Biología

La palabra meiosis tiene su origen en la lengua griega. Significa disminuir; esto se refiere a la disminución del número de cromosomas dentro de la célula. La meiosis es el proceso de reducción cromosómica en las células eucariotas (plantas, animales y hongos), que conduce a la producción de células germinales (gametos/células sexuales) necesarias para la reproducción sexual. En la meiosis, un conjunto doble de cromosomas (diploide) se reduce a un único conjunto de cromosomas (haploide) para producir células germinales o esporas. Cuando éstas se combinan en la reproducción sexual, el cigoto resultante es un diploide. De este modo, el número cromosómico de la especie se conserva a través de la reproducción sexual.

¿Por qué?

Se trata de números cromosómicos. Si un humano, con n = 46 cromosomas, o dos pares de n = 23 cromosomas, se reprodujera sin reducción cromosómica, el óvulo y el espermatozoide tendrían ambos n = 46 cromosomas. Cuando se fusionaran para formar un gameto, el cigoto (embrión) tendría n = 92 cromosomas, es decir, el doble del número necesario. Esto provocaría anomalías genéticas en el niño. Además, imagine que este niño se reproduce con otro niño con n = 92 cromosomas: ¡su hijo tendría 184 cromosomas! Este número sería cada vez mayor. Por lo tanto, es necesaria una reducción cromosómica para que cada especie siga existiendo.

Antes de que comience la meiosis, los cromosomas del núcleo de la célula se replican. Esto se debe a que la meiosis produce cuatro células hijas con la mitad de los cromosomas de la célula madre; o cuatro células haploides a partir de una única célula diploide. Recuerda que haploide y diploide se refieren al número de cromosomas de la célula: las células haploides contienen un juego de cromosomas (n) mientras que las diploides contienen dos juegos completos de cromosomas (2n). Como puede ver, las matemáticas no funcionan del todo bien: la célula madre debe convertirse primero en una célula 4n (tetraploide) antes de comenzar la división. Así que una célula con n = 46 cromosomas se convertirá en una célula con n = 92 cromosomas, que, tras la meiosis, producirá cuatro células con n = 23 cromosomas.

La meiosis comienza de forma muy similar a la mitosis. Tras la replicación cromosómica, todos los cromosomas se separan en cromátidas hermanas (las dos mitades idénticas de un cromosoma). Sin embargo, aquí acaban las similitudes. En la meiosis se produce un proceso adicional: el de la recombinación o crossing over. En la recombinación, los pares de cromosomas se alinean y se recombinan, de modo que cada cromosoma tiene un trozo de otro. De este modo, se asegura la diversidad genética.

Así, la meiosis utiliza la recombinación para producir cuatro células hijas haploides que no son idénticas a su célula madre diploide ni a las demás.

Las fases de la meiosis

La meiosis se divide en dos partes, o divisiones, cada una de las cuales consta de varias fases. Estas son la profase I, la metafase I, la anafase I y la telofase I en la meiosis I; y la profase II, la metafase II, la anafase II y la telofase II en la meiosis II. Necesitarás algo de terminología para entender estas fases:

• Bivalente – un par de cromosomas homólogos unidos por un quiasma.
• Quiasma – punto de cruce cuando los cromosomas intercambian material genético.
• Centrómero – punto de constricción de un cromosoma.
• Díada – mitad de una tétrada; una mitad de un par sinapsado de cromosomas homólogos.
• Cromosomas homólogos – el par de cromosomas formado por un cromosoma original y su duplicación. Estos cromosomas no son idénticos.
• Placa de metafase – la línea media de la célula.
• Mónada – tras la separación, cada cromosoma de una tétrada forma una mónada. Una díada sin la sinapsis a su cromosoma homólogo.
• Envoltura nuclear – la doble membrana que encierra el núcleo.
• Nucleolo – el centro de producción de ARNr dentro del núcleo.
• Cromátidas hermanas – las dos cromátidas idénticas que forman un cromosoma.
• Fibras del huso – un haz de microtúbulos que va de un polo a otro de la célula, a lo largo del cual se mueven los cromosomas.
• Sinapsis: proceso por el que dos cromosomas homólogos entran en contacto físico entre sí.
• Tétrada: un par de cromosomas homólogos unidos por un quiasma.

Meiosis I

Aquí tienes una imagen completa de la meiosis I (figura 1), vamos a recorrer cada fase en detalle. Debes ser capaz de entender lo significativo de cada fase y el porqué de cada paso. Una vez que entiendas esto, estarás preparado para responder a las preguntas del examen sobre la meiosis I.



Fuente de la imagen: Wikimedia Commons

Figura 1: Las cuatro etapas de la meiosis I con la etapa de profase separada a su vez en cuatro subfases

1. Profase I

La profase I se caracteriza por tres acontecimientos principales: la condensación de la cromatina en cromosomas visibles, la sinapsis de los cromosomas en cada par homólogo y el cruce del material genético entre estos cromosomas sinapsados. La profase I se subdivide a su vez en cinco fases discretas: leptonema, zigonema, paquionema, diplonema y diaquinesis (figura 2).



Fuente de la imagen: Wikimedia Commons

Figura 2: Las diferentes etapas de la profase de la meiosis I

Leptonema

También conocida como etapa de leptoteno, esta fase se caracteriza por la condensación de la cromatina para formar cromosomas visibles. Comienza la búsqueda de homología.

Zigonema

Esta fase también se conoce como etapa de zigoteno. La búsqueda de homología continúa, con los cromosomas homólogos alineados en emparejamiento aproximado, formando bivalentes. Comienza a formarse el complejo sinaptonémico.

Pachynema

También conocida como estadio paquiteno, esta fase incluye un mayor desarrollo del complejo sinaptonémico entre pares homólogos de bivalentes, lo que conduce a la sinapsis. En esta fase, es evidente que cada bivalente contiene dos pares de cromátidas hermanas. Las cromátidas hermanas de un par son cromátidas no hermanas de las cromátidas hermanas del otro par. En conjunto, las cuatro cromátidas se conocen como una tétrada. Se produce el entrecruzamiento o la recombinación del material genético entre los pares de cromátidas no hermanas.

Diplonema

Esta fase también se conoce como etapa de diploteno. Los pares de cromátidas hermanas comienzan a separarse. Las cromátidas no hermanas permanecen en contacto en puntos conocidos como quiasma (singular chiasma), donde se ha producido el intercambio genético durante el crossing over.

Diakinesis

Los cromosomas se separan aún más pero siguen unidos a través de los quiasmas de las cromátidas no hermanas. La separación hace que los quiasmas se desplacen hacia los extremos de las cromátidas, proceso conocido como terminalización. La envoltura nuclear y el nucléolo se deterioran, y los centrómeros de cada cromosoma se unen a las fibras del huso, antes de alinearse en la placa de la metafase. Los cromosomas siguen en pares, que forman tétradas.

2. Metafase I

Esta fase es similar a la metafase de la mitosis. The spindle fibers attached to the centromere of each tetrad align the chromosomes so that one half of each tetrad is oriented towards each pole.



Image Source: Wikimedia Commons

Figure 3: The alignment of tetrads during metaphase I of meiosis I

3. Anaphase I

At anaphase I, the chromosomes do not split into their sister chromatids, but each tetrad is split into its chromosome pairs (dyads). These are pulled to opposite poles in a process known as disjunction. Anaphase ends with the same number of dyads at each pole as the haploid number of the parent cell.



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Figure 4: The splitting of chromosome dyads during anaphase I

4. Telophase I

In some organisms, telophase I is entered and a nuclear membrane forms around the dyads at each pole, before a short interphase period is reached. In other organisms, telophase I is skipped, and meiosis II is entered.



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Figure 5: Formation of nuclear membrane isolating the two dyads

Meiosis II

Once again, we will explore the second meiosis phase much like the first one. Here is a full picture of meiosis II following telophase I:



Image Source: Wikimedia Commons

Figure 6: The four stages of meiosis II, with four haploid cells at the end of this phase

1. Prophase II

Sister chromatids form dyads connected by a centromere. These are situated at the center of the cell. No condensation of chromatic material or dissolving of nuclear membranes need occur.



Image Source: Wikimedia Commons

Figure 7: The sister chromatids from the dyads are attached by a centromere during prophase II

2. Metaphase II

Spindle fibers attached to the centromere of each sister chromatid align the dyads at the metaphase plate, with one half of the dyad facing toward each pole.



Image Source: Wikimedia Commons

Figure 8: The metaphase plate forms separating each half of the dyad

3. Anaphase II

The spindle fibers attached to each sister chromatid shorten, and each is pulled to an opposing pole of the cell.



Image Source: Wikimedia Commons

Figure 9: Like in anaphase I, the sister chromatids are pulled towards opposite ends

4. Telophase II

The chromatids (monads) are situated at the poles of the cell. Cytokinesis occurs, wherein a nuclear membrane forms around each set of chromosomes, and the cell divides into two cells with a haploid number of chromosomes. Thus, four haploid gametes are formed, which can now recombine during sexual reproduction to form a zygote.



Image Source: Wikimedia Commons

Figura 10: Cuatro células hijas haploides se forman durante la telofase II

Resumen de la meiosis

Los detalles de la meiosis pueden ser abrumadores; a continuación destacaremos algunos puntos clave de ambas fases de la meiosis. Durante la recombinación los cromosomas de cada progenitor intercambian las puntas de sus cromosomas homólogos. De este modo, cada par de cromosomas homólogos tiene un poco del otro. El punto en el que los cromosomas intercambian material se llama quiasma.



Fuente de la imagen: Wikimedia Commons

Figura 11: Intercambio de material genético durante la meiosis y los gametos resultantes

¿Por qué es importante la meiosis en el estudio de la biología?

La meiosis es importante por tres razones principales: permite la reproducción sexual de los organismos diploides, posibilita la diversidad genética y ayuda a la reparación de defectos genéticos.

1. Permite la reproducción sexual de los organismos diploides

Como se mencionó anteriormente, la meiosis permite la reducción de una célula diploide a un gameto haploide, que luego puede recombinarse con otro gameto haploide para crear un cigoto diploide.

2. Permite la diversidad genética

El cruce o recombinación de genes que se produce en la meiosis reordena los alelos presentes en cada cromosoma de un par homólogo, permitiendo la mezcla de genes paternos y maternos, cualquiera de los cuales puede expresarse en la descendencia resultante. Esto permite la diversidad genética en una población, que es un amortiguador de los defectos genéticos, la susceptibilidad de la población a las enfermedades y los cambios en el medio ambiente. Sin esta recombinación, el acervo genético de las poblaciones se estancaría y un solo evento podría acabar con toda una población. La diversidad genética significa que habrá ciertos individuos dentro de cualquier población que serán más capaces de sobrevivir a una pérdida de hábitat, un cambio en la disponibilidad de alimentos, un cambio en los patrones climáticos, enfermedades u otros eventos catastróficos, asegurando la continuidad de las especies.

3. Ayuda a la reparación de defectos genéticos

La recombinación que se produce en la meiosis puede ayudar aún más en la reparación de defectos genéticos en la siguiente generación. Si un defecto genético está presente en un determinado alelo de uno de los progenitores, la recombinación puede reemplazar este alelo con el alelo sano del otro progenitor, permitiendo una descendencia sana.

¿En qué se diferencia la meiosis de la mitosis?

La meiosis es la producción de dos células hijas diploides genéticamente idénticas a partir de una célula madre diploide. La meiosis produce cuatro células hijas haploides genéticamente distintas a partir de una única célula madre diploide. These germ cells can then combine in sexual reproduction to form a diploid zygote.

Meiosis only occurs in eukaryotic organisms which reproduce sexually, whereas mitosis occurs in all eukaryotic organisms, including those which reproduce asexually.

The table below summarizes the similarities and differences between meiosis and mitosis.

Meiosis	Mitosis
Similarities
Can only occur in eukaryotes
DNA replication occurs first
Production of daughter cells based on parent cell’s genetic material
Means of cell replication in plants, animals, and fungi
Differences
Starts as diploid; ends as haploid	Starts as diploid; ends as diploid
Chromosome number is reduced	Chromosome number is conserved
Chromosome pairs undergo synapsis	No synapsis occurs
Used for sexual reproduction	Used for growth/healing/asexual reproduction
2 nuclear divisions	1 nuclear division
8 phases	5 phases
Daughter cell not identical to parent cell	Daughter cell identical to parent cell
Results in 4 daughter cells	Results in 2 daughter cells
Produces germ cells	Produces somatic cells
Occurs only in sexual organisms	Occurs in asexual and sexual organisms

Wrapping Up Meiosis and Biology

We now know that meiosis is the process of chromosomal reduction which allows the production of haploid germ cells necessary for sexual reproduction. Meiosis is furthermore important for its role in enabling genetic diversity and facilitating the repair of genetic defects through recombination.

The benefits that meiotic reproduction gives over mitotic reproduction are that mitotic reproduction produces identical cells, conserving the chromosomal set and the genes within, whereas meiosis allows for the expression of new traits because of the process of crossing over. Sin la meiosis, que mantiene la diversidad genética de las poblaciones, los organismos no podrían adaptarse a su entorno, ni evolucionar, ni sobrevivir a las catástrofes. La diversidad genética de una población es su herramienta más fiable en la lucha por la supervivencia de la especie.

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