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El origen del hermafroditismo y los nemátodos del género Caenorhabditis

14 noviembre, 2009

Caenorhabditis elegans

Mirad que cuerpazo. Es el nemátodo Caenorhabditis elegans. Crédito: Idw

Con la entrada anterior Manuel nos ha presentado el notición. Espero que no os importe si profundizamos un poco…

El hermafroditismo es un tipo de sexualidad en el cual, el mismo organismo alberga órganos sexuales masculinos y femeninos. Un ejemplo típico de animal hermafrodita es el caracol de huerta, ya que nuestros caracoles no son machos, ni son hembras, sino ambas cosas a la vez (existen otros tipos de hermafroditismo, pero dados los fines de esta entrada, no profundizaremos en ellos). Aunque para nuestros caracoles su sexualidad no quita eso de que se requieran dos ejemplares para poder tener progenie, después de todo practican esa genial idea llamada fecundación cruzada.

Sin embargo nuestros caracoles de huerta, caracoles terrestres de la clase Pulmonata, evolucionaron de ancestros acuáticos que no son hermafroditas. Así pues, ¿cómo ocurrió este cambio? ¿es algo muy complicado? Bueno, parece que recién salidas del horno tenemos algunas respuestas, aunque precisamos de otro modelo animal

Este nuevo modelo es Caenorhabditis elegans, que aunque sea un organismo tipo vermiforme (es decir, que se parece a un gusano), no es ni un pariente de las lombrices ni la larva de ningún bicho, sino que se trata de un nemátodo, un filo de organismos cuyos miembros, simplemente todos son así. El caso de C. elegans es el de un nemátodo que vive en suelos con un alto nivel de humedad, de hecho bucea en la película de agua de los suelos mientras devora detritos y esas cosas. Y por otro lado, es un organismo muy empleado por genéticos y los estudiosos del desarrollo.

Anatomía de Caenorhabditis elegans

Anatomía de Caenorhabditis elegans. Crédito: Essentials of Glycobiology

También se sabe que C. elegans es un animal hermafrodita (aunque curiosamente también hay machos, que representan el 0.2% de la población y no, no hay hembras), pero a diferencia de los caracoles terrestres no precisa de otro miembro de su especie para fecundar sus propios huevos, sino que ya lo hace él solito (<<yo me lo guiso yo me lo como>> es la filosofía del animalillo 🙄 ). Pero no solo eso, los científicos sospechan que el hermafroditismo ha aparecido al menos tres veces independientemente entre las 20 especies descubiertas hasta ahora del género Caenorhabditis. Estos hermafroditas son estéticamente muy semejantes a hembras, con la salvedad de que en su interior son capaces de generar su propio esperma.

Esta transición desde animales con dos sexos a animales hermafroditas ha sido estudiada por el equipo de Ronald Ellis, genético del desarrollo de la University of Medicine and Dentistry de New Jersey, Stratford (Estados Unidos). Este equipo ha descubierto que la mutación de tan solo dos genes puntuales puede ser suficiente para dar lugar a animales hermafroditas.

Filogenia del género Caenorhabditis

Filogenia parcial del género Caenorhabditis. Los símbolos que son una fusión entre los símbolos macho y hembra indican organismos hermafroditas. Crédito: Baldi, C. et al (2009)

Uno de estos genes es tra-2, un elemento regulador bastante importante. Y el objeto central del estudio fue el nemátodo Caenorhabditis remanei, un pariente no hermafrodita de C. elegans ya que en él encontramos solamente individuos macho e individuos hembra. El equipo de investigación empleó fragmentos de RNAi (RNA de interferencia) para bloquear la actividad de los genes diana, lo cual en la práctica tiene el mismo efecto que ciertas mutaciones.

Gracias a esto vieron que el bloqueo de tra-2, un gen encargado fundamentalmente de la regulación de la sexualidad femenina, podía causar que animales genéticamente hembra se desarrollen como pseudo-hermafroditas, pseudo-machos o bien ejemplares masculinizados.

Los pseudo-hermafroditas son animales bastante curiosos, por un lado, externamente son casi idénticos a hembras y pueden fabricar huevos; pero a nivel íntimo poseen las células que originan los espermatozoides, con una salvedad, a diferencia de los verdaderos hermafroditas estas células están  inactivas. Para más INRI, si artificialmente se pone en marcha la fabricación de espermatozoides, la autofecundación origina una basta mayoría de embriones inviables. Así pues, ¿cómo solucionamos este problema?

Los científicos conocían otro elemento regulador, que impide la activación prematura del esperma en los machos. Se trata de swm-1. Por ello dieron el siguiente paso, en laboratorio mantuvieron ejemplares de C. remanei en los que bloquearon la actividad de tra-2 (como ya hemos visto, esto origina pseudo-hermafroditas) y también bloquearon la actividad este nuevo elemento, swm-1. El resultado no se hizo esperar, lograron animales que aunque eran genéticamente hembras y solo hembras, el 53.3% de ellos se desarrollaron como hermafroditas con capacidad de autofecundación. Y no solo eso, aunque entre todos los huevos originados por autofecundación todavía existía una basta mayoría de embriones inviables, el 10% de los huevos fecundados lograron alcanzar la edad adulta.

El papel de tra-2

El papel de tra-2. Los elementos en rojo se encargan de la síntesis de futuros óvulos, los elementos en azul de futuros espermatozoides. Por ello el bloqueo de tra-2 induce la masculinización del animal. Crédito: Baldi, C. et al (2009)

Esto demostraba que era posible la génesis de animales hermafroditas a partir de animales originalmente hembras con la simple alteración de las rutas encargadas de la determinación sexual así como la síntesis y activación de espermatozoides, lo cual podía conseguirse simplemente bloqueando la actividad de tan solo un par de genes.

Según Ellis, este “es un gran, un dramático cambio evolutivo“, de hecho muestra que grandes modificaciones en la filogenia de los organismos pueden darse y ser viables, manejando tan solo unas pocas bases nitrogenadas.

En vista a estos resultados, los autores propusieron dos modelos para explicar el origen de los hermafroditas en este género de nemátodos:

  • (i) Determinados animales genéticamente hembras, adquirieron la mutación swm-1, que sería la capaz de activar prematuramente el esperma, pero que dado que son hembras, esta mutación tendría un carácter neutro. Consecuentemente se produciría la mutación en tra-2 que originaría el hermafroditismo.
  • (ii) Determinados animales genéticamente hembras primero sufrieron una mutación en tra-2 que los convirtió en pseudo-hermafroditas. Como animales con su capacidad de fabricar huevos y esperma muy mermada, su fitness sería bastante reducida. Sin embargo y dado que estos animales pueden aparearse con verdaderos machos, es posible que esto último estimulara la auto-fecundación y consecuentemente, la posibilidad de engendrar animales verdaderamente hermafroditas.

Estos modelos asumen la posibilidad de que poblaciones de animales hermafroditas puedan engendrarse en pocas generaciones, con el aliciente de que estas mismas poblaciones tienen el potencial de colonizar rápidamente nuevos ambientes así como de aprovechar explosiones locales y/o temporales de recursos.

Ciclo de Caenorhabditis elegans

Ciclo biológico de Caenorhabditis elegans a 22º C. Sip, crece a toda pastilla. Crédito: Simon Fraser University

En definitiva, un excelente trabajo con sorprendentes resultados. Y la demostración de que un cambio radical en la biología de un organismo o incluso el origen de una nueva especie puede lograrse con la alteración de solo un par de genes. En cualquier caso, se requieren más estudios 😉

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REFERENCIAS


  1. 15 noviembre, 2009 en 14:46

    Brillante exposición Cnidus. Otro ejemplo de cómo una mutación (o un número muy baja de ellas) pueden provocar cambios drásticos. Una crítica al modelo darwiniano de evolución es el que dice que una mutación no puede provocar enormes cambios fenotípicos, por lo que se requiere una gran sucesión de mutaciones encadenadas en el tiempo para que esto ocurra. Esta es una crítica muy legítima, pero solamente para aquellos casos en los que esa mutación cause pequeñas variaciones. Sin embargo se ha demostrado que con una mutación en genes clave (reguladores, de desarrollo, etc) puede significar una variación de grueso calibre.
    En resumen, más información para entender por qué mecanismos moleculares actúa la evolución 😀

  2. Usuario
    15 noviembre, 2009 en 19:33

    Esto es una macromutación en toda regla no?

    Al caso, yo lo que me pica la curiosidad es despues de todo estos pequeños cambios geneticos, ¿que otros genes y de que manera son afectados por la cascada reguladora que viene despues?

    Porque no basta con tener la capacidad de autofecundarse, sino que hay que hacerlo y desarrollar esa conducta. Esta claro que el gusano no razona “hostia, voy a probar si puedo autofecundarme”.

    Esto me recuerda un poco a los spandrels de Gould. El cambio en un caracter (organos reproductores) provoca directamente un cambio en otros caracteres asociados (conducta reproductiva de autofecundacion)

    Que opinais?

  3. 15 noviembre, 2009 en 21:32

    En realidad no necesitan de mucho aprendizaje. Si no estoy equivocado, en realidad no pueden evitar que maduren a la vez sus óvulos y espermatozoides, y como todos van a parar al mismo saco, pues ale, ya tienen las crías.

    Eso sí, el cambio en la cascada reguladora debe de ser la leche.

    ¿spandrels? 😀

  4. 15 noviembre, 2009 en 21:45

    Esa te la sabes, Cnidus, aunque no te acuerdes… 😆

    spandrels = pechinas = triángulo abovedado en una construcción = elemento arquitectónico que se utiliza para pasar de un basamento cuadrado a una cúpula abovedada

    Se refiere a las famosas pechinas decoradas de la catedral de San Marcos en Venecia, utilizadas por Gould como metáfora para hacernos ver que las pechinas arquitectónicas no están adaptadas a las famosas pinturas que contienen, sino más bien al revés, son las pinturas las que tienen que adaptarse a las limitaciones arquitectónicas de la estructura que las contiene.

    Todo ello dentro de la crítica al panadaptacionismo, y en este caso con el énfasis en concreto de las limitaciones arquitectónicas de los organismos.

    Saludos. 😉

  5. Usuario
    15 noviembre, 2009 en 21:54

    #Cnidus

    Ah vale!. Entonces pasa todo dentro del bicho. Yo creia que para la autofecundacion el animal tenia que retorcerse de algún modo para poner en contacto la parte posterior y anterior del animal, donde estan las respectivas gónadas. Creo que me confundi con algun otro animal que si lo hacia, creo que eran los platelmintos que se ponian asi juntitos e intercambiaban los gametos o quizas me confundo…Pero tengo esa imagen en la cabeza, dos gusanos apareandose por contacto fisico en la zona de sus gonadas.

  6. 15 noviembre, 2009 en 22:07

    La crítica me suena Rano, pero el término no. Igual lo leí y no me acuerdo, sería algún capítulo de Gould que no me impactó mucho la verdad 🙄

    Usuario, es que hay bastantes bichos a los que les va el rollo de la fecundación cruzada. ¿No serían esta babosas por casualidad? 😀

  7. Usuario
    16 noviembre, 2009 en 0:52

    No recuerdo Cnidus, lo recuerdo de unos apuntes que tenía de zoologia. En cuanto a los spandrels, diría que tiene un nombre más académico pero no recuerdo cual.

    El texto de Gould es uno que escribió junto a Lewontin titulado “la adaptación biológica”.

    Puedes leerlo aquí entre muchos otros sitios que salen en google. http://fierasysabandijas.galeon.com/enlaces/adaptacion.pdf

  8. 16 noviembre, 2009 en 19:16

    Gracias por el enlace Usuario 😀

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