que estudia el desarrollo de los animales.

Etapas de la reproducción y desarrollo

La blástula es una bolita hueca de células. El hueco se convertirá eventualmente en el tubo digestivo del embrión.

Las tres capas germinales (ectodermo, mesodermo y endodermo) aparecen en la gástrula. Todos los tejidos y órganos del individuo se forman a partir de estas tres capas de células.

Segmentación (del cigoto a la blástula)

Gastrulación (de la blástula a la gástrula)

Organogénesis

Crecimiento y diferenciación

43.2 Ordenamiento temprano

El citoplasma del óvulo contiene el alimento necesario para producir la energía que requiere el metabolismo del embrión. También contiene enzimas, distintos tipos de ARN, ribosomas y otros materiales que se distribuyen irregularmente. La ubicación de estos materiales determina, una vez comience la mitosis, qué células hijas los recibirán y cómo éstas se diferenciarán durante el desarrollo embrionario.

Cigoto humano antes de la desaparición de las membranas nucleares del óvulo y el espermatozoo.

La contribución de Hans Spemann

La presencia en el citoplasma del cigoto de regiones destinadas a diferenciarse en tejidos y órganos distintos fue demostrada por el embriólogo alemán Hans Spemann.

El cigoto de los anfibios desarrolla un área llamada media luna gris (gray crescent) poco después de la fecundación. Spemann dividió el cigoto de modo que la media luna gris se dividiera por la mitad o quedara toda en una de las dos células.

Hans Spemann (1869-1941) Premio Nobel de fisiología en el 1935.

El experimento de Hans Spemann

El experimento demostró que la media luna gris (gray crescent) contiene los materiales necesarios para la diferenciación celular y la formación de tejidos y órganos.

Segmentación- división del citoplasma materno

El proceso de segmentación divide el cigoto en muchas células, cada vez más pequeñas, de modo que el cigoto y la blástula son bolitas del mismo diámetro y volumen.

Las células o blastómeros heredan parcelas diferentes de citoplasma, lo que hará que se comporten de manera distinta más adelante durante el desarrollo.

Blástula humana (blastocisto). En los mamíferos ésta es la etapa embrionaria que se implanta en el útero. La capa de células en la parte de abajo dará origen al embrión, las células de la bola dan origen a parte de la placenta.

Dos linajes definidos por la segmentación Los planos de segmentación del embrión dividen a los

animales en dos grandes grupos: protostomados y deuterostomados.

Los invertebrados con simetría bilateral tienen segmentación espiral y se llaman protostomados.

Dos linajes definidos por la segmentación

Los equinodermos y los vertebrados tienen segmentación radial y se llaman deuterostomados. Los mamíferos tienen una variante llamada segmentación rotacional.

Efecto de la cantidad de yema sobre el patrón de segmentación

43.3 De blástula a gástrula

Durante la gastrulación, ciertas células de la blástula cambian de posición y se reordenan. Los detalles del número de células que migra varía entre los distintos grupos animales, pero al final del proceso se produce una gástrula con tres capas germinativas: ectodermo- (capa externa), mesodermo (capa media) y endodermo (capa interna).

Inducción embrionaria La gastrulación comienza cuando

algunas células de la blástula liberan señales químicas que estimulan a sus vecinas a moverse de lugar, ya sea solas o en grupos. El proceso de señalización, conocido como inducción embrionaria, demuestra que el destino embrionario de ciertas células depende de sus vecinas.

Hilde Mangold, una estudiante de Hans Spemann, demostró el principio de inducción embrionaria en su tesis doctoral.

Hilde Mangold(1898-1924)

Demostración de inducción embrionaria

El tejido trasplantado por Mangold hizo que las nuevas células vecinas se desarrollaran de forma distinta.

43.4 Formación de órganos y tejidos especializados

Los tejidos, los órganos y los sistemas del cuerpo se forman mediante diferenciación celular. Durante este proceso células se dividen, se agrupan y cambian de lugar debido a la expresión selectiva de genes.

Como todas las células descienden del cigoto, todas tienen el mismo material genético. Sin embargo, temprano durante el desarrollo embrionario ciertos genes se activan en unas y otras células para dar origen a la diferenciación y producción de células distintas.

La diferenciación está controlada en parte por morfógenos, que son moléculas señalizadoras producidas por genes maestros presentes en ciertas células y que afectan el desarrollo de células vecinas.

Morfogénesis Morfogénesis es el proceso mediante el cual se forman

los tejidos y los órganos.

Aquí se ilustra cómo se forma el tubo neural que se convertirá en el cordón nervioso. La contracción diferencial de microtúbulos da forma al tubo. Las células del tubo continuarán diferenciándose para convertirse en neuronas o neuroglía.

Apoptosis La formación de órganos y tejidos requiere no sólo de la

producción y diferenciación de células nuevas, sino de la muerte programada (apoptosis) de otras células. Las células mueren ordenadamente en respuesta a señales producidas por otras celulas.

Mano a los 48 y 51 días después de la formación del cigoto. Los dedos se separan debido a la apoptosis del tejido que los unía.

Falta de apoptosis mantuvo unidos dos dedos.

43.5 Un punto de vista evolutivo del desarrollo Las similitudes entre los patrones de desarrollo de los

distintos grupos de animales son evidencia de parentezco y relaciones evolutivas.

Los genes maestros que controlan el desarrollo son muy parecidos entre los animales. Por ejemplo, el gen eyeless controla el desarrollo de los ojos tanto en los insectos como en los mamíferos. Si aislamos este gen de un ratón y lo introducimos en una mosca drosófila, se formarán ojos en el tejido que incorpora el gen del ratón.

Los gradientes de concentración de los productos de genes maestros afecta la expresión de genes homeóticos que regulan el desarrollo de distintas partes del cuerpo.

Mutaciones de genes maestros Las mutaciones que afectan los genes maestros que

controlan en desarrollo son casi siempre letales. Por ejemplo, mesodermo ubicado a ambos lados del tubo neural produce somitos, bloques de células que se desarrollarán para formar hueso y músculo.

Si el gen maestro que controla la formación de los somitos sufre una mutacón, los somitos no se desarrollan y el embrión no puede continuar desarrollándose más allá de esa etapa.

43.6 Panorama del desarrollo humano

El desarrollo humano comienza con la formación del cigoto y termina por completo alrededor de los 20 años. Durante este periodo unas 5 billones de divisiones mitóticas produden los 10 millones de células que tiene un humano adulto.• El blastocisto se implanta en el útero unas dos

semanas después de la fecundación.• Todos los órganos se forman durante el periodo

embrionario (primeras 8 semanas del desarrollo).• Durante el periodo fetal (semana 9 hasta el

nacimiento) los órganos crecen y se especializan.• Los órganos siguen creciendo y madurando durante

el periodo posnatal (nacimiento a la adultez).

Etapas del desarrollo humano

Esta tabla enumera los cambios principales que suceden durante las etapas del desarrollo humano.

Cambios de proporciones durante el desarrollo humano

Esta figura ilustra cómo cambian las proporciones del cuerpo durante nuestro desarrollo.

43.7 Desarrollo humano temprano La fecundación sucede en el tercio superior del oviducto.

El epitelio ciliado del oviducto empuja el cigoto hacia el útero y éste comienza a dividirse.

El futuro embrión llega al útero unos cuatro días después de la fecundación, transformado en una bolita de 16 células llamada mórula.

El blastocisto

Para el quinto día comienza a formarse un blastocisto que consiste de una capa externa de células, una cavidad llena de líquido llamada blastocele y una masa interna de células. La masa interna dará origen al embrión y la capa externa dará origen a parte de la placenta.

Implantación

El blastocisto se implanta en el endometrio del útero entre el sexto y el décimo día después de la fecundación. Entonces comienza a secretar la hormona gonadotropina coriónica para indicarle al cuerpo lúteo que no se degenere y que siga produciendo progesterona. De este modo el endometrio se mantiene activo y no suceda el próximo flujo menstrual.

Pruabas de embarazo

El aumento súbito en la producción de gonadotropina coriónica hace que el riñón excrete una cantidad en la orina. El residuo reacciona con compuestos incluidos en los equipos (kits) para detectar embarazos. La precisión de estos kits supera el 97%.

Embarazos ectópicos

Ocasionalmente el blastocisto se implanta en el oviducto, por la parte de afuera del útero o sobre algún órgano. Este embarazo ectópico tiene que abortarse o matará a la madre.

Membranas extraembrionarias

La capa externa del blastocisto da origen a las cuatro membranas extraembrionarias:• Amnios- rodea y protege al embrión dentro de una

cavidad llena de líquido aminótico.• Saco vitelino- da origen a la sangre y a las células

germinativas. En los huevos de reptiles y aves contiene el vitelo (alimento para el embrión).

• Corion- penetra el endometrio y se convierte en parte de la placenta.

• Alantoide- produce los vasos sanguíneos de la placenta.

Implantación y formación de las membranas extraembrionarias

43.8 Surgimiento del plano del cuerpo de los vertebrados Dos semanas después de la fecundación la capa interna de

células del blastocisto ha dado origen a un disco embrionario de dos capas. La gastrulation sucede durante la tercera semana, cuando se forma un embrión con las tres capas germinativas: ectodermo, mesodermo y endodermo.

Gastrulación y cambios subsiguientes

El comienzo de la gastrulación se detecta por la aparición de una línea primitiva que eventualmente dará origen al tubo neural y más tarde al cordón nervioso. Luego se forma el notocordio que dará origen a la columna vertebral y en ambos lados del tubo neural aparecen somitas que darán origen al esqueleto axial, a músculos y a la dermis.

En la parte anterior del embrión aparecen los arcos faríngeos que darán origen a diversas esructuras de la cabeza. Hacia final del día 25 se ha formado un embrión que es muy parecido en todos los vertebrados, desde los peces hasta los mamíferos.

Desde la gastrulación hasta el día 25

Espina bífida Este problema surge cuando los dos dobleces que forman el tubo

neural no cierran por completo. Algunas vértebras que cubren la médula espinal no se forman por completo y quedan abiertas. Aunque el desperfecto visible puede corregirse con cirugía, el daño a las partes afectadas no puede corregirse. El niño casi siempre sufre de parálisis, problemas para controlar la vejiga y dificutades de aprendizaje. La ingestión de ácido fólico por la madre reduce en un 75% la probabilidad de que esto suceda, aunque a menudo los dobleces cierran cuando la mujer no sabe que está embarazada.

43.9 El papel de la placenta

La placenta es una interfaz entre el sistema circulatorio del embrión y el de la madre. El intercambio de gases, nutrientes y desperdicios sucede a través de membranas sin que la sangre de la madre y del embrión se mezclen, evitando así que antígenos en la sangre del bebé causen una defensa por parte de la madre.

La placenta produce gonadotropina coriónica y hormonas sexuales para que el endometrio se mantenga activo.

La placenta

43.10 Surgimiento de características humanas

Hasta la octava semana el embrión humano se parece mucho al de otros vertebrados.

Un embrión de cuatro semanas

A las cuatro semanas el embrión humano no se distingue del de otros vertebrados. Los arcos faríngeos dan apoyo a las branquias de los peces. El embrión tiene un rabo que se absorbe más tarde.

Durante el desarrollo embrionario aparecen estructuras que recuerdan la evolución de los vertebrados desde los peces hasta los mamíferos.

Un embrión de seis semanas

Para la sexta semana la cabeza está creciendo proporcionalmente más rápido que otras partes del cuerpo. El cordón umbilical está bien formado.El rabo ha comenzado a absorberse.

Surgimiento de características humanas

Hacia mediados de la octava semana comienzan a surgir características humanas y el embrión se convierte en un feto. Para el segundo trimestre se detectan los latidos del corazón y los movimientos del feto. Para el tercer trimestre el cerebro está formado y funcionando.

Un feto de ocho semanas

Un feto de dieciseis semanas

Personas con rabos

El rabo que aparece temprano en el embrión humano se reabsorbe para el tercer mes del desarrollo. En algunos casos el rabo persiste.

43.11 La madre como proveedora y protectora

El embrión humano depende por completo de su madre para obtener el alimento, las vitaminas y los minerales que necesita. Cuando evolucionamos como especie, la exposición a radiación y químicos capaces de afectar el desarrollo embrionario era mínima. Hoy el embrión también depende de la madre para que lo proteja de estos peligros.

Teratógenos

Los teratógenos interfieren con el desarrollo del embrión a partir de la gastrulación. Sus efectos varían según el periodo del desarrollo en que entraron en contacto con el embrión.

Algunos teratógenos:• Virus, bacterias y parásitos• Drogas- incluyendo el alcohol, la nicotina y la cafeína• Medicamentos• Radiación- incluyendo los rayos X

Sensitividad a los teratógenos

Síndrome alcohólico fetal (FAS)

Este síndrome se debe al efecto del alcohol etílico, un compuesto que cruza fácilmente a través de la placenta. Los síntomas incluyen cabeza y cerebro pequeño, anormalidades faciales, crecimiento retardado, problemas mentales, problemas cardiacos y mala coordinación.

Los daños son permanentes.

43.12 Nacimiento y lactancia

El desarrollo del feto se completa 38 semanas después de la fecundación. El parto comienza cuando se rompe el saco aminiótico y en líquido sale por la vagina, lo que comúnmente se conoce como romper fuente.

El cuello del útero se relaja y la cabeza del feto hace presión contra el mismo. Esto causa un aumento en la secreción de oxitocina por la pituitaria posterior, lo que a su vez estimula la contracción del útero. Las contracciones aumentan la presión sobre la cérvix y aún más la secreción de oxitocina en un circuito de retroalimentación positiva.

Las fuertes contracciones del útero y la fuerza de la madre explulsan al feto, que al salir se convierte legalmente en una persona.

Proceso del parto I

Proceso del parto II

Proceso del parto III

Alimentación del bebé

El mejor alimento para los bebés recién nacidos es la leche materna. Esta secreción de las glándulas mamarias contiene todo el alimento que un bebé necesita. Muchos pediatras recomiendan que el bebé tome nada más que leche materna durante los primeros seis meses.

La leche materna contiene anticuerpos (IgG) que protegen al bebé contra diversas infecciones.

Alimentación del bebé

La secreción de leche materna está bajo control hormonal.• La hormona prolactina, secretada por la pituitaria

anterior, estimula el comienzo de la producción de leche.

• La reducción en la producción de progesterona y estrógeno luego del nacimiento aumenta más la producción de prolactina y la secreción de leche.

• El efecto de chupar del bebé lactando estimula la producción de la hormona oxitocina. En respuesta a la misma se contrae el músculo liso que rodea las glándulas mamarias y la leche sale al exterior.

Estructura de las glándulas mamarias

Biodiversidad- Herpestes javanicus

La mangosta es nativa de Asia. Fue introducida a Puerto Rico en tiempos de España para controlar las poblaciones de ratas, pero se cree que su impacto ha sido mayor sobre las serpientes y algunas aves nativas. Aunque comúnmente se les llama ardillas, las mangostas son carnívoros.