El documento describe el proceso de fecundación in vitro en erizos de mar. Explica que primero se obtienen los gametos del erizo mediante la inyección de una solución de KCl, lo que causa la liberación de los óvulos rojos de las hembras y los espermatozoides blancos de los machos a través de la placa genital. Luego, los gametos se depositan por separado en recipientes con agua de mar para realizar la fecundación y permitir el desarrollo embrionario, el cual puede observarse a

1. 18/5/2010Ileana Jiménez Rabadán | Biología II Gpo. 452BcentercenterTESISREPRODUCCIÓN EN EL ERIZO DE MAR<br />ERIZOS DE MAR<br />REPRODUCCIÓN Y DESARROLLO EMBRIONARIO<br />Introducción<br />Antecedentes<br />Planteamiento Del Problema<br />Objetivo General<br />Objetivos Específicos<br />Material Y Método<br />Probables Resultados<br />Discusión<br />Conclusión<br />Bibliografía<br />INTRODUCCIÓN<br />Los erizos de mar pertenecen a la familia de los equinodermos, ocupan la franja costera desde la zona intermareal hasta profundidades de 80 metros a lo largo de todo el mundo.<br />El cuerpo de los equinodermos presenta simetría pentarradial, es decir, está dividido en cinco partes que contienen los mismos órganos, dispuestas en torno a un eje central. Está protegido por un endoesqueleto formado casi siempre por placas calcáreas, a veces con espinas o púas. Poseen un aparato ambulacral, sistema de canales por el que circula el agua y que termina en los pies ambulacrales. Estos son unos apéndices en forma de tubo y eréctiles, dispuestos en series radiales, que suelen terminar en ventosas y que utilizan para desplazarse. <br />Su sistema nervioso está formado esencialmente por cordones ganglionares. Tienen un aparato digestivo bien desarrollado, en casi todos con la boca en el centro del lado inferior (oral) y el ano en el superior (aboral). Son unisexuales y tienen fecundación externa; se desarrollan por larvas que tienen simetría bilateral. Algunos equinodermos, como las estrellas de mar, presentan reproducción asexual por regeneración.<br />Existen diversas clases de equinodermos, entre los que encontramos:<br />**Tipo****Definición****Imagen**Los crinoideos: No tienen pies ambulacrales. Su cuerpo está formado por un disco con diez brazos agrupados por pares y un pedúnculo para sujetarse al fondo. Son los lirios de mar.Los asteroideos: Con forma de estrella, la mayoría con cinco brazos. Boca sin mandíbulas, pies ambulacrales en posición ventral y ano en dorsal. Son carnívoros, se alimentan de moluscos y crustáceos y viven en zonas rocosas o fondos arenosos. Son las estrellas de mar.Los equinoideos: Poseen placas fijas formando un caparazón rígido globoso con púas largas y fuertes. Se alimentan de algas que arrancan del sustrato con un curioso aparato masticador ventral, la linterna de Aristóteles. Son los erizos de mar.Los ofiuroideos: Su cuerpo tiene forma de disco pentagonal de donde salen cinco largos brazos. No tienen ano. Son carnívoros veloces que capturan crustáceos y peces. Pertenecen a este grupo las ofiuras.Los Holoturoideos: Esqueleto de placas blandas y cuerpo alargado, adaptado para reptar. Boca rodeada por diez tentáculos ramificados. Se alimentan de materia en suspensión. Son los pepinos de mar.<br />ANATOMÍA DEL ERIZO DE MAR<br />Caracterizados por su completa simetría pentámera, los erizos de mar tienen su cuerpo cubierto de numerosas espinas móviles que les dan un aspecto un tanto peligroso. Suelen tener colores llamativos, rojos, azules, verdes, blancos, etc. Aunque también apagados como negro o parduzcos, su tamaño sobrepasa los 15cm en las especies del Cantábrico. Su cuerpo esférico se puede dividir en dos hemisferios: Oral y Aboral.<br />El esqueleto se puede dividir radialmente en 10 partes, cinco de ellas presentan pies ambulacrales, y se llaman áreas ambulacrales, estas se encuentran flanqueadas por otras cinco regiones sin pies ambulacrales, llamadas áreas interambulacrales. Cada una de estas áreas está formada por dos filas de placas que van de polo a polo, existiendo por tanto en el esqueleto 20 filas de placas, 10 ambulacrales y 10 interambulacrales. Las ambulacrales se diferencian de las otras por presentar una serie de poros que es por donde surgen los pies ambulacrales. <br />Cada hemisferio presenta una serie de estructuras diferentes:<br />**Hemisferio oral****Hemisferio aboral**En este hemisferio se encuentra la boca, en el centro de una membrana peristomial, alrededor de la cual hay 5 pares de pies ambulacrales bucales, cortos y gruesos, y otros 5 pares de branquias ramificadas.En el hemisferio aboral se encuentra la región anal, llamada periprocto, que consiste en una membrana en la que se sitúan varias placas esqueléticas de diferente función. Las mayores de todas son las placas genitales, cada una dotada de un gonoporo, y además una de ellas sirve de madreporito al ser bastante porosa. Alternando con estas placas se encuentran otras más pequeñas, las placas ocelares.<br />Las espinas, tan características del grupo, se encuentran repartidas por toda la superficie del esqueleto, pero las ecuatoriales son más grandes que las de las regiones polares. Repartidas de forma homogénea, es posible diferenciar los dos tipos de espinas, las primarias, más grandes, y las secundarias, más cortas. Generalmente son de forma cilíndrica con el extremo adelgazado, aunque existe cierta variedad según los hábitos alimenticios y defensivos de la especie. Se encuentran articuladas a un mamelón o tubérculo del caparazón, existiendo entre ambas una serie de fibras de colágeno que pueden hacer más o menos resistente la articulación, mientras que los músculos adyacentes pueden hacer que la espina se mueva hacia los lados.<br />También presentan pedicelarios sobre la superficie del cuerpo, hay especies que tienen potentes pedicelarios venenosos capaces de causar grandes heridas. Estos se encuentran entre las espinas, se encargan de la limpieza e incluso de la defensa, inyectando en algunos casos veneno.<br />190119062230<br />Anillo Ambulacral<br />Diente Mandibular<br />Boca<br />Conducto Radial Del Sistema Ambulacral<br />Pedicelos Ambulacrales<br />Placa Esquelética<br />Intestino<br />Ano<br />Placa Madreporita<br />Gónada<br />Espinas<br />LOCOMOCIÓN Y SISTEMA AMBULACRAL<br />1524068580Los pies actúan de manera similar a como lo hacen las estrellas de mar, pero la principal punción de las espinas es levantar la zona oral del sustrato.<br />El erizo común (Paracentrotus lividus), se encuentra en el intermareal en agujeros que excava en las rocas, gracias a su aparato masticador, cavidades en las que permanece el animal; cuando son pequeños pueden salir de las mismas para alimentarse, pero al crecer, la salida de la cavidad puede resultar pequeña para ello; se cree que esto es una adaptación para vivir en zonas expuestas al oleaje.<br />El sistema ambulacral es bastante similar al de los asteroideos. Del madreporito aboral surge el canal hidróforo que alcanza el anillo anular, situado sobre el aparato masticador. Del canal anular salen los cinco canales radiales, que terminan en la zona más aboral del animal. Los canales laterales surgen alternándose en uno y otro lado, y conectan con las ampollas. De éstas, salen dos canales hacia el pie ambulacral, que se unen antes de atravesar la placa ambulacral.<br />Los pies de los erizos están bastante desarrollados, y en su extremo existe una ventosa provista de músculos y osículos para reforzarla, ya que de ellos depende el desplazamiento.<br />ALIMENTACIÓN Y SISTEMA DIGESTIVO<br />Los erizos de mar se alimentan de algas que obtienen raspando con su aparato bucal la superficie de las rocas; de esta forma ejercen una gran presión sobre las poblaciones de algas, ya que en su ausencia, la cobertura algal es mucho mas densa. La estructura masticadora de los erizos recibe el nombre de linterna de Aristóteles, ésta consiste en cinco piezas calcáreas denominadas pirámides, con las puntas apuntando hacia la boca. En el interior de cada una de estas piezas existe una banda calcárea alargada, cuyo extremo oral asoma por la boca y es el diente; al existir cinco pirámides, hay por tanto cinco dientes.<br />La linterna es una estructura muy compleja, formada por muchísimas piezas esqueléticas y músculos, estando los principales representados en las figuras inferiores; entre los músculos destacan los encargados de retraer los dientes y los que permiten revertir la linterna al exterior, permitiéndole, además de raspar, tirar del alimento.<br />332994075565<br />-2286057785El sistema digestivo es similar al de los asteroideos. Desde la linterna de Aristóteles surge el esófago, que se dirige a la zona aboral y luego desciende ligeramente, hacia un estómago tubular, existiendo entre ellos un ciego con forma de saco. El estómago se encuentra fijado a la pared del caparazón, da un giro completo al mismo, y después se inicia el intestino, que da otra vuelta al caparazón pero en sentido contrario y se dirige luego a la zona aboral, donde a través del recto finaliza en el ano, que se encuentra en el periprocto.<br />Existe un tubo paralelo al estómago llamado sifón, este se encuentra abierto al interior de la cavidad del cuerpo; su función es retirar agua del estómago en la zona donde ocurre la digestión extracelular.<br />Todas las especies de erizos de mar son dioicas, esto es, hay individuos masculinos y femeninos. Tienen sus gónadas dispuestas en la cara interna del caparazón directamente bajo las placas interambulacrales, existiendo por tanto cinco gónadas. A través del gonoporo situado en las placas genitales aborales, se expulsan los gametos, produciéndose la fecundación en el agua. Al igual que otros grupos de equinodermos, hay especies que incuban sus huevos, los erizos regulares entre las espinas que rodean el periprocto, y los irregulares en los ambulacros petaloideos, pero son las que menos.<br />Tras la fecundación se origina una gástrula de la que surge una larva equinopluteus, muy semejante a la de los ofiuroideos. Tiene 6 brazos larvarios, y es libre y nadadora. Cuando llega el momento de la metamorfosis, que puede estar inducido por sustancias liberadas por otros erizos de la misma especie, lo primero que se forma son las piezas esqueléticas que formarán las placas genitales y las oceales. <br />La transformación al adulto dura muy poco tiempo, a veces tan sólo una hora, por lo que no existe una fase fijada al sustrato, y al fondo ya llegan pequeños erizos formados.<br />ANTECEDENTES<br />En la reproducción sexual un proceso importante es la fecundación, como la activación del óvulo por medio del espermatozoide con la característica de que ambas células deben de tener un estado maduro para poder llevar a cabo la formación de una célula que se conoce como huevo o cigoto iniciando el desarrollo embrionario a través de divisiones de segmentación logarítmica. <br />Se han realizado estudios in vitro de fecundación con organismos que presentan fecundación externa, como por ejemplo: el erizo de mar. Estos organismos son de interés económico, ya que sus gónadas son altamente cotizadas para el consumo humano, actualmente en Baja California Norte se explota este recurso y es exportado a Japón.<br />El erizo de mar es un modelo de estudio utilizado en la investigación desde el punto de vista reproductivo; con mucha frecuencia, ya que es fácil de obtener sus gametos y realizar fecundaciones, además las etapas de desarrollo pueden ser identificadas claramente; y en algunos casos este organismo es explotado como una actividad económica. Como una perspectiva de que este estudio sirva como base para implementar un proyecto de desarrollo rural sustentable para la comunidad.<br />PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA<br />Existen varias formas de reproducción en los erizos de mar, en mi trabajo explicare en qué consiste la fecundacion in vitro en esta espiece. <br />OBJETIVO GENERAL<br />Demostrar en qué consiste la fecundación in vitro de los erizos de mar, todos sus procesos y su desarrollo embrionario.<br />OBJETIVOS ESPECÍFICOS<br />Conocer una de las técnicas utilizadas para la obtencion de gametos en el erizo de mar.<br />Realizar el proceso de fecundación en esta especie marina, aplicando técnicas de fecundación in vitro.<br />Ser capaz de identificar tanto los gametos como los diferentes estados del desarrollo embrionario en esta especie.<br />Comprender cómo afecta la intervención humana a la reproducción del erizo y asociar los efectos que se producen en la reproducción de otros organismos marinos.<br />MATERIAL Y MÉTODO<br />MATERIAL:<br />1 Erizo<br />Papel<br />1 Lápiz<br />1 Bandeja<br />2 Capsula de Petri<br />4 Vasos de precipitados de 200ml<br />Solución de KCl<br />4 Cubreobjetos<br />4 Portaobjetos<br />5 Pipetas de Pasteur<br />500ml de Agua de Mar<br />ACTIVIDAD 1: EL ERIZO DE MAR Y SU MORFOLOGÍA.<br />El objetivo de esta actividad es lograr diferenciar las partes de un erizo.<br />Materiales: sólo se necesita papel, lápiz, una bandeja y un erizo por grupo.<br />Sugerencia: se debe instar a observar detalladamente ambos extremos, “oral y aboral” debido a que posteriormente la inyección del KCl se realizará por el lado oral y la evacuación de los gametos por el lado aboral.<br />ACTIVIDAD 2: OBTENCIÓN DE GAMETOS.<br />El objetivo de esta actividad es que conocer la técnica mediante la cual se obtienen los gametos en el erizo de mar.<br />Materiales: Se necesita una bandeja, una cápsula de Petri, un vaso precipitado, solución de KCl 0,5M y un erizo.<br />Sugerencias: Al comenzar esta actividad puedes comentarle que existen otras técnicas utilizadas por científicos, tal como se menciona más arriba. Es importante recalcar que la aplicación del KCl debe realizarse con mucho cuidado, aunque este reactivo en sí mismo no es peligroso, siendo el ingrediente principal en formulaciones substitutas de la sal, la inyección en una vena o una arteria puede causar un desequilibrio eléctrico en el corazón o en el cerebro dando por resultado la muerte. Se debe inyectar en la cavidad del cuerpo del erizo y no en la boca. Luego se sacude suavemente el erizo para mezclar la solución de KCl dentro de él. En esta etapa como no sabemos el sexo del erizo se debe esperar la salida de los gametos, depositando los animales en la bandeja, una vez comenzada la salida de gametos, de acuerdo a la coloración se separan, y se depositan en un vaso o cápsula de Petri con la parte aboral hacia abajo. Cabe mencionar que la coloración de los gametos es roja para las hembras y blanco para los machos.<br />ACTIVIDAD 3: OBSERVANDO LOS GAMETOS.<br />El objetivo de esta actividad es lograr observar y diferenciar los gametos masculinos y femeninos del erizo.<br />Materiales: se requiere de lápiz, papel, dos cubreobjetos, dos portaobjetos, una cápsula de Petri y dos pipetas Pasteur. <br />Sugerencia: se debe poner énfasis en la dilución de los espermatozoides, ya que es tan alta la concentración que al no realizar una dilución sería imposible su observación. En la siguiente figura se puede ver un esquema con la forma de los espermatozoides.<br />ACTIVIDAD 4: LA FECUNDACIÓN.<br />El objetivo de esta actividad es observar el proceso de fecundación.<br />Materiales: se requiere: dos vasos precipitados de 200 ml., 500 ml. de agua de mar, 2 pipetas Pasteur, un portaobjetos y un cubreobjetos.<br />Sugerencia: es importante destacar que por ser un proceso de fecundación externa, las especies presentan algunos mecanismos para reconocer los gametos de la misma especie, en este caso los ovocitos, poseen una capa de gelatina que reconoce e interactúa sólo con los espermatozoides de erizos negros. Sin embargo, puedes comentar algunos casos de fecundación interespecies, como el de asnos y yeguas, dando origen a las mulas. Sin embargo estas especies son híbridos incapaces de reproducirse. Una vez realizada la experiencia, se podrá apreciar la denominada corona de espermios, esto es, varios espermatozoides rodeando al ovocito.<br />ACTIVIDAD 5: DESARROLLO EMBRIONARIO.<br />El objetivo de esta actividad es observar los diferentes estados de desarrollo de un erizo de mar, desde la primera división hasta la fase de “Larva Pluteus”.<br />Materiales: se requiere: un vaso precipitado de 200 ml. un portaobjetos, un cubreobjetos y una pipeta Pasteur.<br />En esta etapa, se requiere la observación en diferentes lapsos de tiempos, incluso, puedes realizar fecundaciones algunas horas antes del laboratorio, para que los alumnos logren apreciar las primeras divisiones, lo que da pie para comentar la importancia de la mitosis y meiosis en estos procesos.<br />PROBABLES RESULTADOS<br />Se espera observar todas las fases del desarrollo, para lo cual se podría solicitar un informe con los diferentes estados, también es importante recoger sus opiniones en cuanto al trabajo desarrollado, realizando preguntas sobre la actividad. Se puede también realizar una discusión grupal, en la que se toquen diferentes aspectos relacionados con la fecundación, como, la reproducción entre especies diferentes, inseminaciones artificiales, etc.<br />DISCUSIÓN<br />Se observaron las diferencias morfológicas de los espermatozoides con ambas tinciones y los óvulos con aceto carmín y sin tinción. En los óvulos teñidos con aceto carmín se observa claramente el núcleo (Fig. 1), con Wright los óvulos se sobre tiñen por lo que no utilizamos esta tinción. La estructura de los espermatozoides se observan claramente con Wright ya que se distingue: la cabeza, el flagelo y el cuello (Fig. 2); sin embargo, con el aceto carmín no se tiñe el flagelo, solo se observa la cabeza, ya que es una tinción específica para material genético (Fig. 3). Mediante la incubación de espermatozoides y óvulos se logro observar las divisiones celulares a partir de dos células hasta la división en más de 64 células en un tiempo de 7 hr. que nos indica que ambas células se encuentran viables durante este tiempo. En todos los intervalos de tiempo desde los 30 min. hasta las 7 hr. de incubación se presentan óvulos con las siguientes características: células en fase de blastómeros con 2, 4, 8, 16, 32, 64 y 128 divisiones (Fig. 4).<br />CONCLUSIÓN<br />Se logro la fecundación de erizo de mar en estudios in vitro desde la formación de la doble membrana pasando por las divisiones de los blastómeros hasta formar la blástula.<br />Analizando los datos obtenemos los siguientes resultados:<br />- Al cabo de una hora los óvulos se han fecundado, a las 2 horas se encuentran en el estadio de 2 células, a las 3 horas se encuentran en el estadio de 4 células, a las 6 horas están pasando de mórula tardía a blástula temprana, a las 12 horas están pasando de blástula tardía a gás trula temprana, a las 24 horas se encuentran en la fase de gástrula y a las 48 horas son larvas pluteus.<br />- El control y la concentración 1 tienden a igualarse. El control es bueno; por lo tanto mejora la comparación y el trabajo.<br />- En la concentración 2 la mayoría de óvulos no se han fecundado, y la minoría que lo ha hecho cursa normalmente hacia estadios superiores. - En la concentración 3 los óvulos no se han fecundado.<br />Respecto a las aberraciones (alteraciones en los embriones) vemos que:<br />- En el control hay un número bajo porque se desarrolla en un medio estándar.<br />- La C1 y la C2 muestran un comportamiento similar debido a la presencia de zinc en mayor concentración. Suelen aparecer a las 6 y 24 horas porque las células empiezan a diferenciarse, y al ir a buscar los genes detectan los daños (aunque también pueden ser daños celulares) y las hojas embrionarias se diferencian y se mueven; y a las 48 horas la C1 tiene menos embriones, de lo cual deducimos que el zinc afecta al desarrollo del esqueleto de la larva. En la C2 hay problemas para pasar a estadios superiores, y hay más aberraciones que en C1 porque la concentración de zinc es mayor.<br />- En la C3 disminuye el número de aberraciones porque hay menos óvulos fecundados y no llegan a aberrarse debido a la alta concentración de zinc.<br />Se hace patente el efecto grave del zinc: su excesiva concentración es incompatible con el desarrollo desde las primeras fases y eso que éstas están muy conservadas -protegidas por la naturaleza- y suceden hasta en condiciones extremas. El daño que produce es muy agresivo. En conclusión, las fases por las que pasa un embrión durante su desarrollo son el cigoto (en la fecundación), estadios de 2, 4, 8... células, mórula y blástula (en la segmentación), gástrula (en la gastrulación) y larva pluteus (después de la organogénesis y morfogénesis). A cuanta más concentración de zinc en el medio, aumenta el número de aberraciones en los<br />embriones hasta que finalmente es tan contaminante que la fecundación no llega a producirse.<br />REFERENTES BIBLIOGRÁFICOS<br />http://www.educa.madrid.org/web/ies.alonsoquijano.alcala/carpetas/quienes/departamentos/ccnn/web_1_ciclo_ESO/1eso/tema_12.htm<br />http://www.asturnatura.com/articulos/equinodermos/erizos.php<br />http://www.scribd.com/doc/15429295/Fecundacion-in-vitro-del-erizo-de-mar-Tetrapygus-niger<br />