Reproducción sexual: la clave la tiene la Reina Roja

Alicia, que es tomada de la mano por la Reina para que corran juntas, se asombra mucho al ver que, aunque corre lo más rápido que puede, sus alrededores no parecen cambiar
Alicia miró alrededor suyo con gran sorpresa.
-Pero ¿cómo? ¡Si parece que hemos estado bajo este árbol todo el tiempo! ¡Todo está igual que antes!
-¡Pues claro que sí! -convino la Reina-. Y, ¿cómo si no?
-Bueno, lo que es en mi país -aclaró Alicia, jadeando aún bastante, cuando se corre tan rápido como lo hemos estado haciendo y durante algún tiempo, se suele llegar a alguna otra parte…
-¡Un país bastante lento! -replicó la Reina-. Lo que es aquí, como ves, hace falta correr todo cuanto una pueda para permanecer en el mismo sitio. Si se quiere llegar a otra parte hay que correr por lo menos dos veces más rápido.

Lewis Carrol, Alicia a través del espejo

Este fragmento nos puede dar la idea del por qué de la reproducción sexual. ¿Por qué aún cuando el coste de los machos (término acuñado por Trivers) es elevado, seguimos refugiándonos en el sexo?

Van Valen dice que las especies que no coevolucionen rápidamente tenderán a la extinción. Esto también está relacionado con la teoría de juegos propuesta por Maynard Smith.

Dado que los machos no son capaces de reproducirse independientemente de las hembras, y realmente contribuyen poco en la persistencia de la especie dando sus genes, ¿qué tiene esto de ventajoso -considerando que la mayoría de especies sexuales distribuyen sus sexos en proporciones semejantes- en comparación con la reproducción asexual si una población compuesta exclusivamente de hembras puede crecer con una velocidad dos veces mayor? ¿qué tiene realmente de ventajoso el sexo?

Como bien sabemos, ninguna especie se encuentra aislada; suele haber una carrera evolutiva para estar bien adaptados al medio y no propiciar su extinción. Esto implica atacar y ser atacados por otros organismos, esto significa competencia, depredación, parasitismo, etc.
A una especie que se encuentra constantemente en tensión evolutiva con su entorno ¿le convendrá más quedarse como está o evolucionar lo más rápidamente para que otros organismos no le ganen la batalla?
Evidentemente la primera respuesta sería la correcta, pero ¿qué sucede si entonces todos los organismos optaran por evolucionar, por adaptarse mejor que el resto al mismo tiempo? Esto es a lo que se refiere van Valen en su hipótesis de la Reina Roja: corre lo más rápido que puedas para quedarte en el mismo sitio. En esta carrera armamentística no hay que quedarse atrás.

Como bien sabemos, las especies cambian constantemente debido a una presión ambiental. Cuando un mamífero herbívoro adaptó su sistema locomotor levantándose sobre sus uñas para correr más rápidamente, el depredador adoptó tácticas nuevas para alcanzar a la presa. La presa entonces ante este nuevo ataque debe idear otra estrategia como contraataque. Esto sucede con más frecuencia de lo que pensamos y las interacciones entre elementos de distintas especies no son ahora como lo fueron antes.

Esto podemos extrapolarlo al parasitismo, que es el mejor ejemplo práctico y experimentado en laboratorio para demostrar la ventaja de la reproducción sexual aún con los costes que implica el “perder” la mitad de la población al producir machos.
Cuando un parásito coevoluciona con el huésped, éste último se ve favorecido ante las variantes alélicas más raras que consistirían en una protección contra el parásito, estos alelos deberán entonces hacerse cada vez más frecuentes en la población y esta transmisión se ve altamente favorecida durante la reproducción sexual ya que ocurriría más rápidamente. El factor tiempo aquí es la clave. Finalmente, este último alelo que brindaba la protección inicial se haría cada vez más frecuente y por tanto, favorecería al parásito haciéndonos volver al punto de partida; este ciclo tendrá que repetirse.
Durante la reproducción sexual, es posible una recombinación del material genético, permitiendo así dar nuevas series alélicas en un tiempo que sería impensable para los organismos asexuales.

Para contrastar la hipótesis planteada por van Valen y posteriormente aplicada por Graham Bell para dar respuesta al enigma del sexo, el equipo de Morran usó el nematodo Caenorhabditis elegans y su parásito correspondiente, la bacteria Serratia marcescens.
C. elegans tiene la capacidad de reproducirse tanto sexual como asexualmente y midiendo las tasas del tipo de reproducción en presencia o ausencia del parásito pudieron ver si realmente el ambiente ejerce la presión necesaria para justificar una reproducción sexual.

Se hicieron fundamentalmente tres experimentos:
C. elegans en ausencia del parásito
C. elegans en presencia del parásito en coevolución
C. elegans en presencia del parásito sin coevolucionar

Se vio que en ausencia del parásito, la reproducción sexual era significativamente superior a la tasa obtenida para la reproducción sexual. La reproducción asexual se mantuvo en torno a un 80%. En este caso sin presión evolutiva, se ve que el beneficio de la producción de machos no justifica el coste que implican para la especie.

En el segundo experimento, cuando tienen un presión evolutiva ante la presencia de un parásito que coevolucione con el nematodo, la tasa de reproducción sexual aumentó considerablemente llegando a alcanzar valores cercanos al 90%. En el caso de una coevolución entre parásito y huésped, el beneficio en la producción de machos es tal que la especie puede darse el lujo de costear el proceso.

En el tercer experimento, se sometió a los nematodos a un parásito sin evolucionar. A cada generación de C. elegans se le volvía a exponer a una infección con la misma cepa bacteriana de tal manera que sólo estuviesen sometidas una vez a la presión evolutiva.
Los resultados arrojados aquí demostraron que durante las primeras generaciones, la tasa de reproducción sexual aumentó como en el segundo experimento, pero una vez adaptados al parásito, la tasa de reproducción sexual volvía a bajar hasta niveles obtenidos en el primer experimento ya que el beneficio de mantener una población de machos no superaba a su coste una vez de regreso al estado inicial.

También comprobaron que poblaciones de C. elegans asexuales obligados se extinguían ante una infección del parásito evolucionado, mientras que no ocurría con los sexuales obligados inclusive al ser infectados por cepas inactivas.

Esto demuestra finalmente la hipótesis para el caso de este experimento siendo perfectamente extrapolable en la naturaleza. Como he mencionado antes, la carrera evolutiva no sólo está regida por las relaciones huésped-parásito sino que nos vemos también ante las presiones de otros organismos como las relaciones depredador-presa o la competencia interespecífica. Parecer ser que más que el componente físico ambiental, tiene mayor peso el componente biótico: la coevolución interespecífica.

Referencias:

  1. Morran LT, Schmidt OG, Gelarden IA, Parrish RC 2nd, & Lively CM. Running with the Red Queen: host-parasite coevolution selects for biparental sex. En Science (New York, N.Y.), 333 (6039), 216-8 PMID: 21737739
  2. Maynard Smith. The Evolution of Sex. Cambridge Univ. Press, Cambridge, 1978
    W. D. Hamilton. Oikos 35, 282, 1980
  3. Van Valen, L. A new evolutionary law. En Evolutionary Theory 1: 1—30, 1973
    Bell, G. The Masterpiece Of Nature: The Evolution and Genetics of Sexuality. University of California Press, Berkeley, 635 pp., 1982
  4. J. Cabrero, JP. Camacho. Cromosomas parásitos en Investigación y Ciencia, 394, Junio 2009

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