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LA FECUNDACIÓN IN VITRO DEL ERIZO DE MAR.
EL DESARROLLO EMBRIONARIO DEL
PARACENTROTUS LIVIDUS Y EL EFECTO DEL ZINC
SOBRE ÉSTE
Eva Mira Herranz.
IES Badalona VII. Tutor: Àngel Lozano. 2n de Batxillerat.
OBJETIVO
Este trabajo nos introduce a conceptos teóricos sobre las características físicas y biológicas del
erizo de mar, la biología a nivel celular y embriología y el zinc para comprender la parte práctica, que consiste en realizar la fecundación in vitro de los gametos de la especie de erizo de
mar Paracentrotus lividus, la observación de las distintas fases de las 48 horas de su desarrollo
embrionario y el efecto del zinc a diferentes concentraciones sobre este proceso para determinar su efecto contaminante.
INTRODUCCIÓN
El erizo de mar es un animal pluricelular adaptado a realizar las funciones vitales. Es deusteróstomo como los cordados: a partir de la primera abertura del tubo digestivo (blastoporo) se
forma el ano, antes que la boca. Es del tipo de los equinodermos: animales marinos de simetría
pentaradiada provistos de un endoesqueleto calcáreo y un tegumento externo con espinas.
Pertenece a la clase de los equinoideos: globosos con la boca en el suelo que viven fijados al
sustrato en grupos, formando el bentos; con fuerte mandíbula, se alimentan de algas y
pequeños animales. Destaca el sistema acuífero con pies ambulacrales y canales en relación
con el medio externo que interviene en la locomoción, respiración, circulación, excreción y nutrición. Los sexos se diferencian por las gónadas (aparato genital –rojo en las hembras y amarillo
en los machos– formado por 5 sacos con productos genitales –naranja en las hembras y blanco
en los machos– que contienen los óvulos y los espermatozoides). Éstas son comestibles; para
ese fin los erizos de mar son criados en cautividad. Son ovíparos y tienen reproducción sexual
y fecundación externa.
La célula es la unidad de los seres vivos que se divide originando nuevas células mediante
mitosis o gametos mediante meiosis.
El desarrollo embrionario es el conjunto de cambios progresivos que se producen desde que
los gametos se fusionan formando una célula única que se desarrolla por sucesivas divisiones y
diferenciaciones celulares hasta originar el nuevo individuo. El estudio de este proceso se
denomina embriología, y el objeto estudiado es el embrión.
Consta de 4 fases, precedidas de la gametogénesis: las células germinales del embrión migran
hacia las gónadas y se diferencian en células reproductivas con una dotación cromosómica, en
lugar de dos.
- Fecundación: el espermatozoide penetra en el óvulo, el cual forma una membrana de fecundación que impide la poliespermia. Se fusiona el material genético y se estimula el inicio del
desarrollo del cigoto diploide formado.
- Segmentación: el embrión sufre divisiones mitóticas simétricas y sincrónicas siguiendo un
patrón por planos meridionales perpendiculares o ecuatoriales y forma blastómeros cada vez
más pequeños (mesómeros, macrómeros y micrómeros) hasta llegar al estadio de mórula. Ésta
se ahueca formando una esfera llamada blástula con un espacio interior, el blastocele, que con140
tinúa expandiéndose y desarrolla unos cilios que rompen la membrana de fecundación.
- Gastrulación: los blastómeros se mueven originando tres hojas embrionarias: ectodermo (de la
cual se origina la epidermis y el sistema nervioso), endodermo (que formará el aparato digestivo) y mesodermo (derivará en órganos -corazón, gónadas-, tejido conjuntivo y citoesqueleto). El
primer paso es la ingresión del mesénquima primario -los micrómeros migran al interior del
blastocele y se fusionan-. La blástula se incurva hacia adentro y se forman el arquénteron -el
tubo digestivo primitivo- y el blastoporo -cavidad anal-. Un segundo mesénquima provoca la formación de la boca.
- Organogénesis y morfogénesis: las células interactúan entre ellas y se diferencian, es decir,
sufren un cambio bioquímico y funcional para ser tipos celulares especializados mediante una
expresión específica de genes. Se desarrollan órganos y se organizan. Se moldea la forma del
cuerpo y finalmente se llega a un estadio larvario ciliado nadador plactónico capaz de alimentarse por sí mismo.
Al cabo de un mes la larva sufrirá una metamorfosis: se destruirán órganos larvarios, otros
órganos se readaptaran y se formarán órganos adultos. A los dos años el erizo de mar es completamente adulto.
El zinc es un metal blanco esencial para el cuerpo humano presente en agua, suelo y aire, que
junto a sus aleaciones y derivados químicos es muy apreciado por su variedad de usos (pintura, galvanización, objetos...). La UE creó un programa en 1995 para evaluar los riesgos del zinc
sobre el medio ambiente y seres vivos.
METODOLOGÍA
- Reunir todo el material necesario y obtener agua de mar.
- Conseguir especímenes vivos del animal.
- Preparar 4 medios con distinta concentración de zinc: control (supuesto 0,01 mg/l de Zn habitual en el agua marina), C1 con 10 veces más, C2 con 100 veces más y C3 con 1000 veces
más.
- Preparar 28 botes (4 medios x 7 tiempos) de formol y etiquetarlos para guardar muestras de
los siguientes tiempos: 1, 2, 3, 6, 12, 24, 48 horas.
- Abrir los erizos para sacar las gónadas, ponerlas en cápsulas de petri con un poco de agua y
extraer gametos con un cuentagotas.
- Echar 3 gotas de espermatozoides y 5 de óvulos en cada medio.
- Apuntar la hora (tiempo inicial) y coger muestras de 2 ml con una pipeta de cada medio en
cada tiempo.
- Observar las muestras con el microscopio y realizar tablas con los porcentajes de los estadios
en que se encuentran los embriones en cada tiempo de cada medio. Hacer fotos de diferentes
estadios con una cámara acoplada a un microscopio.
- Hacer gráficas para analizar los resultados.
Un problema encontrado fue la escasez de embriones. Como consecuencia se tuvo que repetir
la práctica 3 veces, y algunos porcentajes muestran datos “falsos”. Un hecho curioso fue que
los erizos, una vez abiertos por la mitad, continúan moviendo sus púas y desplazándose hasta
24 horas después.
CONCLUSIONES
Analizando los datos obtenemos los siguientes resultados:
- 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 gás141
trula temprana, a las 24 horas se encuentran en la fase de gástrula y a las 48 horas son larvas
pluteus.
- El control y la concentración 1 tienden a igualarse. El control es bueno; por lo tanto mejora la
comparación y el trabajo.
- 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.
Respecto a las aberraciones (alteraciones en los embriones) vemos que:
- En el control hay un número bajo porque se desarrolla en un medio
estándar.
- 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.
- 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.
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
embriones hasta que finalmente es tan contaminante que la fecundación no llega a producirse.
Fotografías realizadas a partir de las muestras observadas
1.óvulos 2.óvulo fecundado 3.estadio de dos células 4.estadio de cuatro células
5.mórula 6.blástula 7.gástrula 8.larva (1, 3 y 4 a 45 aumentos, 2, 5, 6, 7 y 8 a 100 aumentos)
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Ilustraciones de aberraciones observadas
1.embrión de 3 células 2.óvulo no fecundado unido a una célula pequeña 3.óvulo deformado
4.embrión de 8 células que no logra dividirse 5.óvulo ahuecado 6.gástrulas deformadas
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