Una “llave” para esa “cerradura”

Durante la época reproductiva, varias especies de fecundación externa depositan sus gametos en los cuerpos de agua. ¿Alguna vez se te ocurrió preguntarte por qué no se cruzan sapos con peces, por ejemplo? ¿Cómo “saben” los gametos de una especie dónde está su contraparte? En este post les contaré acerca de una estructura presente en los ovocitos de peces que hace de “guía” para los espermatozoides homólogos.

Créditos: Jacqueline Macou

En los ecosistemas, nada suele ser fácil para los diferentes seres vivos que los habitan, mucho menos reproducirse y dejar descendencia fértil. Las estrategias para hacerlo son muchísimas y de lo más variadas.

La situación se vuelve más compleja si hablamos de los ecosistemas acuáticos, donde cientos de especies diferentes intentan reproducirse al mismo tiempo.

¿Alguna vez se te ocurrió preguntarte cómo lo hacen? O… ¿Por qué, en un pequeño curso de agua dulce, un sapo no se cruza con un pez si ambos depositan sus gametos (óvulos y espermatozoides) en el mismo lugar? ¿Cómo se unen los gametos de la misma especie?

En este post les contaré acerca de una estructura que permite que los espermatozoides liberados por los machos de una especie lleguen a “buen puerto”, es decir, alcancen al óvulo correspondiente, tal como una llave encaja perfectamente con su correspondiente cerradura.

Coordinación y precisión de relojería debajo del agua

Una de las características básicas de todo ser vivo es la capacidad de reproducirse. En este proceso se generan nuevos individuos, permitiendo la continuidad de la vida.

La reproducción sexual requiere, en general, de dos progenitores y, cada uno ellos, contribuye con sus células sexuales; los gametos. La unión de ambos, durante la fecundación, da origen a un nuevo individuo: el cigoto.

Las células que participan en la fecundación, producidas por meiosis, tienen un número haploide de cromosomas y, luego de la fecundación, se restablece, en casi todos los casos, el número diploide.

Lo maravilloso de la reproducción sexual es que la descendencia tendrá un nuevo genotipo, diferente de cualquiera de los padres. Esto es así por la recombinación de caracteres parentales, multiplicando la variabilidad y haciendo posible la evolución de las especies.

Gran parte de la diversidad en los sistemas reproductivos de los animales está asociada a los mecanismos que permiten que los espermatozoides y los ovocitos se pongan en contacto, es decir, los mecanismos de apareamiento. Y los animales invierten mucho tiempo y energía en aparearse.

Una de las diferencias entre los sistemas de apareamiento es si la fecundación es externa o interna. Si la unión del espermatozoide y el óvulo se efectúa fuera del cuerpo de los progenitores estamos ante la fecundación externa y generalmente, ocurre en los ambientes acuáticos. En ellos, los animales liberan sus gametos al agua en un proceso conocido como ‘desove’. Allí, en el agua, ambos gametos tienen que encontrarse para que tenga lugar la fecundación. Por esta razón, en animales de fecundación externa, es común que los comportamientos reproductivos del macho y la hembra estén sincronizados, ya que los gametos liberados tienen un tiempo de vida determinado para encontrarse. De esta forma, los animales que desovan deben coordinar sus comportamientos reproductivos, tanto temporal (al mismo tiempo) como espacialmente (en el mismo lugar).

En este video puedes observar el desove del Salmón Chinook, en un río de Nueva Zelanda.

Con el fin de aumentar las posibilidades de contacto entre espermatozoides y óvulos, se realizan esfuerzos e inversiones considerables. Uno de ellos es la producción de un gran número de gametos que se liberan de forma sincrónica en las proximidades del encuentro de ambos parentales y, a menudo, después de un comportamiento de cortejo específico en respuesta a cambios fisiológicos y/o señales ambientales. Así, UN espermatozoide fecunda UN óvulo.

Fecundación: una carrera de obstáculos

Para que la fecundación sea exitosa deben ocurrir varios eventos. Los espermatozoides deben nadar para llegar hasta el ovocito. Deben unirse a él, penetrar sus cubiertas extracelulares y fusionar sus membranas plasmáticas para que, finalmente y dentro del ovocito, se unan los pronúcleos y se origine un nuevo individuo.

Esquema general de la fecundación animal que combina los atributos observados en algunos invertebrados y en mamíferos. A: El espermatozoide es quimiotácticamente atraído por el óvulo. B: Se une a la envoltura del óvulo. C: Ocurre la reacción acrosómica, liberando el contenido de la vesícula acrosomal. D: El espermatozoide penetra en la envoltura del óvulo y llega a la membrana del mismo E: Las membranas de las dos células se fusionan para restaurar el genoma diploide y activar el desarrollo. Adaptado de Vacquier, 1998.

Existe una amplia diversidad de estrategias morfológicas y fisiológicas que han evolucionado para garantizar la fusión exitosa de la membrana del espermatozoide con la del óvulo. La membrana plasmática de los óvulos no es de fácil acceso para los espermatozoides. En general, deben sortear algunos obstáculos o barreras antes de alcanzarla.

Por ejemplo, en algunos ovocitos existe, rodeando a la membrana plasmática, una capa de glucoproteínas fibrosas llamada cubierta vitelina. En el caso de los mamíferos, esta estructura es recibe el nombre de zona pelúcida.

En los peces teleósteos (peces óseos) ésta cubierta extracelular del ovocito es llamada corion.

Una cerradura exclusiva

En los peces teleósteos, los insectos y cefalópodos de fecundación externa, el corion tiene un canal estrecho llamado micrópilo, a través del cual los espermatozoides deben ingresar para acceder a la membrana plásmática del ovocito. Es como una ‘cerradura exclusiva’, en ella solo encaja un tipo de ‘llave’ que corresponde al espermatozoide de la misma especie.

El micrópilo es un canal cuyo diámetro interno es similar al diámetro de la cabeza del espermatozoide de la misma especie. Sin embargo, el diámetro no es homogéneo a lo largo de todo el canal y, generalmente, presenta una abertura exterior mayor en comparación con el diámetro de la abertura interior.

Los ovocitos de los animales presentan una polaridad determinada y se distinguen el polo animal (donde se sitúa el núcleo  y se desarrolla la mayor parte de la actividad metabólica) y el polo vegetativo (zona donde se acumulan las sustancias de reserva o vitelo). El micrópilo está localizado en el polo animal.

Diagrama esquemático de ovocitos de peces donde se muestran sus características más notables. Están rodeados por una envoltura gruesa y dura (el corion) en la que está presente el micrópilo. Adaptado de Toshiharu Iwai.

Existen diferencias morfológicas en su estructura entre las distintas especies que tiene valor taxonómico. Es decir, se pueden clasificar las especies según su micrópilo.

Espermatozoides y ovocitos del lenguado negro (Rhombosolea retiaria). A y B) Espermatozoides y óvulos. C) Vista de semi-perfil del micropilo (una flecha indica la apertura exterior del micropilo). D) Micrografía de barrido del micrópilo. Las barras de escala en A y C, 20 micrómetros. En B, 100 micrómetros.

 

En el caso de los peces teleósteos, la interacción del ovocito con el espermatozoide ocurre en la zona del micrópilo. Además, a diferencia de los de mamíferos, los espermatozoides no tienen acrosoma (vesícula secretora de enzimas hidrolíticas localizada en la cabeza del espermatozoide) y acceden al ovocito penetrando de forma completamente mecánica y no mediante la reacción acrosómica. Esta última tiene lugar en mamíferos. En ellos, una vez en contacto con la cubierta de los ovocitos, los espermatozoides experimentan esta reacción liberando las enzimas necesarias para “romper” la zona pelúcida, lo que permite que penetren en ella y puedan alcanzar la membrana plasmática.

Volviendo a los peces, el micrópilo se forma durante la deposición del corion y se fusiona con la membrana del ovocito que justo por debajo micrópilo.

Micrografías electrónicas de barrido mostrando el polo animal de la corvina de boca blanca y el pez anual del género Austrolebias. En los cuadrados se pueden observar los micrópilos (indicados como Mi) con mayor magnificación. Adaptado de Berois et. al, 2011.

Luego del paso del espermatozoide por el micrópilo, éste se cierra; un mecanismo asociado a la prevención de la poliespermia (fecundación de un ovocito por más de un espermatozoide). De esta forma se evita que más de un espermatozoide se fusione con la membrana plasmática del ovocito. ¡Magnífico!

Micrografías electrónicas de barrido del micrópilo de un ovocito de lenguado negro; la punta de flecha blanca indica la abertura exterior del micrópilo. Adaptado de Yanagimachi 2017.

 

La evolución ha dado lugar a múltiples mecanismos y estructuras que permiten la convivencia de las diferentes especies que no dejan de sorprendernos, no solo por su sofisticación, sino también por su belleza.

Bibliografía consultada:

• Hoar, J & Randal, D. J. (1969). Fish Fisiology, Volume III: Reproduction and Growth Bioluminescence, Pigments, and Poisons. Academic Press, New York and London.
• Ryuzo, Yanagimachi; Gary Cherr, Takahiro Matsubara, Tadashi Andoh, Tatsuo Harumi, Carol Vines, Murali Pillai, Frederick Griffin, Hajime Matsubara, Tina Weatherby, and Kenneth Kaneshi. Sperm Attractant in the Micropyle Region of Fish and Insect Eggs. Biology of reproduction (2013) 88(2):47, 1–11
• Ryuzo Yanagimachi, Tatsuo Harumi, Hajime Matsubara, Wei Yan, Shuiqiao Yuan, Noritaka Hirohashi, Tomohiro Iida, Etsuro Yamaha,Katsutoshi Arai, Takahiro Matsubara, Tadashi Andoh, Carol Vines and Gary N. Cherr. Chemical and physical guidance of fish spermatozoa into the egg through the micropyle. Biology of Reproduction, 2017, 96(4), 780–799
• Diala Amanze & Aratiiyengar. The micropyle: a sperm guidance system in teleost fertilization. Development 109, 495-500 (1990)
• Knobil and Neill’s. Physiology of Reproduction. 3rd Ed. Vol. I, 2006.
• Vacquier, VD1. Evolution of gamete recognition proteins. Science. 1998 Sep 25;281(5385):1995-8.
• Nibia Berois, María J. Arezo, Nicolás G. Papa. Gamete interactions in teleost fish: the egg envelope. Basic studies and perspectives as environmental biomonitor. Biol Res 44:119-124, 2011

Créditos foto de portada: Jacqueline Macou / Pixabay

Deja una respuesta

Su dirección de correo electrónico no será publicada.

  Acepto la política de privacidad

Este sitio usa Akismet para reducir el spam. Aprende cómo se procesan los datos de tus comentarios.

Esta web usa cookies propias y de terceros (tipo analytics) que permiten elaborar información estadística y conocer tus hábitos de navegación. Si continuas navegando, aceptas su uso. Puedes cambiar su configuración, desactivarlas u obtener más información siguiendo este enlace: Más información y Política de cookies

ACEPTAR
Aviso de cookies