Etapas del desarrollo embrionario

Antecedentes de la embriología

La embriología, o mejor dicho en términos modernos, biología del desarrollo, es la rama de la biología que se encarga de estudiar la morfogénesis, el desarrollo embrionario y nervioso desde la gametogénesis hasta el momento del nacimiento de los seres vivos.

Reproducción sexual

Reproducción es la capacidad de todos los seres vivos de engendrar, en algún momento, otros seres semejantes a ellos. La reproducción sexual implica la singamia o fecundación o sea la fusión de gametos masculinos y femeninos para producir un cigoto, que al desarrollarse formará en las embriófitas un embrión y éste a su vez una nueva planta. Su importancia se debe a que en el cigoto se combinan caracteres paternos y maternos, resultando diferente genéticamente a cada uno de los padres.

Tipos de huevos

El huevo o cigoto es una célula indiferenciada la cual, por mitosis, originará todos los sistemas del nuevo ser vivo. Para ello, los huevos contienen sustancias nutritivas que lo alimentan; en el caso de los ovíparos hasta el nacimiento, y los vivíparos hasta establecer la placenta. Según la cantidad de vitelo los huevos pueden ser:

1. Oligolecitos (Huevos Isolecitos)
   • Tienen una cantidad muy pequeña de vitelo.
   • El vitelo está distribuido de manera uniforme por todo el citoplasma.
   • Ejemplos: mamíferos placentarios, algunos invertebrados.
2. Mesolecitos (Huevos Heterolecitos)
   • Contienen una cantidad moderada de vitelo.
   • El vitelo está distribuido de manera desigual, concentrándose más en un hemisferio (vegetal) que en el otro (animal).
   • Ejemplos: anfibios.
3. Polilecitos (Huevos Telolecitos)
   • Contienen una gran cantidad de vitelo.
   • El vitelo se concentra en la mayor parte del huevo, dejando una pequeña región sin vitelo (disco germinal) en el hemisferio animal.
   • Ejemplos: aves, reptiles, algunos peces.
4. Centrolecitos
   • El vitelo está concentrado en el centro del huevo, rodeado por una capa de citoplasma.
   • El núcleo se encuentra en la región periférica.
   • Ejemplos: insectos.

Etapas del desarrollo embrionario

El desarrollo de un ser vivo se lleva a cabo a través de etapas que se suceden cronológicamente y en progresión ordenadas, aunque el proceso varía de una especie a otra, ya que se presentan muchas modalidades, podemos reconocer en el desarrollo embrionario además de la fecundación, las siguientes etapas:

• Segmentación: Durante esta etapa, el cigoto experimenta una serie de divisiones que produce gran cantidad de células denominadas blastómeros.
• Blástula:Las sucesivas divisiones durante la segmentación conduce a una etapa en la que el cigoto ha alcanzado un gran número de célula.
• Gástrula: Durante esta etapa se sucede un conjunto de proceso que tienen por objeto la formación de las capas fundamentales del embrión: ectodermo, mesodermo y endodermo. De estas tres capas derivaran los diferentes órganos y sistema propios de cada especie.
• Organogénesis: En esta fase del desarrollo embrionario, se forman los sistemas de órganos después de la segmentación y gastrulación. Durante la organogénesis, los tejidos primarios, formados ya en la gastrulación, crecen y se diferencian. Cada uno de los sistemas de órganos derivan de cada una de las hojas embrionarias.

La embriología experimental

Es aquella rama de la embriología que estudia el desarrollo embrionario a través de su perturbación experimental. Tradicionalmente ha estado ligada al estudio de las anomalías y malformaciones en organismos animales y vegetales (teratología), en especial las de origen embrionario. La embriología experimental es una disciplina fundamental tanto en biología del desarrollo como en biología evolutiva del desarrollo.

Fundamentos de la embriología experimental

La embriología experimental se centra en el estudio del desarrollo de los embriones a través de técnicas experimentales para entender los mecanismos y procesos subyacentes. A continuación, se describen los fundamentos clave de esta disciplina:

1. Observación y Descripción: La observación cuidadosa y la descripción detallada del desarrollo embrionario son esenciales para establecer una base de conocimiento, se documenta las etapas del desarrollo de un embrión desde la fertilización hasta el nacimiento.
2. Manipulación Experimental: la manipulación de embriones mediante técnicas como la micromanipulación, injertos y ablaciones permite estudiar las interacciones y funciones de diferentes partes del embrión, por ejemplo, el trasplante de células de una región del embrión a otra para observar cambios en el desarrollo.
3. Inducción Embrionaria: es un proceso en el cual una parte del embrión (inductor) afecta el desarrollo de otra parte (respondedor). Estudiar estos procesos es crucial para entender cómo se forman los tejidos y órganos.por ejemplo, experimentos de Hans Spemann con el "organizador" de Spemann, que demostraron cómo una región del embrión puede inducir la formación de estructuras completas.
4. Determinación y Diferenciación Celular: es el proceso por el cual las células embrionarias adquieren su destino final. La diferenciación es la especialización de estas células en tipos celulares específicos, el seguimiento de células desde el estado indiferenciado hasta que se convierten en neuronas, músculos u otros tipos celulares.
5. Mecanismos Genéticos del Desarrollo: los genes juegan un papel fundamental en el desarrollo embrionario. La embriología experimental investiga cómo los genes y sus productos controlan el desarrollo, por el ejemplo los estudios de Thomas Hunt Morgan y sus colegas sobre la mosca de la fruta, identificando genes que controlan el desarrollo embrionario.
6. Gradientes Morfogenéticos: los gradientes de concentración de ciertas moléculas (morfógenos) influyen en el desarrollo de los patrones y estructuras en el embrión.Un caso sería el gradiente de la proteína Bicoid en Drosophila que establece los ejes anteroposterior del embrión.
7. Señalización Celular: las células embrionarias se comunican entre sí mediante señales químicas que regulan el desarrollo. Estudiar estos mecanismos de señalización es esencial para comprender la coordinación del desarrollo. Las señales Wnt, Hedgehog y Notch que participan en diversos procesos de desarrollo.
8. Interacción Entre Tejidos El desarrollo de muchas estructuras embrionarias depende de la interacción entre diferentes tipos de tejidos, por ejemplo la interacción entre el ectodermo y el mesodermo para la formación de las extremidades.
9. Herramientas y Técnicas Experimentales: la microcirugía, la manipulación genética, la imagenología avanzada y la edición de genes (CRISPR), son esenciales para los estudios experimentales en embriología. el uso de CRISPR para editar genes específicos y estudiar sus efectos en el desarrollo embrionario.
10. Modelos Animales: utilizar modelos animales como Drosophila, C. elegans, Xenopus, zebrafish y ratones permite estudiar principios generales del desarrollo que son aplicables a otros organismos, incluidos los humanos. Ejemplo de ello seria el Estudio de desarrollo del corazón en zebrafish para entender defectos cardíacos en humanos.

Teoría del Mosaico

La teoría del mosaico es una hipótesis en embriología que propone que el destino de las células del embrión está determinado desde etapas muy tempranas del desarrollo. Esta teoría sugiere que el destino de cada célula en el embrión está preprogramado de acuerdo con su posición y que las células no pueden cambiar su destino una vez que ha sido determinado.

Principios Clave de la Teoría del Mosaico

1. Determinación Celular Temprana: desde las primeras divisiones celulares, las células del embrión adquieren destinos específicos y diferenciados. La determinación es autónoma, es decir, no depende de interacciones con otras células.
2. Segmentación de Información Genética: las células del embrión reciben una parte de la información genética y de los factores determinantes específicos durante la división. Estos factores determinan el desarrollo futuro de las células de manera independiente.
3. Desarrollo Independiente: cada célula sigue un camino de desarrollo predeterminado, independientemente de las señales externas o las interacciones con otras células. Si una célula es removida o destruida, las células restantes no pueden compensar la pérdida y el desarrollo del embrión queda afectado.

Trabajos de Hans Driesch

Hans Driesch (1867-1941) fue un biólogo alemán cuyos experimentos y descubrimientos en el campo de la embriología fueron fundamentales para la comprensión de la regulación embrionaria y el potencial totipotente de las células. A continuación se describen sus trabajos más destacados:

Experimentos con Embriones de Erizo de Mar

Uno de los trabajos más importantes de Driesch involucró experimentos con embriones de erizo de mar. Sus hallazgos fueron cruciales para refutar la teoría del mosaico propuesta por Wilhelm Roux.

Driesch separó las células de un embrión de erizo de mar en el estadio de dos células. Contrario a lo que predeciría la teoría del mosaico, cada célula separada fue capaz de desarrollarse en un erizo de mar completo, aunque más pequeño. Esto demostró que las células embrionarias eran totipotentes y podían regular su desarrollo en respuesta a la separación.

Teoría de la Regulación Embrionaria

Los experimentos de Driesch llevaron al desarrollo de la teoría de la regulación embrionaria, que sostiene que las células embrionarias pueden ajustarse y compensar cambios durante el desarrollo, demostrando una capacidad de desarrollo flexible y no predeterminada.

Aportes a la Filosofía de la Biología

Driesch también contribuyó a la filosofía de la biología. Sus trabajos llevaron a debates sobre el vitalismo, la idea de que la vida no puede explicarse únicamente por procesos físicos y químicos.

Conclusión

Los experimentos de Hans Driesch desafiaron y refutaron la teoría del mosaico, demostrando la capacidad de las células embrionarias para regular su desarrollo. Su trabajo fue crucial para el desarrollo de la embriología moderna y cambió la forma en que entendemos la diferenciación y la regulación celular durante el desarrollo embrionario.

Desarrollo Embrionario de Anfibios

El desarrollo embrionario de los anfibios, como las ranas, sigue una serie de etapas bien definidas:

1. Fertilización: la fertilización es externa, y ocurre cuando el esperma se encuentra con el óvulo en el agua.
2. Segmentación: el cigoto se divide por mitosis en una serie de blastómeros, formando una estructura llamada mórula, que luego se convierte en una blástula con una cavidad interna llamada blastocele.
3. Gastrulación: durante la gastrulación, las células de la blástula se reorganizan en tres capas germinales: ectodermo, mesodermo y endodermo. Esto da lugar a la formación del arquénteron, que se convertirá en el intestino primitivo.
4. Neurulación: la placa neural se forma en el ectodermo y se pliega para formar el tubo neural, que se desarrollará en el sistema nervioso central.
5. Organogénesis: las capas germinales se diferencian en órganos y tejidos específicos. Por ejemplo, el mesodermo forma músculos y huesos, mientras que el endodermo forma el revestimiento del sistema digestivo.

Desarrollo Embrionario de las aves

El desarrollo embrionario de las aves, como los pollos, tiene varias etapas características:

1. Fertilización: la fertilización es interna y ocurre antes de que el huevo sea puesto.
2. Segmentación: la segmentación es meroblástica, lo que significa que solo una parte del huevo, el disco germinal, se divide y forma una estructura llamada blastodisco.
3. Gastrulación: durante la gastrulación, las células del epiblasto se mueven hacia el interior a través de una estructura llamada línea primitiva, formando las tres capas germinales.
4. Formación de la Cavidad Amniótica: el amnios y otras membranas extraembrionarias se forman para proteger y nutrir al embrión en desarrollo.
5. Organogénesis: las capas germinales se diferencian en órganos y tejidos específicos, como en los anfibios.

Desarrollo Embrionario de los seres humanos

El desarrollo embrionario humano sigue una serie de etapas complejas y bien coordinadas:

1. Fertilización: la fertilización es interna y ocurre en las trompas de Falopio, donde el esperma se encuentra con el óvulo.
2. Segmentación: el cigoto se divide repetidamente por mitosis para formar una mórula, que luego se convierte en una blástula con una cavidad interna llamada blastocele. Esta etapa se conoce como blastocisto en humanos.
3. Implantación: el blastocisto se implanta en la pared del útero aproximadamente 6-7 días después de la fertilización.
4. Gastrulación: durante la gastrulación, las células del embrión forman las tres capas germinales: ectodermo, mesodermo y endodermo.
5. Neurulación: el tubo neural se forma a partir de la placa neural y se desarrolla en el sistema nervioso central.
6. Organogénesis: las capas germinales se diferencian en órganos y sistemas del cuerpo humano. Por ejemplo, el ectodermo forma la piel y el sistema nervioso, mientras que el mesodermo forma el corazón, los músculos y los huesos.
7. Desarrollo Fetal: el embrión se convierte en feto a las 8 semanas de gestación y continúa desarrollándose hasta el nacimiento.