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» » Antiguos supervivientes podrían redefinir el sexo

Referencia: Quanta Magazine.org .
por Emily Singer, 19 de noviembre 2014

Si de todos los animales de la Tierra se pudiera extraer una sola enseñanza de supervivencia a largo plazo, podría ser esta: el sexo funciona. De los cerca de 8 millones de especies estimadas de animales, todas, salvo unas pocas, se reproducen sexualmente, y las que no lo hacen son consideradas bebés en términos evolutivos, son los últimos animales que han perdido recientemente la capacidad de aparearse. "El sexo debe ser importante, si lo pierdes, te extingues", subrayó David Mark Welch, un biólogo del Laboratorio de Biología Marina en Woods Hole, Massachusetts.

Bdelloidea, por Bob Blaylock, en  Wikipedia.
Sin embargo, a pesar de que el sexo es el método abrumadoramente dominante de reproducción animal, los científicos no están seguros de por qué es así. Mark Welch estima que, los investigadores han desarrollado alrededor de 50 a 60 hipótesis para explicar la primacía de estas relaciones sexuales en el reino animal, y en algunas de ellas se han abierto campos de batalla biológicos durante más de un siglo.

Los rotíferos Bdelloidea son los animales más antiguos
conocidos en cuanto a su reproducción asexual.
Se encuentran en lugares húmedos de todo el mundo,
estas criaturas microscópicas pueden sobrevivir a
las sequías y a la radiación intensa. Diego Fontaneto
Sin embargo, el estudio de la excepción podría ayudarnos a entender la regla. Y la excepción en este caso es una clase de criaturas llamadas rotíferos bdelloidea, unos nadadores microscópicos que se separaron de sus antepasados sexuales desde hace 40 a 100 millones de años.

Estos curiosos animales son supervivientes castos en un mundo carnal. Pueden soportar más radiación que cualquier otro animal testeado hasta la fecha. Pueden habitar cualquier superficie mojada, desde los húmedos líquenes de los árboles hasta los baños para pájaros. Y cuando no hay agua, se atrincheran en un estado de desecación completa, y luego se agarran a la vida con tan sólo una gota de líquido.

David Mark Welch dice que comprender
cómo los rotíferos sobreviven sin sexo ayudará
a darle sentido al por qué el sexo es
tan importante en el resto del reino animal.
Crédito, Katherine Newhall
Un reciente análisis del genoma bdelloidea ha empezado a revelar cómo los mecanismos asexuales pueden imitar el ADN característico del intercambio de sexo, quizás incluso superándolo en efectividad. El nuevo trabajo ha demostrado que los bdelloidea son tan buenos en la generación de diversidad genética que algunos investigadores cuestionan ahora la misma definición de sexo, y algunos sostienen, en un más amplio margen, que el intercambio de material genético no se necesita. Otros piensan que, incluso si la definición tradicional del sexo se mantiene intacta, la singular estrategia genética del rotífero bdelloidea iluminarán los mecanismos que hacen del sexo una estrategia evolutiva exitosa. Tal como señalaba Mark Welch, que ha estado estudiando los rotíferos desde la década de 1980, "Si podemos averiguar el problema que resuelven los rotíferos, sabremos por qué el sexo es tan importante."

¿Por qué el sexo es tan popular?

Reducido a su forma más básica, el sexo se encarga del intercambio de ADN. En el corazón de esta transacción hay un proceso llamado meiosis, donde los cromosomas heredados de cada pareja de padres intercambian fragmentos. Los cromosomas se dividen entonces entre las células hijas. El resultado es un conjunto de células cuyo genoma es diferente de cualquiera de los padres.

Los beneficios de este cambio parecen obvios. Esta preparado genético va creando una población diversa, y una población diversa debería estar en mejores condiciones para hacer frente a un entorno cambiante. Esta idea básica fue propuesta por primera vez por el biólogo alemán August Weismann hace más de un siglo.

Pero el sexo también tiene algunos inconvenientes, y presenta una especie de enigma para los biólogos evolutivos. Un organismo sexual pasa solamente la mitad de sus genes, lo que reduce significativamente su herencia genética. Y dado que el sexo ha barajado el genoma, se rompen combinaciones genéticas que funcionan bien. Además, un animal que quiere aparearse debe gastar tiempo y energía en la búsqueda de un compañero, y una vez encontrado, el acto sexual conlleva el riesgo de enfermedades de transmisión sexual, un peligro muy real en el mundo natural.

Teniendo en cuenta tales inconvenientes de la reproducción sexual, se podría esperar que el reino animal estuviera poblado tanto con criaturas sexuales como asexuales. Pero este no es el caso, el sexo predomina abrumadoramente. "Después de muchos años, todavía no sabemos qué lo hace tan importante", comentó Mark Welch. "Uno de los grandes dilemas es el contraste entre las aparentes ventajas a corto plazo de la asexualidad frente a las aparentes ventajas a largo plazo del sexo, ¿cómo consigue incluso cosechar beneficios a largo plazo?"

Vídeo: Conocido comúnmente como animales rodantes, los rotíferos se alimentan por medio de un anillo de proyecciones delgadas llamadas cilios, que parecen girar como una hélice cuando el animal nada en un agua llena de comida, como bacterias muertas, algas y otros detritos.

De todas las hipótesis que han desarrollado los biólogos, la premisa básica de Weismann (que el sexo da a los animales la variación necesaria para hacer frente a un entorno cambiante) sigue siendo una de las principales. Desde que la propuso hace un siglo, los biólogos teóricos no ha hecho más que idear mecanismos específicos que explicarían por qué funciona así. Por ejemplo, el sexo podría unir dos adaptaciones importantes. Un grupo de animales podría desarrollar una tolerancia a las altas temperaturas, por ejemplo,y otro a una toxina específica. Sin el sexo, esas dos capacidades sería poco probable que se unieran en una especie.

Según una hipótesis, conocida como la Reina Roja, que a veces se considera una variante de la propuesta de Weismann, el sexo podría ayudar a los animales en su eterna carrera armamentista contra los patógenos. La recombinación genética de la reproducción sexual podría ayudarles a evolucionar rápidamente las defensas contra sus enemigos (El nombre de esta hipótesis se deriva de un pasaje de "A través del espejo", de Lewis Carroll, donde la Reina Roja le dice a Alicia a corra tan rápido como pueda para permanecer en el mismo lugar).

Otra teoría, llamada trinquete de Muller, planteada por primera vez por el genetista Hermann Muller en la década de 1960, sugiere que la reproducción sexual ayuda a eliminar el genoma de errores dañinos. En los organismos asexuales, las nuevas mutaciones producidas en cada generación se transmiten a la siguiente, y con el tiempo conduciría a las especies a la extinción (Se llama trinquete, dado que, en teoría, una vez que en el genoma se ha desarrollado un error, queda sellado, no hay vuelta atrás). La mezcla genética que se produce durante el sexo podría actuar como el trapo de limpieza de esas ofensivas mutaciones.

Los científicos han acumulado pruebas en apoyo de cada una de estas hipótesis. Sin embargo, les resulta difícil probar directamente cualquiera de ellas. Los bdelloidea ofrecen un enfoque complementario. "Comprender cómo se las arreglan sin sexo nos ayudará a entender la importancia del sexo", dijo Diego Fontaneto, biólogo del Instituto de Estudios de Ecosistemas en Italia.

Revoltijo cromosomático

Los bdelloidea han estado retorciéndose bajo los microscopios científicos desde 1696. Durante todo este tiempo, nadie ha visto un macho (Las variedades de rotíferos sexuales tienen machos claramente distinguibles, con un órgano parecido a un pene y espermatozoides). Nadie pensó mucho acerca de este curioso vacío durante casi 200 años, hasta que los biólogos comenzaron a estudiar la reproducción asexual de los animales, señaló Mark Welch.

Esta larga ausencia de varones tampoco es prueba definitiva de la asexualidad. Existen otros organismos de los que alguna vez se creyó que no tenían sexo, pero más tarde se les vio apareándose en raras circunstancias, a menudo provocados por el estrés. "Ha habido mucha aparente asexualidad, pero cuando se miraba más de cerca, se encontraba algún tipo de sexo secreto en marcha", explicaba.

A finales de los años 1980, Matthew Meselson, un renombrado biólogo de la Universidad de Harvard, argumentó que tal vez el genoma bdelloidea podría ser utilizado para probar la asexualidad de los organismos. La mayoría de los animales tienen cromosomas compuestos de dos copias casi idénticas de cada gen, una consecuencia del emparejamiento y la consiguiente mezcla ocurrida durante la meiosis. En los animales asexuales esta mezcla no sucedería, y las dos copias deberían permanecer obstinadamente distintas.

Karine Van Doninck, junto con su estudiante
graduado Boris Hespeels, cree que es posible
que necesitamos redefinir el sexo.
University of Namur
Conforme el Proyecto del Genoma Humano fue puesto en marcha en el año 2000, Meselson y Mark Welch, que habían sido estudiantes de posgrado de Meselson, publicaron los primeros resultados de su exploración del genoma bdelloidea. Descubrieron que los bdelloidea a menudo tenían dos copias muy diferentes de sus genes.

El genoma bdelloidea pronto empezó a revelar secretos aún más interesantes. Los animales tenían a menudo no sólo dos copias de un gen, como tienen los humanos, sino cuatro copias. Los científicos empezaron a sospechar que en algún momento de la historia evolutiva de los bdelloidea, replicaron la totalidad del genoma, dejando a estas criaturas con un juego extra de cromosomas.

¿Qué estaban haciendo estos cromosomas? Para averiguarlo, los investigadores tuvieron que secuenciar todo el genoma (Anteriormente habían examinado los genes individuales o trozos de cromosomas). En 2009, un equipo que incluía a Mark Welch y Karine Van Doninck, bióloga de la Universidad de Namur en Bélgica, recibieron una beca para realizar este trabajo. Lo que hallaron fue más interesante de lo que esperaban.

El genoma bdelloidea se compone de más genes que sólo los bdelloidea. Esto parece un extraño collage de ADN frankensteiniano. Casi el 10 por ciento del genoma bdelloidea viene enteramente de fuera del reino animal, con hongos, plantas y bacterias, todos contribuyentes. Este porcentaje es mucho mayor que en otros animales. En este sentido, los bdelloidea se asemejan más a las bacterias, que con frecuencia incorporan ADN ajeno en sus genomas, un proceso conocido como transferencia horizontal de genes.

Es más, los cromosomas bdelloidea son un revoltijo; partes y trozos que se han movido alrededor de un rompecabezas que no coincide. "Este cromosoma altamente reordenado era nuevo e inesperado", señalaba John Logsdon, biólogo evolutivo de la Universidad de Iowa, que no participó en el proyecto. "Es muy inusual."

La naturaleza a revuelto un cromosoma, pero estos grandes reordenamientos en los organismos que se reproducen sexualmente les hacen estériles: Si el cromosoma materno heredado se estructura en A-B-C, no puede emparejarse con un cromosoma paterno heredado estructurado en A-C-B (Algunas especies híbridas, como las mulas, son estériles por una razón similar. Los cromosomas de la madre caballo y del padre burro no son coincidentes).

La secuencia completa del genoma proporciono la evidencia más directa de que los rotíferos bdelloidea son asexuales: Ningún organismo con un conjunto tan discoincidente de cromosomas podría tener éxito a través de la meiosis tradicional. "Durante millones de años, su genoma ha sufrido tantos reordenamientos que ya no es posible que los cromosomas puedan emparejarse", concluyó Mark Welch.

Estas dos sorprendentes propiedades --incorporar grandes cantidades de ADN alienígena en sus genomas y la reordenación de su propio ADN--, pudieron ayudar a los bdelloidea a librarse del problema de la diversidad genética que afecta a los animales asexuales. "Hay unas cuantas formas en que organismos asexuales pueden, aparentemente, superar algunas de las desventajas" de no tener relaciones sexuales, apuntaba Bill Birky, genetista evolutivo de la Universidad de Arizona, que no participó en el proyecto de secuenciación. La capacidad de los bdelloidea para asumir ADN extraño puede darles nuevos poderes, lo que les permitiría, por ejemplo, descomponer una toxina. Copia y sustitución de piezas de sus propios cromosomas podría a veces a potenciar el efecto de las mutaciones beneficiosas y eliminar las dañinas, desafiando el trinquete de Muller.

Crédito, Olena Shmahalo / Quanta Magazine.
Es un hecho que, los bdelloidea parecen haber adoptado una estrategia evolutiva similar a las bacterias, una clase de organismos de gran éxito que también carecen de sexo convencional. "Los investigadores que trabajan sobre el significado evolutivo del sexo, tienden a pasar por alto el hecho de que las bacterias han estado haciéndolo muy bien sin sexo durante millones de años", añadió Jean-François Flot, biólogo de la Universidad College de Londres que participó en el proyecto del genoma bdelloidea.

Por otra parte, el par de cromosomas extra bdelloidea podría generar diversidad genética adicional. Un par redundante de cromosomas ofrece un nuevo depósito de material genético libre de evolucionar y asumir nuevas funciones, las cuales podrían ayudar a los rotíferos a hacer frente a los cambios del entorno en el futuro, aclaraba Fontaneto.

No obstante, no todo el mundo está convencido de que los bdelloidea sean totalmente asexuales. "Para mí, estas evidencias no demuestran completamente la asexualidad", dijo Logsdon. "Hay un montón de cosas extrañas sobre el genoma, pero, ¿están directamente relacionadas con la aparente asexualidad o son una consecuencia de otras cosas?". Aunque es difícil imaginar cómo el batiburrillo cromosómico bdelloidea podrían emparejarse para una meiosis, podrían tener "algún proceso inusual o poco frecuente por el cual los cromosomas se emparejen o segreguen."

Un nuevo tipo de sexo

Hasta el momento, los datos del genoma bdelloidea sugieren que estas criaturas han sobrevivido al generar una gran cantidad de diversidad genética por medios asexuales. Pero los investigadores no han podido demostrarlo. Tampoco han demostrado que esta variación sea suficiente para imitar el sexo. "Volvemos de nuevo a la cuestión que se siguen preguntando los biólogos teóricos,  ¿cuánto sexo es suficiente?", insistía Mark Welch. En otras palabras, ¿cuánta genética necesita despejar un organismo a fin de imitar los beneficios de la reproducción sexual? Para responder a esta pregunta, los científicos tendrán que medir la variabilidad genética entre un número de bdelloideas y compararlo con las poblaciones que se reproducen sexualmente.

Los científicos aún no tienen suficientes datos para distinguir entre las diversas teorías de por qué el sexo es tan importante, y es posible que algunos de estos posibles mecanismos contribuyan a la larga supervivencia de los bdelloidea. "Una cosa que conlleva al malestar de los biólogos teóricos es la sugerencia de que son muchas las teorías que plantean su explicación", dijo Mark Welch. "Aunque tampoco hay razón biológica en particular de que muchas teorías puedan no estar en lo correcto."

Tal vez la pregunta más interesante es cómo los bdelloidea han logrado lo que tantas otras especies asexuales han fracasado. Van Doninck está estudiando si su sorprendente capacidad para sobrevivir a la sequía es la clave para su existencia asexual a largo plazo. Cuando un bdelloidea se seca, su genoma se rompe en fragmentos, que el animal debe coser de nuevo una vez que se rehidrata. Es posible que esta función de reparación tan notable del ADN permita a los bdelloidea desordenar sus cromosomas y tomar un ADN extraño flotando en el ambiente, y fijando estos fragmentos en el genoma, recomponerse. El resultado es un tipo de recombinación genética sobrealimentada sin sexo. Los investigadores están probando esta idea a través de la exposición de los bdelloideas a rondas de radiación y desecación para así analizar cómo se reacomoda el genoma.

La evidencia preliminar sugiere que los bdelloidea también podrían asimilar ADN de otros miembros de su propia especie. Eso es particularmente importante, ya que se asemejaría al sexo tradicional. "Si hacen el intercambio genético entre sí, entonces tienen algún tipo de sexo", subrayó Van Doninck. Este proceso no requeriría la meiosis, el componente esencial de la reproducción sexual tal como está definida actualmente. Pero en opinión de Van Doninck, podría ser el momento de ampliar esta definición. Tal vez el sexo pueda definirse simplemente como un intercambio genético entre los miembros de una misma especie. Los bdelloideas podrían ser la excepción que cambie la regla.


- Artículo original "Ancient Survivors Could Redefine Sex"
- Imagen Bdelloidea, por Bob Blaylock (Wikipedia)
- Vídeo: http://youtu.be/pSXlo8fuxzg

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