Ejercicios: Gametos, fecundación y desarrollo

Describe la estructura del espermatozoide (cabeza, pieza intermedia y flagelo) y la del óvulo (gran tamaño y reservas de vitelo) de un mamífero, y relaciona cada rasgo con su función: movilidad frente a alimento para el embrión.

Nombra las gónadas y las vías de salida de los gametos en el aparato reproductor de un mamífero, e indica en qué punto del aparato femenino ocurre la fecundación.

Ordena las fases de la fecundación —unión de los núcleos de los gametos, encuentro entre gametos, activación del óvulo y penetración del espermatozoide— y explica en una frase qué ocurre en cada una.

Explica qué es la meiosis y por qué es imprescindible para producir gametos: qué ocurriría con el número de cromosomas de la especie en cada generación si los gametos fueran diploides.

Diferencia cigoto, embrión y feto en el desarrollo de un mamífero, indicando los límites aproximados de cada etapa y qué procesos dominan en ellas (división, organogénesis, crecimiento).

¿Qué es la placenta y qué tres funciones vitales realiza para el feto (nutrición, respiración, excreción)? Explica por qué es importante que las sangres de la madre y del feto no se mezclen directamente.

Explica qué son el saco amniótico y el líquido amniótico, y qué funciones cumplen durante el embarazo (protección mecánica, temperatura estable, libertad de movimiento).

Diferencia los gemelos monocigóticos (idénticos) de los dicigóticos (mellizos): cómo se origina cada tipo, qué parecido genético tienen y por qué los primeros son siempre del mismo sexo y los segundos no necesariamente.

Observa la imagen de los gametos de un mamífero. a) Identifica las estructuras numeradas y explica el papel de cada una durante la fecundación. b) Razona por qué el óvulo es miles de veces mayor que el espermatozoide y qué aporta cada gameto al cigoto. c) Indica qué barreras debe atravesar el espermatozoide antes de unirse al núcleo del óvulo.

El huevo amniota de reptiles y aves incorpora anejos embrionarios: amnios, corion, alantoides y saco vitelino. Explica la función de cada anejo y razona por qué ese conjunto liberó a los vertebrados de reproducirse en el agua.

Tras la fecundación, el cigoto inicia la segmentación y, después, la gastrulación. Explica en qué consiste cada proceso, qué son las hojas embrionarias (ectodermo, mesodermo y endodermo) y cita un órgano adulto derivado de cada una.

Describe las fases del ciclo menstrual (folicular, ovulación, lútea y menstruación) y el papel de las hormonas principales (FSH, LH, estrógenos y progesterona) en cada una, de forma simplificada.

Explica qué ocurre en el útero cuando no hay fecundación: cómo cae la progesterona, qué es la menstruación y por qué el ciclo se detiene en cambio si el embrión se implanta (¿qué hormona lo mantiene al principio?).

Describe el proceso de la fecundación humana: dónde ocurre (trompa de Falopio), qué es la reacción acrosómica y qué mecanismos impiden la polispermia (que entre más de un espermatozoide).

Las primeras semanas del embarazo son las más sensibles. Explica qué es la organogénesis, por qué los teratógenos (alcohol, algunos medicamentos, infecciones como la rubéola) dañan sobre todo en el primer trimestre y qué es el síndrome alcohólico fetal.

Describe las fases del parto (dilatación, expulsivo y alumbramiento) y el papel de la oxitocina y de las contracciones uterinas, explicando por qué es un ejemplo de retroalimentación positiva.

Una expedición biológica descubre en una cueva aislada dos especies emparentadas de anfibios con estrategias reproductoras muy distintas:

• Especie A: Pone unos 1,500 huevos pequeños (diámetro < 1.5 mm) y pobres en vitelo en charcas temporales con abundantes depredadores.

• Especie B: Pone apenas 12 huevos grandes (diámetro > 6.0 mm), muy ricos en vitelo, en grietas húmedas protegidas, de los cuales eclosionan individuos completamente formados sin pasar por fase de renacuajo libre.

1. a) Justifica en términos de coste bioenergético y supervivencia por qué la especie B ha podido prescindir de la metamorfosis y la fase larvaria acuática, relacionándolo con el tipo de huevo (cantidad de vitelo) y el tipo de desarrollo.
2. b) Un investigador afirma: «La especie A es evolutivamente más eficiente porque el desarrollo indirecto siempre supone un menor coste reproductor para la madre». Rebate esta afirmación analizando las ventajas e inconvenientes adaptativos de cada estrategia en función de la estabilidad del medio.
3. c) Resuelve la siguiente aparente paradoja: los mamíferos euterios tienen un huevo prácticamente desprovisto de vitelo (alecito) y, sin embargo, presentan un desarrollo directo sin fase larvaria. ¿Cómo han resuelto este conflicto evolutivo?

Imagina un escenario evolutivo hipotético: en un planeta similar a la Tierra, un grupo de animales acuáticos desarrolla primero el huevo con cáscara impermeable y membranas extraembrionarias (amniota) antes de haber desarrollado mecanismos de fecundación interna, manteniendo la fecundación externa en el agua.

1. a) Evalúa la viabilidad biofísica de este escenario: ¿por qué la aparición del huevo con cáscara protectora impermeable antes de la fecundación interna representa una contradicción biológica insalvable para el proceso de penetración gamética?
2. b) Algunos anfibios actuales depositan sus puestas en hojas o transportan los renacuajos en su piel fuera del agua libre, pero ninguno posee un huevo verdaderamente amniota. A partir de este hecho, justifica por qué la fecundación interna por sí sola no fue suficiente para que los vertebrados lograran independizarse por completo de los hábitats húmedos.
3. c) Analiza cómo interactúan la gravedad, la desecación y el intercambio gaseoso en el medio aéreo para imponer la secuencia evolutiva cronológica observada: 1.º fecundación interna, 2.º huevo amniota.

Un equipo de conservación busca salvar de la extinción al rinoceronte blanco del norte, especie de la que solo sobreviven dos hembras infértiles para gestar, pero de la que se conservan muestras de semen congelado de varios machos y cultivos de fibroblastos de piel de doce ejemplares fallecidos.

Se evalúan dos estrategias biotecnológicas:

• Estrategia A: Fecundación in vitro (FIV) mediante microinyección intracitoplasmática (ICSI) con ovocitos extraídos de las hembras vivas y semen congelado, transfiriendo los embriones a hembras de rinoceronte blanco del sur como gestantes subrogadas.

• Estrategia B: Transferencia nuclear celular somática (clonación) utilizando los fibroblastos congelados y ovocitos enucleados de rinoceronte blanco del sur.

1. a) Compara ambas estrategias respecto a la variabilidad genética futura: ¿cuál de ellas permite una mayor diversidad alélica en la descendencia obtenida y por qué la clonación resultaría perjudicial como estrategia única a largo plazo?
2. b) Desde el punto de vista de la biología celular y el desarrollo embrionario, ¿qué barreras moleculares específicas asociadas a la reprogramación epigenética del núcleo donante explican la elevadísima tasa de abortos y malformaciones congénitas habituales en la Estrategia B frente a la Estrategia A?
3. c) Evalúa los límites bioéticos de aplicar estas tecnologías: si una empresa ofreciera comercializar la clonación de animales de compañía fallecidos, ¿qué objeciones biológicas y de bienestar animal fundamentarías para desaconsejar esta práctica?

En una consulta ginecológica se evalúan los perfiles de tres mujeres en edad fértil que emplean distintos métodos de control de la natalidad:

• Caso A: Utiliza un anticonceptivo hormonal combinado oral (etinilestradiol y levonorgestrel). En los análisis del día teórico 14 de su ciclo, sus niveles séricos de LH y FSH son mínimos y planos, sin pico detectable.

• Caso B: Ha mantenido una relación sexual no planificada sin protección en el día 13 del ciclo (momento en que un test de ovulación da positivo por pico de LH). Doce horas después toma una píldora del día después de acetato de ulipristal.

• Caso C: Es portadora de un dispositivo intrauterino (DIU) de cobre desde hace dos años y mantiene ciclos ovulatorios y perfiles hormonales completamente normales.

1. a) Justifica el mecanismo neuroendocrino por el cual el tratamiento del Caso A impide la ovulación: explica qué efectos ejercen los esteroides sintéticos sobre el hipotálamo y la hipófisis, y predice qué riesgo de fallo existe si se produce un olvido continuado de la toma durante 3 días al inicio de la pauta.
2. b) Predice de forma razonada la eficacia esperable de la anticoncepción de urgencia en el Caso B, teniendo en cuenta el mecanismo de acción del fármaco frente al momento biológico del ciclo ovulatorio en el que se produjo la relación.
3. c) Compara los mecanismos anticonceptivos de los Casos A y C frente a dos factores: la modificación del moco cervical/endometrio y la protección frente a infecciones de transmisión sexual (ITS). ¿Por qué ninguno de estos dos métodos exime del uso del preservativo en relaciones esporádicas?

La fecundación in vitro (FIV) sortea muchas infertilidades. a) Describe sus pasos: estimulación ovárica, extracción de óvulos, fecundación en el laboratorio y transferencia de embriones. b) Razona por qué su éxito por ciclo es limitado y suele requerir varios intentos. c) Discute qué dilemas plantean los embriones no transferidos (conservación, donación, investigación) y qué dice la legislación dominicana al respecto.

Durante el invierno de 1944-1945 («invierno del hambre neerlandés»), la población de los Países Bajos padeció una desnutrición severa (< 1,000 kcal/diarias) durante 6 meses debido a un bloqueo militar. Décadas más tarde, estudios epidemiológicos demostraron que los individuos gestados durante ese periodo cuyas madres sufrieron la hambruna en el primer trimestre nacieron con peso normal, pero mostraron de adultos altas tasas de obesidad, hipercolesterolemia y diabetes tipo 2, asociadas a una hipometilación estable del gen IGF2 en comparación con sus hermanos no expuestos. Por el contrario, los expuestos a la hambruna solo al final de la gestación nacieron con bajo peso, pero no desarrollaron obesidad en su vida adulta.

1. a) Explica cómo los cambios epigenéticos (como la metilación del ADN en islas CpG y la modificación de histonas) modulan la transcripción génica en el feto sin alterar la secuencia de nucleótidos del ADN.
2. b) Interpreta este caso mediante la hipótesis del «fenotipo ahorrador»: ¿por qué un desajuste entre el ambiente intrauterino percibido por el embrión y el ambiente posnatal de abundancia nutricional conduce a enfermedades metabólicas crónicas en el adulto?
3. c) Justifica por qué el impacto a largo plazo sobre la salud fue mucho más severo y generalizado cuando la privación de nutrientes se produjo en el primer trimestre que cuando ocurrió en el último trimestre de gestación.

Una mujer de 29 años con antecedentes de salpingitis por clamidia acude a urgencias con dolor pélvico lancinante en la fosa ilíaca derecha y una amenorrea de 7 semanas. La analítica cuantifica una concentración de beta-hCG de 4,200 mUI/ml, pero la ecografía transvaginal muestra la cavidad uterina vacía con un endometrio decidualizado y una masa de 3.2 cm localizada en la ampolla tubárica derecha.

1. a) Explica la relación causa-efecto entre la infección previa y la implantación ectópica: ¿qué funciones celulares del epitelio ciliado tubárico y de la musculatura lisa de la trompa se han deteriorado para impedir el avance normal de la mórula hacia el útero?
2. b) Justifica por qué en el útero se observa un endometrio proliferado y engrosado a pesar de no albergar ningún embrión. ¿Qué estructura embrionaria produce la beta-hCG y qué vía hormonal mantiene el soporte endometrial?
3. c) Predice las consecuencias fisiopatológicas inmediatas si no se actúa clínicamente antes de la semana 9-10 de gestación, comparando la capacidad plástica y vascular del miometrio uterino con las limitaciones histológicas de la pared tubárica frente a la invasión del sincitiotrofoblasto.

En un laboratorio se reproduce el protocolo de transferencia nuclear de células somáticas (SCNT) que permitió obtener a la oveja Dolly, empleando material biológico de tres ovejas distintas:

• Donante A (raza Finn Dorset, cara blanca): hembra adulta de la que se aíslan fibroblastos mamarios cultivados in vitro (células diferenciadas, 2n = 54).

• Donante B (raza Scottish Blackface, cara negra): hembra a la que se extraen ovocitos no fecundados y se les retira el huso meiótico con su dotación cromosómica.

• Hembra receptora C (raza Scottish Blackface, cara negra): hembra a la que se implanta en el útero el embrión en estadio de blastocisto tras la electrofusión del núcleo de A con el citoplasma enucleado de B.

1. a) Determina de forma razonada la contribución genética exacta de cada donante (A, B y C) al cordero nacido, especificando el origen del genoma nuclear, del genoma mitocondrial y el fenotipo de coloración de su cabeza.
2. b) A los pocos años de vida, el clon presentó artritis prematura y signos celulares de senescencia acelerada. Explica por qué la longitud de los telómeros en las células del clon no correspondía a la de un recién nacido normal y qué limitaciones experimenta la reprogramación nuclear de una célula somática diferenciada frente a la gametogénesis natural.
3. c) Si el objetivo no fuera la gestación del cordero sino la extracción de células madre pluripotentes de la masa celular interna del blastocisto para regenerar tejidos, ¿qué diferencia biológica y legal sustenta la aprobación de esta clonación terapéutica frente a la prohibición universal de la clonación reproductiva en humanos?