El estudio y comprensión de la mitosis planteó una serie de dudas a los investigadores en relación al desarrollo del proceso en las células germinales encargadas de asegurar la continuidad de la especie en el tiempo. Las experiencias que se realizaron al respecto fueron profundas y se llevaron a cabo fundamentalmente sobre las células vivas obtenidas a partir de las glándulas sexuales de la rana y mantenidas en condiciones adecuadas para su supervivencia.
Como se había supuesto, el desarrollo de estos elementos celulares (el óvulo femenino y el espermatozoide masculino) comportaba determinadas particularidades, completamente distintas de la mitosis y cuyo resultado final conducía a una disminución en el patrimonio hereditario ¿por qué? La explicación hay que buscarla en la absoluta necesidad que tienen las células somáticas de cualquier individuo de mantener constante el numero típico de cromosomas de la especie a la que pertenecen, a fin de obviar el peligro que suponen la alteración de sus características como consecuencia de cambios en el material genético.
Debido a que la fecundación tiene lugar la fusión de dos elementos celulares, procedentes respectivamente del padre y la madre, en una única célula hija que constituye la base para el completo desarrollo del nuevo organismo, y cuyos caracteres propios quedan determinados por el numero de cromosomas específicos, es preciso lógicamente que tal fusión este precedida de una disminución en el numero de cromosomas presentes en las células germinales para impedir que a cada nueva fecundación tenga lugar una duplicación en el numero cromosómico. Para que la fecundación pueda restablecer el numero cromosómico de partida, propio de la especie, es necesario que el nuevo genoma se forme por el aporte de una mitad de cromosomas de origen paterno y de otra mitad de origen materno.
Finalmente las experiencias realizadas condujeron a una explicación clara: alcanzado un determinado punto de su proceso de maduración, las células germinales tanto masculinas como femeninas, comienzan a dividirse de un modo absolutamente particular.
Consideremos a modo de ejemplo un caso hipotético de una célula que contenga 8 cromosomas, a pares iguales, repartidos por el núcleo. Al iniciarse el fenómeno, los miembros de cada pareja (los elementos homólogos), divididos en sus respectivas cromátidas, se asocian dos a dos formando cuatro tétradas (recibe esta denominación cada pareja de cromosomas homólogos divididos, estando cada tétrada formada por cuatro cromátidas) que se disponen sobre un plano ecuatorial de la célula. Al mismo tiempo, como acontece en una mitosis normal, la membrana nuclear y los nucléolos desaparecen, a la vez que se manifiesta el huso a cuyas fibras se adhieren los cuatro centrómeros.
En la tercera fase de este proceso de división, que se conoce con el nombre de meiosis, los miembros homólogos de cada apareja se separan para poder dirigirse a los polos de la célula, guiados por las fibras del huso. Debe considerarse que en este caso, a diferencia de lo que sucede en la mitosis, los centrómeros no se dividen, por lo que las dos cromátidas de cada cromosoma permanecen unidas.
Esta primera parte de la meiosis finaliza con la formación de una membrana nuclear y la consiguiente repartición del citoplasma alrededor de los dos núcleos, conteniendo cada uno de ellos la mitad del patrimonio cromosómico de origen.
El proceso continúa, tras una breve pausa, a esta primera división sigue una mitosis normal a cargo del par de células anteriormente formado; al principio se parecían cuatro cromosomas en cada núcleo, formados por dos cromátidas unidas por el centrómero respectivo. Al separarse durante la mitosis dan como producto final cuatro células haploides, que constituyen justamente las células germinales. Es importante recordar que, durante la meiosis, los cromosomas precedentes en parte del padre y en parte de la madre pueden intercambiar fragmentos de cromátidas homologas, que pueden distribuirse distintamente en las cuatro células haploides resultantes. Por tanto, el número de posibles combinaciones depende del número n de pares de cromosomas típico de la especie. Sin n=2, las posibles combinaciones serán 2²=4; si n=3, serán 2 al cubo =8 y si n=23 (caso del hombre), las posibles combinaciones serán 2 a la 23= 8.388.608 combinaciones para los espermatozoides y otras tantas para los óvulos. Estas cifras son ilustrativas para explicar el numero tan elevado de diferencias que pueden existir entre dos hermanos procedentes de una misma pareja de progenitores.
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