viernes, 11 de septiembre de 2015

Biología del desarrollo - Wikipedia, la enciclopedia libre

Biología del desarrollo - Wikipedia, la enciclopedia libre






Biología del desarrollo




Perspectivas de un feto en el útero Leonardo da Vinci (1510-1512).
La biología del desarrollo estudia los procesos mediante los cuales los organismos crecen y se desarrollan. La biología del desarrollo actual estudia los controles genéticos del crecimiento celular, la diferenciación celular y la morfogénesis (el proceso que origina los tejidos, órganos y la anatomía).


Laubichler & Wagner distinguen cuatro preguntas fundamentales a las que hace frente la biología del desarrollo:1


  1. ¿A través de qué caminos una célula aparentemente homogénea se desarrolla en un organismo diferenciado?
  2. ¿Cuáles son los mecanismos que guían este "despliegue" en tres dimensiones?
  3. ¿Cuáles son los objetos biológicamente relevantes causalmente implicados en los procesos de desarrollo?
  4. ¿Cuál es la relación entre la información genética y la complejidad fenotípica que resulta de los procesos de desarrollo?

Índice

Historia de la biología del desarrollo

Conocimiento antiguo y medieval

En sus inicios la biología del desarrollo está ligada a las
explicaciones filosóficas de la época respecto a la naturaleza de la
materia. En este sentido se encuentra Hipócrates, quien explica el desarrollo en términos de calor, humedad y solidificación.


Aproximadamente un siglo después Aristóteles
plantea los primeros interrogantes al desarrollo embriológico. Sus
soluciones como en muchos de los campos trabajados por este pensador
perdurarían hasta muy tarde en el pensamiento humano, cuando en el siglo
XVII sean reevaluadas. Aristóteles reconocido como el primer embriólogo
plantea el problema de la formación del embrión. Para ello responde con
dos hipótesis. La primera de ellas llamada comúnmente preformacionismo,
sostiene que las estructuras del embrión están preformadas desde el
principio y luego estas simplemente aumentan de tamaño. La segunda
hipótesis propone que las estructuras crecen progresivamente con el
tiempo, a esta se le denomina epigénesis
(epi= sobre, génesis=inicio) la cual Aristóteles favoreció
correctamente. Estas conjeturas fueron generadas luego de observar
huevos de pollo incubados, de los cuales también comprendió
primariamente las funciones de la placenta y el cordón umbilical.


Aristóteles realizó observaciones sobre los diferentes modos de nacimiento en animales vivos (viviparidad), a partir de huevos (oviparidad) o mediante huevos que se rompen en el interior de la madre (ovoviviparidad).
Además identificó los dos patrones principales de la división celular,
la segmentación holoblástica y la segmentación meroblástica.


Durante el periodo medieval no se reconoce hasta el momento ningún avance en este campo de la ciencia.


Renacimiento

A mediados del siglo XVII, en 1651 William Harvey concluyó que los animales se originan de huevos (célula huevo). La afirmación Ex ovo omnia2
(“Todos a partir de huevo”) eliminó la generación espontánea de la vida
en los animales. También lanzó una hipótesis sobre la función del
líquido amniótico como “amortiguador de impactos”. Este médico ingles
fue el primero en observar el blastodermo del embrión de pollo e indicar que en éste, antes de que el corazón se forme, se constituyen “islotes” de células sanguíneas.


Luego de la invención del microscopio, la embriología pudo obtener observaciones con mayor resolución y detalle. En 1672 el embriólogo italiano Marcello Malpighi
publicó un primer trabajo sobre el desarrollo del pollo visto con
microscopio. En el desarrollo de este trabajo se observó por primera vez
el surco neural, los somitas y la primera circulación de venas y arterias hacia y desde el saco vitelino. A pesar de las observaciones, Malpighi apoyó la hipótesis de la preformación.


Modernidad

La preformación tuvo un amplio apoyo entre la ciencia, religión y
filosofía del siglo XVIII. Pues en este periodo se creía que todo el
individuo estaba preestablecido desde la línea germinal (homúnculo)
y por lo tanto no era necesaria una fuerza externa para el desarrollo
del individuo. Esta teoría de corte conservador reforzaba la idea en la
cual no había cambios entre las generaciones de individuos.
Posteriormente Caspar Friedrich Wolff
demostró que las regiones embrionarias del pollo se desarrollan a
partir de tejidos que no poseen equivalente en un organismo adulto. Sin
embargo para poder explicar la obtención de nuevos individuos cada
generación fue necesario postular la existencia de una fuerza natural
desconocida hasta el momento nombrada vis essentialis “fuerza esencial”, la cual organizaría el desarrollo de los embriones.


Christian Pander estudió el embrión de pollo y en él descubrió las capas germinales; ectodermo, mesodermo y endodermo.
Además registró observaciones que reforzaban la hipótesis epigenética,
pues encontró que las capas germinales no formaban sus órganos
independientemente. Esto significaba que aun cuando las capas fueran
tejidos diferentes, las tres interactuaban colectivamente mediante
inducción. Martin Heinrich Rathke,
coterráneo y contemporáneo de Pander, observó el desarrollo de peces,
anfibios, reptiles y mamíferos, enfatizando en la semejanza en el
desarrollo de estos grupos de vertebrados. En este trabajo describió los
arcos faríngeos, la formación del cráneo, el origen del sistema
reproductor, excretor y respiratorio. También estudió el desarrollo de
invertebrados en especial el del cangrejo.


La disputa sobre las hipótesis epigenéticas y preformistas, fueron finalmente zanjadas con la teoría celular planteada por Matthias Jakob Schleiden y Theodor Schwann.
El impacto sobre la ciencia biológica fue enorme. En el caso del
desarrollo, ésta indica que si todos los organismos están originados de
una célula, la cual debe multiplicarse para generar otros tipos de
células y con ellas el individuo completo. De este modo el desarrollo de
un individuo debe ser epigenético.


Otro argumento en contra del preformismo es propuesto por el biólogo alemán August Weismann,
el cual indica que el embrión o nuevo individuo no hereda sus
caracteres de todo el cuerpo de sus padres, sino solamente de las
células germinales. Implícitamente Weisman hizo la distinción entre las
células somáticas y las células germinales. Esta distinción y definición
implica adicionalmente que las características adquiridas por las
células somáticas durante la vida del individuo no son transmitidas a
las células germinales, también llamada línea germinal.


A finales del siglo XIX en múltiples experimentos de fertilización con el erizo de mar,
se observó que el huevo contenía contribuciones de ambos padres
fusionados en el núcleo, al cual se le atribuyó la responsabilidad de la
herencia. Siguiendo esta línea de investigaciones se demostró que los
cromosomas situados en el núcleo de un huevo fertilizado (zigoto)
derivan equitativamente de los núcleos parentales de los padres.
Consecuentemente se estableció que los cromosomas son la unidad física
de transmisión de los caracteres genéticos entre generaciones de acuerdo
con las leyes postuladas por Gregor Mendel.


Karl Ernst von Baer continuó con los estudios de Pander sobre el embrión de pollo y descubrió la notocorda,
el gameto femenino. Como conclusiones de este trabajo von Baer definió
cuatro generalidades en el desarrollo, conocidas comúnmente como: Los
cuatro principios de von Baer.


Contemporaneidad

Hans Spemann y Hilde Mangold descubren en 1924 la inducción embriónica mediante el trasplante del labio superior de la gástrula
de salamandra al lado opuesto del ectodermo. Este tratamiento indujo la
formación de un individuo con dos cabezas. El labio dorsal trasplantado
lleva actualmente el nombre del organizador de Spemann. Por este
trabajo Spemann es galardonado en 1935 con el premio Nobel pues Hilde
Mangold muere trágicamente en un incendio antes de la publicación del
trabajo.


En 1978 se presenta el nacimiento del primer humano in vitro.


En 1986 se descubre la muerte celular programada autónoma conocida también como apoptosis, la cual es necesaria para un desarrollo óptimo del individuo. Este descubrimiento se realizó sobre Caenorhabditis elegans
el cual inicialmente posee 1090 células pero finalmente conserva 959
para el resto de su vida, lo cual indica que 113 células desaparecen
durante el desarrollo. Las observaciones mostraron que siempre se
eliminaban las mismas 131 células. Igualmente descubrieron que este
fenómeno y mecanismo molecular es conservado entre nematodos y mamíferos
desde un origen evolutivamente antiguo. Por este trabajo H.Robert Horvitz y Ellis fueron premiados con el premio Nobel.


Conceptos en Biología del desarrollo




Mecanismos del desarrollo

Mecanismos básicos del desarrollo3

  • Mitosis asimétrica.
  • Dinámica temporal interna acoplada a mitosis.
  • Inducción jerárquica.
  • Mitosis dirigida.
  • Crecimiento diferencial.
  • Apoptosis.
  • Migración.
  • Adhesión.
  • Contracción.
  • Tumefacción, pérdida o deposición de la matriz celular.

Mecanismos moleculares del desarrollo

Los tipos de moléculas involucradas en el desarrollo embrionario fueron identificados durante la segunda mitad del siglo XX. Los factores de transcripción son reguladores clave para la expresión de los genes, y es el control de transcripción que permite que cada tipo celular (epitelial, neuronal, muscular, etc) exprese sus proteínas específicas en determinadas cantidades. Los factores de transcripción son regulados por cascadas de transducción de señales que reciben señales exteriores a la célula, y se las "comunican" al núcleo celular. Estas cascadas de señales casi siempre involucran receptores de membrana, a los que se unen los ligandos, y enzimas.
Un tipo de genes muy importante, los cuales son regulados por distintos
factores de transcripción en distintas células, son los genes que
codifican para proteínas de adhesión, las cuales son muy importantes en la morfogénesis.


Modelos embrionarios

Estos organismos son muy usados como modelos por los biólogos del desarrollo:


Subdisciplinas y disciplinas relacionadas

Embriología

Artículo principal: Embriología
La embriología es parte de la biología del desarrollo, estudia a los organismos desde su estado de una célula (generalmente el cigoto)
hasta el final de la etapa embrionaria, lo que no significa
necesariamente el inicio de la vida libre del organismo. La embriología
fue originalmente una ciencia más descriptiva hasta el siglo XX. Hoy en día ambas ciencias estudian los pasos necesarios para la formación del cuerpo de un organismo vivo.


Biología evolutiva del desarrollo

Artículo principal: Biología evolutiva del desarrollo
La biología evolutiva del desarrollo se desarrolló ampliamente en la década de 1990. Es una síntesis entre los descubrimientos de la biología molecular del desarrollo y la biología evolutiva, la cual considera toda la diversidad de los organismos desde un contexto evolucionista.


Medicina

Los descubrimientos de la biología del desarrollo ayudan a entender defectos en el desarrollo como lo es el síndrome de Down (una aberración cromosómica). Llegar a entender cómo las células se diferencian durante el desarrollo permitiría, especializar células madre en distintos tejidos y órganos con fines médicos.


Véase también

Referencias

Bibliografía

  • Gilbert. S. 2005.Biología del Desarrollo.7ª Edición. Editorial Médica, Panamericana. Capítulo 1.
  • Wolpert, L. 2007. Principles of Development. 3th Edition. Oxford, United States.
Cita APA: Gilbert,S.F.(2005). Biología del desarrollo.7ª Ed.Buenos aires:editorial Medica Panamericana S.A.


Notas


  • Laubichler
    & Wagner (2001)How Molecular is Molecular Developmental Biology? A
    Reply to Alex Rosenberg’s Reductionism Redux: Computing the Embryo. Biology and Philosophy 16: 57-58

    1. Salazar-Ciudad,
      I., Jernvall, J. and Newman S. A. (2003) REVIEW ARTICLE Mechanisms of
      pattern formation in development and evolution. Development 130

    Enlaces externos


  • Sobre
    la generación de las criaturas vivas, 1651.Exercitaciones de
    generatione animalium: quibus accedunt quaedum de party, de membranis ac
    humoribus uteri et de conceptione. London.


  • Publicado por en

    No hay comentarios:

    Publicar un comentario

    Suscribirse a: Enviar comentarios (Atom)