Alternancia de generaciones

¿Qué es la alternancia de generaciones?

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La alternancia de generaciones es un tipo de ciclo de vida que se encuentra en las plantas terrestres y algunas algas en el que las generaciones posteriores de individuos alternan entre organismos haploides y diploides. Esto puede contrastarse con la reproducción sexual en animales, en los que se encuentran tanto células haploides como diploides en cada generación. La alternancia de generaciones tiene varias características distintas, y estas características pueden modificarse ligeramente entre especies. En general, las generaciones alternan entre los esporofitos capaces de crear esporas y los gametofitos, capaces de crear gametos.

Ciclo de vida de alternancia de generaciones

Esporofito

Para formar un esporofito, dos gametos haploides se unen para formar un cigoto diploide. Normalmente, los organismos haploides se definen por tener un número «n» de cromosomas. Cuando dos gametos de la misma especie se unen, cada uno tiene n cromosomas. Por lo tanto, se considera que el cigoto diploide que se forma tiene un valor de 2n de material genético, o exactamente el doble. No solo hay el doble de ADN, sino que representa códigos para las mismas proteínas en el mismo organismo. El esporofito es un organismo multicelular formado por múltiples rondas de mitosis en el cigoto. Por tanto, el individuo esporofito sigue siendo un organismo 2n.

Luego, cuando el esporofito alcanza la madurez, se produce un punto clave en la alternancia de generaciones. El esporofito desarrolla órganos, conocidos como esporangios. Estos órganos reproductores especializados se utilizan para crear esporas haploides unicelulares. Estas células se liberarán al aire o al agua y se llevarán. Cuando alcancen un entorno adecuado, comenzarán el proceso de desarrollo en el gametofito.

Gametofito

Esto representa la próxima generación en la alternancia de generaciones, a medida que se crea la espora haploide. La espora es técnicamente un organismo nuevo y solo tiene la mitad del ADN como organismo padre. Esta espora se someterá a sucesivas rondas de mitosis para formar un nuevo individuo multicelular, el gametofito. Donde la generación de esporofitos crea esporas, la generación de gametofitos crea gametos. Los gametos son producidos por órganos especiales en el gametofito, el gametangia. Estos gametos luego se transmiten al medio ambiente o se transfieren entre plantas.

Cuando encuentran un gameto opuesto, comienzan el proceso de fusionarse para formar otro cigoto. Este cigoto eventualmente se convertirá en un esporofito, y la alternancia de generaciones seguirá girando. Si bien esta es una versión simplista de la alternancia de generaciones, existen muchas complejidades, que se discutirán a continuación. Debido a estas complejidades, y debido a que todas las plantas experimentan alguna versión de alternancia de generaciones, los científicos prefieren referirse a otros aspectos de sus ciclos reproductivos para definir la especie.

La forma más simple de alternancia de generaciones se encuentra en el helecho, como se ve a continuación. Como se ve en el diagrama, el gametofito y el esporofito son individuos claramente diferentes. Este no es siempre el caso.

Complicaciones con la alternancia de generaciones

Gametos de género

Hay muchos factores adicionales que pueden complicar este tema básico de alternancia de generaciones. La complicación más notable es el género. Tanto los esporofitos como los gametofitos pueden tener géneros. Además, el esporofito o gametofito puede no ser totalmente independiente de la otra generación. Considere las plantas con flores, por ejemplo. Algunas flores tienen gametofitos masculinos y femeninos alojados en su interior. En otras especies de flores, las flores masculinas y femeninas están separadas, pero pueden estar presentes en la misma planta. En otras flores, los esporofitos individuales solo dan lugar a un cierto género de flor.

Los términos monoico y dioico se utilizan para describir los gametofitos. Si ambos géneros están alojados en el mismo individuo, la especie es monoica. Si están separados, la alternancia de generaciones es dioica. Esto se aplica solo al gametofito.

En el esporofito, los términos utilizados son monoico y dioico. Aquí, estos describen si el esporofito producirá ambos géneros, o si los géneros se separan en diferentes esporofitos. Es importante señalar que muchas plantas son monoicas, pero dioicas. Esto significa que un solo esporofito puede producir flores masculinas y femeninas. Se pueden observar muchas otras combinaciones de estas diferencias en la alternancia de generaciones en varias especies de plantas y algas.

Diferencias en el esporofito y el gametofito

Durante la alternancia de generaciones en algunas especies, hay una distribución desigual en tamaño o dominancia del esporofito o del gametofito. En diferentes especies, esto puede revertirse. En las hepáticas, el gametofito es la generación dominante. La hepática es una planta gametofítica. En los helechos ocurre lo contrario y el esporofito es el individuo más grande y dominante. Esto se llamaría una planta esporofítica.

En otras especies, el tamaño y la forma del esporofito y el gametofito es casi indistinguible. La única diferencia es la cantidad de ADN que llevan y si producirán esporas o gametos. Si bien esto puede parecer que realmente no están haciendo nada, la alternancia de generaciones aún permite que ocurra la reproducción sexual. Esto mezcla en gran medida los genes y aumenta la adaptabilidad de la especie.

Los esporofitos y gametofitos de diferentes especies también producen diferentes tipos de esporas y gametos. Si los gametos son iguales, se llama isogamia. Algunas especies de algas verdes producen solo un tipo de gameto. Ambos están flagelados y nadan en aguas abiertas hasta que se encuentran. Este esquema no es particularmente útil para plantas terrestres. La mayoría de las plantas terrestres muestran anisogamia. o una diferencia en sus gametos. Esto se ve más comúnmente como la diferencia entre el gameto masculino móvil y el gameto femenino inmóvil más grande, o espermatozoides y ovocitos. Otras veces, se ve solo como una diferencia de tamaño.

A continuación se muestra una representación gráfica de una planta dioica, dioica y anisogamética. Esto significa que la planta tiene individuos separados de gametofitos y esporofitos, y que los gametos que produce son de diferentes tamaños. Esto sería cierto para un acebo o sauce, que produce flores masculinas y femeninas separadas, en esporofitos individuales separados.

Evolución de la alternancia de generaciones

La evidencia fósil y la existencia de muchas algas con alternancia simplificada de ciclos de vida generacionales insinúan que la ventaja evolutiva de la reproducción sexual a través de la alternancia de generaciones es lo que hizo que las plantas terrestres fueran lo suficientemente adaptables para colonizar la tierra. La alternancia de generaciones permite tanto el acto dinámico y volátil de reproducción sexual como el acto constante y consistente de reproducción asexual.

Cuando el esporofito crea esporas, las células experimentan meiosis, lo que permite que la generación de gametofitos recombine la genética presente. Esto permite que surja una gran diversidad. A medida que las plantas colonizaban la tierra, inicialmente eran isomorfas, o tanto los gametofitos como los esporofitos se veían y actuaban de la misma manera. A medida que pasaba el tiempo, la mayoría de las plantas encontraron beneficioso reducir uno de estos ciclos de vida. La mayoría de las plantas con flores ahora tienen un ciclo de vida de gametofitos mucho más reducido, mientras que las hepáticas y los musgos fueron en sentido contrario, prefiriendo disminuir el ciclo de esporofitos. En la amplia variedad de plantas vivas hoy en día hay casi todas las variaciones imaginables de la alternancia de generaciones.