Espermatogénesis en invertebrados (ortópteros).

Espermatogénesis en invertebrados (ortópteros).
Aplastados y secciones histológicas de testículo de ortóptero. Espermatogénesis.
Existe un proceso celular destinado a producir
células idénticas genéticamente: la mitosis. Por el contrario,
la mayoría de los organismos vivos utilizan parte de su vida
o tejidos especializados para producir células esencialmente
diferentes de las progenitoras en cuanto a las
combinaciones posibles de su material hereditario. Este
mecanismo celular está enclavado en un proceso especial de
Figura 1. El señor y la señora de división celular: la meiosis.
Eyprepocnemis plorans.
En organismos superiores la meiosis tiene lugar en
los órganos sexuales tanto masculinos como femeninos, dentro de un proceso general que se
denomina respectivamente espermatogénesis y ovogénesis. Tanto uno como otro no sólo
producen células diferentes genéticamente, sino que reducen el número de cromosomas de
las células a la mitad y las modifica para poder ser fecundadas o fecundar dependiendo del
sexo donde se realice.
ESPERMATOGÉNESIS
Ham, discípulo de Leuwenhoek, observa por primera vez en 1677 en el semen
humano la presencia de unos "animáculos" móviles que muchos científicos de la época
consideraron como parásitos o simbiontes. En 1780 Spallanzani comprueba que si del semen
eran eliminados estos cuerpos móviles, éste perdía su capacidad fertilizante. Pero fue en la
segunda mitad del siglo XIX cuando se concluyó que estos "animáculos" eran los gametos
masculinos, y se les denominó espermatozoides. De esta forma se estableció que los
espermatozoides se originaban en los testículos y que poseían núcleo y citoplasma: eran
células.
Desde este momento y hasta nuestros días la morfología de los espermatozoides y
de las células que les dan origen ha sido ampliamente estudiada. En una primera etapa de la
citología clásica, empleando cortes en parafina, no sólo se describen gran cantidad de
formas distintas de espermatozoides, sino que también se pone gran interés en el estudio
de los tejidos en los que se originan. Posteriormente, con el avance de la técnica y la
aparición del microscopio electrónico, se determina la ultraestructura de los
espermatozoides y de las células intermedias en su formación.
Figura 2. Reconstrucción fotográfica de una sección de un túbulo seminífero de saltamontes en el que se observa
la disposición secuencial de las células que cursan la espermatogénesis.
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La introducción de nuevas técnicas de estudio como pueden ser las citoquímicas
para microscopía óptica y electrónica, la aplicación de microscopía de barrido, el empleo de
anticuerpos marcados a nivel morfológico y ultraestructural, la microscopía confocal o
metodologías puramente bioquímicas han ayudado a un mejor conocimiento del proceso de
formación de los gametos masculinos, la espermatogénesis.
Desde antiguo recibió gran atención el proceso de cómo se formaban estas células,
ya que a partir de una célula prácticamente indiferenciada, la espermatogonia, se produce
una complicada y a veces dramática serie de cambios morfofuncionales que desembocan en
la formación del espermatozoide: la espermatogénesis. Podríamos definir la
espermatogénesis como el conjunto de cambios que ocurren en una célula prácticamente
indiferenciada, espermatogonia, y que tienen como final la formación de una célula
altamente especializada, con un número “n” de cromosomas recombinados, una carga “c” de
ADN y que es capaz de fecundar: el espermatozoide.
Teniendo en cuenta los cambios que se producen en la espermatogonia, y por tanto
los nuevos tipos celulares y los procesos en los que participan, podemos dividir a la
espermatogénesis como proceso en las siguientes etapas:
a) Proliferación.
b) Crecimiento y meiosis: recombinación, división y reducción.
c) Espermiogénesis o histodiferenciación.
a) Proliferación. Este período comprende el desarrollo de las espermatogonias, las
cuales se dividen no sólo aumentando la población celular sino manteniendo la población
troncal existente. Las divisiones de población espermatogonial llegan en algunas especies
hasta ocho. Así, partiendo de una espermatogonia inicial, van surgiendo por divisiones
sucesivas grupos de ellas que, normalmente, se encuentran interconectadas por sus
citoplasmas. El número final de gonias presentes en un cisto, indicará por lo tanto las veces
que se han dividido a partir de la espermatogonia primordial. De esta forma un cisto con
doscientas cincuenta y seis gonias revela la existencia previa de ocho divisiones mitóticas.
En esta fase de divisiones rápidas y continuas es fácil observar el cariotipo de la especie.
b) Crecimiento y meiosis. La meiosis se caracteriza por presentar dos divisiones
sucesivas del material hereditario (División I y División II) precedidas por un único período
S (de síntesis de ADN). La profase de la primera división meiótica es extremadamente
larga pudiendo durar desde días (en machos) hasta años (generalmente en hembras). Para
su estudio, se ha dividido en base a la morfología del núcleo celular en varias etapas:
leptotene, cigotene, paquitene, diplotene y diacinesis.
PRIMERA DIVISIÓN MEIÓTICA
PROFASE I:
INTERCINESIS
SEGUNDA DIVISIÓN MEIÓTICA
PROFASE II
- LEPTOTENE
PROMETAFASE II
- CIGOTENE
METAFASE II
- PAQUITENE
ANAFASE II
- DIPLOTENE
TELOFASE II
- DIACINESIS
PROMETAFASE I
METAFASE I
ANAFASE I
TELOFASE I
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Durante la prometafase los bivalentes experimentan movimientos de congresión
hasta alinearse finalmente en placa en la metafase. En la primera anafase meiótica los
cromosomas homólogos, que previamente se han recombinado, migran completos a polos
opuestos. Tras una interfase muy corta y a veces inexistente denominada intercinesis, se
efectúa la segunda división meiótica. Ésta es esencialmente igual que una división mitótica
convencional con la excepción de que cada célula solamente posee un complemento
cromosómico de la especie ya recombinado. El resultado final es la formación, por cada una
de las células que entró en la profase I, de cuatro células con “n” cromosomas y una carga
"c" de ADN: las espermátidas.
Figura 3. Espermatogénesis de Locusta migratoria en cortes de testículo teñidos con tricrómico de Masson (I). A.Detalle de un túbulo seminífero en el que se aprecia la estructura celular en cistos. B.- Espermatogonia. El
cromosoma sexual aparece marcado (X). C.- Espermatocito en división (telofase I) en el que se observa el huso de
microtúbulos (cabeza de flecha).
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Figura 4. Espermatogénesis de Locusta migratoria en cortes de testículo teñidos con tricrómico de Masson (II).
Espermátidas en distintos estados de maduración. Obsérvese la paulatina condensación de la cromatina y
modificación del núcleo y los adjuntos centriolares (cabezas de flecha). A.- Espermátidas tempranas, en las que
aún no se detecta el adjunto centriolar. La que se encuentra a la derecha es diploide, aberrante. B.- Espermátida
aberrante, poliploide, con dos adjuntos centriolares. C y D.-Espermátidas redondas y lanceoladas en las que se
observa el adjunto centriolar en la base de la cabeza (cabezas de flecha). Con esta técnica de tinción se aprecian
los flagelos (flechas).
c) Espermiogénesis. Se conoce con este nombre a toda la serie de cambios tanto
citoplásmicos como nucleares que sufren las espermátidas hasta convertirse en
espermatozoides. Estos cambios morfofuncionales son muy variables y dependen de la
especie estudiada. No obstante, y como rasgos generales, podemos decir que se centran en
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la compactación de la cromatina en el núcleo, la pérdida de casi la totalidad del citoplasma,
la génesis de una vesícula acrosómica y la adquisición de un aparato locomotor por parte de
la célula.
Figura 5. Espermatóforos de Locusta migratoria en aplastados teñidos con la técnica de Feulgen. A.- Campo claro,
donde únicamente se ven teñidos los núcleos. B.- Contraste de fase, que permite ver los flagelos de las
espermátidas (cabezas de flecha).
DESARROLLO DE LA PRÁCTICA
En esta práctica se utilizarán dos tipos diferentes de material de trabajo así como
dos metodologías completamente distintas. Por una parte se analizarán las diferentes fases
de la espermiogénesis en preparaciones obtenidas mediante la técnica de aplastado a partir
de testículos de ortópteros fijados en etanol y ácido acético en proporción 3:1. Por otra,
estudiaremos la organización de las células que cursan la espermatogénesis y el túbulo
seminífero en cortes de testículo de saltamontes fijado con Bouin e incluido en parafina.
1.- Aplastados de testículo de ortóptero teñidos con Feulgen.
Seleccionamos testículos de ortópteros fijados en etanol y ácido acético 3:1 al menos
con una semana de antelación y los colocamos en agua destilada para su hidratación durante
10 minutos. A partir de este momento conviene realizar todo el proceso en el mismo
recipiente, preferiblemente plástico y no vidrio. No utilizar ningún elemento metálico.
Hidrolizar los testículos en HCl 5N durante 30 min. Transcurrido este tiempo se
lavan abundantemente en agua destilada. Posteriormente se introducen en reactivo de
Schiff durante 30 minutos a temperatura ambiente. Este proceso es preferible realizarlo
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en oscuridad. Se lavan los testículos, que tendrán un color fucsia, en agua sulfurosa y
posteriormente en agua del grifo, donde se almacenarán hasta la confección de los
aplastados.
Separamos un par de túbulos seminíferos del testículo y los colocamos sobre un
portaobjetos. Sobre ellos se coloca inmediatamente una gota de ácido acético al 50% en
agua destilada y se deja un par de minutos (¡Cuidado, no dejar secar el material!).
Se coloca sobre el túbulo un cubreobjetos y utilizando la punta de un lápiz y con
presión muy suave se dispersa el material.
Con un trozo de papel de filtro se elimina el acético que ha rebosado por los laterales
del cubreobjetos y, con cuidado de no moverlo, se realiza el aplastado presionando
fuertemente con el dedo pulgar sobre una superficie completamente plana.
Observar los aplastados en el microscopio tratando de determinar las diferentes
etapas del proceso meiótico, así como las espermátidas en los diferentes estadíos de la
espermiogénesis.
2.- Secciones de testículo de ortóptero teñido con tricrómico de Masson.
El análisis de cortes de parafina supone la realización de tres procesos: la inclusión
del material en un medio sólido, el corte y desparafinado del mismo y la tinción de los
cortes (ver el anexo).
Las secciones de testículo se observarán en el microscopio determinando la
disposición de los túbulos seminíferos en el conjunto, así como las zonas apicales y basales
de los túbulos.
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Figura 6. Células del testículo del saltamontes Chorthippus jucundus teñidas con orceína lacto-propiónica. A.Núcleo de una espermatogonia en interfase. El cromosoma sexual ha sido señalado con una X. B.- Metafase
espermatogonial. C.- Núcleo prepaquiténico. Posiblemente corresponde a un núcleo en leptotene. D.- Paquitene
medio. E.- Paquitene tardío. F.- Diplotene. Se ha señalado la posición de los quiasmas (cabezas de flecha) en un
bivalente monoquiasmático (M7), en uno con dos quiasmas (M4) y en un tercero que presenta cuatro (L1).
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Figura 7. Espermatocitos de Chorthippus jucundus teñidos con orceína lacto-propiónica. A.- Diplotene
tardío-diacinesis. B.- Metafase-I. C.- Anafase-I. El cromosoma sexual X migra completo al polo superior de esta
célula. D.- Telofase-I. E.- Intercinesis/Profase-II. La célula de la parte superior de la fotografía posee el
cromosoma X, mientras que la de la parte inferior carece de él.
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Figura 8. Células del testículo de Chorthippus jucundus teñidas con orceína lacto-propiónica. A.- Metafase-II. Se
observa la disposición radial de los cromosomas. B.- Anafase-II. Las cromátidas están comenzando a separarse. C.Anafase-II. D.- Telofase-II. E.- Espermátidas tempranas. La situada en la parte superior de la fotografía posee el
cromosoma sexual (X), mientras que la de la parte inferior carece de él. F,G,H- Espermátidas en diferentes
estados de maduración: redondeada, lanceolada, alargada…
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Cuestiones.
1.- ¿Qué es una espermatogonia? ¿Dónde se localiza y qué dotación genética presenta?
¿Qué carga de ADN tiene?
2.- Realizar el dibujo de una espermatogonia de saltamontes e indicar cuál es la
característica morfológica que la diferencia del resto de células en un aplastado de
testículo de ortóptero en el que se ha teñido preferencialmente el núcleo. Dibuja una
espermatogonia en un corte de túbulo seminífero de ortóptero. ¿Cuál es su posición en el
túbulo?
3.- Dibujar los núcleos de espermátidas de saltamontes en distintas etapas de maduración
tal y como se observan en un aplastado de testículo teñido con la técnica de “Feulgen”.
Explica los cambios morfológicos que observas experimentan y cómo eres capaz de
determinar cuál es más madura y cuál menos.
4.- Dibujar y rotular un túbulo seminífero completo de saltamontes indicando las
diferencias entre los extremos proximal y distal.
5.- ¿Qué es un cisto? Dibujar uno y determinar en qué etapa se encuentran los
espermatocitos que lo integran. ¿Cómo has llegado a esa conclusión?
6.- A partir de un corte de testículo de saltamontes, dibujar un cisto en el que estén
presentes espermátidas tanto normales como aberrantes. ¿Por qué eres capaz de
determinar que no son normales?
7.- ¿Qué es un espermatóforo? Dibuja uno de saltamontes.
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