Desarrollo embrionario: el huevo. La oviposición
Cuando el espermatozoide fertiliza al huevo éste ya está formado, con su estructrua definitiva. La estructura del huevo es la siguiente.

 

 Corte transversal de un huevo de insecto, mostrando las partes de que consta; (b) división del núcleo y comienzo de la emigración hacia la periferia; (c) comienzo de la división celular en el periplasma y formación del blastodermo. (Liñán, 1998).

• externamente se encuentra una cubierta denominada corión, formada a partir de una capa de células del oocito. En este corión se encuentra una serie de poros o aberturas, llamados micrópilos, por donde penetra el espermatozoide y otras denominadas aerópilos, que sirven para que el huevo pueda respirar.
• internamente se encuentra una membrana, la membrana vitelina, que recubre toda la célula huevo; el citoplasma de la célula (se distinguen varios tipos: el periplasma y el nuclear, según su aspecto y posición); rellenando la mayor parte del huevo está el vitelo o deutoplasma, donde se encuentran las reservas nutritivas del huevo; y en el centro se encuentra el núcleo.

El espermatozoide penetra por alguno de los micrópilos y va a unirse al núcleo. Comienza entonces un proceso continuado de división mitótica del zigoto. Como resultado de esta repetida multiplicación intravitelina aparecen un elevado número de núcleos con su correspondiente halo de citoplasma, distribuidos entre el vitelo. Estos núcleos emigran hacia las regiones periféricas del huevo (el periplasma o citoplasma cortical), donde forman una capa que sigue multiplicándose hasta recubrir enteramente su superficie. Al mismo tiempo van apareciendo tabiques entre los núcleos que van definiendo las células, que finalmente crean una capa continua que recubre el vitelo. Esta capa de células se denomina blastómero y el huevo se encuentra en la fase de blástula (Fig. 4.2 b y c).
Desde la fase de blástula se producen un serie de cambios en el blastómero que iniciarán la formación del embrión, acompañadas por diversas invaginaciones (gastrulación) de éste que darán lugar a unas capas celulares: el mesodermo, el endodermo y el ectodermo, a partir de las cuales se formarán los tejidos y órganos del insecto. Aparecen un grupo de células separadas del blastómero, las células polares, que formarán las gónadas. Durante todo este proceso el vitelo aporta el alimento necesario.
La deposición de los huevos por la hembra es lo que se conoce como oviposición, y es muy variable.

• muchos insectos fitófagos realizan la puesta sobre el sustrato vegetal: sobre las hojas, pegados al tallo, en los frutos, flores, en oquedades de las plantas. También ocurre que las hembras hagan la puesta en el interior del sustrato vegetal, taladrando la superficie del vegetal en mayor o menor profundidad. Hay muchos insectos que hacen la puesta en el suelo, generalmente cerca de la planta que les servirá de alimento.
• los insectos parasitoides suelen dejar sus huevos dentro del insecto huésped, usando su ovipositor, y también dejando el huevo junto al insecto, de forma que cuando salga la larva sea ella la que penetre en el huésped. A veces no penetra y se queda pegado a él, pero esto ocurre cuando el huésped tiene algún tipo de cubierta protectora (caso de muchos cóccidos, o de larvas minadoras de varios grupos de insectos).
• los insectos depredadores suelen hacer la puesta en lugares donde la larva que emerja encuentre fácilmente la presa.

Los huevos pueden depositarse agrupados o aislados. En ambos casos pueden presentar diferentes características: pueden estar libres, sin secreciones aparentes que los recubran, o cubiertos de escamas o pelos que la hembra obtiene de su cuerpo, o de secreciones que la hembra depone para unir todos los huevos y que sirva de protección, pueden estar en el extremo de pedúnculos más o menos largos, incluso pueden estar resguardados en cápsulas producidas por la hembra mediante secreciones de glándulas que se endurecen, sirviendo de resguardo a la puesta.
En cuanto a la forma (Fig. 4.3), ésta es muy variable, y depende de la especie en cuestión. Las formas más comunes son: esféricos, en forma de bala, ovoides, alargados, en forma de tonel. Dentro de la forma podemos considerar también el aspecto de su superficie: los hay que son lisos, pero también son frecuentes con estrías, dibujos o resaltes.
El color de un huevo recién depositado suele ser claro, entre blanco y amarillo claro, aunque también los hay que presentan algunos colores en el momento de la puesta. Conforme evoluciona el huevo suele cambiar su color, oscureciéndose.
El tamaño del huevo de los insectos es relativamente grande en relación con el organismo que los forma y con el resto de células, debido a la acumulación de reservas. Puede llegar a ser de varios mm. En el extremo más pequeño, caso de insectos parasitoides, su tamaño se encuentra entre 0,02 y 0,28 mm.

 

 Algunos ejemplos de huevos de insectos. 1, de neuróptero; 2, de hemíptero heteróptero; 3, himenóptero calcícido; 4 y 5, de dípteros; 6, de lepidóptero; 7, de ortóptero. (Liñán, 1998).

La duración como estado de huevo es variable. Se dan casos de que sólo dure unas pocas horas, o incluso que llegue a durar varios meses, pero lo más frecuente es que sea cuestión de días. En cualquier caso, el tiempo en la fase de huevo está muy influida por la temperatura: conforme disminuye ésta del valor óptimo, el tiempo que pasa en el estado de huevo aumenta.

 El huevo de insecto es el estadio de vida del insecto que comienza dentro del aparato reproductor de la madre, cuando el ovocito se rodea de una capa de células provenientes de la madre que formarán su cáscara ("células foliculares"), y finaliza cuando, luego de la fecundación y el posterior desarrollo embrionario, el primer estadio juvenil rompe la cáscara. El huevo como tal nace en el aparato reproductor de la madre, cuando los nutrientes y la cáscara externa alrededor del ovocito comienzan a formarse, finalizado el proceso las células que los forman mueren por apoptosis celular, en ese momento el huevo está "maduro" y el corion (las capas externas de la cáscara, no nutritivas) debe poseer la permeabilidad suficiente para que ocurra el intercambio de gases y agua. Posteriormente, por mecanismos variados, el huevo es fecundado con semen proveniente del padre, que entra hasta el ovocito a través de un poro en el corion (la entrada del semen puede ser facilitada por mecanismos diversos). Como consecuencia de la fecundación y luego de algunos procesos se forma el embrión que se desarrolla a expensas de los nutrientes contenidos dentro del corion. En general la fecundación ocurre dentro del aparato reproductivo de la madre quien posteriormente deposita el huevo ("ovipone") en un ambiente externo seleccionado por ella. El huevo debe poseer una morfología y elasticidad suficientes como para atravesar el ovipositor de la madre. En el ambiente externo el huevo inmóvil está expuesto al ataque de predadores y patógenos, en consecuencia evolucionaron adaptaciones que aportan al huevo de protección mecánica, química, o de cuidado parental. El huevo también está expuesto a la futura competencia de las larvas por el alimento (las larvas en general tienen poca movilidad, sobre todo cuando están recién eclosionadas), por lo cual la hembra grávida está adaptada a depositar los huevos de forma estratégica, por ejemplo los ubica espaciados entre sí, o cerca de una fuente importante de alimento para los futuros juveniles.

La morfología del huevo maduro es muy variada entre órdenes de insectos. Los planos de simetría dorso-ventral y cabeza-cola se evidencian en la morfología externa del huevo, y ya se observan desde su formación. Muchas veces se puede reconocer a qué insecto pertenece el huevo por su morfología externa (se dice que la morfología externa del huevo tiene “valor taxonómico”). A pesar de su variada morfología, aun así se reconoce un esquema generalizado del huevo que está muy conservado evolutivamente. El huevo en un esquema generalizado consta de un ovocito con nutrientes ("yema"), envuelto por la membrana vitelina (que contiene más nutrientes), y 4 capas de corion protector, cada una con sus características químicas, de adentro hacia afuera: la capa de ceras, la capa cristalina interna, el endocorion y el exocorion^{nota 3} ). Se llama cáscara al conjunto de las capas de membrana vitelina y corion.

La ovogénesis (el proceso de formación del huevo maduro) también se encuentra bastante conservada evolutivamente, reconociéndose sólo 3 tipos de ovogénesis (Postlethwait y Giorgi, 1985), clasificadas en base a en qué parte del aparato reproductor se encuentran las células formadoras de nutrientes (trofocitos).

En el momento de la oviposición se pueden liberar volátiles que sean captados por individuos de la misma o de otra especie, que pueden modificarles su comportamiento de acuerdo a la información obtenida. Por ejemplo se observan hembras que en el momento de la oviposición liberan feromonas de atracción de la oviposición, de forma que los conespecíficos tienden a oviponer en ese sustrato, o feromonas inhibidoras de la oviposición, con el resultado contrario. También la planta donde ocurre la oviposición puede liberar en consecuencia volátiles (“synomonas”) que sean atractores de predadores o parasitoides de los huevos.

El canibalismo de huevos no es un fenómeno extraño entre los insectos, lo cual sugiere que tendrá un valor adaptativo, que quizás sea el de disminuir la competencia con el resto de la camada, o la obtención de nutrientes, o la adquisición de más carga de endosimbiontes. El canibalismo es más observado en las especies que ponen sus huevos agrupados, menos observado cuando los huevos se ponen espaciados, y no fue observado en los casos en que los huevos son cubiertos por heces, por una ooteca, o por tejidos de plantas.

El todavía nuevo campo de la ecología química nos permite echar luz sobre las relaciones entre el huevo depositado en su sustrato y el ambiente y sus organismos asociados, situación que ocurre desde el momento de la oviposición hasta que emerge el juvenil del huevo. Se han encontrado relaciones complejas y de carrera armamentista con predadores, parásitos, patógenos, competidores, microorganismos asociados, y hospedadores y plantas hospedadoras cuando las hay.

Se enumeran ejemplos de importancia biológica, médica, o veterinaria.

Ovogénesis

El huevo se forma en el aparato reproductor de la madre, la ovogénesis comienza en unos tubos largos llamados ovariolas, que desembocan en una cámara llamada oviducto. Al llegar al oviducto el huevo (que en ese momento consta del ovocito con yema, rodeado de la cáscara) ya está formado ("maduro") y listo para ser fecundado y ovipuesto en un sustrato adecuado.
La ovogénesis (el proceso de formación del huevo) se encuentra bastante conservada evolutivamente, reconociéndose sólo 3 tipos de ovogénesis (Postlethwait y Giorgi, 1985), en base a en qué parte del aparato reproductor se encuentran las células formadoras de nutrientes ("trofocitos", o "células niñeras"). En el primer tipo de ovogénesis, llamado ovogénesis panoística, no hay trofocitos. En el segundo tipo, llamado meroística telotrófica, los trofocitos quedan suspendidos en el extremo de la ovariola a pesar de que el ovocito va deslizándose a través de ella. En el tercer tipo, llamado panoística politrófica, los trofocitos se deslizan por la ovariola junto con el ovocito. A la primera categoría pertenecen órdenes de insectos como los de las cucarachas y los mántidos (Blattodea), y los grillos (Orthoptera), a la segunda los escarabajos (Coleoptera), y a la tercera moscas y mosquitos (Diptera), abejas, avispas y hormigas (Hymenoptera), polillas y mariposas (Lepidoptera), dermápteros, y psocópteros.
Eventos del desarrollo clave durante la ovogénesis son: el establecimiento de cabeza y cola, dorso y vientre (es decir, el establecimiento de los planos de simetría, por eso se dice que está "polarizado"), la acumulación de yema en el ovocito, y la construcción de la cáscara (la membrana vitelina y el corion).
El ovocito recorre la ovariola asociado a células formadoras de nutrientes (trofocitos) y también a células formadoras de corion (el epitelio folicular, que también aporta nutrientes), además recibe nutrientes de otros sistemas fuera del aparato reproductor, como el "cuerpo graso". Los nutrientes en general son sintetizados por otras células y llevados al ovocito formando parte de la yema, o depositados en la membrana vitelina. Hay evidencia de que una parte de la yema y de la membrana vitelina pueden provenir del ovocito en formación, pero la mayor parte proviene de fuentes externas: los trofocitos que proveen de la yema, el “cuerpo graso” provee también de yema, y los folículos membrana vitelina y yema. El componente principal de la yema es la vitelogenina que al ser secuestrada por el ovocito es modificada co- y post- transcripcionalmente por la adición de glicosil, residuos de fosfatos y sulfatos, de esta forma se la conoce como vitelina y es la forma en que se la almacena en los “gránulos de yema” del ovocito. También son parte importante de la yema las gotas de lípidos (probablemente provenientes de los trofocitos) y partículas ricas en glycogen (glucógeno?) sintetizadas por el mismo ovocito.
La yema es secuestrada mediante receptor en todos los insectos estudiados, es una parte de la ovogénesis muy conservada evolutivamente. Dentro del ovocito entran como endosomas que se fusionan en lo que se conoce como “esferas de yema” (“yolk spheres”), que más tarde, durante la embriogénesis, funcionarán como lisosomas especializados. Las proteínas de la yema son degradadas por enzimas proteasas para ser utilizadas por el embrión en desarrollo.
Se llama vitelo a los nutrientes dentro del huevo que alimentan al embrión hasta que pueda obtener su alimento por sus propios medios (que no necesariamente coincide con el momento de emergencia del juvenil). La membrana vitelina se origina por formación de nutrientes dentro del ovocito y transportados a la membrana, y también en algunos casos por formación y transporte desde los trofocitos, el epitelio folicular, y fuentes externas como el cuerpo graso.
Las células foliculares forman parte del epitelio del ovocito y principalmente secretan las sucesivas capas de corion internamente a ellas en las últimas etapas de la ovogénesis. Se dividen y se separan en subpoblaciones que se mueven a posiciones específicas, adaptan sus superficies e intervienen así en la polarización del ovocito. El corion es complejo, con moléculas grandes altamente organizadas regional y radialmente. Al finalizar la formación del huevo, los folículos mueren por apoptosis.

Morfología del huevo maduro

El huevo puede poseer diferentes formas: redondo o semirredondo, irregular, cilíndrico con puntas esféricas, cilíndrico con puntas en punta. En su superficie puede haber proyecciones, y variable número de apéndices ubicados en el polo anterior, el polo posterior, o en los dos polos. También varían mucho en tamaño, el más pequeño posee 140 micrómetros (el díptero Ancnemia Amoena, Manzini y Santini 1983), el más grande más de 10 milímetros de largo (el ortóptero Saga pedo, Mazzini 1976). Los huevos también pueden poseer en su corion, además de las regiones mencionadas, aeropilas y plastrón, que son elementos para facilitar el intercambio de gases. Las aeropilas llegan a un “meshwork” en el endocorion y facilitan la entrada de aire (el aire también puede difundir por partes de la cáscara que quedaron más delgadas, debido a que la actividad folicular desaparece por apoptosis de las células y queda el hueco). El plastrón se da en huevos sumergidos bajo el agua, y consta de una lámina de aire retenido debido a unos apéndices construidos por material hidrófugo. Esta adaptación surgió porque los gases difunden mucho más lentamente bajo el agua. Pueden poseer en su superficie líneas de corion adelgazado o debilitado observables desde el exterior, llamadas líneas de ruptura.

 
 

 

Cascara

La cáscara consta de la envoltura vitelina y el corion. Sugiere los requerimientos fisiológicos del embrión y en qué ambiente está más adaptado a desarrollarse hasta emerger el juvenil, los sugiere en su estructura, materiales, elasticidad y permeabilidad. La envoltura vitelina debe nutrir al embrión al menos hasta la emergencia. La cáscara también tiene la restricción mecánica de deber pasar por el ovipositor de la hembra exitosamente, y en la cáscara se puede observar la o las micropilas, que es la estructura que posee el orificio por donde entra el esperma para la fecundación (en Drosophilidae es una estructura que se llama aparato micropilar por ejemplo).
La cáscara tiene valor taxonómico porque es muy diferente entre órdenes, tanto en composición como en estructura.
Las diferencias observables en la composición y complejidad de las capas de cáscara en diferentes grupos de insectos pueden estar en parte correlacionadas con las condiciones ambientales en que el huevo es ovipuesto. Por ejemplo en avispas parásitas la cáscara es usualmente delgada y relativamente homogénea, permitiendo la flexibilidad durante el pasaje por el delgado ovipositor, y, como el embrión se desarrolla dentro de los tejidos del hospedador donde la desecación no es un problema, la capa de ceras del corion está ausente. En contraste, muchos insectos depositan sus huevos en lugares secos donde deben evitar la pérdida de agua sin perder la capacidad de oxigenarse, esto último es más difícil en los huevos de gran tamaño que tienen mala relación superficie/volumen. La mayor parte de los huevos terrestres tienen un corion de capas de ceras hidrófugas que contiene un "meshwork" con una capa de gas en contacto con la atmósfera a través de pequeños oificios llamados aeropilas. (Gullan Cranston 2010 p.141)
Las funciones de la cáscara a lo largo del estadio son:

• Permitir entrada de esperma y de hecho facilitarlo
• Tener elasticidad suficiente como para facilitar la oviposición
• Protección del huevo frente al ambiente adverso una vez depositado
• Poseer suficiente permeabilidad a los gases y el agua para que ocurra el intercambio durante el desarrollo del embrión.
• Suplir las necesidades fisiológicas durante el desarrollo del embrión
• Facilitar la emergencia del embrión cuando rompe la cáscara para emerger como larva.

Las sucesivas capas de las que consta el corion están bastante conservadas evolutivamente. Se pueden estudiar los diferentes huevos como desviaciones del “huevo generalizado”, conservado tanto en su naturaleza (en dónde se originan las capas) como en el orden de las capas (aunque se han encontrado casos de convergencia evolutiva, Chapman et al. 2012). El huevo maduro posee 2 envolturas, la primera es la envoltura vitelina (a veces confusamente llamada membrana vitelina) y la segunda es el corion con sus capas. El corion cubre completamente al ovocito y a su membrana vitelina, y consta de 4 capas.
Lo más conservado de la cáscara es la envoltura vitelina y la siguiente capa, ya de corion, con las placas de cera.
La envoltura vitelina no siempre es continua. Varía en su morfología: puede ser continua, amorfa, porosa, granular, perforada (Chauvin y Barbier 1979), regular o irregular.
La primera capa de corion, la más conservada evolutivamente que se encuentra incuso en apterigonas, es la capa de placas de cera. Sólo no se encuentra la capa de ceras en himenópteros parásitos, presumiblemente porque esos huevos no necesitan resistencia a la desecación (Margaritis y Mazzini 1998). La capa de placas de cera se deduce por estudios de permeabilidad (ya que la cera impide el paso de agua, y se disuelve en soluciones no polares). El epitelio folicular externo al huevo deposita unas placas hexagonales de cera hasta que cubren toda la envoltura vitelina. Una vez depositada una capa se repite el proceso varias veces. Se han contado desde 4 capas de cera (Papassideri y Margaritis 1986) hasta 7 (Mazzini et al., 1987). Las placas, hexagonales, se depositan bien presionadas unas con otras de forma que puedan expandirse sin que se rompa la capa al expandirse el ovocito durante la maduración.
Las demás capas de corion pueden existir pero es muy variable si se encuentran o no, como también varían los nombres con que se las conoce. A los fines de este texto se utilizará la terminología que las denomina: la capa cristalina interna, el endocorion (amorfo) y el exocorion (fibroso). En particular la capa de endocorion presenta mucha variabilidad entre especies lo que sugiere que debe adaptarse al microhábitat en cada especie. También es la que está adaptada a generar estructuras especializadas (“regiones”). Por ejemplo son regiones en Drosophila el polo posterior, el cuerpo principal, el opérculo y el ”collar” (regiones de debilidad que facilitan la emergencia del juvenil), el aparato micropilar (que facilita la entrada del esperma), y los apéndices respiratorios.

Fecundación

Al finalizar la ovogénesis el huevo maduro ya puede ser fecundado, en general la hembra durante el apareamiento recibió esperma del macho que aloja en una cavidad de su sistema reproductor llamada espermateca. Los huevos maduros llegan desde la ovariola donde fueron formados hasta el oviducto donde son embebidos por el esperma de la espermateca. Allí entran los espermatozoides (por ejemplo a través del aparato micropilar del huevo) y ocurre la fecundación.

 

En insectos de reproducción sexual, la fertilización usualmente dispara la activación del huevo, el desencadenamiento de los procesos que formarán el insecto adulto (aunque hay muchos ejemplos de activación sin fertilización). El nuevo núcleo diploide se divide por mitosis (sin citokinesis) formando un sincicio. Cada uno de estos núcleos con su citoplasma más próximo, las enérgidas de clivación, migran todos al mismo tiempo hacia la periferia del ovocito, donde la membrana celular se invagina hasta celularizarlos, formando una capa de una célula de espesor en la superficie del ovocito: el blastodermo. La formación de membranas ocurre recién en la superficie debido a la gran cantidad de yema que dificulta su creación. El embrión se visualiza cuando una región del blastodermo se diferencia en lo que se llama el disco germinal, que puede tener un tamaño variado según el orden, el resto del blastodermo se vuelve una membrana llamada serosa o cubierta embriónica. Durante la gastrulación el disco se invagina y se hunde dentro de la yema, formando un embrión de dos capas con una cavidad amniótica. Luego comienza a segmentarse el embrión, o banda germinal. Posteriormente el embrión puede moverse hasta su posición final dentro del huevo en la katatrepis. Hacia el final de la embriogénesis, los bordes de la banda germinal crecen por sobre el resto de la yema y se fusionan medio-dorsalmente, así se forman los lados lateral y dorsal del insecto en el proceso llamado cierre dorsal. En algunos órdenes más derivados (en todos los Diptera, Coleoptera e Hymenoptera estudiados) se pueden distinguir todos los segmentos en la etapa de celularización. (Gullan Cranston 2010 The Insects p.198-199)
En insectos basales, ametábolos y hemimetábolos, el embrión listo para emerger de la cáscara es una proninfa: un estadio especializado en romper la cáscara.

Blastodermo de insecto y disco germinal en formación 

etapas del desarrollo embrionario de los insectos