¿Te imaginas si la meiosis no existiera? Cada descendiente tendría el doble de cromosomas que sus progenitores y el número seguiría duplicándose, generación tras generación. ¡La vida dejaría de ser viable!
Gracias a la meiosis, se produce una reducción del número de cromosomas a la mitad en las células hijas; esto asegura que cada gameto, óvulo y espermatozoide tenga la mitad del número de cromosomas que la célula madre. Se trata de un proceso esencial para que, en el momento de la fecundación, se mezcle el material genético de ambos gametos y se forme un nuevo individuo, con una combinación única de características genéticas provenientes de los padres.
De este modo, la meiosis introduce variación genética, a diferencia del proceso de mitosis. Además, el proceso de meiosis permite que los gametos haploides también sean genéticamente diferentes entre sí, lo que lleva a mayor variación. Así es como cada organismo es genéticamente único, incluso entre hermanos que proceden de los mismos padres.
- Este artículo trata acerca de la importancia biológica de la meiosis.
- Primero, repasaremos la función de la meiosis.
- Luego, analizaremos el rol de las fases de la meiosis en su importancia biológica.
- Después, describiremos cómo se introduce la variabilidad genética durante el proceso.
- También, veremos un resumen de la historia de la meiosis, su estudio y principales exponentes.
- Cerraremos con la relación entre meiosis y la reproducción sexual.
Función de la meiosis
La función de la meiosis es la formación de gametos haploides, genéticamente diferentes, de ambos progenitores. Esto ocurre mediante dos procesos: la reducción del número de cromosomas y el intercambio del material genético de los progenitores.
Proceso | Fase de la meiosis | Resultado |
Intercambio de material genético de los progenitores | Profase I | Formación de gametos que, al fusionarse, dan lugar a un individuo con una combinación única de los genes de los padres y diferente del resto de la progenie |
Reducción del número de cromosomas | Metafase I y anafase I | Formación de gametos haploides que, al fusionarse (fertilización o fecundación), permiten la formación de un nuevo individuo con el número de cromosomas adecuado. |
Tabla 1: La función de la meiosis se cumple a través de los procesos de intercambio de material genético y la reducción del número de cromosomas. Se describe la fase de la meiosis en la que ocurren y el principal resultado.
La función de la meiosis está íntimamente relacionada con la reproducción sexual de los organismos. Por eso, en última instancia, su importancia biológica radica en la introducción de variación genética en una población.
La variación genética consiste en las diferencias en la información genética entre individuos; específicamente, versiones alternas de los genes o, dicho de otro modo, diferentes secuencias de ADN.
La variación genética es la base de la evolución: si todos los organismos fueran clones (iguales genéticamente), una población no podría evoluciona, pues no lograría adaptarse a cambios en su ambiente, ni se originarían especies nuevas y diferentes entre sí.
Importancia biológica de las fases de la meiosis
Las fases de la meiosis son dos: meiosis I y meiosis II. En este resumen no nos enfocaremos en todos los pasos de cada fase del proceso, sino en los que se relacionan con la importancia biológica de la meiosis: su contribución al proceso de reproducción sexual.
Pero, ten en cuenta que en nuestro artículo de Meiosis puedes explorar en detalle todo el proceso.
Fig. 1 : Los principales pasos de la meiosis son la separación de cromosomas homólogos (que reduce el número de cromosomas a la mitad) y el entrecruzamiento (donde ocurre recombinación genética).
La meiosis es una división celular en dos etapas, lo que la hace un proceso un poco más complejo que la mitosis.
- Durante la primera división, se separan los pares de cromosomas homólogos, un proceso exclusivo de la meiosis.
- Durante la segunda división, los cromosomas separan las dos mitades del cromosoma duplicado: las cromátidas hermanas, como en la mitosis.
Recuerda que cuando un cromosoma está duplicado, tiene la forma de X más comúnmente asociada a los cromosomas. Las cromátidas hermanas corresponden a cada mitad de este cromosoma duplicado.
En cambio, los cromosomas homólogos son cada par de cromosomas (uno del padre y uno de la madre) que son equivalentes, porque poseen los mismos genes en el mismo lugar (aunque la información puede ser diferente, o variantes del mismo gen, para cada cromosoma).
La primera división reduce el número de cromosomas e introduce la variación genética y la segunda termina de separar las cromátidas, para que cada célula hija contenga un solo juego de cromosomas.
Meiosis I o Primera división meiótica
Es la fase o división reductora; los pasos que nos interesan son:
- Emparejamiento y alineamiento de los cromosomas homólogos (uno de cada progenitor): se alinea cada pareja en el centro de la célula.
- Entrecruzamiento: se produce un intercambio de ADN entre los pares, que crea una mezcla de su material genético (el cromosoma de la madre tiene parte del ADN del cromosoma del padre, y viceversa).
- Separación de los cromosomas homólogos: los pares de cromosomas se separan y generan 2 nuevas células hijas con una copia de cada cromosoma.
Meiosis II o Segunda división meiótica
Esta fase es más parecida a la mitosis:
- Alineación de cromátidas hermanas: una vez más, los cromosomas (ahora cromátidas hermanas, o los brazos de los cromosomas duplicados) se alinean en el ecuador (centro o punto medio de la célula) de ambas células hijas, pero no se produce el apareamiento.
- Separación de las cromátidas: se producen 4 células hijas haploides (2 de cada célula hija), también conocidas como gametos. Cada gameto es genéticamente único, y solo contendrá un juego o la mitad de la cantidad normal de cromosomas. En el caso de los humanos, son 23 cromosomas.
Variabilidad genética
La meiosis introduce variabilidad genética en una población de dos formas diferentes: el entrecruzamiento y la segregación (o distribución independiente de los cromosomas).
Fig. 2: La meiosis introduce variación genética en los gametos, al producir recombinación genética entre los cromosomas maternos y paternos. (por medio de la sinapsis en el entrecruzamiento) y cuando los cromosomas se distribuyen aleatoriamente a las células hijas.
- Entrecruzamiento: durante la meiosis I, cuando los cromosomas homólogos se alinean, intercambian aleatoriamente secciones de ADN del cromosoma materno al paterno, y viceversa. Este proceso es el conocido como entrecruzamiento, y es el que ocasiona recombinación genética; los cromosomas recombinantes recién formados son combinaciones nuevas y únicas de alelos.
En los seres humanos, los cromosomas homólogos intercambian genes una media de dos o tres veces. Esto crea una gran variación en los gametos de un solo individuo.
- Distribución independiente de los cromosomas: durante la meiosis, los cromosomas se alinean y reparten de forma aleatoria a cada célula hija, lo que significa que los gametos reciben cromosomas al azar, o sin un orden determinado. Para un par de cromosomas homólogos, los dos cromosomas maternales (o paternales) pueden alinearse hacia el mismo polo de la célula, o cada uno hacia polos opuestos (Fig. 2). Esta distribución aleatoria genera una mayor cantidad de combinaciones de cromosomas en los gametos de cada individuo.
¡Existen millones de combinaciones diferentes de gametos posibles!
La variación genética también es introducida en una población debido a otros procesos, como la fecundación (también parte del ciclo reproductivo sexual) y las mutaciones. Sin embargo, la combinación de diferentes secuencias genéticas resultado de la meiosis son la principal fuente de variación.
La fecundación, que es la unión de dos gametos, también es un proceso aleatorio y, por tanto, aumenta la diversidad genética en la descendencia.
Historia de la meiosis
Desde hace mucho tiempo se pensaba que los hijos son una mezcla de cierto material proveniente de los padres2.. La historia del descubrimiento y estudio inicial de la meiosis (al igual que cualquier hallazgo científico) fue el resultado de las observaciones y el pensamiento crítico de muchos científicos. A continuación presentamos algunos de los principales eventos y científicos relacionados con el estudio de la herencia, los cromosomas y la meiosis:
Exponente(s) | Año | Contribución |
Hipócrates (filósofo griego) | 460-350 A.C. | Creía que todas las partes del cuerpo producían minúsculas semillas que eran transmitidas durante la reproducción sexual para formar un nuevo individuo; lo llamó pangénesis1. |
Joseph Kölreuter (botánico alemán) | 1766 | Al cruzar plantas de tabaco de varias especies, se dio cuenta de que los padres contribuyen equitativamente1. |
Oskar Hertwig (embriólogo alemán) y Hermann Fol (zoólogo suizo) | 1870 | Determinaron que el núcleo espermático y del óvulo se fusionan en la fertilización1. |
Gregor Mendel (monje y botánico austriaco) | 1865 | El llamado "Padre de la genética" estudió la herencia de caracteres con plantas de guisantes. Mendel demostró que la herencia no se basa en el concepto de mezcla de rasgos, como antes se creía, sino que estableció que los individuos tienen “unidades discretas de herencia” que los padres transmiten a sus hijos. Aunque no conocía nada sobre genes, cromosomas ni meiosis, sus experimentos implican una gran visión: Mendel propuso sus tres leyes de la herencia. De estas, la segunda y la tercera explicaban (de cierta manera) los procesos de separación de cromosomas durante la meiosis. |
Édouard van Beneden (embriólogo belga) | 1883 | Estudió la fecundación en el gusano nemátodo (Ascaris megalocephala o Parascaris equorum). Este parásito intestinal de caballos tiene dos cromosomas grandes. En sus estudios se dio cuenta de que el número de cromosomas en el núcleo de los gametos era la mitad que en el cigoto formado al fusionarse dos gametos1. |
August Weismann (biólogo alemán) | 1885 | Propuso que la meiosis I era reductora, y que los cromosomas paternales y maternales se segregaban a los polos opuestos de la célula (pero su teoría no explicaba bien por qué era necesaria una segunda división)2. |
Walter Sutton (genetista estadounidense) y Theodor Boveri (biólogo alemán) | 1902 | Con base en sus investigaciones con cromosomas y el conocimiento existente, postularon la teoría cromosómica de la herencia. Esta establece que las “unidades no determinadas” de la herencia de Mendel (los genes) se encuentran en los cromosomas1. Expusieron que las leyes de la herencia de Mendel explican mejor el comportamiento de los cromosomas durante la meiosis, que si se aplican a los genes. |
John Farmer (botánico británico) y John Moore (biólogo inglés) | 1905 | Denominaron este tipo de división celular como meiosis1. |
Frans Janssens (sacerdote católico y biólogo belga) | 1909 | Describió por primera vez la estructura de los quiasmas y propuso su función en el intercambio de material genético entre cromosomas homólogos. Este fue un gran adelanto para la comprensión del proceso de entrecruzamiento —y de cómo ocasiona recombinación genética— y de la meiosis, en general. Un quiasma es cada uno de los sitios en los que se unen los cromosomas homólogos durante el entrecruzamiento. |
Thomas Morgan (genetista estadounidense) | 1911 | Hizo una de las primeras observaciones que confirmaba el entrecruzamiento en la meiosis, con células de la mosca de la fruta Drosophila melanogaster. |
Tabla 2: Historia de la meiosis.
Resumen de los principales eventos y científicos relacionados con el estudio de la herencia, los cromosomas y la meiosis.
Aprende más sobre los experimentos y las leyes de Mendel en nuestro artículo Genética mendeliana.
Meiosis y reproducción sexual
Hasta aquí hemos visto que la meiosis y la reproducción sexual van de la mano, porque la meiosis es un paso imprescindible para que los organismos puedan reproducirse sexualmente. Pero, aunque la meiosis es un paso del ciclo reproductivo sexual, esta división celular ocurre en diferentes momentos del ciclo para diferentes grupos de organismos.
Existen diferentes ciclos biológicos y una de las características que los diferencian es el momento en el que ocurre la meiosis.
Los animales poseemos un ciclo de vida diplonte, en el que ocurre una sola fase multicelular diploide (es decir, el organismo como tal es siempre diploide) que da origen a células haploides, como gametos.
Por otro lado, las plantas tienen un ciclo biológico diplohaplonte, en el que ocurren dos fases multicelulares: una diploide y una haploide:
- La fase diploide da origen a la fase haploide por meiosis; pero, estas células se denominan esporas.
- Las esporas se dividen por mitosis y forman una fase multicelular haploide, que luego forma los gametos sexuales por mitosis, no meiosis (porque esta ya ocurrió previamente en el ciclo).
La mayoría de organismos unicelulares eucariotas, como algas y protozoos, y los hongos presentan otros ciclos de vida.
En conclusión, aunque los gametos no siempre se forman directamente por meiosis, esta tiene que ocurrir en algún momento del ciclo biológico de cualquier organismo que se reproduzca sexualmente, para reducir el número de cromosomas a la mitad.
Importancia biológica de la meiosis - Puntos clave
- La función de la meiosis es la formación de células sexuales haploides o gametos por medio de dos procesos:
- reducción del número de cromosomas a la mitad
- recombinación genética entre pares de cromosomas (provenientes uno de cada progenitor).
- La importancia biológica de la meiosis es que permite que los organismos se reproduzcan sexualmente y contribuye a introducir variación genética en una población. Lo hace al proveer los gametos haploides genéticamente distintos entre sí y de ambos progenitores.
- La meiosis ocurre en dos fases o divisiones celulares sucesivas, en las que la división inicial separa los cromosomas homólogos (pares de cromosomas idénticos) y la segunda división separa cromátidas hermanas (los brazos de un cromosoma duplicado).
- La meiosis I, que es la división reductora, disminuye el número de cromosomas e introduce variación genética; lo que da como resultado dos células hijas haploides con combinaciones genéticas únicas.
- La meiosis II termina de separar las cromátidas para que cada célula hija contenga un solo juego de cromosomas.
References
- R Koszul, M Meselson, K Van Doninck, J Vandenhaute y D Zickler. The centenary of Janssens's chiasmatype theory. Genetics. 2012 Jun;191(2):309-17.
- Mark Petronczki, Maria F Siomos y Kim Nasmyth. Un Ménage à Quatre: The Molecular Biology of Chromosome Segregation in Meiosis. Cell, Volume 112, Issue 4. 2003, Pages 423-440.
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