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Armas, sexo y personajes de cuento: una historia evolutiva

1 septiembre, 2015

alicia a traves del espejo¿Qué tiene que ver el sexo con la carrera de armamentos y qué relación pueden tener estos dos tan en principios diferentes conceptos con los disparatados personajes de Lewis Carroll y los estudios sobre evolución?

Al principio de la vida la reproducción fue únicamente asexual: una bacteria o una arquea por ejemplo simplemente duplicaban su materia genético, dando lugar a dos células clónicas que podían repetir el proceso indefinidamente en una perpetuación prácticamente inmortal. Pero de pronto, hace unos  1.000 millones de años algunos organismos empezaron a reproducirse de una manera extraña y complicada: mediante el sexo. Y desde el punto de vista evolutivo este proceso presenta varias desventajas a la hora de la perpetuación de los genes respecto a la simple y eficaz reproducción asexual. El primero es el costo de la meiosis: la mitad de los genes de un individuo parental se pierden al engendrar cada nuevo hijo, de tal manera que si un padre/madre quiere asegurarse que todos sus genes vayan a pasar a la siguiente generación, por mero azar necesita criar muchos más de dos hijos (por ejemplo si queremos asegurarnos que al lanzar una moneda vamos a sacar al menos una cara y una cruz, habitualmente necesitaremos más de dos tiradas) en el caso que nos ocupa además hay que tener en cuenta el número de cromosomas de cada especie, por lo que en la práctica en organismos superiores es prácticamente imposible que un individuo pueda transmitir todos sus cromosomas, y por tanto todos sus genes a la siguiente generación. La segunda es el costo evolutivo de producir machos: en la mayoría de las especies sexuales los machos (que suelen ser alrededor de la mitad de la población) tienen una muy baja o casi nula contribución en la supervivencia de la progenie, por lo que la reproducción sexual puede ser altamente ineficiente ya que en la práctica un macho puede fecundar a multitud de hembras. Y tercera desventaja: el sexo implica una búsqueda de pareja, generalmente un cortejo y un posterior apareamiento, y todo ello supone en términos evolutivos una gran inversión en tiempo y en esfuerzo, recursos que de otra manera podrían haber El jardinero ritual apareamiento avesido utilizados por el organismo para cubrir mejor sus necesidades básicas: buscar comida o agua o evitar depredadores. Es por ello que a cambio el sexo suele ser tan placentero e intenso (aunque muchas veces sea por un brevísimo lapso de tiempo), porque sólo hay que imaginar a ese pavo real desplegando esa vistosa cola, esas tan poco prácticas por enormes cornamentas o esos cantos o llamadas de cortejo tan llamativos (e imprudentes) que despliegan los machos de multitud de especies, fenómenos que en todos los casos parecen estar diciendo: depredadores estoy aquí distraído con el sexo y por tanto disponible para poder convertirme en vuestra próxima cena. Entonces, la pregunta que lleva intrigando a investigadores de las más diversas ramas durante mucho tiempo es porque si miles y miles de especies son asexuadas o partenogénicas (muchas de ellas multicelulares) ¿por qué sin embargo otras miles de especies se reproducen a través de ese ineficiente y costoso invento evolutivo llamado sexo?

A lo largo de las décadas diferentes investigadores han desarrollado distintas hipótesis para intentar explicar este aparente problema evolutivo. De todas ellas, la que parece tener mayor aceptación dentro de la comunidad redqueen hypothesiscientífica actual data nada menos que de los ya lejanos años 70 del siglo pasado, aunque sólo hasta épocas muy recientes es cuando ha recibido el suficiente respaldo experimental. Recibe el carrolliano nombre de la “Hipótesis de la Reina Roja” en honor al famoso dialogo entre dos personajes del cuento de “Alicia a través del espejo”: Alicia observa que la Reina Roja está corriendo sin llegar a ninguna parte. Alicia le pregunta y la reina le indica que en su país todo el mundo está siempre corriendo lo más rápido y el mayor tiempo posible para poder seguir estando en el mismo lugar.

Teniendo en cuenta este símil de ficción el Dr. Van Valen propuso en 1973 que la principal fuerza evolutiva que actúa sobre la vida no eran las alteraciones en el medio ambiente, sino la presión a la que se ve sometida una especie por el resto de las otras con las que se relaciona o compite. Por ejemplo, los conejos o las gacelas se enfrentan a lo que se podría considerar desde el punto de vista humano a una carrera armamentística en el tiempo (similar a la desarrollada por las dos grandes superpotencias nucleares durante la Guerra Fría) con sus depredadores, los zorros o los guepardos en la que ambos lados están en constante desarrollo; así las mejoras en velocidad, resistencia o astucia de una de las partes obliga a la otra a nuevas guepardo-coevolucion-gacelasinnovaciones so pena de quedar relegados y acabar en la extinción. Es decir, hay que correr (nunca mejor dicho) para quedarse en el mismo sitio: algunos depredadores cazan a algunas presas y ambas especies se mantienen perpetuamente en un equilibrio metaestable, que sin embargo en cualquier momento (cuando alguna de las dos especies competidoras obtenga una ventaja importante) puede desequilibrar la contienda llevando a la extinción bien a la especie depredadora o a la presa. Y si esta relación puede estar más o menos igualada entre organismos con tasas de mutación y reproducción similares, hay una interacción evolutiva en donde es más evidente y desigual esta perpetua carrera armamentista: el enfrentamiento entre hospedador y patógeno. Esto es así porque estos últimos suelen ser organismos pequeños cuando no microscópicos (virus, bacterias o parásitos) con altísimas tasas reproductivas y gran capacidad de variación (mutaciones), mientras que los hospedadores (mamíferos, aves, reptiles, etc.) suelen ser especies con ciclos reproductivos bacterialgrowthmuchísimo más largos y relativas bajas tasas de crecimiento poblacional. Así, en esta desigual lucha mientras que el hospedador puede necesitar años o incluso décadas para cerrar un ciclo reproductivo, dar este tiempo a microorganismos que mutan casi de manera instantánea y se reproducen de forma exponencial podría abocar a la extinción inmediata a cualquier especie de hospedador, a no ser de que se disponga de algún arma secreta. Y es aquí donde entra en juego el sexo.

Porque el sexo no es más que la mezcla al azar de cromosomas y fragmentos de cromosomas, y por tanto de las aptitudes, que han ido desarrollando los individuos de una determinada especie a lo largo de millones de años de evolución. Así, un hijo nunca será idéntico a ninguno de sus dos padres y en poblaciones lo suficientemente grandes no existirán nunca dos individuos iguales. Entonces al ser relativamente distintos todos los miembros de una especie sexual tendrán diferentes capacidades frente a un cambio en el entorno o en las relaciones/luchas con otras especies y ello dificulta que por ejemplo un nuevo patógeno pueda eliminar al conjunto de la especie.

Y ¿esta hipótesis puede ser confirmada? Pues existe una especie de caracoles (Potamopyrgus antipodarum) que snail-potamopyrgus-antipodarum-lgvive en lagos de Nueva Zelanda, algunos de ellos forman un entorno estable mientras que otras charcas son fuertemente variables. Este caracol puede reproducirse indistintamente de manera sexual y asexual. Pues bien, P. antipodarum tiende a reproducirse asexualmente en los lagos estables y de manera sexual en los variables. Es más, cuando se analizó la presencia de parásitos naturales de este caracol en las distintas poblaciones se observó que la reproducción sexual iba ligada a la presencia de altas concentraciones de patógenos, mientras que la asexual predominaba en entornos más libres de estos parásitos. Estudios posteriores con ciertas especies de peces y sus patógenos han corroborado esta correlación.

Más recientemente, un grupo de investigadores testó la Hipótesis de la Reina Roja en un sistema de laboratorio más controlado que la mera observación de campo. Seleccionaron a la bacteria Serratia marcescens capaz de infectar al nematodo Caenorhabditis elegans, de tal manera que este letal patógeno puede matar al gusano en IntroFIG1unas 24 horas, aunque ya se conocía que el hospedador era capaz de evolucionar rápidamente en presencia de la bacteria. Además en condiciones naturales C. elegans puede reproducirse de manera tanto sexual como asexual. Mediante manipulación genética en el laboratorio los investigadores obtuvieron varias cepas diferentes de C. elegans que podían reproducirse exclusivamente de una u otra manera: sexual o asexual. Cuando la bacteria era introducida en el entorno del gusano, todas los poblaciones que se reproducían de manera asexual acababan extinguiéndose al cabo de varias generaciones en algo similar a una pandemia global, mientras que por el contrario todas las cepas que se podían reproducir de manera sexual mimetizaban el comportamiento de una epidemia normal: algunos individuos morían por la infección mientras que otros eran capaces de sobreponerse a la bacteria y en conjunto las poblaciones sexuales no llegaron nunca a extinguirse.

Y si los patógenos son fundamentales a la hora de decidir qué individuos sobreviven y cuales mueren y hasta la propia supervivencia o extinción de cada especie parasitada, entonces en esta ecuación entra en juego un nuevo elemento: el sistema inmune, conjunto complejísimo de proteínas, células y tejidos especializados que se ha venido desarrollando a lo largo de la evolución para eliminar virus, bacterias o parásitos de los diferentes organismos hospedadores. Y dentro de esta complicada red fisiológica existe un componente del que ya he hablado en una entrada previa: el Complejo Principal de Histocompatibilidad (MHC), el conjunto de proteínas más altamente polimórfico de cualquier especie y pieza defensiva fundamental del hospedador en su carrera armamentista frente al patógeno. Por ejemplo en humanos, especie que se ha expandido por todo el globo, colonizando todos y cada uno de los ecosistemas terrestres y que ha modificado sus relaciones con el resto de los animales, facilitando de manera explosiva el paso de las más diversas zoonosis al ser humano convirtiéndolas en terribles pandemias: viruela, sarampión, tos ferina, peste bubónica y ese casi infinito listado de patógenos que han matado a miles de millones de seres humanos desde que inventamos (no se sabe si con gran acierto o como la peor de las pesadillas) la agricultura y la ganadería, presenta más de 10.000 alelos diferentes de MHC. Y se conoce que alelos distintos MHCheterozygoteadvantagesirven para controlar más o menos eficientemente a diferentes patógenos individuales. Así entonces, de cada pareja reproductora humana surge una descendencia con mezclas diferentes de MHCs, que aumentan la diversidad inmunológica dificultado en la práctica el que un determinado patógeno pueda llegar a matar a la mayoría de los humanos a los que infecte.

Y toda este exuberante polimorfismo se ha generado en una especie (los sapiens) con tan sólo unos 150.000 años de historia evolutiva y que ha pasado por quizás varios cuellos de botella demográficos que casi nos llevaron a la extinción, en donde sobrevivieron únicamente unos pocos miles de nuestros resistentes ancestros. Así, todo ello es una muestra de la increíble presión selectiva que ejercen los patógenos y de la tremenda potencia que tiene el sexo al permitir la mezcla aleatoria de mitades de genomas parentales en cada nueva generación.

Y volviendo a nuestro mundo de ficción ¿el MHC puede dar más información acerca de la Hipótesis de la Reina Roja? Diferentes especies de roedores: ratas y ratones presentan también un elevado polimorfismo de MHC, prueba de que estos mamíferos se encuentran inmersos en una carrera armamentista frente a sus propios patógenos. Pero hay una especie de roedores muy particular: la rata topo lampiña, un feo animal sin pelo y prácticamente ciego que vive en rata-desnuda-topo-animales-mascotas-tips-consejos-veterinaria-notciaspequeñas colonias eusociales matriarcales en las galerías subterráneas que cava con sus afiladas garras y dientes. Pues bien, esta tan extraña especie tiene un MHC muy poco polimórfico, señal de que por su aislado modo de vida está expuesta a muy pocos patógenos. ¿Y adivinan como es su comportamiento  sexual? Pues dentro del complejo mundo de los mamíferos es lo más parecido que hay a una colonia de abejas o a un hormiguero: una hembra alfa es la madre de toda la descendencia y en donde el resto de las hembras: hermanas, hijas y nietas de esta “reina” junto con la gran mayoría de los machos son estériles gracias a diversas feromonas que secreta la hembra alfa. Es decir, esta especie ha reducido el sexo a su mínima expresión dentro del callejón evolutivo que significa ser un mamífero. Una característica adicional de esta especie es que presenta una longevidad extraordinaria dentro de su orden (alrededor de 30 años de media), lo que podría estar relacionado con el hecho de la práctica desaparición del sexo en las inmensa mayoría de los miembros de la especie, que les ahorraría gastar muchas energías en tan costoso proceso.

En resumen, todos estos estudios se encuentran en consonancia con la hipótesis carrolliana, mostrando además el costo del sexo: aquellas especies que pueden, lo abandonan o lo limitan a la menor oportunidad; aquellas otras que viven en entornos impredecibles por estar sujetos a la presión de otras especies, generalmente patógenos deben malgastar enormes cantidades de tiempo, recursos y energía en el sexo, para así poder mantener la mínima variabilidad genética que permita que algunos miembros de la especie puedan sobrevivir a los siempre letales y cambiantes patógenos.

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  1. 1 septiembre, 2015 en 9:59

    Gran articulo! muchas gracias por currartelo tanto!. Por blogs como el tuyo estoy aprendiendo muchisimo a pesar de haber terminado los estudios 🙂

  2. 1 septiembre, 2015 en 16:59

    Interesantísimo artículo.

  3. 1 septiembre, 2015 en 17:04

    Reblogueó esto en emarblancy comentado:
    Interesante artículo sobre la reproducción sexual. ¿Por qué tenemos sexo si es mucho más sencillo que una célula se divida en dos?

  4. Masklin
    2 septiembre, 2015 en 7:38

    Avanzar para quedarse en el mismo sitio, como un pez en una corriente. Genial artículo, gracias Ateo.

  5. guilleemas
    2 septiembre, 2015 en 14:29

    ¿Por qué el sexo es malgastar? ¿Asegurar la continuidad de la especie es malgastar?

  6. 2 septiembre, 2015 en 17:11

    guilleemas

    La especie se puede continuar de muchas maneras, unas más baratas y otras más onerosas desde el punto de vista evolutivo.

  7. Sardaukar
    3 septiembre, 2015 en 11:31

    Interesantísimo, como siempre. Gracias, ateo66666.

  8. 5 septiembre, 2015 en 15:48

    Siempre había considerado el sexo como una valiorsa contribución a la tormenta de ideas que requiere la adaptación al generar numerosos elementos nuevos. Lo que sucedió con C.elegans parece en esta línea.

  9. kikedak
    6 septiembre, 2015 en 22:21

    Los rotíferos Bdeloideos llevan 30 millones de años sin reproducción sexual. Su estrategia frente a patógenos en encapsularse en formas de resistencia cuando las cosas se ponen feas. Un éxito de supervivencia, pero bastante aburrido también. 30 millones de años sin sexo, para que luego se quejen algunos! Se pueden leer más historias curiosas en “Consultorio sexual para todas las especies” de Olivia Judson.

  10. 7 septiembre, 2015 en 16:22

    Ateo, el mismo artículo aclara que la reproducción sexual permite obtener resultados que otras formas de reproducción no permiten.

    Entonces, no, la especie no puede continuar de muchas maneras. Eso es justamente lo que demuestra el experimento con Caenorhabditis elegans. Las poblaciones que se reproducían asexualmente se extinguían. ¿Cómo es que salvar a la especie de la extinción es “malgastar”?

    Además de la obvia pregunta ¿quién dice que la naturaleza tiene que gastar “bien”? Me parece que estamos antropizando demasiado las cosas, cuando sería recomendable que hiciéramos lo contrario: en vez de poner a la naturaleza en nuestro lugar, pongámonos nosotros en el lugar de ella.

  11. Manuel
    7 septiembre, 2015 en 17:27

    Excelente 🙂
    Un único detalle, no es por ser quejica, sino que hay que evitar este tipo de errores para evitar ser malinterpretados.
    […]se ha venido desarrollando a lo largo de la evolución para eliminar virus, bacterias o parásito[…]
    En la evolución nada surge “para”,
    todo surge “por”, de otra manera implicaría un sistema que puede manipular su propia evolución.

  12. 7 septiembre, 2015 en 19:05

    guilleemas

    Como indico en la entrada la reproducción sexual “malgasta” si se compara directamente con la asexual. Sólo cuando se incluyen todos los “costos”, como hace la hipótesis de la Reina Roja, entonces la reproducción sexual no sólo no “malgasta” sino como indican los experimentos que he comentado es la única forma de supervivencia que tienen muchas especies.

  13. guilleemas
    7 septiembre, 2015 en 19:10

    Ok. Gracias por la aclaración. Tal vez, entonces, sería conveniente que en el último párrafo escribieras “malgastar”, entre comillas, para que se entienda que no estás diciendo que la reproducción sexual es realmente malgastar tiempo, recursos y energía.

  14. 7 septiembre, 2015 en 19:14

    “¿quién dice que la naturaleza tiene que gastar “bien”?”

    Pues la teoría de la evolución; según todo lo que sabemos todos los organismos intentan adaptarse a su medio con el menor “gasto”, aunque ello implique soluciones que desde el punto de vista humano sólo puedan considerarse como chapuceras o estrambóticas. Ahora recuerdo el caso de esos grillos que intentan “copular” (hasta la muerte porque es imposible) con unas determinadas botellas de cristal porque tienen un color bastante similar a las hembras de su especie, aunque para su tamaño son gigantescas y no se parecen en nada a los grillos hembras, pero es que para su limitado sistema nervioso una hembra es una cosa amarilla y punto. Y ello es así, porque la evolución es ahorradora al máximo y exprime cada una de las funciones y elementos que conforman cada ser vivo y si algo se puede hacer con poco esfuerzo o recursos pues se toma el atajo adaptativo.

  15. Venciendo la impotencia
    10 septiembre, 2015 en 0:30

    Excelente artículo, y me hizo reflexionar en el costo, económico, físico, bioquímico y mental de los humanos para poder copular a gusto.

    Que suerte la de esas especies que no necesitan del cortejo, biológico o social, para procrear aunque me queda la duda; si se desprenden del sexo, ¿entonces cómo le hacen para darle placer al cuerpo? ¿o es que acaso para ellos no existe el placer? ¿será que el placer es una cualidad y una consecuencia ineludible de la fornicación?

    ¿Será que nacen en un estado de Nirvana natural?

  16. 10 septiembre, 2015 en 8:09

    Venciendo la impotencia

    Evolutivamente el propósito fundamental del placer es el de ser un motivador para llevar al organismo en cuestión a actuar en formas que sirvan para propagar los genes. Esto puede suceder de dos maneras básicas: el deseo y la recompensa. El deseo empuja la supervivencia: conseguir comida, refugio, sexo, etc. Y la recompensa sucede después de haber cumplido con la motivación del deseo: sensación de saciedad después de comer, satisfacción del sexo o de haber realizado los cuidados parentales. En general el deseo está ligado al neurotransmisor dopamina, mientras que la recompensa está regulada por los opiáceos. Entonces en especies asexuales el placer sigue ligado a las otras condiciones de supervivencia.

  17. Ricardo
    6 diciembre, 2015 en 8:28

    Me encanta este artículo. Lo tengo en marcador para releerlo de vez en cuando.
    Te quería pedir si puedes explicar a qué te refieres exactamente al afirmar que “los machos tienen baja o nula contribución a la superviviencia de la progenie”, y entonces a qué se debe que representen el 50% del total de la especie. Gracias y enhorabuena por el artículo.

    <>

  18. 6 diciembre, 2015 en 10:05

    Ricardo

    Un macho es capaz de fecundar a docenas o a cientos de hembras como lo demuestran la multitud de especies poligínicas. Eso incluye al ser humano, que a veces es poligínico cultural, piensa en los casos históricos de emperadores o los actuales jeques árabes con cientos de mujeres. Un macho fértil muchas veces no necesita más que una eyaculación para dejar embarazada a una hembra también fértil, por tanto a lo largo del año puede ser el padre biológico de cientos de bebés. Por tanto, alguna ventaja adicional debe tener que la naturaleza derroche tantas energías en producir tantos machos en exceso. Y como comento en la entrada la respuesta es que ello genera la suficiente variabilidad genética para que a los patógenos les sea difícil, cuando no imposible infectar y colonizar a todos los miembros de una especie hospedadora.

  19. 24 agosto, 2016 en 10:45

    Inaugurado el parque temático del creacionismo, en EEUU por supuesto: http://diario-de-un-ateo.blogspot.com.es/2016/08/inaugurado-un-parque-tematico-que.html
    ¡Eso sí que es verdadera educación para la infancia!

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