Mientras las condiciones lo permitan, es por división celular. Cuando las condiciones son adversas, las diatomeas se reproducen sexualmente, pero según el grupo de diatomeas esta reproducción sexual se produce de una u otra forma. No se dan esporas. El grupo de las céntricas se reproduce sexualmente por oogamia y son especies dioicas en las que los microgametos constituyen la única forma flagelada que aparece en las diatomeas. Las pennadas se reproducen sexualmente por isogamia y son especies monoicas que poseen gametos ameboides. Puede tener lugar la anisogamia, siempre que sea un gameto el que vaya a buscar al otro (es una anisogamia funcional). En casos especiales también hay autogamia. Los estadios de resistencia se presentan sólo en algunas especies que forman un frústula especial, ralentizando así su metabolismo y esperando unas condiciones más adecuadas.
La división celular da lugar a un cambio de tamaño muy peculiar en las diatomeas, este es un carácter inconstante. Lo primero que hace la diatomea es dividir el contenido, que es el contenido típico de una célula eucariótica, y tiende a separar las tecas, pero antes de hacerlo inicia la formación de dos nuevas tecas en el interior. Cuando se acaba por dividir resulta que las dos células hijas han elaborado una teca nueva que siempre es interna (hipoteca) y heredan una epiteca. Una célula hija es más grande que la otra ya que la más grande hereda una epiteca y elabora una hipoteca, mientras que la más pequeña hereda una hipoteca (que ahora ejercerá de epiteca) y elabora una hipoteca más pequeña que la de la célula hija mayor. En general, el tamaño va disminuyendo. Algunas especies son capaces de recuperar el tamaño inicial. Si los individuos de una determinada especie de diatomeas se van haciendo cada vez más pequeños, se llega a una situación incompatible con las funciones celulares, esta es una situación desfavorable y se recurre a la reproducción sexual.
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