La meiosis

¿Para qué sirve esto?

Dos hermanos tienen el mismo papá y la misma mamá y, sin embargo, no son iguales. En una camada de cerdos salen lechones de colores distintos, y de las semillas de una misma vaina de guisante pueden nacer plantas diferentes. ¿De dónde sale esa variedad, si todos reciben los genes de los mismos padres?

La respuesta está en la forma en que se fabrican los gametos, las células que se unen en la reproducción sexual. Esa fabricación se llama meiosis, y es la pieza que explica por qué funcionan las leyes de Mendel que ya conoces.

Antes de empezar recuerda qué son un gen y un alelo, cómo se arma una tabla de Punnett y que la mitosis, que estudiaste en sexto, reparte los cromosomas de una célula en dos células iguales a ella.

Dos juegos de cromosomas

En el núcleo de las células del cuerpo de una planta o de un animal, los cromosomas vienen en pares. Los dos cromosomas de un par se llaman homólogos: tienen los mismos genes en el mismo orden, pero no necesariamente los mismos alelos. Uno de los dos llegó en el gameto de la madre y el otro en el del padre. Por eso, para cada gen, el individuo tiene dos alelos: el que está en un homólogo y el que está en el otro. La excepción son los cromosomas sexuales: en muchas especies el macho tiene un X y un Y, que no llevan los mismos genes (los verás en otra lección), y en algunos insectos, como ciertos saltamontes, el macho tiene un X sin pareja.

Una célula que tiene los dos juegos completos se llama diploide, y su número de cromosomas se escribe $2n$. Una célula con un solo juego, es decir, con un cromosoma de cada par, se llama haploide, y su número se escribe $n$. La letra $n$ cuenta cuántos pares distintos hay. Si una especie tiene $2n = 12$, sus células del cuerpo tienen 12 cromosomas organizados en 6 pares, y sus gametos tienen $n = 6$.

¿Por qué los gametos tienen que ser haploides? Porque en la fecundación se unen dos de ellos. Si cada uno trajera los dos juegos, el cigoto tendría el doble de cromosomas que sus padres, y la cuenta se duplicaría en cada generación. Con gametos haploides, $n + n = 2n$: el número se conserva de padres a hijos.

La meiosis, paso a paso

La meiosis empieza en una célula diploide de los órganos reproductores. Antes de dividirse, la célula copia su ADN, de modo que cada cromosoma queda formado por dos copias idénticas unidas, las cromátidas. Después vienen dos divisiones seguidas:

• Meiosis I. Los cromosomas homólogos se buscan y se alinean en parejas en el centro de la célula. Luego los dos miembros de cada pareja se separan hacia polos opuestos. Salen dos células, cada una con un solo cromosoma de cada par: ya son haploides, aunque cada cromosoma todavía tiene sus dos cromátidas.
• Meiosis II. En cada una de esas dos células se separan las cromátidas de cada cromosoma. Salen cuatro células haploides.

El resultado: una célula diploide da cuatro células haploides, y esas cuatro no son iguales entre sí. Durante la meiosis I, los homólogos de una pareja pueden además intercambiar trozos (el entrecruzamiento), que mezcla todavía más los alelos; lo verás con detalle en otros cursos.

Compárala con la mitosis. La mitosis hace una división y da dos células con el mismo número de cromosomas que la madre y con la misma información: sirve para crecer y reparar tejidos. La meiosis hace dos divisiones, da cuatro células con la mitad de cromosomas y distintas entre sí: sirve para formar gametos.

La meiosis explica las leyes de Mendel

Mendel no conocía los cromosomas, pero sus leyes describen lo que pasa con ellos en la meiosis.

Segunda ley (segregación). Un individuo $Aa$ tiene el alelo $A$ en un homólogo y el alelo $a$ en el otro. En la meiosis I los homólogos se separan, así que cada gameto se lleva uno solo de los dos alelos: la mitad de los gametos lleva $A$ y la otra mitad lleva $a$. Eso es exactamente lo que dice la segunda ley: los dos alelos de un gen se separan al formar los gametos.

Tercera ley (transmisión independiente). Cuando las parejas de homólogos se alinean en la meiosis I, cada pareja se orienta por su cuenta: que el homólogo materno de un par vaya hacia un polo no decide hacia dónde va el materno de otro par. Por eso, si el gen $A$ está en un par de cromosomas y el gen $B$ en otro par, un individuo $AaBb$ forma en la misma proporción los gametos $AB$, $Ab$, $aB$ y $ab$.

Ojo con un error de concepto: la tercera ley solo vale para genes que están en cromosomas distintos. Dos genes que están en el mismo cromosoma, cerca uno del otro, tienden a viajar juntos al mismo gameto (solo el entrecruzamiento los separa a veces) y no se reparten de forma independiente; se dice que están ligados.

De dónde sale la variedad

Con cada par de homólogos hay dos maneras de repartir: el gameto recibe el materno o el paterno. Con $n$ pares que se orientan de forma independiente, las maneras se multiplican:

$$\underbrace{2 \cdot 2 \cdots 2}_{n \text{ veces}} = 2^n$$

Ese es el número de combinaciones distintas de cromosomas que puede recibir un gameto, sin contar el entrecruzamiento. La misma cuenta sirve para los alelos: un individuo heterocigoto para $k$ genes en cromosomas distintos forma $2^k$ clases de gametos; un gen homocigoto no suma combinaciones, porque sus dos alelos son iguales.

A eso se suma la fecundación: cualquier gameto de la madre puede unirse con cualquier gameto del padre. Separación de homólogos, orientación independiente, entrecruzamiento y fecundación al azar: esas son las causas de que los hijos de una misma pareja sean distintos.

En resumen

• Las células del cuerpo son diploides (2n), con los cromosomas en pares de homólogos; los gametos son haploides (n), con un cromosoma de cada par.

• La meiosis hace dos divisiones seguidas y convierte una célula diploide en cuatro células haploides distintas entre sí.

• Al separarse los homólogos, cada gameto lleva un solo alelo de cada gen (segunda ley de Mendel).

• Cada par de homólogos se reparte de forma independiente, por eso genes en cromosomas distintos se heredan por separado (tercera ley); los genes ligados no la cumplen.

• Con n pares hay 2ⁿ combinaciones de cromosomas en los gametos; con la fecundación al azar, eso explica que los hermanos sean distintos.

Vocabulario

Cromosomas homólogos

Par de cromosomas con los mismos genes en el mismo orden; uno viene de la madre y el otro del padre. El par sexual X e Y de los machos es la excepción.

Célula diploide

Célula con dos juegos de cromosomas, uno de cada progenitor. Su número de cromosomas se escribe 2n.

Célula haploide

Célula con un solo juego de cromosomas, uno de cada par. Su número se escribe n.

Meiosis

División celular en dos etapas que, a partir de una célula diploide, forma cuatro células haploides distintas entre sí.

Gameto

Célula sexual haploide: óvulo o espermatozoide en los animales; en las plantas, la célula espermática que viaja dentro del grano de polen y la ovocélula, que está dentro del óvulo.

Cigoto

Primera célula de un nuevo individuo; se forma al unirse dos gametos y es diploide.