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Reproducción

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Ciclo de la reproducci�n sexual

La reproducci�n es un proceso biol�gico que puede ser sexual o asexual, que permite la formaci�n de nuevos individuos, siendo una propiedad com�n de todas las formas de vida conocidas, con el prop�sito de preservar las especies.[1]

Autoperpetuaci�n

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Una de las caracter�sticas fundamentales de los seres vivos es la capacidad de reproducirse, de generar nuevos seres vivos con caracter�sticas similares a ellos.

Las estrategias y estructuras que emplean los seres vivos para cumplir con la funci�n de reproducci�n son diversas. Dentro de esta amplia gama de estrategias, es posible encontrar especies con reproducci�n sexual que producen una enorme cantidad de huevos, como la mayor�a de los peces, con el fin de asegurarse de que algunos lleguen a adultos. Otras especies, como el albatros o la ballena, generan una �nica cr�a por cada etapa reproductiva, a la que cuidan intensamente por largos per�odos de tiempo, esto disminuye las posibilidades de muerte y aumenta las probabilidades de continuidad de la especie.

En la naturaleza, podemos encontrar grupos de espec�menes que combinan tanto la reproducci�n sexual como la asexual, tal es el caso de las plantas, que, adem�s de reproducirse sexualmente, se reproducen asexualmente mediante brotes, tallos rastreros, ra�ces subterr�neas, etc. Las estrategias reproductivas de otros organismos incluyen la regeneraci�n de partes perdidas del cuerpo, como las estrellas de mar y algunas especies de lagartijas. Por otra parte, una gran cantidad de especies, se dividen asexualmente infinidad de veces, originando una gran cantidad de descendientes, como es el caso de la mayor�a de los organismos unicelulares.

Tipos

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1.- Meiosis; 2.- Mitosis; 3.- Proceso sexual (recombinaci�n). A.- La meiosis conduce a la formaci�n de esporas (plantas); B.- La meiosis conduce a la formaci�n de gametos (p.ej. en animales); C.- La meiosis es seguida de inmediato por la formaci�n de un cigoto (p.ej. en humanos).

El proceso de reproducci�n de los seres vivos, es una de sus caracter�sticas m�s importantes. Crea organismos nuevos, que pueden reemplazar a los que se hayan da�ado o muerto. Existen dos tipos b�sicos: asexual y sexual.[2]

Reproducci�n asexuales

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La reproducci�n asexual est� relacionada con el mecanismo de divisi�n mit�tica.[3]​ Se caracteriza por la presencia de un �nico progenitor, el que en parte o en su totalidad se divide y origina uno o m�s individuos con id�ntica informaci�n gen�tica.[3]​ En este tipo de reproducci�n no intervienen c�lulas sexuales o gametos, y casi no existen diferencias entre los progenitores y sus descendientes,[3]​ las ocasionales diferencias son causadas por mutaciones.

En la reproducci�n asexual un solo organismo es capaz de originar otros individuos nuevos, que son copias exactas del progenitor desde el punto de vista gen�tico. Un claro ejemplo de reproducci�n asexual es la divisi�n de las bacterias en dos c�lulas hijas, que son gen�ticamente id�nticas.[4]​ En general, es la formaci�n de un nuevo individuo a partir de c�lulas maternas, sin que exista meiosis, formaci�n de gametos o fecundaci�n. No hay, por lo tanto, intercambio de material gen�tico (ADN). El ser vivo progenitado respeta las caracter�sticas y cualidades de sus progenitores.

  • Ejemplos en animales

La reproducci�n asexual se encuentra en casi la mitad de los filos de los animales.[5]​ La partenog�nesis ocurre en el tibur�n martillo[6]​ y el tibur�n punta negra.[7]​ En ambos casos, los tiburones hab�an alcanzado la madurez sexual en cautiverio en ausencia de machos, y en ambos casos se demostr� que las cr�as eran gen�ticamente id�nticas a las madres. El l�tigo de Nuevo M�xico es otro ejemplo.

Algunos reptiles utilizan el sistema de determinaci�n de sexo ZW, que produce machos (con cromosomas sexuales ZZ) o hembras (con cromosomas sexuales ZW o WW). Hasta 2010, se pensaba que el sistema cromos�mico ZW utilizado por los reptiles era incapaz de producir descendencia WW viable, pero se descubri� que una boa constrictor hembra (ZW) hab�a producido descendencia hembra viable con cromosomas WW.[8]​ La boa hembra podr�a haber elegido cualquier n�mero de parejas masculinas (y lo hab�a hecho con �xito en el pasado) pero en estas ocasiones se reprodujo asexualmente, creando 22 beb�s hembras con cromosomas sexuales WW.

La poliembrion�a es una forma generalizada de reproducci�n asexual en animales, mediante la cual el �vulo fertilizado o una etapa posterior del desarrollo embrionario se divide para formar clones gen�ticamente id�nticos. Dentro de los animales, este fen�meno se ha estudiado mejor en los himenópteros parásitos. En los armadillos de 9 bandas, este proceso es obligatorio y suele dar lugar a cuatrillizos genéticamente idénticos. En otros mamíferos, el hermanamiento monocigótico no tiene una base genética aparente, aunque su aparición es común. Actualmente hay al menos 10 millones de gemelos y trillizos humanos idénticos en el mundo.

Los rotíferos bdelloides se reproducen exclusivamente asexualmente y todos los individuos de la clase Bdelloidea son hembras. La asexualidad evolucionó en estos animales hace millones de años y ha persistido desde entonces. Existe evidencia que sugiere que la reproducción asexual ha permitido a los animales desarrollar nuevas proteínas a través del efecto Meselson que les han permitido sobrevivir mejor en períodos de deshidratación.[9]​ Los rotíferos bdelloides son extraordinariamente resistentes al daño de la radiación ionizante debido a las mismas adaptaciones que conservan el ADN que se utilizan para sobrevivir a la inactividad.[10]​ Estas adaptaciones incluyen un mecanismo extremadamente eficiente para reparar roturas de doble hebra del ADN.[11]​ Este mecanismo de reparación se estudió en dos especies de Bdelloidea, Adineta vaga, y Philodina roseola[12]​ y parece implicar la recombinación mitótica entre regiones de ADN homólogas dentro de cada especie.

La evidencia molecular sugiere fuertemente que varias especies del género de insectos palo Timema han utilizado solo la reproducción asexual (partenogenética) durante millones de años, el período más largo conocido para cualquier insecto.

En el género Aptinothrips de trips de la hierba ha habido varias transiciones hacia la asexualidad, probablemente debido a diferentes causas. [44]

Reproducción sexual

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En la reproducción sexual la información genética de los descendientes está conformada por el aporte genético de ambos progenitores, mediante la fusión de las células sexuales o gametos;[13]​ es decir, la reproducción sexual es fuente de variabilidad genética.

La reproducción sexual necesita la interacción de un cromosoma, genera tanto gametos masculinos como femeninos o dos individuos, siendo de sexos diferentes, o también hermafroditas. Los descendientes producidos como resultado de este proceso biológico, serán fruto de la combinación del ADN de ambos progenitores y, por tanto, serán genéticamente distintos a ellos. Esta forma de reproducción es la más frecuente en los organismos complejos. En este tipo de reproducción participan dos células haploides originadas por meiosis, los gametos, que se unirán durante la fecundación.

Desventajas

  • Normalmente requiere la presencia de un segundo individuo. Para evitar este problema, a veces se ha convertido en partenogénesis , multiplicación a partir de huevos sin pareja y, por lo tanto, sin fertilización, en el caso de pulgones, dafnias , etc. Un animal aislado que descubra un nuevo territorio no podrá propagar la especie, a menos que, por supuesto, sea una hembra fertilizada.
  • A menudo hay que buscar a esta pareja, lo que puede ser difícil o peligroso, por ejemplo, los machos de la misma especie a menudo tienen que luchar entre sí para conquistar a las hembras.
  • La reproducción supone en ocasiones competencia entre machos o hembras, por lo tanto competencia. Esto puede requerir recursos adicionales, una disminución de la vigilancia frente a los depredadores, a veces lesiones o la muerte.
  • En caso de apareamiento, existe el riesgo de intercambio de agentes infecciosos: bacterias, virus, hongos, varios parásitos, etc.
  • Se deben producir muchos gametos y, en el caso de los machos, a menudo se pierden.
  • Mayor complejidad del genoma que debe desarrollar dos versiones diferentes pero compatibles: una masculina y otra femenina dentro de cada individuo (dos alelos de ambos padres). Además, la especie se ve obligada a un proceso evolutivo más lento para mantener la compatibilidad, donde los individuos asexuales pueden mutar mucho más rápido para adaptarse a cambios como muchas bacterias y virus.
  • Reducción de la diversidad de organismos vivos reducida a unas pocas especies comunes, en lugar de "individuos asexuales" todos radicalmente diferentes evolucionando por separado a lo largo del tiempo en tantas ramas evolutivas como seres vivos sin las limitaciones vinculadas a la especie. Así, todos los individuos similares de la misma especie tienen todos los mismos "puntos débiles", que pueden precipitar el fin de toda la especie en poco tiempo, por el cambio climático o un nuevo depredador.
  • La mezcla genética resultante de la reproducción es una ventaja para la especie (ya que un día u otro reúne los mejores genes) pero es una gran desventaja para el individuo. Nada dice que la combinación de sus genes con los provenientes del otro socio (incluso seleccionado) no dará como resultado individuos deficientes. Este es el caso de todas las enfermedades genéticas recesivas, invisibles en los padres.

Reproducción humana

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Familia humana

Después de la fecundación del óvulo, llamado en ese momento cigoto, se presenta una serie de divisiones mitóticas, partes del desarrollo embrionario, culminando con la formación del embrión.

El embrión presenta tres capas germinales, llamadas ectodermo, endodermo y mesodermo de las cuales se originarán los distintos órganos del cuerpo.

Reproducción animal

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Se distinguen cuatro grupos:

  • Ovulíparos: La ovuliparidad es un tipo de oviparidad, un proceso de reproducción sexual por el que tanto la fecundación del cigoto —unión de los gametos masculino y femenino— como el desarrollo del embrión se produce en el medio exterior, fuera del aparato urogenital de la hembra. Las hembras depositan óvulos en un medio y los machos depositan espermatozoides sobre ellos (fecundación externa). Requieren de un medio acuático. Se da en anfibios y peces óseos.
  • Ovíparos: el macho introduce los espermatozoides dentro de la hembra, (fecundación interna) una vez fecundada esta deposita huevos con cáscara dura que protegen al embrión. Se da en algunos peces cartilaginosos, reptiles, aves y dos mamíferos: el equidna y el ornitorrinco.
  • Ovovivíparos: la fecundación es interna y el embrión es encerrado en un huevo dentro del cuerpo de la madre con el que no intercambia sustancias. Cuando el embrión está desarrollado el huevo se rompe y la hembra pare a la cría, o deposita el huevo poco antes de que la cría salga de él. Se da en tiburones y serpientes.
  • Vivíparos: la fecundación es interna y la cría se desarrolla dentro del cuerpo de la madre intercambiando sustancias. Se da en la mayoría de los mamíferos, incluido el ser humano.

Ventajas y desventajas de reproducción asexual y sexual

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Los organismos que se reproducen mediante reproducción asexual suelen aumentar su número de manera exponencial. Sin embargo, como la variación se produce por mutaciones en su ADN, todos los miembros de la especie tienen vulnerabilidades similares. Los organismos que se reproducen sexualmente producen un menor número de crías, pero la gran cantidad de variación que presentan sus genes los hace menos susceptibles a las enfermedades.

Muchos organismos se reproducen sexualmente y asexualmente. Encontramos ejemplos en los áfidos, los hongos deslizantes, las anémonas de mar, algunas especies de estrellas de mar (por fragmentación) y muchas plantas. Cuando los factores ambientales son favorables, la reproducción asexual se utiliza para explotar las condiciones adecuadas para la supervivencia, como un suministro abundante de alimentos, resguardo adecuado, condiciones climáticas favorables, pH óptimo o una combinación adecuada de otras necesidades para su estilo de vida. Las poblaciones de estos organismos aumentan de manera exponencial mediante estrategias de reproducción asexual para aprovechar al máximo la abundancia de recursos.

Cuando las fuentes de alimento se han agotado, el clima se vuelve hostil o la supervivencia individual se ve amenazada por algún otro cambio adverso en las condiciones de vida, estos organismos cambian hacia formas de reproducción sexual. La reproducción sexual garantiza una mezcla de la reserva genética de la especie. Las variaciones encontradas en las crías de las especies que se reproducen sexualmente permite a algunos individuos estar más preparados para la supervivencia y les proporciona un mecanismo para la adaptación selectiva. Además, la reproducción sexual, en general, es útil en una etapa de la vida que requiere soportar las condiciones que amenazan los hijos de un progenitor asexual. Por lo tanto, esporas, huevos, pupas, quistes u otras etapas para "pasar el invierno" de la reproducción sexual aseguran la supervivencia cuando los tiempos no son favorables y el organismo puede.

Estrategias

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Hay una amplia gama de estrategias reproductivas empleadas por diferentes especies. Algunos animales, como el alcatraz humano y del norte, no alcanzan la madurez sexual durante muchos años después del nacimiento e incluso entonces producen pocas crías. Otros se reproducen rápidamente; pero, en circunstancias normales, la mayoría de las crías no sobreviven hasta la edad adulta. Por ejemplo, un conejo (madura despu�s de 8 meses) puede producir de 10 a 30 cr�as por a�o, y una mosca de la fruta (madura despu�s de 10 a 14 d�as) puede producir hasta 900 cr�as por a�o. Estas dos estrategias principales se conocen como selecci�n K (poca descendencia) y selecci�n r (muchas cr�as). La estrategia que se ve favorecida por la evoluci�n depende de una variedad de circunstancias. Los animales con pocas cr�as pueden dedicar m�s recursos a la crianza y protecci�n de cada descendencia individual, reduciendo as� la necesidad de muchas cr�as. Por otro lado, los animales con muchas cr�as pueden dedicar menos recursos a cada descendencia individual; para este tipo de animales es com�n que muchas cr�as mueran poco despu�s del nacimiento, pero suficientes individuos suelen sobrevivir para mantener la poblaci�n. Algunos organismos como las abejas mel�feras y las moscas de la fruta retienen esperma en un proceso llamado almacenamiento de esperma, aumentando as� la duraci�n de su fertilidad.

Los animales hacen uso de una variedad de modos de reproducci�n para producir sus cr�as. Tradicionalmente esta variedad se clasificaba en tres modos: oviparidad (embriones en huevos), viv�paridad (joven nacido vivo) y ovoviparidad (intermedia entre los dos primeros).

Sin embargo, cada uno de esos llamados modos tradicionales cubri� una amplia gama de diversas estrategias reproductivas. En consecuencia, el bi�logo Thierry Lod� ha propuesto cinco modos de reproducci�n basados en la relaci�n entre el cigoto (el �vulo fertilizado) y los padres. Sus modos revisados son la ovuliparidad, con fertilizaci�n externa; la oviparidad, con fertilizaci�n interna de �vulos grandes que contienen una yema nutritiva sustancial; la ovo-viviparidad, es decir, la oviparidad donde los cigotos se retienen durante un tiempo en el cuerpo de un padre, pero sin ning�n tipo de alimentaci�n por parte del padre; la viviparidad hist�trofa, donde los cigotos se desarrollan en los oviductos de la hembra, pero se alimentan de otros tejidos; y la viviparidad hemotr�fica, donde los embriones en desarrollo son alimentados por la madre, a menudo a trav�s de una placenta.[14]

Otros tipos

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  • Los animales polic�clicos se reproducen intermitentemente a lo largo de su vida.
  • Los organismos semelparos se reproducen solo una vez en su vida, como las plantas anuales (incluidos todos los cultivos de cereales) y ciertas especies de salm�n, ara�a, bamb� y planta del siglo. A menudo, mueren poco despu�s de la reproducci�n. Esto a menudo se asocia con los estrategas r.
  • Los organismos �paros producen descendencia en ciclos sucesivos (por ejemplo, anuales o estacionales), como plantas perennes. Los animales Iteroparos sobreviven durante m�ltiples estaciones (o cambios peri�dicos de condici�n). Esto est� m�s asociado con los estrategas K.

Vida sin reproducci�n

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La existencia de vida sin reproducci�n es objeto de algunas especulaciones. El estudio biol�gico de c�mo el origen de la vida produjo organismos reproductores a partir de elementos no reproductores se llama abiog�nesis. Ya sea que haya o no varios eventos abiogen�ticos independientes, los bi�logos creen que el �ltimo antepasado universal de toda la vida presente en la Tierra vivi� hace unos 4.250 millones de a�os.[15][16]

Los cient�ficos han especulado sobre la posibilidad de crear vida no reproductiva en el laboratorio. Varios cient�ficos han tenido �xito en la producci�n de virus simples a partir de materiales totalmente no vivos. Siendo nada m�s que un poco de ARN o ADN en una c�psula de prote�na, no tienen metabolismo y solo pueden replicarse con la ayuda de la maquinaria metab�lica de una c�lula secuestrada.[17]

La producci�n de un organismo verdaderamente vivo (por ejemplo, una bacteria simple) sin antepasados ser�a una tarea mucho m�s compleja, pero bien puede ser posible hasta cierto punto seg�n el conocimiento biol�gico actual. Un genoma sint�tico se ha transferido a una bacteria existente donde reemplaz� al ADN nativo, lo que resulta en la producci�n artificial de un nuevo organismo M. mycoides.[18]

Hay cierto debate dentro de la comunidad cient�fica sobre si esta c�lula se puede considerar completamente sint�tica sobre la base de que el genoma sintetizado qu�micamente era una copia casi 1:1 de un genoma natural y, la c�lula receptora era una bacteria natural. El Instituto Craig Venter mantiene el t�rmino "c�lula bacteriana sint�tica", pero tambi�n aclaran "...no consideramos que esto sea "crear vida desde cero", sino que estamos creando nueva vida a partir de la vida ya existente utilizando ADN sint�tico".[Venter planea patentar sus c�lulas experimentales, afirmando que "son invenciones bastante claramente humanas".[Sus creadores sugieren que construir una "vida sint�tica" permitir�a a los investigadores aprender sobre la vida construy�ndola, en lugar de destroz�ndola. Tambi�n proponen estirar los l�mites entre la vida y las m�quinas hasta que las dos se superpongan para producir "organismos verdaderamente programables".[Los investigadores involucrados afirmaron que la creaci�n de "verdadera vida bioqu�mica sint�tica" est� relativamente cerca del alcance de la tecnolog�a actual y es barata en comparaci�n con el esfuerzo necesario para colocar al hombre en la Luna.[19][20]

Principio de loter�a

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La reproducci�n sexual tiene muchos inconvenientes, ya que requiere mucha m�s energ�a que la reproducci�n asexual y desv�a a los organismos de otras actividades, y hay alg�n argumento sobre por qu� tantas especies la usan. George C. Williams us� boletos de loter�a como analog�a en una explicaci�n para el uso generalizado de la reproducci�n sexual.[Argument� que la reproducci�n asexual, que produce poca o ninguna variedad gen�tica en la descendencia, era como comprar muchos boletos que todos tienen el mismo n�mero, limitando la posibilidad de "ganar", es decir, producir descendencia sobreviviente. La reproducci�n sexual, argument�, era como comprar menos boletos, pero con una mayor variedad de n�meros y, por lo tanto, una mayor probabilidad de �xito. El punto de esta analog�a es que, dado que la reproducci�n asexual no produce variaciones gen�ticas, hay poca capacidad para adaptarse r�pidamente a un entorno cambiante. El principio de loter�a es menos aceptado en estos d�as debido a la evidencia de que la reproducci�n asexual es m�s prevalente en entornos inestables, lo contrario de lo que predice.[21]

Reproducci�n y din�mica de la poblaci�n

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Aunque las dos modalidades son muy diferentes, la reproducci�n sexual y asexual generalmente producen un mayor n�mero de descendientes que el n�mero de padres, compensando as� la incapacidad de los individuos para sobrevivir a los desaf�os que impone el medio ambiente. Dentro de un ciclo biol�gico que presupone la sucesi�n de varias generaciones, pueden ocurrir eventos reproductivos (que generalmente corresponden a la reproducci�n sexual) en los que el n�mero de descendientes es menor que el de los padres. Eventos de este tipo se encuentran, por ejemplo, en los pulgones, en los que la multiplicaci�n se conf�a a la reproducci�n por partenog�nesis, mientras que con el apareamiento.de dos individuos de diferente sexo (anfig�nico) se produce un acto de fecundaci�n que conduce a la formaci�n de un �vulo. En estos casos, la reproducci�n tiene como finalidad permitir la supervivencia de la especie a una condici�n ambiental desfavorable[22]​ o explotar la variabilidad gen�tica, derivada de la recombinaci�n gen�tica asociada a la sexualidad, dentro de una poblaci�n en la que la multiplicaci�n se basa fundamentalmente en la reproducci�n asexual.

En un ecosistema en equilibrio el tama�o de la poblaci�n de una determinada especie permanece constante, sin embargo en algunas especies puede haber fluctuaciones poblacionales a corto o mediano plazo, fundamentalmente por el tipo de estrategia adoptada en la din�mica poblacional:[23][24]

Curvas de crecimiento poblacional.
  • las especies con reproducci�n basada en la estrategia r (potencial bi�tico) alternan fases de crecimiento exponencial con otras de colapso poblacional determinadas por la resistencia del medio (aumento de la poblaci�n de antagonistas, competencia intraespec�fica de alimentos, aumento de enfermedades, etc.);
  • las especies con reproducci�n basada en la estrategia K (capacidad de carga del sistema) tienen una din�mica m�s estable incluso en el corto plazo, ya que el n�mero de descendientes, neto de mortalidad, permanece sustancialmente sin cambios de generaci�n en generaci�n.

En la estrategia r, t�pica de plantas, microorganismos, hongos y la mayor�a de animales (especialmente invertebrados), se invierte energ�a en producir una gran cantidad de gametos y cigotos; por el impacto con el medio ambiente habr� una alta mortalidad, pero el n�mero de descendientes que sobreviven y alcanzan la madurez sexual es tan alto, en t�rminos absolutos, que permite incluso fases temporales de crecimiento exponencial. En la estrategia K, t�pica de la mayor�a de aves y mam�feros, la energ�a se invierte en el desarrollo y la supervivencia de un solo individuo: en estas especies tanto la tasa de reproducci�n como la tasa de mortalidad son relativamente bajas y la poblaci�n muestra una estabilidad sustancial en equilibrio con el ecosistema.

V�ase tambi�n

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Referencias

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  2. Solomon, Berg, Martin (2001). Biología, 5a. ed. McGraw-Hil Interamericana. ISBN 970-10-3368-X
  3. a b c Biologia para el acceso a ciclos formativos de grado superior. Prueba libre para la obtencion del título de bachiller ebook. MAD-Eduforma. ISBN 9788466536189. Consultado el 7 de febrero de 2018. 
  4. INTRODUCCIÓN A LA MICROBIOLOGÍA (2a ed.). EUNED. ISBN 9789968313582. Consultado el 7 de febrero de 2018. 
  5. Minelli, Alessandro (2009). «Asexual reproduction and regeneration». Perspectives in Animal Phylogeny and Evolution (Oxford University Press). pp. 123-127. ISBN 978-0198566205. 
  6. Savage, Juliet Eilperin (23 de mayo de 2007). «Female Sharks Can Reproduce Alone, Researchers Find». The Washington Post. 
  7. Chapman, D. D.; Firchau, B.; Shivji, M. S. (11 de octubre de 2008). «'Virgin Birth' By Shark Confirmed: Second Case Ever». Journal of Fish Biology (Sciencedaily.com) 73 (6): 1473-1477. ISSN 0022-1112. doi:10.1111/j.1095-8649.2008.02018.x. 
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  21. Williams G. C. 1975. Sexo y evolución. Princeton (NJ): Princeton University Press.
  22. Por ejemplo, en el caso antes mencionado de los pulgones, la reproducción anfigónica tiene el propósito de producir un huevo capaz de hibernar y perpetuar la especie de año en año.
  23. M. Vighi, Ecologia III - Fattori ambientali e popolazioni (PDF), su Materiale didattico per l'insegnamento di Ecologia Generale, Dipartimento di Scienze dell'Ambiente e del Territorio, Università degli Studi di Milano Bicocca
  24. Mario Ferrari, et al., La biologia delle popolazioni: struttura e dinamica, in Ecologia agraria, Bologna, Edagricole Scolastico, 2004, pp. 55-58, ISBN 88-529-0028-4.

Bibliografía

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Enlaces externos

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