Reproducción asexual en animales multicelulares. Avance impactante al inducirlo en roedores.

Entre las especies animales existen dos tipos de reproducción: la asexual y la sexual.

Ahora bien, en la reproducción asexual o multiplicación vegetativa participa un solo individuo. La unidad reproductora puede ser una célula o un grupo de células, dando lugar a un individuo genéticamente igual al progenitor.

Ya que se requiere de un único progenitor, este tipo de reproducción es considerada altamente eficiente. No se requiere el apareamiento, que es uno de los hechos más demandantes y complejos entre los animales. Sin embargo, no genera diversidad genética, y esto puede ser una desventaja en ambientes cambiantes. Los animales que se reproducen asexualmente son, en su mayoría, invertebrados. En general son especies que son sésiles (fijas a un sustrato) y no pueden buscar compañeros, o especies que viven en poblaciones dispersas y rara vez se encuentran parejas potenciales. En la mayoría de los casos, las especies que se reproducen de esta forma también lo hacen de forma sexual.

Totipotencia, potencia celular máxima, la que confiere a la célula la capacidad de dirigir el desarrollo total de un organismo. Tomada de Regenera.com.mx

La reproducción asexual solo se presenta en los organismos cuyas células conservan aún la "totipotencia embrionaria", es decir, ’la capacidad de no solo multiplicarse’, sino también de diferenciarse en distintos tipos de células para lograr la reconstrucción de las partes del organismo que pudieran faltar. Como la totipotencia embrionaria es tanto más común cuanto más sencilla es la organización animal, ésta tiene lugar en: esponjas, celéntereos, anélidos, nemertea (un filo de gusanos), equinodermos, y en los estados larvarios y embrionarios de todos los animales.

Las seis modalidades básicas de reproducción asexual son:

Gemación,

fragmentación,

bipartición,

esporulación,

poliembrionía y

partenogenesis.

Sin embargo, existen dos formas, que son las más comunes de reproducción asexual: gemación y fragmentación, las dos primeras del listado.

Gemación: Es una división desigual: consiste en la formación de protuberancias llamadas "yemas" en el cuerpo del ser progenitor que, al crecer y desarrollarse, originan nuevos organismos. Éstos pueden separarse del progenitor, o bien quedar unidos a él, formando una colonia. Algunas especies pueden tener gemación interna, yemas que sobreviven en condiciones desfavorables gracias a una envoltura protectora. En el caso de las "esponjas de agua dulce", las yemas tienen una cápsula protectora y en el interior hay sustancia de reserva. Al llegar la primavera se pierde la cápsula protectora y a partir de la "yema" surge la nueva esponja. En los "briozoos de agua dulce" se produce una capa de quitina y de calcio y no necesitan sustancia de reserva pues se encuentra en estado de hibernación, su nombre significa "animales musgo" del griego y que presentan un lofóforo, corona de tentáculos ciliados que sirven para captar alimento, en los que el ano se abre fuera de dicha corona tentacular. Se han descrito unas 5 mil 700 especies​ mayoritariamente marinas; solo unas cincuenta viven en agua dulce.

Ocurre en varios grupos de animales, pero es predominante en "cnidarios", como "la Hydra", "las medusas", "los corales" y algunas "anémonas".

Ilustración de los briozoos, "animales musgos". Tomada de Litoral de Granada.ugr.es.

Fragmentación: una forma mediante la cual un individuo se divide en dos o más individuos totalmente independientes. Una vez, este proceso de reconstrucción se efectúa después de producirse la escisión (arquitomía) aunque lo frecuente es que se realice antes de dividirse (paratomía). En el primer caso, la fragmentación puede deberse a un accidente, mientras que en el segundo caso se realiza de forma espontánea. Este tipo de reproducción se observa en los equinodermos (estrellas de mar) y los cnidarios coloniales como los corales. Varias especies de anélidos (animales invertebrados protóstomos de aspecto vermiforme y por lo general con el cuerpo segmentado en anillos) y platelmintos (gusanos planos) también se reproducen dividiéndose en dos o más fragmentos, cada uno de los cuales regenera un cuerpo completo. Dentro de este grupo, un ejemplo muy estudiado y modelo de trabajo en muchos laboratorios lo constituyen los turbelarios, conocidos vulgarmente como "planarias".

Fotografia que muestra diversas especies de anélidos. Tomada de Ecured.

La arquitomía ocurre en "asteroideos" (estrellas de mar), "ofiuras" (una clase de equinodermos de seis o más brazos), que escindidos en sentido longitudinal son capaces de regenerar cada una de las partes incompletas e incluso llegar a regenerar todo el organismo a partir de un solo brazo. En otras ocasiones la arquitomía se realiza en sentido transversal, es decir, perpendicularmente al eje del cuerpo, como sucede en la "lombriz de tierra", en las "planarias", que pueden dividir transversalmente su cuerpo en varios trozos, cada uno de los cuales regenera un individuo completo.

Por otro lado La paratomía es de uso en los gusanos poliquetos marinos (el filo más antiguo de los anélidos), que modifican los segmentos posteriores de su cuerpo de forma que estos segmentos se transforman en individuos hijos llamados zooides, los cuales quedan unidos en cadena.

Ilustración de organismos unicelulares estudiados por la Microbiologia. Tomada de Sgpwe.uam.mx

Fisión binaria o bipartición es una manera de reproducción asexual que se lleva a cabo en organismos unicelulares, esto es, arqueas, bacterias y protozoos, y consiste en la duplicación del Ácido Desoxirribonucleico (ADN), seguida de la división del citoplasma, dando lugar a dos células hijas. Esta estrategia reproductiva le aporta beneficios a los seres que así se reproducen, en consecuencia de las elevadas tasas de mutación que presentan, lo que les induce a dar amplias oportunidades para que se produzcan nuevas cepas capaces de desarrollar resistencia a sus depredadores, como pueden ser los antibióticos y les ayuda a proliferar en diversos ambientes.

Esporulación es una manera de reproducción asexual que se lleva a cabo mediante la acción de "esporas" cuyo nombre se origina del griego y significa "semillas", que pueden ser unicelulares o multicelulares, que se forma con fines de dispersión y supervivencia por largo tiempo, en condiciones adversas, y que generalmente es una célula haploide. En los animales la "meiosis" produce gametos, pero en las plantas y en hongos, en cambio produce "esporas". Las esporas son estructuras resistentes, protegidas por una gruesa envoltura que les permite resistir condiciones ambientales desfavorables.

Poliembrionia es un tipo especial de Fragmentación, este fenómeno consiste en que los embriones durante las primeras fases de su desarrollo, se dividen en varias porciones, cada una de las cuales origina un individuo completo. Durante la fecundación se produce un cigoto por reproducción sexual y más tarde se divide por reproducción asexual. Como es lógico, toda la camada es de un mismo sexo puesto que todos los futuros individuos proceden de un mismo óvulo y un mismo espermatozoide. Más tarde, el embrión se fragmenta en varios iguales con el mismo  Ácido Desoxirribonucleico (ADN) que se desarrollarán independientemente e individualmente.

Se presenta en insectos e incluso en mamíferos, como el armadillo, que siempre tiene hijos gemelos y aún entre los seres humanos donde gracias a la célula asexual que manda la información genética, se originan los denominados "gemelos univitelinos", que son por ello genéticamente idénticos a sus progenitor. Los embarazos de gemelos univitelinos se producen por la fecundación de un solo óvulo. De hecho, se les conoce también con el nombre de embarazos "monocigóticos", porque sólo hay un cigoto inicial que luego se divide para formar dos bebés diferentes.

Los caracoles, ejemplo de hermafroditismo. Tomada de wikipedia.com.

Un caso especial en el que solamente interviene un animal en el proceso reproductivo, aun cuando esta reproducción es sexual es el "Hermafroditísmo": Es importante recordar que los "animales hermafroditas" son "monoicos", lo que significa que un mismo organismo presenta a ambos sexos. La mayoría de los hermafroditas se autofecundan, (un individuo fecunda sus propios gametos femeninos). Sin embargo, algunos de ellos son incapaces de hacerlo o solo lo hacen en caso de que no haya pareja disponible, y lo que hacen es intercambiar gametos con miembros de la misma especie.

Partenogénesis: Consiste en el desarrollo de un embrión a partir de un gameto o célula sexual no fecundado, iniciando su segmentación como si lo estuviera, esta puesta en marcha se da  por factores ambientales, químicos, descargas eléctricas, etc. El "partenote" es el nombre que se ha otorgado al producto resultante de la "partenogénesis", y que son siempre de un mismo sexo, hembras, como en el caso de los "pulgones" y "rotiferos", o bien machos como entre las abejas, pues geneticamente son haploides, adicionalmente estos organismos generados son genéticamente idénticos. 

Fotografía de un abeja, especie usuaria de la partenogénesis. Tomada de Dw.com

Charles Bonnet (1720 - 1793) descubrió esta forma de reproducción, siendo Jan Dzierzon (1811 - 1906) quien la demostró en la práctica, durante sus estudios y cultivos de las abejas,  al descubrir en 1845 la génesis de los zánganos (los machos de la especie "Apis mellifera"), que nacen de huevos no fecundados, y en 1854 del mecanismo de secreción de la jalea real y su papel en el desarrollo de reinas.

Es un método común de reproducción en artrópodos (insectos, arácnidos, miriapodos y crustáceos), en platelmintos, en rotíferos, en tardígrafos,  aunque también puede ocurrir en algunas especies de  anfibios y reptiles, más raramente entre algunas especies de peces, y excepcionalmente en aves. La mayoría de las especies que se reproducen por este mecanismo también se reproducen de forma "biparental" , esto es cuando los gametos masculinos y femeninos provienen de dos individuos diferentes.

En algunas especies, la partenogénesis es parte del mecanismo que determina el sexo de los organismos. Por ejemplo, en muchos himenópteros (hormigas y la mayoría de las especies de abejas y avispas), los machos se desarrollan a partir de huevos no fecundados y son haploides. Las hembras, en cambio, se desarrollan a partir de huevos fecundados y son diploides. La mayoría de las hembras son obreras estériles, pero unas pocas se convierten en reinas fértiles. Después de que la reina se aparea con un macho, ella tiene una fuente de espermatozoides que se controla, lo que le permite producir huevos fecundados o sin fecundar. Así, la reina determina cuándo y qué cantidad de los recursos de la colonia se gastan en los machos.

Tres aves que pueden reproducirse por partenogénesis; "Melleagris gallopavo", hembra tomada de Es123.rf.com (Arriba), "Gallus gallus", hembra tomada de Kaeng Krachan Tailandia. J.J.Harrison Trabajo Propio (abajo) y "Coturnix coturnix," Codorniz Hembra. Tomada de Hafiz Issadeen. Dharga Town Sri Lanka (Más abajo).

Fue en el año de 1936, cuando el doctor Gregory Goodwin Pincus (1903 -1967) informó de que había inducido partenogénesis en un conejo exitosamente. No fue sino hasta el año 2004, que en la Universidad de Agricultura de Tokio, emplearon partenogénesis para crear un ratón con solamente la participación de una hembra, sin el concurso del padre. Utilizando para ello "gene targeting" en español "apuntar a un gen", que es una técnica que se sirve de la recombinación homóloga para modificar un gen; con ello lograron modificar dos "loci" H19/IGF2 y DLK1/MEG3 para con ello producir un ratón "bimaterno", y posteriormente demostrar que los ratones sin padre tenían una mayor longevidad.

La partenogénesis inducida en ratones y monos suele resultar en un desarrollo anormal. Esto se debe a que los mamíferos poseen regiones de "impronta genética", donde o bien el cromosoma materno o bien el paterno es inactivado en la progenie para que el desarrollo proceda normalmente. Un mamífero creado por partenogénesis tendría el doble de dosis de genes de impronta materna, y carecería de la paterna, dando lugar a anormalidades en el desarrollo. Se ha sugerido en el plegamiento de la placenta o en la interdigiración, que son algunas de las causas del desarrollo abortivo de los "partenotes" porcinos. Como consecuencia, la investigación en partenogénesis humana se enfoca en la producción de células madre para su uso en tratamientos médicos, y no como estrategia reproductiva.

La lagartija  "Cnemidophorus neomexicanus" (centro) tiene solo hembras que se reproducen por partenogénesis. Dos especies con reproducción sexual son "C. inornatus" (izquierda) y "C. Tigris" (derecha). Estas se hibridan y producen la forma asexual. Photograph by Alistair J. Cullum (Acullum at en.wikipedia) Email: acullum@creighton.edu - Transferido desde en.wikipedia a Commons por  Innonata usando Commons Helper.

Y ahora en el año 2022, por vez primera se ha logrado la reproducción asexual de un mamífero, se amplia la frontera en este método inducido en roedores, según dio a conocerse al ser publicada una investigación en "Proceedings", de la Academia Nacional de Ciencias, por un equipo de científicos chinos que logró, gracias a la "edición genética", que una ratona tenga hijos vivos a partir de un óvulo no fecundado. La investigación demuestra que, aunque se creía imposible ese tipo de reproducción en mamíferos, se puede conseguir mediante nuevas técnicas de manipulación.

Se trataría del primer mamífero que consigue gracias a esta técnica (edición genética) la reproducción asexual, conocida como partenogénesis, término griego que significa "creación virgen", que es una forma de alumbramiento asexual sólo con óvulos no fertilizados. Cuenta con varios ejemplos en la naturaleza. Entre los Invertebrados, hay múltiples ejemplos, como los escorpiones, los ácaros, algunos tipos de abejas, pero también entre los vertebrados, en algunas especies de peces, en anfibios y en reptiles son capaces de generar descendencia sin necesidad de un compañero. No siendo así entre los mamíferos, y este experimento así lo establece, bajo un proceso, verificable y demostrable científicamente.

Hasta ahora, recrear dicha forma de reproducción no había sido exitosa en mamíferos debido a un proceso de "impresión genómica" en el que los genes se marcan químicamente para determinar al progenitor de origen. Mediante dicho proceso natural, se asegura que el embrión se desarrolle sin fallas.

La hembra, con sus crías, resultado de la partenogénesis. Foto Yanchang Wei

Para lograr la partenogénesis del ratón, los científicos chinos, a cargo de Yanchang Wei, de la Universidad Jiao Tong de Shanghai, utilizaron una tecnología que permite modificar los genes de los organismos llamada "Clustered regularly interspaced short palindromic repeats" (Crispr)  "Repeticiones palindrómicas cortas agrupadas y regularmente interespaciadas", que es una herramienta tecnológica desarrollada a partir de aportaciones del biólogo molecular  Yoshizumi Ishino, egresado de la Universidad de Osaka, quien en 1987 dio inicio a esto, y que fuera complementada con la aportación realizada en 1993 por el microbiólogo, investigador y profesor Francisco Juan Martínez Mojica (nacido en 1963), egresado de la Universidad de Alicante. Un grupo numeroso de científicos e investigadores, ha colaborado en los avances obtenidos en el uso de esta herramienta, tal como sucedió con las ganadoras del premio Nobel de Química del año 2020 por el desarrollo de un método para la edición genética denominado "Cas9", la microbióloga y bioquímica Emmanuelle Charpentier, nacida en el año 1968, y compartido con la microbióloga y catedrática de Química y Biología celular y molecular, Jennifer Doudna, nacida en 1964.

Con esa técnica, los investigadores han sido capaces de editar las marcas de metilación del ADN, modificaciones al genoma que pueden alterar la actividad de los genes del cuerpo sin cambiar la secuencia subyacente de ese material genético.

Se ha señalado en la publicación de los resultados del estudio que : “Después de la activación partenogenética, estas regiones editadas mostraron el mantenimiento de la metilación como zonas establecidas de forma natural durante el desarrollo temprano previo a la implantación. La transferencia de embriones partenogenéticos modificados a madres adoptivas dio como resultado un desarrollo significativamente mayor y, finalmente, la generación de descendientes viables. Estos datos demuestran que la reproducción asexual se puede lograr mediante la reescritura epigenética dirigida de múltiples regiones de control de impresión”.

Sin embargo, se informó que sólo una de las crías sobrevivió hasta la edad adulta. Pero, para los científicos, estos resultados confirman que la partogénesis en mamíferos es posible a través de la regulación de múltiples regiones de control de impronta usando técnicas de modificación genética.

Los investigadores también advierten que hace falta refinar todavía más la técnica para mejorar el ratio de éxito. Entre las posibles aplicaciones “se abren avenidas en agricultura, investigación y medicina”.

Los hallazgos también podrían derivar en una mayor comprensión de trastornos congénitos relacionados con la impronta genética humana como el "Síndrome de Angelman", que suele ser causado por problemas en un gen ubicado en el "cromosoma 15", que se conoce con el nombre de gen productor de "proteína ubiquitina ligasa E3A" (UBE3A), que causa retraso en el desarrollo, problemas de habla y balance, además de discapacidad intelectual. El cual actualmente puede ser detectado hasta que los retrasos en el desarrollo son notables, generalmente cuando un bebé tiene entre seis y doce meses de vida. Los síntomas incluyen la ausencia de gateo o balbuceo, mínima capacidad del habla y sonrisas y carcajadas frecuentes. Otro síntoma es la imposibilidad de caminar, moverse o lograr el equilibrio (ataxia), en las etapas en que estas características acompañan el desarrollo del pequeño.

Es claro que se está al principio de una nueva ruta, por lo que el camino deberá mantenerse en desarrollo, usemos la imaginación y esperemos avances insospechados, de los que la Machincuepa Cuántica estará pendiente para su difusión. El optimismo invade la realidad científica, abriendo nuevos campos aún no transitados, que deseo tengan desenlaces exitosos.