Biol 3425 - Desarrollo y Plan Corporal 29/08/2016 Dr. Fernando J. Bird-Picó - Otoño 2016 1 Capítulos 8 y 9: Desarrollo y Plan Corporal 8-1 Dr. Fernando J. Bird-Picó Departamento de Biología Recinto Universitario de Mayagüez Preformación versus Epigénesis Preformación Intentos en siglos 17 y 18 de explicar el desarrollo Homúnculo: Concepto de existencia de adulto en miniatura en óvulo o espermatozoide esperando “ desdoblarse ” Kaspar Friederich Wolff (1735-1794) Demuestra que no hay criatura preformada en huevo de gallina Material granular no diferenciado se ordena en dos capas inicialmente Capas se engrosan, luego adelgazan y finalmente se doblan sobre sí para producir embrión Llamó este proceso epigénesis- “ orígen sobre o después ” - óvulo fecundado contiene los materiales necesarios para desarrollo y es dirigido por fuerzas desconocidas Desarrollo es una series de cambios progresivos en un individuo desde sus comienzos hasta la madurez (reproductiva) Comienzo: cigoto comienza segmentación mitótica para producir embrión multicelular La diversidad celular en el embrión en desarrollo ocurre como resultado de “ jerarquía de decisiones durante el desarrollo” Desarrollo En el erizo de mar (F. Echinodermata) se forma membrana de fecundación: Cuando una enzima de un grano cortical ocasiona endurecimiento de envoltura vitelina Actúa como una barrera física permanente que impide entrada de otros espermatozoides evitando polispermia En los mamíferos no hay membrana de fecundación Reacción cortical libera enzimas que modifican superficie del óvulo impidiendo que otros espermatozoides se unan Fecundación
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Biol 3425 - Desarrollo y Plan Corporal 29/08/2016
Dr. Fernando J. Bird-Picó - Otoño 2016 1
Capítulos 8 y 9:Desarrollo y Plan Corporal
8-1
Dr. Fernando J. Bird-PicóDepartamento de Biología
Recinto Universitario de Mayagüez
Preformación versus Epigénesis
� Preformación� Intentos en siglos 17 y 18 de explicar el desarroll o � Homúnculo: Concepto de existencia de adulto en
miniatura en óvulo o espermatozoide esperando “desdoblarse ”
� Kaspar Friederich Wolff (1735-1794)� Demuestra que no hay criatura preformada en huevo
de gallina� Material granular no diferenciado se ordena en dos
capas inicialmente� Capas se engrosan, luego adelgazan y finalmente se
doblan sobre sí para producir embrión� Llamó este proceso epigénesis- “orígen sobre o
después ”- óvulo fecundado contiene los materiales necesarios para desarrollo y es dirigido por fuerzas desconocidas
� Desarrollo e s una series de cambios progresivos e n un individuo desde suscomienzos hasta la madurez(reproductiva)
� Comienzo: cigoto comienzasegmentación mitótica para producir embrión multicelular
� La diversidad celular en el embrión en desarrollo ocurrecomo resultado de “jerarquíade decisiones durante el desarrollo ”
Desarrollo � En el erizo de mar (F. Echinodermata)
se forma membrana de fecundación:� Cuando una enzima de un grano
� Actúa como una barrera físicapermanente que impide entrada de otros espermatozoides evitandopolispermia
� En los mamíferos no hay membrana de fecundación� Reacción cortical libera enzimas
que modifican superficie del óvuloimpidiendo que otrosespermatozoides se unan
Fecundación
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Segmentación y desarrollo temprano
� Segmentación� Células embrionarias se
dividen repetidamente� Cada división con células
más pequeñasinicialmente - blastómeros
� Un eje animal-vegetal es visible en el embrión antes de que comience la segmentación� Polo vegetal -formado por la
presencia de yema en sólo un extremo
� Polo animal - región que contiene la mayoría de citoplasma
� Establece la polaridad en el embrión� Segmentación es normalmente una
serie de divisiones ordenadas formando un surco de segmentación distinto
� Puede verse afectada por� Cantidad y distribución de la yema
presente� Los genes que controlan la simetría de
la segmentación
Segmentación y desarrollo temprano
Segmentación y desarrollo temprano
� Cantidad y distribución de vitelo afectan la segmentación
� Huevos isolecíticos(microlecíticos):� Muy poco vitelo distribuido de
manera uniforme en el citoplasma� Segmentación es holoblástica
� Surco de segmentación se extiendecompletamente a través del huevo
� Dirección de división puede serradiales, en espiral o de rotación
� Se encuentra en equinodermos, tunicados, cefalocordata, moluscos y mamíferos
8-7
Segmentación y desarrollo temprano
� Huevos mesolecíticos� cantidad moderada de vitelo
concentrada en el polo vegetal� La segmentación es
holoblástica� Surco de segmentación se
extiende completamente a través del huevo
� Segmentación lenta en polo vegetal rico en vitelosiguiendo una dirección radial
� Se produce en los anfibios
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Segmentación y desarrollo temprano
� Huevos centroleciticos� Gran parte de vitelo
concentrado en el centro� La segmentación es
meroblástica� surco de segmentación no
corta a través de toda el vitelo
� segmentación superficial restringe la segmentaciónal borde citoplásmico del huevo
� En artrópodos comoinsectos
Segmentación y desarrollo temprano
� Huevos telolecíticos� Gran parte de vitelo
concentrado en polo vegetal� La segmentación es
meroblástica� surco de segmentación no
corta a través del vitelopesado
� segmentación se limita a un disco estrecho en la parte superior del vitelo siguiendouna dirección discoidal
� En aves, reptiles, peces, y la mayoría de los anfibios
Segmentación y desarrollo temprano
� Patrones de desarrollosobre la base de cantidad de yema� desarrollo indirecto
� Embriones a larvas primero y luego al adulto
� Poco vitelo, asociado con loshuevos isolecíticos y mesolecíticos
� desarrollo directo� De embrión a copia de adulto en
miniatura� Mucho vitelo, asociada con los
huevos telolecíticos
8-11 8-12
Figure 8.11 A generalized developmental sequence showing formation of three germ layers and two body cavities that persist into adulthood.
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� Formación de tracto digestivo completo� formado por movimiento de invaginación del
arquenterón hasta fusionarse con el ectodermo de la gástrula
� Capas del ectodermo y endodermo se unen para formar tubo endodermal (tubo digestivo).
� Tubo digestivo es rodeado por el blastocelo . � Tubo digestivo tiene dos aberturas:
� Blastoporo (original)� Segunda abertura se forma a partir de la fusión del
arquenterón con el ectodermo
Desarrollo luego de segmentación Desarrollo luego de segmentación
� Formación del mesodermo� Se forma de dos maneras
� Proliferación de células cerca del borde del blastoporo en el espacio entre arquenterón y la pared del cuerpo exterior
� Evaginación de la región central de la pared arquenterón en el espacio entre la arquenterón y la pared del cuerpo exterior
� Mesodermo se convierte en la tercera capa germinal y formas entre el endodermo y el ectodermo
� Animales diploblásticos tienen dos capas germinales
� Animales triploblásticos tienen tres capas geminales
8-14
Desarrollo luego de segmentación
� Formación del celoma� Celoma
� cavidad del cuerpo rodeado de mesodermo
� Tipos de cavidad celómica dentro del mesodermo:
� Esquizocelia (por división del mesodermo)
� Enterocelia (por evaginación de mesodermo a partir de endodermo)
� Ambos tipos de cavidades celómicas son funcionalmente equivalentes
� formación celoma es un carácter hereditario y puede ser usado como evidencia de ascendencia compartida
8-15
Desarrollo luego de segmentación
� Al terminar formación de celoma, el cuerpo tiene tr es capas germinales:� Ectodermo (capa externa)� Mesodermo (capa media)� Endodermo (capa interna)
� Forma dos cavidades:� cavidad intestinal (tracto gastrointestinal)� celoma lleno de líquido (espacio corporal)
� Mesodermo alrededor del celoma produce capas de mús culos y partes internas del cuerpo
� Todas las otras estructuras se derivan de una de la s tres capas germinales
8-16
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Patrones de desarrollo
� Dos grandes grupos de animales triploblásticos� Protostomia (primera boca)� Deuterostomia (ano primero)
� Los grupos se identifican por un conjunto de cuatro caracteres de desarrollo� patrones de segmentación� cómo se determina el destino de cada célula� destino del blastoporo� la formación de mesodermo
8-17
Patrones de desarrollo
� Mayoría de los deuterostomios poseen especificación condicional, lo que lleva al desarrollo regulativo� Destino de cada célula depende de las
interacciones con las células vecinas� Los primeros blastómeros son capaces
de producir un embrión entero si se separan de las otras células
� Blastómeros restantes pueden compensar la falta de células
� Al igual que en los gemelos idénticos humanos cuando primeros blastómeros son separado y forman individuos separados
8-18
Patrones de desarrollo
� Variaciones de segmentación enDeuterostomia� La segmentaciónradial es
característica de los Deuterostomados(equinodermos y cordados)
� Segmentación bilateral� Características de las ascidias
(Tunicados)� Eje anterior-posterior se establece
antes de la fecundación por la distribución asimétrica de loscomponentes citoplasmáticos
� Primer surco de segmentación pasa a través del eje animal-vegetal y divide el citoplasma asimétricamentedistribuidos entre dos blastómeros
� Determina el futuro lado derecho e izquierdo de la simetría bilateral
8-19
Patrones de desarrollo
� Segmentación rotacional� Características de los mamíferos con
los huevos isolecíticos� La segmentación holoblástica es
más lenta en los mamíferos que en cualquier otro grupo de animales
� Primera división de segmentación pasa a través del eje animal y vegetal produce dos blastómeros celulares
� Durante la segunda división de la segmentación
� Uno de blastómeros divide por el eje animal-vegetal (meridionalmente)
� El otro blastómero divide entonces perpendicular al eje animal-vegetal (ecuatorial)8-20
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Patrones de desarrollo
� Segmentación discoidal� Ocurre en huevos telolecíticos
(reptiles, aves, peces la mayoría)� Gran masa de vitelo en cada huevo� La segmentación se limita a un
pequeño disco de citoplasma que está encima del vitelo
� Surcos de segmentación tempranatallan el disco en una sola capa de células llamadas blastodermo
� Segmentación adicional divide blastodermo en cinco a seis capasde células
8-21
Gastrulación en los anfibios
(anamniotas)
Huevo amnióticoo cleidoico Membranas extra-embrionarias en las aves
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Segmentación en Mammalia
Gastrulación en las tres subclases de
Mammalia
Formación del disco embriónico en los mamíferos
placentados
Membranas extraembrionarias en los mamíferos placentados
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8-29
Figure 8.26 Early development of the human embryo and its four
extraembryonic membranes.
8-30
Figure 8.27 Derivatives of the primary germ layers in mammals.
Nuevos Planes Corporales
� Zoólogos reconocen 34 filos principales de animales multicelulares vivientes� Estos son los sobrevivientes de unos 100 filos que
evolucionaron desde hace unos 600 millones de años durante la explosión del Cámbrico
� Todos los planes corporales principales evolucionaron en unos pocos millones de años por medio de procesos de selección y adaptación
� Uniformidad básica de todo organismo viviente se debe a ancestro común y arquitectura celular similar
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Organización jerárquica de estructura animal
� Vida: organizada de formas simples a complejas� Progresión evolutiva: cada grupo está dispuesto pa ra ser más complejo que el
anterior
� Cinco grados de Organización� Grado Protoplásmico de Organización
� grupos unicelulares son los organismos eucariotas m ás simples; realiza todas las funciones básicas de la vida dentro de una sola cél ula como el Paramecium
� Grado celular de la Organización� Forma organismos multicelulares como los metazoos- Volvox� Tiene mayor complejidad estructural mediante la com binación de células en
agregados más grandes.� Las células son partes especializadas de todo el org anismo, pero no pueden vivir
solas� Las células demuestran la división del trabajo y ll evar a cabo tareas especializadas
anteriormente realizados por componentes subcelulare s de organismos unicelulares.
8-33
Organización jerárquica de estructura animal
� Organización de tejidos célulares� Las células se agrupan en patrones definidos o capa s para
realizar una función común como una unidad coordina da denomina tejido.
� La mayoría de las células todavía pueden estar disp ersos por todo el cuerpo.
� Los animales se llaman metazoos como esponjas y medusas que representan a este grupo.
� Debido a la estructura única de las esponjas, algun os científicos todavía clasifican en el nivel celular más que a nivel celular de los tejidos.
8-34
Organización jerárquica de estructura animal
� Nivel de Organización Tejido-Órgano� tejidos agregados montan ahora en unidades funciona les
más grandes llamados órganos� Órganos pueden estar compuestos de más de un tipo d e
tejido y se han especializado funciones� El corazón está rodeado por los tejidos conectivos
� Representado por gusanos planos
� Nivel de Organización Órgano-Sistema� Varios órganos trabajan juntos para realizar una fu nción
común para la supervivencia del animal� Considerado el más alto nivel de organización y aso ciado
con la mayoría de animales phylum complejo como nemertinos, cangrejos, y los cordados
8-35
Plan corporal de animales
� Planes corporales de los animales son diferentes en:� Grado de organización� la simetría del cuerpo� Número de capas embrionarias� Número de cavidades corporales
� La simetría es el equilibrio de las proporciones y la correspondencia de tamaño y forma de las partes en lados opuestos de un plano medio
� Tipos de animal Simetría� Esférica: en forma de bola� Radial: tubo- o un florero� Bilateral: lados derecho e izquierdo
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Plan corporal de animales
� Simetría esférica� Cualquier plano que pasa por el centro y divide el cuerpo en dos mitades
de espejo� El más adecuado para flotar y rodando� Se encuentra en formas unicelulares, pero rara en a nimales grandes
� Simetría radial� Cuerpo dividido en mitades similares en más de dos planos que pasan a
través del eje longitudinal� Encontrado en las esponjas, medusas, erizos de mar, y grupos
relacionados� Extremo del cuerpo tubular forma la boca (superfici e oral), mientras que el
extremo opuesto forma disco basal (superficie abora l)
8-37
Plan corporal de animales
� Simetría biradial� forma variante simetría radial� Sólo dos planos que pasan por
el eje longitudinal que produce mitades de espejo
� Por lo general, sésiles, flotando libremente, o de nado débil como ctenóforos
� Sin extremo anterior o posterior� Puede interactuar con el medio
ambiente en todas las direcciones
8-38
Plan corporal de animales
� Simetria bilateral� Organismo dividido a lo largo de un plano
sagital en dos porciones de espejo que forman mitades derecha e izquierda
� Mucho más adecuados para el movimiento direccional (hacia delante) lo cual es ventajoso para un animal en movimiento con la cabeza en porción anterior
� Asociado con cefalización que es la diferenciación de una región de la cabeza y la concentración de los tejidos nerviosos y órganos de los sentidos en la zona frontal
� También tiene la boca en región anterior para permitir la alimentación y la detección de presas más eficiente
8-39
Cavidades corporales y capas germinales
� Cavidad corporal� espacio interno representado por la
cavidad intestinal y cavidad de celoma llena de líquido que amortig ūa y protege los órganos internos
� Depende de formación de bolsas mesodérmicas durante la gastrulación
� Esponjas: no has gástrula; no tiene organización de tejido
� Otros filos animales:� Desarrollo de blástula a gástrula� Invaginación de células de la superficie forman
la arquenterón o intestino primitivo� Apertura de arquenterón es el blastoporo y se
convierte en la boca o el ano� Embrión tiene ahora dos cavidades- y
blastocele y tubo digestivo� Interior del tubo digestivo está forrado por
endodermo� La capa externa de las células es ectodermo� Zona media llena de mesodermo
8-41
Figure 9.3 Mesoderm resides in different parts of the gastrula.
Enterocelia
Esquizocelia
9-43
Figura 9.5 Secuenciasdiferentes de desarrollo enanimales diploblásticosversus triploblásticos.
Diseño de tubo digestivo y segmentación corporal
� Tipos de diseño de intestino� Algunos diploblásticos y triploblásticos forman
cavidad intestinal ciega o incompleta� Misma abertura para la entrada de alimentos y salid a de
desechos
� La mayoría de los grupos de animales comunes forman un intestino completo
� Permite el flujo unidireccional de la comida de la boca al ano� Tubo dentro de otro tubo: diseño es muy adaptable a los
diferentes tipos de alimentos
8-44
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Diseño de tubo digestivo y segmentación corporal
� Metamerismo (segmentación corporal)� repetición de serie de segmentos del cuerpo similar es a lo
largo de eje longitudinal del cuerpo� Cada segmento es un metámero o somite que contiene
estructuras internas y externas de varios sistemas de órganos vitales
� Los segmentos pueden ser vistos durante el desarrol lo temprano y también aparecen características ectodérmicas y la pared corporal como superficiales en adultos
� Permite una mayor movilidad del cuerpo y la complej idad de la estructura y función
� Se encuentra en anélidos, artrópodos y cordados
8-45 9-46Figure 9.6 Phyla with segmentation.
Tamaño corporal y complejidad
� La evolución de los grandes tamaños corporales� Más niveles complejos de organización
permiten metazoos y promover grandes tamaños corporales
� Los problemas de grandes tamaños corporales:
� Como cuerpo aumenta de tamaño, hay menos área de superficie en comparación con el volumen, porque la zona de superficie aumenta con el cuadrado de la longitud del cuerpo y volumen aumenta como el cubo de la longitud del cuerpo.
� Por lo tanto, los animales grandes tienen área de superficie inadecuada para proporcionar la respiración y de nutrientes a las células de flujo de profundidad en el cuerpo.
8-47
Tamaño corporal y complejidad
� Soluciones al problema de superficie a volúmen.� El plegado e invaginación de superficies del cuerpo para
maximizar el área superficial con el tamaño mínimo� El aplanamiento de las formas del cuerpo para permi tir que
todas las células en espacios internos no queden mu y lejos de la superficie
� La mayoría de los organismos grandes utilizan el de sarrollo de mecanismos de transporte interno para mover nutrientes, residuos y gases entre las células y el medio ambiente externo.
� Esto tiene como resultados sistemas de órganos más complejos y más especializados
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Figura 9.15 Costo neto de “correr” para mamíferos de variostamaños.
Tamaño corporal y complejidad
� Ventajas de ser grande� Amortigüadores contra las fluctuaciones ambientales� Proporciona protección contra los depredadores y promue ve
tácticas ofensivas� A pesar de que los animales grandes necesitan más energía y
oxígeno, el costo de mantener la temperatura del cuerp o es menorpor gramo de peso corporal que en los animales pequeños
� Los costos de energía de mover un gramo de peso corpor al sobreuna distancia dada es menor para los animales más grandes q ue para los animales pequeños
� Por lo tanto, las oportunidades ecológicas son diferen tes para losanimales más grandes en comparación con los más pequeños y son el resultado de una amplia diversificación adaptati va.