La biología del desarrollo: cómo se forma un organismo a partir de una célula

La evolución hacia la pluricelularidad ha sido un proceso complejo, marcado por la cooperación entre células individuales que conduce a la formación de organismos multicelulares. Esta diversidad organizativa refleja la increíble adaptabilidad y complejidad de la vida en la Tierra.

Los organismos multicelulares presentan una complejidad organizativa que se manifiesta en distintos niveles. Desde tejidos hasta sistemas de órganos, cada nivel cumple funciones específicas contribuyendo al funcionamiento global del organismo. Veamos cómo se da este proceso.

Desarrollo y evolución de un organismo

El desarrollo de un organismo comienza con la fecundación, cuando un espermatozoide fertiliza un óvulo para formar un cigoto. Este cigoto es una célula totipotente, lo que significa que tiene el potencial de dar origen a todas las células del cuerpo, incluyendo las células germinales que darán lugar a la próxima generación. A partir de este momento, comienza un proceso altamente regulado de división celular, migración y diferenciación que dará lugar a un organismo multicelular completamente desarrollado.

Durante las primeras etapas del desarrollo, las células se dividen de manera rápida y coordinada para formar una estructura llamada blastocisto. Este blastocisto se implanta en el útero materno y las células se siguen dividiendo y diferenciando para formar las tres capas germinales principales: ectodermo, mesodermo y endodermo. Estas capas darán origen a los diferentes tejidos y órganos del organismo en desarrollo.

A medida que el embrión continúa su desarrollo, las células comienzan a diferenciarse de manera más específica, adoptando identidades celulares únicas y especializadas. Este proceso de diferenciación está regulado por la expresión de diferentes genes en cada célula, que son activados o desactivados en respuesta a señales químicas del entorno celular. Estas señales, conocidas como factores de crecimiento y morfogénicos, juegan un papel crucial en la determinación del destino celular y en la formación de patrones espaciales durante el desarrollo embrionario.

El ciclo celular

El ciclo celular representa la vida de una célula en proceso de proliferación, donde atraviesa diversas etapas antes de dividirse en dos células hijas. Comienza con la división de una célula preexistente y avanza a través de fases de crecimiento, replicación de ADN, condensación de cromosomas y finalmente la división celular.

Aunque muchas células nunca se dividen, como las neuronas, otras nacen de la fusión de dos células, como en la formación de un zigoto o células musculares.

Las neuronas, abandonan el ciclo celular y se vuelven longevas, permaneciendo en un estado no proliferativo durante la mayor parte de su vida. Por otro lado, existen células que no completan su ciclo debido a daños irreparables o a procesos de muerte celular programada, conocida como apoptosis.

Tipos de células

En los organismos pluricelulares existen dos tipos principales de células: las somáticas y las germinales. Las células somáticas, al igual que las germinales, pueden proliferar y completar su ciclo celular mediante la mitosis, generando dos células hijas con el mismo material genético.

Las células germinales, además, pueden producir gametos y participar en la meiosis, dando lugar a cuatro gametos haploides a partir de una célula diploide.

El ciclo de las células somáticas comprende una serie de etapas bien definidas. Exploraremos estas fases, desde el crecimiento hasta la división celular, destacando los procesos clave que ocurren en cada una de ellas.

Las fases

El ciclo celular comprende una secuencia ordenada de etapas: G1, S, G2 y M, donde G se refiere a intervalo o «gap», S a síntesis y M a mitosis. Estas fases son universales en células proliferativas. Veamos.

Fase G1

La fase G1 marca el inicio del ciclo celular y es la etapa más larga y variable. Durante este período, la célula experimenta un crecimiento significativo hasta alcanzar su tamaño óptimo.

Existe un punto de control molecular que verifica si la célula cumple los requisitos necesarios para avanzar al siguiente paso. Las células pueden detener su ciclo en esta fase para realizar funciones específicas, reparar daños o permanecer en un estado diferenciado.

Fase S

En la fase S, el ADN celular se duplica. Este proceso es determinante, pero complejo debido a la longitud de las hebras de ADN en el núcleo. La replicación del ADN debe ser precisa para evitar errores que podrían ser letales para las células hijas o el organismo completo.

Fase G2

La fase G2 es una breve etapa de crecimiento posterior a la fase S, donde se sintetizan los productos necesarios para la próxima etapa, es decir, la fase M, que implica la división celular.

Fase M

La fase M es la etapa más compleja, donde se produce la división celular. Durante este proceso (mitosis), los componentes celulares se dividen en dos partes para formar dos células nuevas e independientes.

La mitosis consta de varias etapas, incluyendo profase, metafase, anafase y telofase, donde los cromosomas se compactan, segregan y descondensan para formar los núcleos de las células hijas. Simultáneamente, la citocinesis divide el citoplasma de la célula madre en dos. Este proceso difiere en células animales y vegetales.

Al completar la fase M, se obtienen dos células hijas idénticas a la célula progenitora. Este ciclo celular repetitivo es esencial para el crecimiento, desarrollo y mantenimiento de los organismos pluricelulares. A partir de este se forman los tejidos y luego los órganos.

Lecturas recomendadas

Las células madre o progenitoras

Crecimiento y diferenciación celular