¿Qué Espermatozoide Fecunda el Óvulo? Biología de la Fecundación
Para que se produzca un nuevo ser, es necesario que el óvulo y el espermatozoide se fusionen. A este proceso se le denomina fecundación, un momento mágico y lleno de misterio.
El Camino del Espermatozoide hacia el Óvulo
El semen, depositado en la vagina, atravesará el útero y llegará a las trompas de Falopio. Sin embargo, de los varios millones de espermatozoides, solamente unos cientos llegarán hasta el óvulo y solo uno podrá atravesar la membrana plasmática del óvulo y producirse la fecundación. Todos los demás espermatozoides se quedan por el camino y se destruyen, sobre todo los defectuosos, con poca movilidad.
Los expertos en fertilidad llaman "capacitación del espermatozoide" a los procesos y modificaciones que se producen en la estructura de los espermatozoides cuando viajan hacia la trompa de Falopio para encontrarse con el óvulo. Son unos cambios necesarios para que pueda penetrar en el óvulo y que se produzca la fertilización. Así, el espermatozoide puede atravesar la membrana que protege al ovocito y fecundarlo.
El Papel del Óvulo en la Fecundación
En el momento de la ovulación, el ovario se presenta parcialmente recubierto por las fimbrias, una especie de "pelillos", de la trompa, las cuales captan el ovocito liberado y se encargan de trasportarlo en dirección al útero. La corona radiada es un conjunto de células que envuelven al óvulo, y la zona pelúcida consiste en una membrana traslúcida que también rodea al óvulo.
De los 200 o 300 millones de espermatozoides depositados a través de la vagina, solamente entre 300 y 500 llegan al punto de fecundación. En esta etapa se produce la dispersión de las células que conforman la corona radiada. Esta segunda barrera es atravesada con ayuda de unas enzimas, llamadas espermiolisinas, liberadas por el acrosoma. En conjunto estos cambios constituyen el llamado proceso de activación del espermatozoide.
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Unas sustancias difundidas desde el óvulo y otras liberadas por el acrosoma del espermatozoide desencadenan este proceso. En parte del acrosoma comienza a crecer el llamado filamento acrosómico, que se desarrolla en los espermatozoides activados. El espermatozoide mediante los movimientos de su flagelo empuja el filamento acrosómico para que haga contacto con la membrana celular del óvulo.
El Proceso de Fecundación Paso a Paso
Después de la penetración de uno de ellos, la permeabilidad de la membrana se modifica por un proceso llamado reacción de zona o cortical. La unión del primer espermatozoide a la membrana plasmática del óvulo desencadena tres hechos: en cuanto el espermatozoide entra en contacto con la membrana del ovocito, se fusionan las dos membranas plasmáticas y se forma el cono de fertilización.
Gracias a esta especie de veta entra en el citoplasma ovocitario la cabeza, pieza intermedia y cola del espermatozoide. Unas vesículas que se encuentran debajo de la membrana del óvulo y que se llaman gránulos corticales expulsan su contenido. Esta reacción impide que otros espermatozoides penetren al óvulo.
Una vez dentro el espermatozoide, el ovocito termina su maduración (llamada meiosis II). que consiste en la reducción del número de cromosomas. El espermatozoide, que ya ha penetrado, avanza hasta quedar junto al pronúcleo femenino, se hincha su núcleo y forma el pronúcleo masculino, con otros 23 cromosomas. Cuando ambos pronúcleos se encuentran, se fusionan y los cromosomas se juntan: nace así un nueva célula con 46 cromosomas en total. Se forma así el cigoto humano.
Mientras tanto se divide, primero en dos células. Ya no es un cigoto. sino un embrión. El óvulo es fecundado en la trompa (1 día) y luego avanza hacia el útero (entre 2 y 5 días).
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El Mito del Espermatozoide Más Rápido
“Cuando te sientas mal, recuerda que tú fuiste el espermatozoide más rápido”. Quizá esa es una de las frases más famosas a la hora de intentar motivar a un amigo o persona cercana de su gran potencial. Usada en primera persona suele representar también el modo en que muchas personas fanfarronean acerca de su inteligencia o de su excelencia en ciertas actividades.
Sin embargo, nada más lejos de la realidad. Realmente, la idea de que es el espermatozoide más veloz aquel que consigue fecundar al óvulo y generar descendencia es únicamente un mito de la biología. Ahora se conoce, gracias al trabajo de diversos científicos, que no solo esta “carrera” es falsa, si no que el papel que juega el óvulo en todo el proceso de fecundación es mucho más activo y determinante de lo que se creía antiguamente.
El Lugar y el Momento Exactos
La teoría es evidente: si todo va adecuadamente, una vez que un espermatozoide entra en contacto con un óvulo y lo penetra, este se cierra. De esta forma, el gameto femenino impide que otros espermatozoides entren en él, y asegura el desarrollo seguro del embrión. Probablemente, siguiendo este razonamiento es como se ha derivado en la creencia de que es el primero que llega el que entra y “deja al resto a las puertas”.
Sin embargo, no es una explicación fidedigna a la realidad. En verdad, el óvulo está rodeado de una capa exterior translúcida conocida como membrana pelúcida. Esta actúa como una barrera defensora de la célula que la protege de elementos extraños y evita que, una vez un espermatozoide la atraviesa, otros entren a posteriori. Además, cuenta con una serie de sustancias químicas en su composición que reconocen a los propios espermatozoides y los atrae. De hecho, sin esta acción atractiva, los gametos masculinos pasarían de largo sin detectar a los femeninos.
De esta forma, cuando los espermatozoides alcanzan el óvulo deben ir rompiendo y debilitando esa membrana, con el objetivo de entrar y fecundarlo. Sin embargo, los primeros en llegar no lo conseguirán: quedarán débiles y cederán el trabajo a los siguientes. Es decir, si tenemos en cuenta que en una eyaculación se encuentran de 20 a 150 millones de espermatozoides por mililitro, podemos afirmar que los primeros millones de ellos, “los más rápidos”, serán realmente los que se sacrificarán para ir debilitando la membrana.
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La Membrana Pelúcida
Así, una vez la membrana está lo suficientemente debilitada, el espermatozoide puede entrar. Esto significa que no será el más rápido, si no aquel que se encuentre en el lugar exacto y en el momento adecuado el que contacte con la membrana, la traspase y consiga fecundarlo. La membrana pelúcida se mantiene como un elemento protector mientras el cigoto se va dividiendo. Esto ocurre durante los primeros 5 días tras la fecundación, cuando las dos células que dan inicio a la formación del embrión empiezan a dividirse y crear más. Tras este proceso, el embrión tiene sus células claramente diferenciadas y pasa a llamarse blastocisto. Es aquí cuando la membrana se degenera y desaparece, justo antes de que comience la fase de implantación.
El Óvulo Seleccionador
No obstante, un estudio publicado por el genetista Joseph H. Nadeau podría darle aún un giro más al proceso. Y es que, este científico de la Universidad de Washington afirmó que, ya no solo no es el primer espermatozoide el que da lugar a la fecundación, si no que el óvulo ejerce un importante papel seleccionador. Es decir, el óvulo escoge o rechaza los espermatozoides que pueden entrar, una vez la membrana se ha debilitado, según la calidad del ADN que porten.
De hecho, ya en el año 2013 Matthew Gage, investigador en la Universidad East Anglia, en Inglaterra, observó este comportamiento en un experimento realizado con peces. En él, tomaba huevos de peces hembra, como salmón y trucha, y los ponía a disposición de un grupo mezcla de peces macho de ambas especies. El resultado fue que el 70% de los huevos de cada clase se fecundaron con esperma proveniente de peces de la misma especie. Esto, propuso Gage, se debe a la combinación de dos fenómenos: la atracción que sienten los espermatozoides por el óvulo de la misma especie (por la composición química de la membrana pelúcida), así como la selección que hacen los propios óvulos, permitiendo únicamente la fecundación por parte del ADN complementario.
Este descubrimiento tuvo una gran importancia para la comunidad científica pues, no solo daba una cierta complejidad y trasfondo a la simple ley de aleatoriedad genética de Mendel, si no que rompió con la imagen de elemento pasivo que proyectaba la figura del óvulo.
Una Nueva Perspectiva
Un buen ejemplo de un caso de selección “no aleatoria” por parte del óvulo, es uno de los experimentos realizados por H. Nadeau con roedores. En una primera fase, el científico agregó a las hembras de ratones un gen normal y un gen mutante, cancerígeno, dejando a todos los ratones machos con los genes normales y sanos. El resultado respondió exactamente a las leyes propuestas por Mendel: cada padre lleva dos copias de cada gen, ambos normales, y la fertilización ocurre de forma aleatoria.
Sin embargo, en una segunda fase, fue a los ratones macho a quienes agregó un gen mutante y uno normal, manteniendo esta vez los de las hembras normales. Los resultados ahora fueron desconcertantes de acuerdo a las leyes clásicas: solo un 27% de los ratones tenían el gen mutante. Es decir, la fertilización no había ocurrido de manera completamente aleatoria, y los óvulos sanos habían rechazado a cierta parte de los espermatozoides con mutación, minimizando la posiblidad de una descendencia que porte esta mutación. Por su parte, en el primer experimento los espermatozoides no presentaron ningún tipo de actitud selectiva, y fertilizaron de igual forma a óvulos sanos y enfermos.
Por lo tanto y, en contra de la imagen popular, se confirmó que el óvulo presenta un papel tan importante durante la fecundación como el del espermatozoide.
Etapas de la Fecundación Natural
Aunque el proceso de unión entre óvulo y espermatozoides pueda parecer muy sencillo, lo cierto es que deben darse varios mecanismos y cambios en ambos gametos para que pueda ocurrir la fecundación.
A continuación, se detalla paso a paso las distintas etapas de la fecundación en el ser humano:
- Penetración de la corona radiada: El proceso de fecundación se inicia con la penetración de los espermatozoides a través de la capa de células que rodea el óvulo: la corona radiada. Los espermatozoides consiguen atravesar esta capa gracias a la liberación de la enzima hialuronidasa y el movimiento de su flagelo (la cola). Una vez atraviesan esta capa, los espermatozoides se encuentran con una segunda barrera: la zona pelúcida, la capa externa que rodea al óvulo.
- Penetración de la zona pelúcida: Se necesita más de un espermatozoide para lograr degradar la zona pelúcida, aunque finalmente solo uno de ellos podrá entrar en el óvulo. Para poder atravesar esta segunda barrera, la cabeza del espermatozoide establece contacto con el receptor ZP3 de la zona pelúcida del óvulo. Esto desencadena la reacción acrosómica, que consiste en la liberación de enzimas hidrolíticas denominadas espermiolisinas. Dichas enzimas disuelven la zona pelúcida para permitir el paso del espermatozoide. Asimismo, la reacción acrosómica provoca una serie de cambios en el espermatozoide que permiten su capacitación final para poder penetrar en el interior del óvulo fundiendo sus membranas.
- Fusión de membranas: Cuando el espermatozoide entra en contacto con la membrana plasmática del óvulo, se desencadenan 3 procesos distintos en el gameto femenino:
- La formación del cono de fecundación.
- La despolarización instantánea de su membrana.
- La liberación de gránulos corticales al espacio perivitelino.
- Fusión de núcleos y formación del cigoto: Con la entrada del espermatozoide, el óvulo se activa para terminar la meiosis, proceso que permite la reducción del número de cromosomas. Así, se libera el segundo corpúsculo polar y los cromosomas se colocan formando una estructura denominada pronúcleo femenino. Los pronúcleos son los núcleos de los gametos, los cuales tienen la particularidad de disponer de la mitad de cromosomas con respecto al resto de células del cuerpo, esto es, 23 cromosomas. Por su parte, el espermatozoide avanza hasta que su cabeza, que contiene el núcleo del espermatozoide, queda junto al pronúcleo femenino. La cola se desprende para terminar degenerando y el núcleo se hincha para formar el pronúcleo masculino. Una vez ambos pronúcleos se encuentran uno junto al otro, ocurre la fusión de ambos. Esto supone que las membranas de ambos pronúcleos desaparezcan para que sus cromosomas puedan juntarse y que la célula restablezca su dotación cromosómica, es decir, 46 cromosomas en total. Todo este proceso de la fecundación culmina con la formación del cigoto humano: primera célula del organismo fruto de la unión del óvulo y el espermatozoide.
Factores que Influyen en la Calidad del Espermatozoide
Una de las características diferenciales en la producción de células sexuales entre hombres y mujeres es que, si bien en el sexo femenino se nace con un número determinado de células que se van agotando a lo largo de los años, los varones producen espermatozoides diariamente a partir de la pubertad. Por otra parte, está la producción diaria de células espermáticas e implica que factores externos que puedan afectar al varón en un momento puntual van a interferir en el proceso de maduración de los espermatozoides en una determinada etapa. Esta es la razón por la que un solo estudio seminal no es suficiente para establecer el diagnóstico de un factor masculino, ya que debe confirmarse con un segundo estudio que debe demorarse entre mes y medio y dos meses.
La exposición a contaminantes ambientales (pesticidas, fertilizantes, disolventes entre otros), el consumo de tóxicos o incluso el estrés, pueden tener un efecto negativo en la calidad seminal.
Los espermatozoides se desarrollan en los testículos, concretamente en los túbulos seminíferos y, a continuación, pasan por el epidídimo donde alcanzan la maduración final. Durante la espermatogénesis se generan una gran cantidad de espermatozoides, pero solo será uno el encargado de fecundar al ovocito. La formación y maduración de los espermatozoides tiene una duración aproximada de 62 a 75 días. Sin embargo, para poder fecundar al ovocito será necesaria la capacitación del espermatozoide. Dicha capacitación ocurre en el aparato reproductor femenino y conlleva una serie de cambios a nivel de membrana.
El Viaje del Espermatozoide
Durante la eyaculación los espermatozoides, junto con el plasma seminal se liberan en el tracto genital femenino concretamente en la vagina y, es aquí donde se inicia el largo y tortuoso camino hacia el ovocito. En el recorrido se encuentran con una gran cantidad de obstáculos como el pH de la vagina (que es más óptimo en el momento de la ovulación), la acción inmunológica (los glóbulos blancos los pueden fagocitar), el moco cervical y la propia anatomía interna del aparato reproductor femenino. Solo aquellos espermatozoides que consiguen pasar el cérvix entraran en el útero y se dirigirán hacia la trompa de Falopio donde está el ovocito. Tan sólo unos pocos lo conseguirán.
En la trompa de Falopio los espermatozoides son retenidos en las criptas oviductales y da comienzo al proceso conocido como capacitación. Una vez adquirida la capacidad fecundante, el espermatozoide es liberado y se dirige hacia el ovocito. El óvulo está rodeado por las células de la granulosa, una vez el espermatozoide las consiga atravesar tendrá lugar la reacción acrosomal. Durante la misma, se liberan las enzimas presentes en el acrosoma permitiendo la entrada de la cabeza del espermatozoide y la fusión de los núcleos. Es este momento cuando el ovocito provoca un cambio en su membrana para evitar la entrada de más espermatozoides, fenómeno conocido como bloqueo de la polispermia.
Durante este recorrido, el espermatozoide atraviesa un trayecto de aproximadamente unos 19cm, y el tiempo va en contra ya que la vida media del ovocito es de unas 24 horas. Por tanto, el objetivo final del espermatozoide es fecundar al ovocito, pero no es una tarea fácil. Se trata de un camino largo y lleno de obstáculos en el que el espermatozoide tiene que ser capaz de superarlos para conseguir entrar en el ovocito.
El Óvulo: Estructura y Funciones
El óvulo, también conocido como ovocito, es una célula fundamental en nuestra reproducción. Es producida en los ovarios de la mujer y liberada durante el ciclo menstrual en un proceso que se conoce como ovulación y que es esencial en la fertilización y en el desarrollo de un bebé.
Los óvulos son células especiales, porque tienen la mitad del número de cromosomas que el resto de las células del cuerpo. En vez de tener 46, tiene 23 cromosomas (eso se llama haploide: el óvulo es una célula haploide). ¿Por qué? Porque de la combinación con el espermatozoide (otra célula haploide) se produce una combinación de cromosomas íntegra que será la que dé lugar al nuevo individuo.
Partes del Óvulo
Para comprender completamente la estructura de un óvulo, es esencial conocer sus partes principales:
- Corona radiata y membrana plasmática: La corona radiata es una estructura que rodea al óvulo compuesta por células foliculares, es decir, células que rodean al óvulo en el interior del folículo ovárico. La función de estas células es la de acompañar al óvulo en su desarrollo y protegerlo y nutrirlo mientras se encuentre en el ovario. Cuando el óvulo está ya maduro para ser liberado a la trompa de Falopio, estas células de la corona radiata se separan de él. Actúa como una barrera semipermeable que regula el paso de sustancias dentro y fuera de la célula. Debajo de la corona radiata, está la membrana plasmática, que envuelve el óvulo y desempeña un papel clave en el apoyo al desarrollo y crecimiento del embrión contenido en el óvulo.
- Zona pelúcida: Justo después de la membrana plasmática, encontramos una capa de proteínas que se llama zona pelúcida. Esta capa tiene múltiples funciones, incluyendo la protección del óvulo y la regulación de la interacción con los espermatozoides durante la fertilización. Para poder fecundar el óvulo, el espermatozoide debe atravesar la zona pelúcida.
- Citoplasma y vitelo: El citoplasma es la región interna del óvulo y contiene numerosas estructuras, como el núcleo, las mitocondrias y los ribosomas. Estas estructuras del óvulo desempeñan un papel fundamental en el funcionamiento y la supervivencia del óvulo. La sustancia de la que se forma el citoplasma se llama vitelo o yema. Es una sustancia nutritiva que proporcionará nutrientes esenciales al embrión en las primeras etapas de su desarrollo. En el momento en que el vitelo se agota, el embrión empieza a depender de fuentes externas de alimento y es entonces cuando tiene importancia la placenta.
- Gránulos corticales: Los gránulos corticales son pequeñas estructuras que se encuentran en el citoplasma del óvulo. Contienen enzimas y proteínas que son liberadas cuando el espermatozoide entra en el óvulo durante la fertilización. Esta liberación tiene varios efectos:
- Bloqueo a otros espermatozoides: uno de los papeles más importantes de los gránulos corticales es prevenir la poliespermia, es decir, la fertilización del óvulo por múltiples espermatozoides. Cuando un espermatozoide penetra en el óvulo, los gránulos corticales liberan su contenido en la zona pelúcida que rodea al óvulo. Esto provoca cambios en la zona pelúcida que la vuelve impermeable a otros espermatozoides, impidiendo así que más de un espermatozoide pueda fertilizar el mismo óvulo.
- Activación del óvulo: la liberación de enzimas también desencadena que empiece la división celular y, posteriormente, la formación del embrión.
- Núcleo: El núcleo del óvulo contiene la información genética de la mujer en forma de cromosomas. Como hemos dicho, cuando el óvulo se une al espermatozoide, en la fertilización, este núcleo se fusiona con él, combinando la información genética de ambos padres.
- Mitocondrias: Las mitocondrias generan energía para la célula. Los óvulos contienen una gran cantidad de mitocondrias, que son heredadas exclusivamente de la madre.
Funciones del Óvulo
El óvulo cumple, por lo tanto, varias funciones críticas en nuestra reproducción:
- Fertilización: Una de las funciones principales del óvulo es la de ser fertilizado por un espermatozoide. Cuando un espermatozoide penetra en el óvulo, se produce la fusión de los núcleos de ambas células, lo que da lugar a la formación de un cigoto. Este cigoto es la célula inicial de un nuevo organismo humano.
- Transporte de información genética: El óvulo aporta la mitad de la información genética necesaria para crear un nuevo individuo. Los cromosomas en el núcleo del óvulo determinan rasgos heredados, como el color de ojos, la altura y la predisposición a ciertas enfermedades. También las enfermedades mitocondriales dependen de la herencia de las mitocondrias maternas.
- Suministro inicial de energía: Las mitocondrias presentes en el citoplasma del óvulo proveen de la energía necesaria para el primer período de desarrollo del embrión. Estas mitocondrias son de origen materno, lo que significa que la descendencia hereda su material genético mitocondrial solo de la madre.
- Regulación de la interacción espermatozoide-óvulo: La zona pelúcida y otros componentes del óvulo juegan un papel importante en la interacción entre el espermatozoide y el óvulo durante la fertilización. La zona pelúcida evita que múltiples espermatozoides fertilicen el mismo óvulo, asegurando así la fertilización exitosa y la integridad genética del nuevo organismo.
Tabla Resumen de las Etapas de la Fecundación
| Etapa | Descripción |
|---|---|
| Penetración de la corona radiada | Los espermatozoides atraviesan la capa de células que rodea el óvulo gracias a la hialuronidasa y su movimiento. |
| Penetración de la zona pelúcida | Varios espermatozoides degradan la zona pelúcida, pero solo uno entra al óvulo. |
| Fusión de membranas | La membrana del espermatozoide se fusiona con la del óvulo, desencadenando la formación del cono de fecundación y la liberación de gránulos corticales. |
| Fusión de núcleos y formación del cigoto | Los pronúcleos del espermatozoide y del óvulo se fusionan, restableciendo la dotación cromosómica completa y formando el cigoto. |
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