Encuentran pistas de como evolucionó la diferenciación sexual. Las regiones genéticas ligadas a la reproducción sexual pueden sufrir grandes cambios evolutivos, al contrario de lo que se creía.
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El origen del sexo se podría retrotraer a las primeras bacterias que intercambiaron genes hace 3000 millones de años y ha estado presente desde entonces. Cuando una cepa bacteriana se vuelve resistente a un antibiótico se debe a esta maravillosa facilidad que tiene estos microorganismos de compartir una “nube genética” universal. Si usted, amigo lector, enferma por culpa de una infección y ésta tarda en desaparecer se debe precisamente a este mecanismo. Este tipo de sexualidad no está ligada a la reproducción, pues puede haber intercambio de genes sin necesidad de que haya descendencia. Así, una bacteria puede intercambiar unos genes y pasar a ser otra bacteria diferente sin necesidad de pasar por una mitosis celular. Esto incluso permite que una bacteria pueda «evolucionar» aunque no se reproduzca.
A esta sexualidad procariota se le unió la sexualidad eucariota o meiótica hace unos 1000 millones de años. En este caso la cosa es más compleja, pues la sexualidad en este caso sí está ligada necesariamente a la reproducción y se precisa una meiosis que divida el número de cromosomas a la mitad para producir las células que posteriormente se juntarán para producir una nueva célula y un individuo con todos los cromosomas. Este sistema garantiza una variedad genética grande en cada generación, pero a costa de una mayor complejidad en la reproducción.
Posteriormente se desarrollaron los géneros masculino y femenino, y los especializados óvulos y espermatozoides cuando se desarrollaron los seres pluricelulares. Estas células dedicadas a la reproducción, o gametos, deben juntarse en algún momento para producir un nuevo individuo, que será o bien macho o bien hembra.
Algunos científicos mantienen que la reproducción sexual, bajo el punto de vista biológico, es una inmensa pérdida de tiempo y energía. Pero, en todo caso, hay algunos enigmas en este asunto: ¿por qué tienen que juntarse dos mitades para formar un todo que volverá a formar dos mitades?, ¿cómo ocurrió?, ¿cómo y por qué surgieron los sexos masculino y femenino?
La mayoría de los organismos pluricelulares, como las plantas y animales, tienen dos sexos distintos (hay un dimorfismo) que producen óvulos inmóviles y pequeños espermatozoides móviles que van en su busca. Los organismos unicelulares pueden reproducirse sexualmente, pero, si los hay, los dos sexos son típicamente indistinguibles uno del otro, representado un estado evolutivo ancestral y temprano. Sin embargo, la gran distancia evolutiva y temporal que separa a plantas y animales de su antepasado común unicelular ha impedido hasta ahora la comprensión de la transición hacia este dimorfismo macho-hembra.
Que ahora haya hombres y mujeres en la Tierra y que nos reproduzcamos de la manera que lo hacemos, con nuestros rituales, nuestra competitividad, complejos, éxitos, fracasos, dolor y placer se lo debemos a esa transición que ocurrió hace cientos de millones de años.
Ahora, científicos del Instituto Salk creen haber encontrado pistas sobre el origen de los sexos. Para ello se han valido de Volvox carteri, una bella alga microscópica formada por varias células. Han conseguido mostrar que la región genética que determina el sexo del Volvox ha cambiado dramáticamente si se compara con la emparentada alga unicelular Chlamydomonas reinhardtii.
Este hallazgo proporciona la primera prueba empírica que apoya el modelo evolutivo de dos sexos diferentes, en donde la expansión de las regiones determinadas sexualmente crean diversidad genética seguida por genes que asumen nuevas funciones relacionadas con la producción de gametos femeninos y masculinos.
Según James Umen, investigador principal de este estudio, hasta ahora se veía a los cromosomas determinadores del género (como los famosos X e Y) como regiones en decadencia que pierden genes que no están relacionados con la reproducción sexual. Este estudio mostraría precisamente lo contrario, demostrando que esas regiones pueden expandirse y generar nuevo material genético mucho más rápidamente que el resto del genoma.
No se tiene ni idea de cómo surgieron evolutivamente machos y hembras, o qué cambios genéticos se necesitan para ello. Quizás la transición hacia el dimorfismo macho-hembra puede ser estudiada en la actualidad comparando dos seres genéticamente similares: uno que sea unicelular y otro multicelular, como Chlamydomonas y Volvox. Los gametos de Chlamydomonas son iguales, pero Volvox produce óvulos y espermatozoides que son distinguibles.
Aunque los genomas de estos dos seres son similares en muchos aspectos, hay una clara excepción que proporcionó a estos investigadores pistas de cómo ocurrió el origen de los sexos diferenciados. En este caso hay un locus genético que funciona de una manera similar a los cromosomas humanos X e Y que determinan el género y que podemos denominar “locus sexual”.
Examinando este locus en ambas especies encontraron que compartían algunos de los genes, tal y como cabria esperar de especies emparentadas, pero, sorprendentemente, en Volvox había una gran variedad de nuevos genes que habían sido añadidos, expandiendo este locus sexual. Además, la expresión de muchos de estos genes había caído bajo el control de programas de diferenciación masculinos y femeninos. Pudieron establecer que el locus sexual de Volvox era cinco veces mayor que el de Chlamydomonas. ¿Cómo ocurrió esto?
Para descubrir el origen de este añadido de genes, los científicos miraron a ver si podían también encontrarlos en el genoma de Chlamydomonas. Descubrieron que, aunque algunos de los nuevos genes del locus sexual de Volvox eran completamente nuevos, muchos de ellos tenían su correspondiente gen en Chlamydomonas, aunque estaban fuera del locus en cuestión. Por tanto, Volvox había tomado genes que inicialmente no tenían nada que ver con el sexo y los había incorporado en su locus sexual para usarlos en su ciclo de reproducción sexual.
Este equipo científico estudia ahora estos nuevos genes del locus en cuestión para entender sus funciones individuales en la determinación del sexo y el desarrollo sexual.
Ya han identificado en Volvox un gen denominado MAT3 que parece haber evolucionado para tener un papel en la diferenciación sexual. MAT3 está relacionado con un gen humano (el supresor del tumor retinoblastoma) que controla la división celular y que cuando se presenta en su forma mutante da lugar células cancerosas. En Volvox, MAT3 probablemente tiene un papel en el control de la división celular similar a su correspondiente gen en plantas y animales, pero además ha adquirido diferencias específicas asociadas al género en sus secuencias y patrones de expresión que se correlacionan con diferencias en el desarrollo diferencial reproductivo macho-hembra.
El estudio muestra que Volvox y especies semejantes son un poderoso modelo en el que estudiar la evolución de los sexos, proporcionando un sistema con el que poder retrotraer la historia evolutiva para así preguntar cuestiones acerca del origen del género y otros rasgos que son difíciles de estudiar en grupos como plantas y animales.
Estos investigadores han empezado a estudia el locus sexual de Gonium, una especie que cuenta con 16 células y que se sitúa evolutivamente entre Chlamydomonas y Volvox. Puede que permita estudiar los pasos evolutivos intermedios entre estas dos últimas especies y que así facilite la comprensión de cómo sucedió todo el proceso evolutivo en este asunto.
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Fuentes y referencias:
Nota de prensa. [2]
Artículo original (resumen). [3]
Mundo Volvox. [4]
Foto cabecera : Volvox carteri. Fuente: Umen laboratory, Salk Institute for Biological Research.