Unidad 3 · Genética

Meiosis, gametos y variabilidad genética

Si cada célula de tu cuerpo tiene 46 cromosomas, ¿cómo hacen el óvulo y el espermatozoide para que el hijo también tenga 46 y no 92? La respuesta es la meiosis: una división especial que reduce el número de cromosomas a la mitad y, de paso, hace que ninguna descendencia sea igual a otra.

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En el artículo anterior vimos la mitosis, la división que copia una célula en dos idénticas para crecer y reparar. La meiosis resuelve un problema distinto. Los organismos con reproducción sexual somos diploides: llevamos dos juegos de cromosomas, uno aportado por la madre y otro por el padre. Si dos células diploides se unieran sin más en la fecundación, la descendencia tendría el doble de cromosomas, y el doble en la generación siguiente, y así sin límite. Hace falta un mecanismo que reduzca a la mitad el material genético antes de reproducirse. Ese mecanismo es la meiosis.

El problema que resuelve la meiosis

Nuestras células corporales o somáticas tienen 46 cromosomas organizados en 23 pares. Los dos miembros de cada par se llaman cromosomas homólogos: tienen el mismo tamaño, la misma forma y llevan los mismos genes en el mismo orden, aunque no necesariamente las mismas versiones de esos genes. A ese número doble se le escribe 2n (en el ser humano, 2n = 46). Un solo juego de cromosomas se escribe n, la condición haploide (en el ser humano, n = 23).

Los gametos —el óvulo y el espermatozoide— son células haploides: llevan un solo juego, n = 23. Cuando se unen en la fecundación, sus juegos se suman (23 + 23) y restablecen el número diploide de 46. La diploidía se conserva generación tras generación porque la meiosis la reduce justo antes, y la fecundación la vuelve a completar.

Una replicación, dos divisiones

La idea central de la meiosis cabe en una frase: el ADN se copia una sola vez, pero la célula se divide dos veces. Copiar una vez y dividir dos veces es, precisamente, lo que reduce el número de cromosomas a la mitad.

Antes de empezar, en la fase S del ciclo celular, cada cromosoma se replica y queda formado por dos cromátidas hermanas idénticas, unidas por el centrómero. A partir de ahí la meiosis transcurre en dos etapas encadenadas:

• Meiosis I (división reduccional): separa los cromosomas homólogos. La célula pasa de diploide (2n) a haploide (n). Es la división que reduce el número.
• Meiosis II (división ecuacional): separa las cromátidas hermanas, igual que una mitosis. El número de cromosomas no cambia (sigue en n), pero cada célula termina con cromosomas de una sola cromátida.

Meiosis I: la división reduccional

La meiosis I es la etapa que marca la diferencia con la mitosis y la que reduce la ploidía a la mitad. Su momento clave es que los cromosomas homólogos se buscan y se aparean.

Profase I: apareamiento y entrecruzamiento

Cada cromosoma (ya replicado, con sus dos cromátidas) se alinea con su homólogo. Quedan tan juntos que forman una estructura de cuatro cromátidas llamada tétrada o bivalente. Estando pegados, cromátidas de un homólogo y del otro pueden intercambiar segmentos: es el entrecruzamiento, del que hablaremos en detalle más abajo porque es una de las fuentes de variabilidad.

Metafase I y anafase I: se separan los homólogos

Las tétradas se ordenan en el centro de la célula y luego cada homólogo es arrastrado hacia un polo opuesto. Aquí está la clave de toda la meiosis: se separan los cromosomas homólogos completos, no las cromátidas hermanas. Cada cromosoma viaja a un polo llevándose sus dos cromátidas todavía unidas.

Al terminar la meiosis I hay dos células haploides: cada una recibió un cromosoma de cada par, es decir, un solo juego (n). Un detalle que conviene fijar: aunque ya son haploides, sus cromosomas siguen teniendo dos cromátidas. Por eso hace falta una segunda división.

Meiosis II: la división ecuacional

La segunda división se parece mucho a una mitosis, con una diferencia fundamental: no hay una nueva replicación del ADN antes de empezar. Las dos células haploides que salieron de la meiosis I entran directamente a dividirse otra vez.

En cada una, las cromátidas hermanas se separan por fin y viajan a polos opuestos. El resultado son cuatro células haploides en total, cada una con cromosomas de una sola cromátida. Se llama división «ecuacional» porque el número de cromosomas no cambia respecto de la célula que entra: sigue en n. Lo que cambia es que cada cromosoma queda «resuelto» en una sola copia.

Gametos y fecundación: recuperar la diploidía

Al proceso de formar gametos por meiosis se le llama gametogénesis. En el varón produce cuatro espermatozoides funcionales por cada célula que entra en meiosis; en la mujer el reparto del citoplasma es desigual y de las cuatro células solo una madura como óvulo (las otras tres, llamadas cuerpos polares, degeneran). En ambos casos el mecanismo cromosómico es el mismo: cuatro núcleos haploides.

La fecundación une un óvulo (n) y un espermatozoide (n). Sus juegos de cromosomas se suman y forman un cigoto diploide (2n) que vuelve a tener 46 cromosomas: 23 heredados de la madre y 23 del padre. Meiosis y fecundación son, entonces, dos mitades del mismo ciclo: una reduce, la otra restablece.

Las tres fuentes de variabilidad genética

La meiosis no solo reduce el número de cromosomas: además baraja la información genética, de modo que dos hermanos (salvo gemelos idénticos) nunca son genéticamente iguales. Esa diversidad, la variabilidad genética, proviene de tres procesos que actúan juntos.

1. Entrecruzamiento (crossing over)

Durante la profase I, cuando los homólogos están apareados en la tétrada, cromátidas de un cromosoma y de su homólogo se cortan a la misma altura e intercambian segmentos. El punto de intercambio se llama quiasma. Como el cromosoma materno y el paterno llevan versiones distintas de los genes —los alelos—, el resultado son cromosomas recombinantes: mezclas nuevas de alelos maternos y paternos que no existían en ninguno de los progenitores.

2. Permutación cromosómica (distribución independiente)

Cuando las tétradas se alinean en la metafase I, la orientación de cada par es al azar e independiente de la de los demás. Para un par, el homólogo materno puede ir a la izquierda y el paterno a la derecha, o al revés; y esa decisión se toma por separado en cada par. Este reparto aleatorio se llama permutación cromosómica o distribución independiente.

El número de combinaciones distintas de gametos que puede producir así una célula es 2ⁿ, donde n es el número de pares de homólogos. Con dos pares (2n = 4) salen 2² = 4 tipos de gametos; con tres pares (2n = 6), 2³ = 8. En el ser humano, con n = 23, la cifra es 2²³ ≈ 8,4 millones de combinaciones posibles… y eso sin contar todavía el entrecruzamiento, que multiplica aún más las posibilidades.

3. Fecundación aleatoria

La tercera fuente de variabilidad ocurre después de la meiosis. Cualquiera de los millones de óvulos posibles puede encontrarse con cualquiera de los millones de espermatozoides posibles. Como ambos gametos ya son únicos, su encuentro al azar multiplica una vez más la diversidad: el cigoto es una combinación irrepetible. Sumando las tres fuentes, el número de descendientes genéticamente distintos que una pareja humana podría producir es astronómicamente grande.

Mitosis y meiosis, lado a lado

El objetivo de aprendizaje pide comparar explícitamente ambas divisiones. Comparten la maquinaria básica —replicación previa, condensación de cromosomas, husos que separan— pero sus resultados son opuestos: la mitosis conserva (dos copias fieles) y la meiosis diversifica y reduce (cuatro variantes con la mitad de cromosomas).

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