Reproducción asexual y sexual
Lo que vas a aprender
- Diferenciar la reproducción asexual de la sexual por el número de progenitores y por cómo son los descendientes.
- Calcular el tamaño de una población que se reproduce por bipartición (potencias de 2) o que se multiplica por un factor.
- Relacionar el número de cromosomas de los gametos (n) y del cigoto (2n) en una especie de ejemplo.
- Explicar por qué la variabilidad de la reproducción sexual ayuda a preservar las especies.
Para qué
¿Para qué sirve esto?
Imagina dos acuarios: uno de agua dulce, con peces e hidras, y otro de agua de mar, con peces y estrellas de mar. Al cabo de un tiempo cuentas otra vez y descubres que, en los dos, los peces se triplicaron, mientras que las hidras y las estrellas de mar se quintuplicaron. ¿Por qué unas especies crecen más rápido que otras? ¿Los hijos se parecerán a sus padres o serán distintos? ¿Qué le pasará a cada acuario si sus poblaciones siguen creciendo?
Para responder necesitas conocer las dos grandes formas de reproducción de los seres vivos: la asexual y la sexual. Cada una tiene ventajas y costos, y las dos explican cómo la vida se mantiene en el planeta generación tras generación.
Antes de empezar recuerda que en la mitosis una célula se divide en dos células con la misma información que ella, y que una potencia como $2^3$ significa multiplicar el 2 por sí mismo tres veces.
Explicación
Reproducirse: la función que mantiene a la especie
Ningún ser vivo vive para siempre. Si una especie existe todavía es porque sus individuos producen otros individuos antes de morir. Esa función se llama reproducción, y no es necesaria para que un individuo sobreviva, pero sí para que sobreviva su especie.
La reproducción asexual
En la reproducción asexual hay un solo progenitor y no se forman gametos. Una parte del cuerpo del progenitor, o el cuerpo entero, se separa y forma un individuo nuevo. Como las células nuevas salen de una división que copia el material genético (en las bacterias, una división sencilla; en los demás organismos, la mitosis), llevan la misma información genética: los descendientes son genéticamente iguales al progenitor y entre sí. Son copias, o clones. La única fuente de diferencias son las mutaciones, cambios raros y al azar en el ADN.
Hay varias maneras de reproducirse asexualmente:
- Bipartición. Un organismo de una sola célula, como una bacteria o una ameba, copia su material genético y se parte en dos. Cada mitad es un individuo nuevo.
- Gemación. En el cuerpo del progenitor crece una pequeña yema que se desarrolla y luego se separa. Así se reproducen la hidra de agua dulce y las levaduras del pan.
- Fragmentación. El cuerpo se parte en trozos y cada trozo regenera lo que le falta hasta formar un individuo completo. Lo hacen las planarias y algunas especies de estrellas de mar.
La reproducción asexual es rápida y gasta poca energía: no hay que buscar pareja ni formar gametos. Cuando las condiciones son buenas, una población puede crecer muchísimo en poco tiempo. Su punto débil es que todos los individuos son iguales: si aparece una enfermedad o el ambiente cambia y un individuo no lo resiste, es probable que ninguno lo resista.
La bipartición crece en potencias de 2
Si una bacteria se divide en dos, y cada una de esas dos vuelve a dividirse, y así sucesivamente, el número de bacterias se duplica en cada generación: 1, 2, 4, 8, 16… Después de $n$ divisiones hay $2^n$ bacterias por cada bacteria inicial. Este crecimiento parece lento al principio y luego se dispara.
Bacterias que hay después de cada generación de bipartición, empezando por una sola bacteria.
La reproducción sexual
En la reproducción sexual se unen dos gametos, que casi siempre vienen de dos progenitores distintos: un gameto femenino, el óvulo, y uno masculino, que en los animales es el espermatozoide. La unión se llama fecundación, y de ella sale el cigoto, la primera célula del nuevo individuo.
Cada especie tiene un número fijo de cromosomas en las células de su cuerpo. Ese número se escribe $2n$, porque los cromosomas vienen en pares. Los gametos llevan la mitad, $n$: un cromosoma de cada par. Así, al unirse dos gametos, el cigoto vuelve a tener $2n$ y el número de la especie se conserva. En noveno verás cómo se forman los gametos, en la división llamada meiosis.
El cigoto recibe la mitad de su información de un progenitor y la otra mitad del otro. Por eso los hijos se parecen a sus padres, pero no son iguales a ninguno de los dos ni entre sí. La reproducción sexual produce variabilidad.
Esa variabilidad tiene un precio. La reproducción sexual es más lenta y gasta más energía: hay que formar gametos, encontrar pareja y, en muchas especies, cuidar a las crías. A cambio, en una población variada es más probable que algunos individuos resistan una enfermedad o un cambio del ambiente. Esos sobrevivientes dejan descendientes y la especie sigue adelante.
Muchas especies usan las dos
La hidra, por ejemplo, se reproduce por gemación cuando el agua y el alimento son buenos, y forma gametos cuando las condiciones empeoran. Así aprovecha la rapidez de una forma y la variabilidad de la otra.
Los acuarios, otra vez
Ahora puedes analizar el caso del principio. Los peces se reproducen sexualmente: sus crías son variadas, pero tardan más en aparecer y los padres gastan más energía en producirlas. Las hidras del acuario de agua dulce y las estrellas de mar del de agua de mar pueden reproducirse asexualmente, por eso su número creció más rápido, aunque sus descendientes son copias de sus progenitores. Además, cuando las poblaciones crecen, en el mismo espacio hay más organismos que comen, respiran y producen desechos: el alimento y el oxígeno empiezan a escasear, y cada acuario se puede desequilibrar.
Ejemplo resuelto
Una bacteria que se divide cada 20 minutos
En un experimento inventado, una bacteria se divide en dos cada 20 minutos y todas sus descendientes también. ¿Cuántas bacterias hay al cabo de 3 horas, si ninguna muere?
Ver la solución paso a paso
Pasamos las 3 horas a minutos y contamos cuántas divisiones caben:
$$\frac{3 \cdot 60}{20}$$
Son $9$ generaciones de bipartición.
En cada generación el número se duplica, así que multiplicamos nueve veces por 2:
$$2^{9}$$
Hay $512$ bacterias, todas genéticamente iguales a la primera, salvo alguna mutación.
Respuesta: Al cabo de 3 horas hay 512 bacterias.
Ejemplo resuelto
Las poblaciones del acuario
En un acuario inventado de agua dulce había 12 peces y 8 hidras. Tiempo después, los peces se triplicaron y las hidras se quintuplicaron. ¿Cuántos organismos de cada especie hay ahora, y cuál creció más?
Ver la solución paso a paso
Triplicar es multiplicar por 3:
$$12 \cdot 3$$
Ahora hay $36$ peces.
Quintuplicar es multiplicar por 5:
$$8 \cdot 5$$
Ahora hay $40$ hidras.
Aunque al principio había menos hidras que peces, ahora hay más:
$$8 \cdot 5 > 12 \cdot 3$$
Las hidras crecieron más rápido porque pueden reproducirse por gemación, sin buscar pareja. Los peces, que se reproducen sexualmente, tienen crías más variadas.
Respuesta: Hay 36 peces y 40 hidras: las hidras crecieron más.
Ejemplo resuelto
Gametos y cigoto de una especie de ejemplo
Una especie de pez de ejemplo tiene $2n = 40$ cromosomas en las células de su cuerpo. ¿Cuántos cromosomas lleva cada gameto, y cuántos tiene el cigoto?
Ver la solución paso a paso
Las células del cuerpo tienen $2n$ cromosomas, así que planteamos $2n = 40$.
Cada gameto lleva $n = 20$ cromosomas, uno de cada par.
En la fecundación se unen un óvulo y un espermatozoide:
$$20 + 20$$
El cigoto tiene $40$ cromosomas, los mismos de la especie.
Respuesta: Cada gameto lleva 20 cromosomas y el cigoto tiene 40.
Práctica
Una ameba se divide en dos una vez al día, y sus descendientes también. Si empiezas con una sola ameba, ¿cuántas hay después de 6 días, si ninguna muere?
El número se duplica cada día: 2 · 2 · 2 · 2 · 2 · 2 = 2⁶ = 64.
En un frasco hay 5 bacterias. La población pasa por 4 generaciones de bipartición: en cada una, todas las bacterias se dividen en dos. ¿Cuántas bacterias hay al final, si ninguna muere?
Cada bacteria inicial da 2⁴ = 16 bacterias. Como son 5: 5 · 16 = 80.
Una población de 10 hidras se quintuplica. ¿Cuántas hidras hay ahora?
Quintuplicar es multiplicar por 5: 10 · 5 = 50. Sumar 5 (15) o elevar a la quinta (100 000) no es quintuplicar.
¿Cuántas generaciones de bipartición necesita una bacteria para convertirse en 256 bacterias?
Se busca cuántas veces hay que duplicar: 2⁸ = 256, así que son 8 generaciones.
¿Verdadero o falso? Después de 5 generaciones de bipartición, una bacteria da 10 bacterias: $2^{5} = 10$
No es 2 · 5 = 10: el número se duplica en cada generación de bipartición, y 2⁵ = 32 bacterias.
Una especie de ejemplo tiene 2n = 24 cromosomas en sus células del cuerpo. ¿Cuántos cromosomas tiene cada uno de sus gametos?
Los gametos llevan un cromosoma de cada par: la mitad de 24, es decir, 12.
¿Verdadero o falso? Si los gametos de una especie llevan n = 7 cromosomas, su cigoto tiene 14: $7 + 7 = 14$
El cigoto recibe 7 cromosomas de cada gameto: 7 + 7 = 14, que es el número 2n de la especie.
En un acuario inventado de agua de mar, 6 estrellas de mar se quintuplicaron y 6 peces se triplicaron. ¿Cuántas estrellas de mar más que peces hay ahora?
Hay 6 · 5 = 30 estrellas de mar y 6 · 3 = 18 peces: 30 − 18 = 12 más.
Una planaria se parte en trozos y cada trozo regenera un individuo completo. ¿Cómo son esos individuos nuevos?
La fragmentación es reproducción asexual: las células nuevas salen por mitosis y llevan la misma información que el progenitor. Solo una mutación produce diferencias.
En el acuario de agua dulce, ¿por qué es más probable que los peces sobrevivan a una enfermedad nueva que unas hidras que se reprodujeron solo por gemación?
La reproducción sexual produce variabilidad, y en una población variada es más probable que algunos individuos resistan un cambio. Las hidras crecen más rápido, pero son iguales entre sí.
Reto
Lleva cada frase a su tipo de reproducción.
Arrastra cada frase a «Asexual» o a «Sexual».
Reto
Abre el candado de la reproducción.
Cada respuesta es un dígito de la clave. Resuélvelas en orden.
Reto
El crucigrama de la reproducción.
Lee cada pista y escribe la palabra, sin tildes.
Cierre
En resumen
En la reproducción asexual hay un solo progenitor y los descendientes son genéticamente iguales a él, salvo mutaciones; es rápida y gasta poca energía.
Bipartición, gemación y fragmentación son formas de reproducción asexual; en la bipartición la población se duplica en cada generación (2ⁿ).
En la reproducción sexual se unen dos gametos con n cromosomas y se forma un cigoto con 2n; los descendientes son variados.
La variabilidad hace más probable que algunos individuos resistan los cambios del ambiente, y eso ayuda a preservar la especie.
La reproducción sexual es más lenta y necesita más energía; muchas especies, como la hidra, usan las dos formas.
Vocabulario
- Progenitor
Organismo que da origen a otro organismo por reproducción.
- Reproducción asexual
Reproducción con un solo progenitor y sin gametos; los descendientes son genéticamente iguales a él, salvo mutaciones.
- Reproducción sexual
Reproducción en la que se unen dos gametos, casi siempre de dos progenitores; los descendientes combinan la información de los dos y son variados.
- Gameto
Célula sexual con la mitad de los cromosomas de la especie (n), como el óvulo y el espermatozoide.
- Cigoto
Primera célula de un nuevo individuo; se forma en la fecundación, cuando se unen dos gametos, y tiene 2n cromosomas.
- Variabilidad
Diferencias que hay entre los individuos de una misma especie.
Guía para el docente
Tiempos
- Inicio · 5 min — Plantee el caso de los dos acuarios (el del DBA, separado en uno de agua dulce, por las hidras, y otro de agua de mar, por las estrellas de mar) y pida predicciones: ¿qué especie tendrá crías más rápido? ¿Cuál tendrá crías más variadas? Anótelas sin corregir.
- Explicación · 20 min — Asexual y sexual, con la gráfica de la bipartición y los tres ejemplos resueltos en el tablero.
- Práctica · 15 min — Preguntas y retos en parejas; el candado y las canastas se pueden proyectar y resolver en grupo.
- Cierre · 5 min — Vuelva a las predicciones del inicio y pida que cada estudiante escriba una conclusión sobre variabilidad y otra sobre energía para la reproducción.
Preguntas para el salón
- Si todos los individuos de una población son clones, ¿qué puede pasar si llega una enfermedad nueva?
- ¿Por qué el cigoto no tiene el doble de cromosomas que sus padres?
- ¿Qué le pasa a un acuario si sus poblaciones crecen sin control? ¿Qué recurso se acaba primero?
Errores típicos
- Creer que los descendientes de la reproducción asexual son parecidos pero distintos, como hermanos. Insista en que las células nuevas salen de una división que copia el material genético (la mitosis, o la división sencilla de las bacterias): la misma información, como fotocopias. Solo una mutación los hace distintos.
- Sumar en vez de duplicar en la bipartición (1, 3, 5…). Dibuje en el tablero el árbol de divisiones y cuente las bacterias en cada nivel.
- Pensar que la reproducción sexual es mejor en todo. Pida una tabla de ventajas y costos de cada forma, y pregunte cuál conviene a un organismo que tiene alimento de sobra por poco tiempo.
Tarea sugerida
Buscar en casa o en el barrio un ejemplo de reproducción asexual (levadura, una planta que rebrota) y uno de sexual, y escribir para cada uno cuántos progenitores hay y cómo son los descendientes.