De la fecundación al nacimiento: cómo se construye un ser humano

Una tarde de invierno de 1827, en un laboratorio de la Universidad de Königsberg, Karl Ernst von Baer deslizó el ovario de una perra bajo su microscopio y vio algo que nadie había logrado confirmar jamás. Oculto dentro de uno de los pequeños folículos llenos de líquido había una sola esfera pálida, el óvulo de los mamíferos. La gente había sospechado de su existencia durante unos ciento cincuenta años, desde que los anatomistas especularon por primera vez con que los mamíferos, como las aves, debían comenzar a partir de algún tipo de huevo, pero nadie lo había visto realmente. Von Baer sí lo vio, y ese mismo año publicó el resultado en un delgado tratado en latín con un título grandioso, De Ovi Mammalium et Hominis Genesi, "Sobre la génesis del óvulo de los mamíferos y del hombre".

Esa única observación marcó el verdadero comienzo de la embriología moderna, porque identificó el punto de partida de toda vida humana en una sola célula. Todo lo que viene después, los billones de células de un cuerpo adulto, cada órgano, cada nervio, cada hueso, se remonta a la fusión de ese óvulo con un espermatozoide. La pregunta que responde este artículo es engañosamente sencilla: ¿cómo logra una sola célula, sin ningún plano clavado en una pared y sin ningún capataz dirigiendo el tráfico, plegarse hasta convertirse en un ser humano completo a lo largo de cuarenta semanas?

Un encuentro que casi nunca ocurre

La fecundación es mucho más rara y geográficamente específica de lo que sugiere su reputación. En la eyaculación, un hombre libera del orden de doscientos millones de espermatozoides, una cifra enorme que existe precisamente porque el viaje que tienen por delante es brutal. Los espermatozoides deben recorrer toda la longitud del útero y adentrarse en la trompa de Falopio, contra corrientes, a través de una química hostil, y la mayoría de ellos nunca lo consigue. De esos doscientos millones, solo unos pocos cientos alcanzan realmente la ampolla, el amplio tramo exterior de la trompa de Falopio donde normalmente se produce la fecundación.

La cuestión del momento hace que el encuentro sea todavía más limitado. Tras la ovulación, el óvulo permanece viable solo durante unas doce a veinticuatro horas. Si los espermatozoides no están ya esperando en la trompa o no llegan dentro de esa breve ventana, el óvulo se degenera y se pierde. Así que la fecundación es rara, breve y fijada a un lugar específico del cuerpo. La imagen popular de una carrera frenética que termina en una llegada triunfal no es errónea, pero subestima cuántas maneras hay de que el encuentro simplemente no llegue a ocurrir.

La química del espermatozoide que se encuentra con el óvulo

Cuando un espermatozoide alcanza finalmente el óvulo, la unión no es una simple colisión, sino una secuencia de pasos moleculares que tienen que producirse en orden. El óvulo está envuelto en una gruesa cubierta exterior llamada zona pelúcida, una coraza de glicoproteínas. El espermatozoide se une primero a una glicoproteína específica de esa cubierta, un acontecimiento de reconocimiento que ayuda a garantizar, en condiciones normales, que óvulo y espermatozoide pertenezcan a la misma especie.

La unión desencadena el siguiente paso. La cabeza del espermatozoide lleva un casquete llamado acrosoma, repleto de enzimas. Al entrar en contacto, el casquete acrosómico vacía esas enzimas, que digieren un camino a través de la zona pelúcida para que el espermatozoide pueda llegar a la propia membrana del óvulo. Las dos membranas se fusionan entonces, y el contenido del espermatozoide, incluido su núcleo, pasa al interior del óvulo. En ese momento dos núcleos haploides, cada uno portador de un único juego de veintitrés cromosomas, se combinan en un único núcleo diploide portador de la dotación completa de cuarenta y seis. Esa única célula combinada es el cigoto, la primera célula de un nuevo individuo y la línea de salida genética de todo lo que viene después.

Cerrarle la puerta a un segundo espermatozoide

En el instante en que el primer espermatozoide se fusiona con el óvulo, aparece un nuevo problema. Si entrara un segundo espermatozoide, la célula resultante portaría tres juegos de cromosomas en lugar de dos, una condición triploide, y un embrión así no puede desarrollarse con normalidad. La solución de la evolución consiste en sellar el óvulo en el momento en que comienza la fecundación, y lo hace con dos mecanismos distintos que actúan en escalas de tiempo diferentes.

El primero es casi instantáneo. En una fracción de segundo tras la fusión, la membrana del óvulo experimenta un cambio rápido en su carga eléctrica, una despolarización que actúa como bloqueo rápido, haciendo momentáneamente imposible que otro espermatozoide se fusione. Esta barrera eléctrica es veloz pero temporal, una solución provisional. El segundo mecanismo es más lento y permanente. A lo largo de los segundos y minutos siguientes, el óvulo libera enzimas que endurecen químicamente la zona pelúcida, transformando la cubierta antes receptiva en una coraza impenetrable. Juntas, estas dos reacciones, el bloqueo eléctrico rápido y el bloqueo químico lento, garantizan que solo un espermatozoide aporte su genoma. Sin ellas, el resultado habitual de la fecundación sería una célula triploide condenada al fracaso, y un embarazo exitoso sería la excepción en lugar de la regla.

De una sola célula a una bola hueca de células

Una vez fecundado, el cigoto hace algo que parece, al principio, casi una trampa. Se divide, y luego vuelve a dividirse, pero no crece. El volumen total se mantiene más o menos constante mientras aumenta el número de células, de modo que cada célula sucesiva es más pequeña que la anterior. Esta fase temprana de división sin crecimiento se llama segmentación, y avanza con un reloj notablemente regular, con el número de células aproximadamente duplicándose cada unas veinte horas.

El calendario es fácil de seguir. Hacia un día y medio hay dos células, hacia el cuarto día una bola sólida de unas dieciséis células llamada mórula, y hacia el quinto o sexto día una esfera hueca llamada blastocisto, con un grupo interno de células (la masa celular interna, que se convierte en el embrión propiamente dicho) a un lado de una cavidad llena de líquido. A lo largo de todo esto, el grupo en crecimiento sigue envuelto dentro de la zona pelúcida original e inalterada, derivando lentamente por la trompa de Falopio hacia el útero. Solo cuando llega al útero el blastocisto eclosiona de esa cubierta y se introduce en la pared uterina, el acontecimiento llamado implantación, que ancla el embarazo y da inicio a la larga colaboración entre embrión y madre.

Tres láminas que se convierten en un cuerpo entero

En la tercera semana tras la fecundación, el embrión ejecuta la maniobra que convierte una bola de células en los comienzos de un animal organizado. La masa celular interna se reorganiza en tres láminas planas apiladas una sobre otra, las tres capas germinales: el ectodermo en el exterior, el mesodermo en el medio y el endodermo en el interior. Esta disposición engañosamente sencilla es el plano maestro de todo el cuerpo, porque cada tejido de un ser humano puede remontarse a una de estas tres capas.

Las asignaciones son consistentes y fueron determinadas, muy apropiadamente, por el propio von Baer en 1828. El ectodermo da origen a las superficies externas y al sistema nervioso, incluida la piel, el cabello, y todo el cerebro y la médula espinal. El mesodermo produce los tejidos estructurales y circulatorios, los músculos, los huesos, la sangre, el corazón y los riñones. El endodermo forma los revestimientos internos, el tubo digestivo y los órganos que brotan de él, incluidos los pulmones, el hígado y el páncreas. Una vez que estas tres capas están en su sitio, el desarrollo se convierte en una cuestión de plegamiento, migración y señalización, a medida que las capas se doblan e interactúan para esculpir órganos. La mayor parte de esa construcción de órganos, llamada organogénesis, transcurre desde aproximadamente la tercera semana hasta la octava, y es el tramo más delicado y más vulnerable de todo el proceso.

El órgano temporal construido por dos personas

Mientras el embrión va estableciendo sus órganos, otro órgano se ensambla en paralelo, y no pertenece a ningún individuo concreto. La placenta es un órgano genuino, pero extraño, construido a partir de una mezcla de tejido fetal (el trofoblasto, las células externas del blastocisto) y tejido materno (el endometrio, el revestimiento del útero). Es única en la biología de los vertebrados en varios aspectos: se forma desde cero para cada embarazo, dura las cuarenta semanas completas y ni un día más, desempeña varias tareas a la vez, y se expulsa junto con el bebé para luego ser desechada.

Vale la pena detallar las tareas de la placenta, porque está realizando el trabajo de varios órganos adultos simultáneamente. Se encarga del intercambio de gases, suministrando oxígeno y eliminando dióxido de carbono en lugar de unos pulmones que el feto todavía no puede usar. Gestiona la nutrición y los desechos, pasando glucosa, aminoácidos y otros nutrientes al feto mientras retira los desechos metabólicos. Y funciona como glándula endocrina, produciendo hormonas que mantienen el embarazo y preparan el cuerpo de la madre para el parto y la lactancia. Hay una idea equivocada persistente que conviene corregir aquí, porque está entre los errores más comunes de los estudiantes en toda la materia: la sangre de la madre y la sangre del feto no se mezclan. Las dos circulaciones permanecen completamente separadas. Todo el intercambio ocurre por difusión a través de la fina membrana de las vellosidades coriónicas, las proyecciones fetales en forma de dedos que se hallan bañadas en charcos de sangre materna. El oxígeno, los nutrientes y los desechos cruzan esa membrana, pero los dos torrentes sanguíneos nunca se unen.

Cuarenta semanas en tres actos

La gestación humana dura unas cuarenta semanas, divididas convencionalmente en tres trimestres de aproximadamente trece semanas cada uno, y cada trimestre tiene sus propias prioridades de desarrollo, sus propios riesgos característicos y sus propios hitos clínicos. El primer trimestre es la era de la construcción. Es cuando tienen lugar la fecundación, la segmentación, la implantación, las tres capas germinales y la organogénesis, y como se está estableciendo el plan corporal básico, es también el periodo de mayor vulnerabilidad a las alteraciones. El segundo trimestre trata en gran medida del crecimiento y el refinamiento, a medida que los órganos ya formados maduran y aumentan de tamaño y el movimiento se vuelve detectable. El tercer trimestre trata de terminar y engordar, a medida que el feto gana peso, los pulmones maduran hacia el punto de poder respirar aire, y el cuerpo se prepara para la vida exterior.

La embriología traza una línea especialmente nítida a lo largo de esta cronología, al final de la octava semana. Antes de ese punto, el organismo en desarrollo se llama embrión; después de él, feto. La distinción no es una palabra arbitraria. Marca el momento en que la organogénesis prácticamente termina, cuando los principales órganos han quedado esbozados y el trabajo pasa de construir nuevas estructuras a simplemente hacer crecer las que existen. Un embrión está en construcción; un feto, en su mayor parte, está creciendo.

Lo notable de toda la secuencia de cuarenta semanas es la precisión con que puede rastrearse ahora. La obstetricia moderna puede fechar un embarazo con un margen de aproximadamente una semana, obtener imágenes de un corazón latiendo hacia la sexta semana, e identificar el sexo del feto hacia la decimosexta semana. Este es uno de los procesos mejor cartografiados de toda la biología humana, y su calendario no lo fija ninguna instrucción externa, sino el propio genoma, el mismo conjunto de genes, encendiéndose y apagándose en un orden fijo, que construyó a cada ser humano que ha vivido jamás.

Conclusiones clave

El desarrollo humano comienza cuando uno de unos pocos cientos de espermatozoides supervivientes, de entre doscientos millones, alcanza la ampolla de la trompa de Falopio dentro de la breve ventana de doce a veinticuatro horas del óvulo, se une a la zona pelúcida, libera sus enzimas acrosómicas y se fusiona para formar un cigoto diploide, momento en el cual un bloqueo eléctrico rápido y un bloqueo químico lento sellan el óvulo frente a cualquier segundo espermatozoide que, de otro modo, crearía una célula triploide inviable. El cigoto entonces se segmenta sin crecer, duplicándose aproximadamente cada veinte horas desde dos células hasta una mórula de dieciséis células hacia el cuarto día y un blastocisto hueco hacia el quinto o sexto día, todo dentro de la zona pelúcida original, antes de implantarse en la pared uterina y reorganizarse en la tercera semana en tres capas germinales (ectodermo, mesodermo, endodermo) de las que deriva cada tejido, una asignación que el propio von Baer estableció en 1828. La organogénesis transcurre hasta la octava semana, la línea divisoria en la que el embrión se convierte en feto, mientras que la placenta, un órgano temporal construido conjuntamente a partir del trofoblasto fetal y el endometrio materno, asume el intercambio de gases, la nutrición, la eliminación de desechos y la producción de hormonas durante las cuarenta semanas completas sin mezclar nunca los dos torrentes sanguíneos separados. El embarazo se despliega a lo largo de tres trimestres de aproximadamente trece semanas, cada uno con prioridades distintas, en una secuencia tan bien cartografiada que la obstetricia moderna puede fecharla con precisión de semanas, y cuyo calendario completo, sin embargo, está escrito y ejecutado por el genoma.