El origen de la vida en nuestro planeta es un misterio que hasta los momentos no ha sido develado con certeza y desde hace décadas viene llenando de incertidumbre a los científicos de muchas latitudes; ciertamente todas las teorías apuntan a una edad no menor de 3.5 millones de años para las primeras formas de vida, compartiendo la idea de que estas primeras manifestaciones de seres vivos en la Tierra mostraban una forma básica de desarrollo e interacción.
Diversos factores hicieron que los primeros habitantes de nuestro mundo pudieran prosperar y ser exitosos, entre los que destacan las formas más adecuadas de reproducción, muy frecuentes hoy en día en los microorganismos unicelulares pero bastante distintas a la de los vertebrados y especies mayores.
Esta peculiar forma de reproducción es la bipartición o fisión binaria, donde no es necesaria la interrelación de dos individuos de diferente sexo para compartir cromosomas, sino que un mismo individuo unicelular tiene la facultad de clonarse. A continuación mostraremos todos los detalles de la bipartición, modo de reproducción que garantizó la existencia actual de la vida.
¿Qué es la bipartición o fisión binaria?
La bipartición, también llamada fisión binaria, es un tipo de reproducción asexual en la que una célula madre se divide en dos células hijas prácticamente idénticas entre sí y a la célula original. Desde el punto de vista genético, cada célula hija recibe una copia completa del material hereditario, lo que asegura un alto grado de estabilidad genética dentro de la población.
Este proceso es muy similar, en su objetivo, a lo que ocurre en la mitosis de las células eucariotas de los organismos pluricelulares: una célula parental se divide para generar dos células hijas. Sin embargo, la bipartición es propia de organismos como bacterias y arqueas, que no poseen un núcleo definido ni orgánulos membranosos, mientras que la mitosis se observa en células eucariotas de animales, plantas, hongos y protistas. En ambos casos, la finalidad es la misma: multiplicar células con la misma información genética.
La gran ventaja de este tipo de reproducción es que puede ocurrir a gran velocidad. En condiciones óptimas, muchas bacterias son capaces de duplicar su población en periodos muy cortos, lo que provoca un crecimiento exponencial de sus colonias. Este ritmo de división permite a los microorganismos colonizar ambientes nuevos, aprovechar rápidamente los recursos disponibles y competir de forma muy eficaz.
A pesar de ser un proceso asexual, la bipartición no implica estancamiento evolutivo. Durante la replicación del ADN se producen mutaciones aleatorias, y la elevada tasa de división hace que, a lo largo del tiempo, surjan variantes genéticas. Algunas de estas variaciones resultan perjudiciales y desaparecen, mientras que otras aportan ventajas adaptativas y se fijan en la población, lo que explica el enorme éxito evolutivo de bacterias y arqueas.
División celular
La premisa fundamental por la que se rige la reproducción por medio de la bipartición es que toda célula puede dividirse para formar una nueva, dando paso de esta forma a la regeneración de tejidos que son fundamentales para la supervivencia y prosperidad de las especies.
Tanto en la reproducción sexual como asexual el proceso de división celular es clave y muy necesario porque, de no producirse, no existiría manera de formarse un nuevo individuo. Muy variables son los tiempos y circunstancias en que se da la división celular: desde aproximadamente diez minutos hasta semanas puede tardar una célula en dividirse según su tipo y condiciones. La bipartición es la división celular más exacta ya que de una célula madre resultan dos exactamente iguales o por lo menos con un alto porcentaje de paridad.
En organismos pluricelulares, la división celular mediante mitosis permite el crecimiento, desarrollo y reparación de tejidos. En cambio, en organismos unicelulares como las bacterias, la división por bipartición no solo renueva la célula, sino que constituye directamente un acto reproductivo: donde antes había un individuo, después de la división hay dos.
Este tipo de división, especialmente en bacterias, sigue una secuencia de fases bien definidas: replicación del ADN, crecimiento de la célula, segregación de los cromosomas y finalmente citocinesis o separación física en dos células hijas. Aunque los nombres de los pasos recuerden a la mitosis, el mecanismo molecular es más sencillo, ya que las bacterias poseen un único cromosoma circular y carecen de huso mitótico.
La velocidad de división celular es crucial en ecología microbiana. En la llamada fase logarítmica o exponencial de crecimiento, cada ronda de bipartición duplica el número de individuos de la población. Esto implica que, en pocas generaciones, la cantidad de células puede pasar de ser escasa a alcanzar cifras enormes, siempre que la disponibilidad de nutrientes y las condiciones ambientales lo permitan.
¿Qué organismos usan la bipartición?
Este método de reproducción es empleado principalmente por organismos unicelulares de dimensiones microscópicas, que como mencionamos anteriormente, habitan nuestro planeta desde el principio mismo de la vida. Entre estos particulares seres vivos se encuentran:
Las bacterias
Las bacterias son una forma de vida que se gestiona a través de una sola célula que cumple las funciones elementales de la vida como lo son nacer, crecer, alimentarse, reproducirse y morir. Estas células son de tipo procariotas, es decir, sin un núcleo definido ni órganos membranosos. Su tamaño es diminuto y puede variar entre 0.5 y 5 micras de envergadura; las bacterias son muy importantes en diversos procesos de descomposición de materia orgánica así como en los ciclos metabólicos de compuestos como el metano y el nitrógeno.
Se estima que las bacterias representan un porcentaje muy significativo de la biomasa terrestre, solo superadas por las plantas. Se encuentran en prácticamente todas las superficies habitables y también viven en el interior de otros organismos. El intestino humano, por ejemplo, alberga una enorme cantidad de bacterias que ayudan a descomponer materia de origen vegetal, previenen infecciones al competir con patógenos y contribuyen al desarrollo del sistema inmunitario.
La mayoría de las bacterias se reproducen por fisión binaria. En condiciones óptimas, algunas especies, como ciertas cepas de Escherichia coli, pueden dividirse aproximadamente cada pocos minutos, lo que pone de manifiesto el potencial de la bipartición para generar crecimientos poblacionales explosivos. Esta estrategia de cantidad por encima de calidad es una de las claves de su éxito ecológico.
Las arqueas
Las arqueas son microorganismos que hasta hace poco se pensaba que eran un tipo de bacteria por su funcionamiento y estructura similar, sin embargo, con el tiempo se determinó que pertenecían a un dominio totalmente diferente pues su principio evolutivo y morfología biológica es diferente.
Aunque comparten con las bacterias la ausencia de núcleo y orgánulos membranosos, las arqueas poseen características propias en la composición de su membrana plasmática, en ciertos componentes de su pared celular y en la organización de su material genético. Muchas de ellas habitan ambientes extremos, como fuentes hidrotermales, lagos hipersalinos o entornos con pH muy ácido o muy básico, y precisamente en estos medios hostiles la reproducción eficiente por bipartición resulta crucial.
La fisión binaria en arqueas sigue un patrón general similar al de las bacterias: duplicación del ADN, crecimiento de la célula y segregación del material genético, seguida de la formación de un tabique que separa a las dos células hijas. No obstante, se han descubierto variaciones particulares en ciertas arqueas, con proteínas implicadas en la división más parecidas a las encontradas en eucariotas, lo que sugiere una interesante conexión evolutiva.
Levaduras de fisión
Son hongos en forma de bastoncillos que presentan estructuras eucariotas en su célula. Es el único hongo levadura que se reproduce por bipartición. A diferencia de otras levaduras que se reproducen por gemación, las levaduras de fisión crecen hasta alcanzar un tamaño determinado y luego se dividen en dos células de longitud similar mediante un proceso de citocinesis central.
Estos organismos resultan muy útiles como modelos de estudio en biología celular y molecular, ya que comparten muchas características con células eucariotas más complejas, pero mantienen un ciclo de división relativamente sencillo y fácil de observar. Su reproducción por bipartición permite analizar con detalle el control del ciclo celular, la regulación del tamaño celular y los mecanismos de reparación del ADN.
Protozoo
Los protozoos son organismos unicelulares que prosperan en el agua o ambiente húmedo, pueden ser depredadores que se alimentan de bacterias y otros microorganismos, o bien autótrofos capaces de producir su propio alimento. Cabe destacar que no sólo se reproducen asexualmente, sino que en ocasiones comparten material genético en una especie de reproducción sexual o intercambio genético.
En muchos protozoos, la bipartición se acompaña de variaciones en el plano de división (longitudinal, transversal u oblicua) y puede alternarse con otros mecanismos como la conjugación, que aunque no genera descendencia por sí misma, permite la recombinación de genes entre individuos y aumenta la diversidad genética.
Pasos de la bipartición en bacterias
En las bacterias, que son los organismos más estudiados en relación con la fisión binaria, la bipartición puede desglosarse en varias etapas principales. Aunque a simple vista parezca un proceso muy simple, en realidad implica una precisa coordinación de proteínas y estructuras celulares.
1. Replicación del ADN
Para que una bacteria pueda dividirse en dos células hijas iguales, primero debe replicar su ADN. La mayoría de las bacterias estudiadas contienen un solo cromosoma circular ubicado en una región llamada nucleoide. Este cromosoma actúa como un replicón, es decir, una unidad de ADN que posee todo lo necesario para iniciar y completar su propia replicación.
La replicación suele comenzar en un origen específico del cromosoma, desde donde se abre la doble hélice y se forma lo que se conoce como horquilla de replicación. En torno a esta estructura actúan enzimas como las ADN polimerasas, que sintetizan nuevas hebras complementarias. El proceso es semiconservativo: cada molécula de ADN final contiene una hebra antigua y una nueva, lo que contribuye a mantener la fidelidad genética.
2. Crecimiento celular y segregación de cromosomas
Mientras la replicación del ADN tiene lugar, la célula bacteriana continúa creciendo, produciendo más citoplasma, proteínas y componentes de la membrana y de la pared celular. A medida que el ADN se va duplicando, las copias del cromosoma se desplazan a regiones opuestas de la célula, un proceso llamado segregación cromosómica.
A diferencia de lo que ocurre en la mitosis de células eucariotas, en las bacterias no se forma un huso mitótico visible. En cambio, proteínas específicas se encargan de organizar y movilizar los cromosomas recién replicados, asegurando que cada extremo de la célula en crecimiento reciba una copia completa del material genético.
3. Formación del septo y citocinesis
Una vez que las copias del ADN están situadas en extremos opuestos del citoplasma, la membrana y la pared celular comienzan a invaginarse hacia el centro de la célula. Diversas proteínas se acumulan en la zona media y dan lugar a una estructura conocida como anillo de división, que coordina la síntesis de nuevos componentes de pared y membrana.
A medida que se van depositando estos materiales, se forma un septo o tabique que crece hacia el interior desde la periferia celular. Este septo actúa de forma análoga a la placa celular en las células vegetales durante la citocinesis, y una vez completado separa físicamente las dos células hijas, cada una con su propia membrana plasmática y su propia pared celular.
Cuando la citocinesis termina, ambas bacterias resultantes son organismos independientes, listos para iniciar de nuevo el ciclo de crecimiento y división siempre que las condiciones ambientales les sean favorables.
Tipos de bipartición
Aunque el principio general de la bipartición es siempre el mismo (una célula se divide en dos), el proceso puede clasificarse según el plano de división y la simetría del corte. Esta variabilidad influye en la forma final de las células hijas y en los agrupamientos que forman.
Oblicua
Ocurre específicamente cuando una división celular comienza como longitudinal y luego pasa a una fase entre longitudinal y transversal. Esta modalidad puede ocurrir en opalinidas, microorganismos que se benefician de habitar en el intestino de algunos anfibios y moluscos, con células muy especializadas que poseen múltiples núcleos. Las opalinidas tienen filas oblicuas de cilios, lo que favorece este tipo de bipartición y da lugar a patrones característicos de organización celular.
Transversal
Se presenta en algunos protozoos ciliados con forma ovalada y tamaño microscópico, capaces de alimentarse de bacterias y algas. En ciertos casos estos protozoos tienen un tamaño que no alcanza a la micra, y la reproducción asexual se da cuando el citoplasma se divide de forma perpendicular al eje mayor de la célula (eje del huso). El resultado son dos células hijas situadas una junto a la otra, con una distribución característica de sus estructuras internas.
En bacterias esféricas, como Staphylococcus aureus, también se describe un plano de división que puede ser perpendicular al de la división previa (ortogonal). Esta disposición da lugar a racimos de células similares a un racimo de uvas, una forma de organización típica de este género bacteriano.
Longitudinal
Ocurre cuando la célula se divide en forma longitudinal en vez de transversal. Un ejemplo claro de esta división son los flagelados, los cuales presentan estructuras llamadas flagelos en el interior de su organismo o en su superficie, característica propia de células eucariotas. En este tipo de bipartición, el plano de corte discurre a lo largo del eje mayor de la célula, de modo que cada célula hija conserva un conjunto completo de estructuras de locomoción.
Regular
Es una división simétrica de una célula, la cual garantiza la creación de dos células de igual tamaño y de características muy similares, cercanas a la exactitud. Este tipo de bipartición es el más frecuente en bacterias que crecen y se dividen en ambientes relativamente estables, y asegura que ambas células hijas cuenten con cantidades equilibradas de citoplasma, proteínas y material genético.
El plano de división puede repetirse siempre en la misma orientación o variar en sucesivas divisiones, lo que influye en la forma de los agrupamientos bacterianos: cadenas, tétradas, racimos, cubos, etc. Estas configuraciones, a su vez, son rasgos importantes para la identificación microbiológica.
Otros tipos de reproducción asexual
No solo la bipartición es el método viable para la creación de un nuevo ser vivo desde el punto de vista asexual; existen numerosos tipos de reproducción por medio de los genes propios del individuo. En las siguientes líneas veremos algunos otros que compiten con la fisión binaria y que se presentan en una amplia diversidad de organismos.
Partenogénesis
La partenogénesis es un proceso mediante el cual un óvulo o célula reproductora femenina no necesita ser explícitamente fecundada para empezar una etapa de desarrollo y división celular que dará vida a otro ser. Esta reproducción se desencadena a partir de ciertos factores como ciclos hormonales, épocas estacionarias y condiciones climáticas, y se observa en especies como insectos, algunas lagartijas, anfibios y en ciertas aves.
En este ciclo se puede observar la ausencia total de cromosomas masculinos interviniendo en el desarrollo genético, lo que implica que la descendencia posee un material hereditario muy parecido al de la madre. Sin embargo, en algunos casos pueden producirse combinaciones de los cromosomas maternales que aportan cierta variabilidad.
Poliembrionía
Sucede particularmente cuando en el cigoto o célula resultante de una reproducción sexual se crea más de un embrión gracias a que el embrión original se fragmenta en muchos, lo que garantiza el éxito de la especie con poca intervención masculina. Este tipo de reproducción se considera sexual indirecta y se observa en insectos y mamíferos, incluido el ser humano en casos de gemelos monocigóticos.
La poliembrionía combina una fase de fecundación sexual con un mecanismo de división posterior que genera varios individuos genéticamente idénticos entre sí, lo que es comparable, en cierto sentido, a la clonación natural.
Esporulación
La esporulación utiliza como medio de reproducción elementos denominados esporas, las cuales están diseñadas de modo tal que se dispersen y se reproduzcan en el ambiente. Dependerá de factores climáticos y de humedad correcta que estas esporas tengan la facultad de formar un nuevo individuo.
En algunas plantas, hongos, algas y bacterias se observa muy frecuentemente este tipo de reproducción, pero particularmente en las plantas el proceso se hace más interesante debido a que pueden alternar sin dificultad entre la polinización (un mecanismo sexual) y esporulación (asexual). En bacterias, además de servir como medio de dispersión, muchas esporas actúan como estructuras de resistencia frente a condiciones ambientales adversas.
Fragmentación
La fragmentación es una forma de reproducción donde individuos pluricelulares se dividen a sí mismos en varias partes formando un nuevo ser. Cada uno de los trozos resultantes tiene la capacidad de completar un desarrollo completo que lleve a la conversión hacia un organismo concreto. Las lombrices, estrellas de mar y las planarias son ejemplo claro de este método reproductivo.
Este tipo de reproducción también se relaciona con la regeneración, ya que las porciones separadas del organismo deben reconstruir las estructuras faltantes. En algunos casos, la fragmentación es un proceso inducido por el propio organismo como estrategia de supervivencia o multiplicación, mientras que en otros puede ocurrir tras una lesión accidental.
La diversidad de mecanismos de reproducción asexual, incluida la bipartición, demuestra que la vida ha encontrado múltiples formas de multiplicarse y adaptarse a entornos cambiantes. Desde una única célula que se divide en dos hasta complejos ciclos de esporas o embriones múltiples, todos estos procesos comparten el mismo objetivo: asegurar la continuidad de la especie utilizando los recursos genéticos de los que dispone cada organismo.
Comprender la bipartición y los demás modos de reproducción asexual permite valorar mejor el papel de bacterias, arqueas, hongos, protozoos, plantas y animales en los ecosistemas, así como entender fenómenos tan relevantes como las infecciones bacterianas resistentes a antibióticos, el equilibrio de los ciclos biogeoquímicos o la capacidad de regeneración de determinados seres vivos.