Reproducción sexual

Los avatares del sexo

informes — por el 07/04/2014 a las 14:33

El sexo no sólo ocupa un lugar importante en la vida de los seres humanos, sino que tiene un gran predominio en la naturaleza. Sólo el 1% de las especies se multiplica en forma asexual. Sin embargo, el sexo tiene sus costos. Entonces, ¿por qué tiene tal prevalencia? Existen diversas hipótesis que intentan dar una respuesta.

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avatares del sexo

Templo de Khajuraho, India.

Entrevista a Marcela Rodriguero

Descargar archivo MP3 de Marcela Rodriguero

Alejandro Dolina dijo alguna vez que todo lo que hace el hombre es para conseguir el amor de una mujer, lo que resume, de algún modo, el lugar no menor que ocupa el sexo en nuestras vidas. Pero el sexo también parece ser central en la naturaleza. De hecho, si no existiera, las plantas no tendrían flores, los pájaros no cantarían, los pavos reales no desplegarían sus colas majestuosas, por citar sólo algunos ejemplos.

La separación de individuos en sexos y la necesidad de unión de ambos para la reproducción resulta algo universal. De hecho, la gran mayoría de los animales se reproduce de esa manera. Sin embargo, muchos otros organismos pueden multiplicarse sin necesidad del sexo, por ejemplo, las bacterias, que llevan más de 3.500 millones de años sobre la Tierra. Lo cierto es que la forma de reproducción asexual resulta más eficaz: produce el doble de hijos en cada generación y es menos costosa para los individuos. Entonces, ¿por qué el sexo está tan generalizado? ¿Cuáles son sus ventajas?

La primera vez

No se conoce a ciencia cierta cómo comenzó el sexo hace unos mil millones de años. Pero se sabe que mucho antes, luego de que se formaran las primeras células en el océano, se inició algún tipo de intercambio genético entre ellas. Ese tipo de intercambio no está ligado a la reproducción, pues una bacteria puede intercambiar genes sin necesidad de pasar por un proceso de división celular.

Se trata de un tipo de intercambio asimétrico en que “un fragmento del genoma se transfiere de un individuo donante a uno receptor”, indica la doctora Marcela Rodriguero, investigadora del CONICET en el Departamento de Ecología, Genética y Evolución (EGE), de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales de la UBA (Exactas-UBA). Este proceso acontece en las bacterias, por ejemplo a través del mecanismo de conjugación, en que dos células procariotas (sin núcleo) entran en contacto y una le transfiere a la otra un fragmento de genoma que generalmente es beneficioso para el receptor, porque le puede conferir la resistencia a un antibiótico, o la capacidad de producir nuevos compuestos.

Una actividad costosa

A ese intercambio asimétrico de genes, que se da en organismos procariotas, se le unió la sexualidad en eucariotas (células con núcleo), hace unos 1000 millones de años. En este caso, la sexualidad está ligada a la reproducción y es necesario un proceso de división celular como la meiosis. Así, el número de cromosomas se divide en dos, y cada una de las células hijas, con la mitad de su dotación genética (haploide), puede unirse a una célula haploide de otro individuo y generar una célula nueva, con la dotación completa. Este sistema garantiza una variedad genética grande en cada generación.

Ahora bien, la reproducción sexual es mucho más costosa para los individuos. Rodriguero detalla: “Por un lado, están los costos vinculados al apareamiento, pues muchas especies deben invertir tiempo y energía para conseguir una pareja. Por otro lado, la reproducción sexual es más lenta, y durante el apareamiento disminuye la capacidad de conseguir recursos y evadir a los predadores”. Y agrega: “La cópula también introduce otros riesgos, como la transmisión de enfermedades venéreas”.

Además, la productividad por individuo se reduce a la mitad. “En los organismos sexuales, la unidad de reproducción es la pareja, mientras que en los asexuales, la unidad es el individuo”, señala Rodriguero. En las especies sexuales la población consiste en dos sexos, y sólo uno de ellos es capaz de generar descendencia, mientras que en las asexuales todos los miembros de la población pueden multiplicarse. Esto implica que, en cada generación, una población asexual puede crecer más rápidamente. El biólogo británico John Maynard Smith se refirió a ese hecho como “el doble costo del sexo”, que se refiere al mayor gasto que implica producir machos.

Por último, existe un riesgo asociado con la mezcla aleatoria de los genes propios con los de otro individuo. “La recombinación rompe los grupos de genes que resultaron favorables y se fueron acumulando por selección”, indica la investigadora.

La Reina Roja y otras hipótesis

Los costos que entraña la reproducción sexual llevaron a muchos investigadores a proponer teorías para explicar el porqué de su origen, prevalencia y mantenimiento en la naturaleza. “Se han planteado unas veinte hipótesis, algunas muy elaboradas y otras absurdas”, opina Rodriguero.

El surgimiento de la meiosis se atribuyó, primero, a la necesidad de reparación del ADN. En sus formas primitivas el sexo podría haber favorecido la supervivencia de organismos que tenían daños en su ADN. Al obtener una hebra complementaria, se disponía del molde para reparar el daño.

Otra de las hipótesis es la de la Reina Roja, que afirma que el sexo surgió como defensa de los organismos vivos ante la amenaza de los parásitos. El nombre procede de un episodio de Alicia tras el espejo en el que la Reina Roja le explica a Alicia que, para permanecer en el mismo sitio, tiene que correr a toda velocidad. Dado que los parásitos siempre están desarrollando nuevas formas de atacar a sus potenciales huéspedes, éstos deberían evolucionar muy rápido para evitar ser invadidos. De este modo, al mezclar los genes de un individuo con otro surge un nuevo individuo, totalmente desconocido por los parásitos.

Según esta idea, los organismos que no se reproducen en forma sexual sucumbirían bajo las garras de los parásitos. Pero toda hipótesis siempre encuentra su contrajemplo. Es el caso de los rotíferos Bdelloidea, organismos acuáticos microscópicos que habitan en estanques, ríos y zonas húmedas, y se han dado el lujo de vivir completamente castos durante los últimos 80 millones de años. Se multiplican produciendo huevos que son clones genéticos de la madre, ya que no existen los machos. Los parásitos no pudieron con ellos. Debido a ese celibato tan persistente, esta especie fue considerada como un “escándalo evolutivo”.

También se propuso la hipótesis de las burbujas libertinas. Es el término que acuñó Thierry Lodé, un biólogo de la Universidad de Rennes, Francia. La idea es que el intercambio genético entre dos organismos se habría originado en un arcaico proceso de transferencia horizontal de genes, en la superficie del océano, entre burbujas prebióticas, de las cuales habrían surgido las primeras células vivas. Esas burbujas habrían comenzado a intercambiar material, y las que practicaban esa permuta lograron la renovación genética que favorece la variación adaptativa, es decir, cambios que permiten que un organismo pueda adaptarse a los cambios en el ambiente. Si la teoría de las burbujas libertinas es cierta, el sexo no sería más que una interacción primitiva, y mucho más antiguo de lo que se cree.

Ejércitos de vírgenes

Algunas especies que se reprodujeron en forma sexual a lo largo de millones de años un buen día decidieron cambiar de método y multiplicarse sin la ayuda de los machos. Es lo que se denomina partenogénesis (del griego parthenos: virgen). Estas especies producen huevos que pueden desarrollarse sin necesidad de fertilización o de la fusión de los núcleos de las gametas femenina y masculina.

El uno por ciento de las especies del planeta ha elegido esta forma de reproducción, que es frecuente entre las plantas, y fue comprobada en unas ochenta especies de vertebrados de sangre fría (algunos peces, anfibios y reptiles), y en numerosos grupos de invertebrados, como gusanos, caracoles, lombrices de tierra, bichos bolita e insectos. La familia de animales con mayor número de especies asexuales es Curculionidae, que incluye a gorgojos, picudos y taladrillos.

Lo cierto es que las poblaciones asexuales pueden colonizar nuevos ambientes a partir de una sola hembra. “En tres especies de gorgojos, que pertenecen al género Naupactus, y cuya área de distribución nativa se encuentra en la selva misionera, observamos que se han expandido hacia la región pampeana, e incluso, se encuentran hoy en muchos países en el mundo, en regiones distantes, donde se han convertido en plagas importantes”, relata la doctora Viviana Confalonieri, profesora e investigadora del CONICET en el Departamento de Ecología Genética y Evolución, de Exactas-UBA.

El predominio del sexo

El predominio de la reproducción sexual se atribuye principalmente a la variabilidad genética aportada por el intercambio recíproco de genes. En ese sentido, la ventaja del sexo residiría en el surgimiento de combinaciones de mutaciones beneficiosas, de modo que dos mutaciones diferentes en dos individuos distintos y en diferente ubicación del mismo cromosoma pueden aparecer juntas en la descendencia.

La variación genética es crucial, pues sin ella no hay evolución. Las dos fuentes principales de variación son la mutación y el sexo. Las mutaciones, o cambios al azar de la información contenida en los genes, surgen de los errores producidos en la maquinaria celular encargada de copiar el ADN, y generan nuevos genes. Por su parte, el sexo produce nuevas combinaciones de genes ya existentes y genera materia prima para la evolución. Por un lado, la meiosis permite la recombinación de genes y la segregación al azar de los cromosomas homólogos. Por otro, la fecundación hace que se combinen dos genomas diferentes.

“En la meiosis, nos podemos librar de los cromosomas que llevan una variante perjudicial”, afirma el doctor Esteban Hasson, investigador en el Departamento de Ecología, Genética y Evolución de Exactas-UBA, y destaca: “Un concepto fundamental es que sexo es igual a recombinación, es decir, nuevas combinaciones de genes que favorecen la variación adaptativa, la cual es más difícil en los organismos asexuales”.

Cuando aparecen linajes asexuales, una determinada combinación de genes queda congelada. Para que ocurra variabilidad, y así poder hacer frente a un cambio ambiental, tiene que haber una mutación. “Uno podría pensar que una especie que adquiere reproducción asexual, tiene una combinación genómica que pasó por el filtro de la selección natural, y constituye una adaptación al medio imperante”, sostiene Hasson, y prosigue: “Pero si el ambiente cambia a lo largo del tiempo, estos organismos clonales no disponen de la variabilidad suficiente para hacer frente a esos cambios”.

En una población asexual, si en un individuo aparecen mutaciones perjudiciales, todos sus descendientes –idénticos– las heredarán. Y éstas se irán acumulando. “Llega un momento en que los cromosomas con mutaciones favorables estarán en una frecuencia tan baja, que se pueden perder por azar. A lo largo del tiempo, los cromosomas se van convirtiendo en un sumidero de variantes perjudiciales, lo que puede llevar a la extinción. Algunos autores lo llaman deterioro mutacional o mutational meltdown”, explica el investigador.

Lo barato sale caro

El sexo es caro y peligroso. Tal vez por eso, algunos organismos que lo disfrutaron, lo han abandonado. Es el caso de varias especies de gorgojos que se multiplican por partenogénesis y ello les brinda la ventaja de colonizar con rapidez nuevas áreas. Otro tanto sucede con especies de peces, anfibios y reptiles. Pero, tal vez, desde el punto de vista de la evolución, abandonar el sexo sea una mala decisión, porque sólo produce ventajas en el corto plazo. Según las investigaciones, los linajes asexuales no alcanzan edades comparables a las que logran los que se reproducen en forma sexual. Es decir, lo barato, a la larga, sale caro.

La prevalencia casi universal del sexo indica que no somos seres de reproducción sexual porque sí. “Si el sexo está tan extendido en la naturaleza, es porque hay alguna fuerza selectiva que lo mantiene, y con ello nos puede estar confiriendo algún beneficio, más allá de sus costos, pero nadie logró descifrar todavía cuál es ese beneficio”, sostiene Rodriguero.

Y argumenta: “El hecho de proveer variabilidad no basta para explicar la prevalencia del sexo, porque eso significaría que la selección natural ‘ve’ el futuro”. Y concluye con una pregunta: “La variabilidad es buena para enfrentar cambios ambientales, pero ¿cómo se selecciona la capacidad de adaptarse a algo que va a pasar en el futuro?”

Mientras que las bacterias, que vivieron 3500 millones de años en la mayor castidad, no experimentaron grandes cambios, los que optaron por el sexo, hace alrededor de mil millones de años, lograron evolucionar rápido, porque disponen de una mayor fuente de variabilidad. Así se volvieron sumamente complejos, pudieron caminar, saltar, volar, nadar, así como hablar, pensar, amar y producir arte y ciencia. Que no es poco.

 

Castidad y nuevas especies

La reproducción asexual les permite a algunos organismos, como los gorgojos, colonizar nuevas regiones con mucha facilidad. Pero lo sorprendente es que estas poblaciones asexuales también pueden diversificarse y dar lugar a nuevas especies.

Las doctoras Viviana Confalonieri, Marcela Rodriguero y Noelia Guzmán, investigadoras del CONICET y docentes en Exactas-UBA, y Analía Lanteri, investigadora del CONICET en la Universidad de La Plata, hallaron diferentes linajes de gorgojos asexuales, que son plaga de cultivos, y podrían originar nuevas especies.

¿Cómo saber si dos linajes conforman diferentes especies? En organismos de reproducción sexual, basta ver si se pueden cruzar. Si hay reproducción entre individuos de diferentes linajes, y la descendencia también puede reproducirse en forma sexual, esto significa que se trata de la misma especie.

El problema es cómo comprobar si hay especies diferentes en poblaciones que se multiplican en forma asexual. En el caso de los gorgojos, las investigadoras se basan en el concepto filogenético de especie, que consiste en encontrar un conjunto de organismos que poseen un antepasado común y que puede ser distinguido de otros conjuntos de organismos, según explica Confalonieri.

Rodriguero analizó, en cada uno de los linajes, secuencias de ADN del núcleo así como de la mitocondria, y buscó si la diversidad genética hallada en cada una de esas unidades tenía un antepasado común más reciente que con respecto a la otra unidad biológica. “Hacemos un árbol evolutivo, y vemos si puede haber un antepasado común a los individuos que conforman cada uno de los tres linajes”, explica, y prosigue: “En este caso, tenemos tres subgrupos de individuos (clados), que se unen muy atrás en el tiempo evolutivo”.

Los resultados indican que esos linajes estuvieron separados durante aproximadamente 200 mil años. “Es poco tiempo para la formación de una nueva especie, pues, en general, ese proceso puede llevar un millón de años, o más”, afirma Confalonieri.

El hecho de haber hallado la variación en la mitocondria y no en el núcleo indica que el proceso se encuentra en una etapa muy temprana, pues, si hay cambios en el ADN del núcleo, todavía son casi indistinguibles; por eso, todavía no se observan morfologías diferentes.

¿Por qué se separan los linajes? “Podría deberse a factores ecológicos, por ejemplo, cada grupo se adapta a un ambiente diferente, y se empiezan a separar porque tienen requerimientos distintos. Aunque también podría deberse al aislamiento geográfico. Ambas posibilidades dejan su huella en el ADN”, concluye Confalonieri.

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