Embrión

En los animales, la fecundación inicia el proceso de desarrollo embrionario con la creación de un cigoto, una célula única resultante de la fusión de gametos (por ejemplo, óvulo y espermatozoide). ^{[ 6 ]} El desarrollo de un cigoto en un embrión multicelular se produce a través de una serie de etapas reconocibles, a menudo divididas en segmentación, blástula, gastrulación y organogénesis. ^{[ 7 ]}

La segmentación es el período de rápidas divisiones celulares mitóticas que ocurren después de la fecundación. Durante la segmentación, el tamaño general del embrión no cambia, pero el tamaño de las células individuales disminuye rápidamente a medida que se dividen para aumentar el número total de células. ^{[ 8 ]} La segmentación da como resultado una blástula. ^{[ 7 ]}

Dependiendo de la especie, un embrión en etapa de blástula o blastocisto puede aparecer como una bola de células sobre el vitelo, o como una esfera hueca de células que rodea una cavidad central . ^{[ 9 ]} Las células del embrión continúan dividiéndose y aumentando en número, mientras que moléculas dentro de las células, como ARN y proteínas, promueven activamente procesos clave del desarrollo, como la expresión génica, la especificación del destino celular y la polaridad. ^{[ 10 ]} Antes de implantarse en la pared uterina, el embrión a veces se conoce como embrión preimplantacional o conceptus preimplantacional . ^{[ 11 ]} A veces se le llama preembrión , un término empleado para diferenciarlo de un embrión propiamente dicho en relación con los discursos sobre células madre embrionarias. ^{[ 12 ]}

La gastrulación es la siguiente fase del desarrollo embrionario e implica el desarrollo de dos o más capas de células (capas germinales). Los animales que forman dos capas (como los cnidarios ) se denominan diploblásticos, y los que forman tres (la mayoría de los demás animales, desde los gusanos planos hasta los humanos) se denominan triploblásticos. Durante la gastrulación de los animales triploblásticos, las tres capas germinales que se forman se denominan ectodermo , mesodermo y endodermo . ^{[ 9 ]} Todos los tejidos y órganos de un animal maduro pueden rastrear su origen hasta una de estas capas. ^{[ 13 ]} Por ejemplo, el ectodermo dará origen a la epidermis de la piel y al sistema nervioso, ^{[ 14 ]} el mesodermo dará origen al sistema vascular, los músculos, los huesos y los tejidos conectivos, ^{[ 15 ]} y el endodermo dará origen a los órganos del sistema digestivo y al epitelio del sistema digestivo y del sistema respiratorio. ^{[ 16 ] [ 17 ]} Muchos cambios visibles en la estructura embrionaria ocurren durante la gastrulación a medida que las células que componen las diferentes capas germinales migran y hacen que el embrión previamente redondo se pliegue o invagine en una apariencia de copa. ^{[ 9 ]}

Tras la gastrulación, el embrión continúa desarrollándose hasta convertirse en un organismo multicelular maduro mediante la formación de las estructuras necesarias para la vida fuera del útero o del óvulo. Como su nombre indica, la organogénesis es la etapa del desarrollo embrionario en la que se forman los órganos. Durante la organogénesis, las interacciones moleculares y celulares inducen a ciertas poblaciones de células de las distintas capas germinales a diferenciarse en tipos celulares específicos de cada órgano. ^{[ 18 ]} Por ejemplo, en la neurogénesis, una subpoblación de células del ectodermo se separa de otras células y se especializa aún más para convertirse en el cerebro, la médula espinal o los nervios periféricos. ^{[ 19 ]}

El período embrionario varía de una especie a otra. En el desarrollo humano, se utiliza el término feto en lugar de embrión después de la novena semana tras la concepción, ^{[ 20 ]} mientras que en el pez cebra , el desarrollo embrionario se considera finalizado cuando se hace visible un hueso llamado cleitro . ^{[ 21 ]} En animales que nacen de un huevo, como las aves, una cría ya no se denomina embrión una vez que ha eclosionado. En animales vivíparos (animales cuyas crías pasan al menos un tiempo desarrollándose dentro del cuerpo de uno de los padres), la cría se denomina embrión mientras está dentro del progenitor y deja de considerarse embrión tras el nacimiento o la salida del progenitor. Sin embargo, el grado de desarrollo y crecimiento que se produce dentro de un huevo o del progenitor varía significativamente de una especie a otra, hasta el punto de que los procesos que tienen lugar tras la eclosión o el nacimiento en una especie pueden tener lugar mucho antes en otra. Por lo tanto, según un libro de texto, es común que los científicos interpreten el alcance de la embriología de forma amplia como el estudio del desarrollo de los animales. ^{[ 9 ]}

Las plantas con flores ( angiospermas ) crean embriones después de la fertilización de un óvulo haploide por el polen . El ADN del óvulo y del polen se combinan para formar un cigoto diploide, unicelular, que se desarrollará en un embrión. ^{[ 22 ]} El cigoto, que se dividirá varias veces a medida que avanza en el desarrollo embrionario, es una parte de la semilla . Otros componentes de la semilla incluyen el endospermo , que es un tejido rico en nutrientes que ayudará a sostener el embrión de la planta en crecimiento, y la cubierta de la semilla, que es una cubierta externa protectora. La primera división celular de un cigoto es asimétrica , lo que da como resultado un embrión con una célula pequeña (la célula apical) y una célula grande (la célula basal). ^{[ 23 ]} La pequeña célula apical eventualmente dará origen a la mayoría de las estructuras de la planta madura, como el tallo, las hojas y las raíces. ^{[ 24 ]} La célula basal más grande dará origen al suspensor, que conecta el embrión con el endospermo para que los nutrientes puedan pasar entre ellos. ^{[ 23 ]} Las células del embrión de la planta continúan dividiéndose y progresando a través de etapas de desarrollo que se nombran por su apariencia general: globular, corazón y torpedo. En la etapa globular, se pueden reconocer tres tipos básicos de tejido (dérmico, fundamental y vascular). ^{[ 23 ]} El tejido dérmico dará origen a la epidermis o cubierta externa de una planta, ^{[ 25 ]} el tejido fundamental dará origen al material interno de la planta que funciona en la fotosíntesis , el almacenamiento de recursos y el soporte físico, ^{[ 26 ]} y el tejido vascular dará origen al tejido conectivo como el xilema y el floema que transportan fluidos, nutrientes y minerales por toda la planta. ^{[ 27 ]} En la etapa de corazón, se formarán uno o dos cotiledones (hojas embrionarias). Los meristemos (centros de actividad de células madre ) se desarrollan durante la etapa de torpedo y eventualmente producirán muchos de los tejidos maduros de la planta adulta a lo largo de su vida. ^{[ 23 ]} Al final del crecimiento embrionario, la semilla generalmente entra en estado de latencia hasta la germinación. ^{[ 28 ]} Una vez que el embrión comienza a germinar (crecer a partir de la semilla) y forma su primera hoja verdadera, se le llama plántula o plantita. ^{[ 29 ]]}

Las plantas que producen esporas en lugar de semillas, como las briofitas y los helechos , también producen embriones. En estas plantas, el embrión comienza su existencia adherido al interior del arquegonio de un gametofito parental del cual se generó el óvulo. ^{[ 30 ]} La pared interna del arquegonio se encuentra en estrecho contacto con el "pie" del embrión en desarrollo; este "pie" consiste en una masa bulbosa de células en la base del embrión que puede recibir nutrición de su gametofito parental. ^{[ 31 ]} La estructura y el desarrollo del resto del embrión varían según el grupo de plantas. ^{[ 32 ]}

Dado que todas las plantas terrestres crean embriones, se las denomina colectivamente embriófitas (o por su nombre científico, Embryophyta). Esto, junto con otras características, distingue a las plantas terrestres de otros tipos de plantas, como las algas , que no producen embriones. ^{[ 33 ]}

^{En laboratorios de} investigación biológica de todo el mundo se estudian embriones de numerosas especies vegetales y animales para investigar temas como las células madre , ^{[ 34 ]} la evolución y el desarrollo , ^{[ 35 ]} la división celular [ ^{36 ]} y la expresión génica . ^{[ 37 ]} Ejemplos de descubrimientos científicos realizados durante el estudio de embriones que fueron galardonados con el Premio Nobel de Fisiología o Medicina incluyen el organizador de Spemann-Mangold , un grupo de células descubierto originalmente en embriones de anfibios que dan origen a los tejidos neurales, ^{[ 38 ]} y los genes que dan origen a los segmentos corporales descubiertos en embriones de mosca Drosophila por Christiane Nüsslein-Volhard y Eric Wieschaus . ^{[ 39 ]}

La creación y/o manipulación de embriones mediante técnicas de reproducción asistida (TRA) se utiliza para abordar problemas de fertilidad en humanos y otros animales, y para la cría selectiva en especies agrícolas. Entre 1987 y 2015, las técnicas de TRA, incluida la fertilización in vitro (FIV), fueron responsables de aproximadamente un millón de nacimientos humanos solo en Estados Unidos. ^{[ 40 ]} Otras tecnologías clínicas incluyen el diagnóstico genético preimplantacional (DGP), que puede identificar ciertas anomalías genéticas graves, como la aneuploidía , antes de seleccionar embriones para su uso en FIV. ^{[ 41 ]} Algunos han propuesto (o incluso intentado, véase el caso He Jiankui ) la edición genética de embriones humanos mediante CRISPR-Cas9 como una posible vía para prevenir enfermedades; ^{[ 42 ]} sin embargo, esto ha sido objeto de una condena generalizada por parte de la comunidad científica. ^{[ 43 ] [ 44 ]}

Las técnicas de reproducción asistida (TRA) también se utilizan para mejorar la rentabilidad de especies animales agrícolas como vacas y cerdos, permitiendo la cría selectiva para rasgos deseados y/o para aumentar el número de crías. ^{[ 45 ]} Por ejemplo, cuando se les permite reproducirse de forma natural, las vacas suelen producir un ternero al año, mientras que la FIV aumenta el rendimiento de crías a 9-12 terneros al año. ^{[ 46 ]} La FIV y otras técnicas de TRA, incluida la clonación mediante transferencia nuclear de células somáticas interespecíficas (iSCNT), ^{[ 47 ]} también se utilizan en intentos de aumentar el número de especies en peligro de extinción o vulnerables, como los rinocerontes blancos del norte , ^{[ 48 ]} los guepardos , ^{[ 49 ]} y los esturiones . ^{[ 50 ]}

La crioconservación de recursos genéticos implica recolectar y almacenar materiales reproductivos, como embriones, semillas o gametos, de especies animales o vegetales a bajas temperaturas para preservarlos para su uso futuro. ^{[ 51 ]} Algunos esfuerzos de crioconservación de especies animales a gran escala incluyen " zoológicos congelados " en varios lugares del mundo, incluyendo el Frozen Ark del Reino Unido , ^{[ 52 ]} el Centro de Cría de Fauna Silvestre Árabe en Peligro de Extinción (BCEAW) en los Emiratos Árabes Unidos, ^{[ 53 ]} y el Instituto de Conservación del Zoológico de San Diego en los Estados Unidos. ^{[ 54 ] [ 55 ]} A partir de 2018, había aproximadamente 1700 bancos de semillas utilizados para almacenar y proteger la biodiversidad vegetal, particularmente en caso de extinción masiva u otras emergencias globales. ^{[ 56 ]} La Bóveda Global de Semillas de Svalbard en Noruega mantiene la mayor colección de tejido reproductivo vegetal, con más de un millón de muestras almacenadas a −18 °C (0 °F) . ^{[ 57 ]}