Sexo, muerte y la Reina Roja

31/05/2018 0 comentarios
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La existencia del sexo es difícil de explicar. Teniendo en cuenta que los machos no se pueden reproducir por su cuenta y normalmente no contribuyen con nada más que sus genes a la descendencia, una población de hembras asexuales que se reproduzcan por sí mismas puede crecer el doble de rápido que una población que se reproduzca sexualmente.

En el mundo de la biología los machos apenas desempeñan un papel importante, normalmente no contribuyen a la "vida" con nada más que con las células sexuales, que a la postre son simplemente unos vehículos para aportar sus genes y que se produzca la reproducción sexual. Las hembras por sí mismas se podrían reproducir sin sexo, y la población crecería el doble de rápido [1]. Entonces, ¿por qué existe todo ese lío del sexo y la reproducción sexual?

Que existan dos sexos puede parecer en principio un error, ya que es un gasto extra que no sería necesario para la reproducción ni para la perpetuación de la vida. Pero sin embargo, la mayoría de las plantas y los animales tienen dos sexos y utilizan la reproducción sexual. ¿Por qué lo hacen? La respuesta más simple es porque la reproducción sexual acelera la evolución. La "hipótesis de la Reina Roja" apoya esta respuesta.

La hipótesis defiende que la reproducción sexual proporciona a plantas y animales una gran ventaja en la lucha contra los parásitos porque les permite evolucionar más rápido que si la reproducción fuera asexual. Morran y colaboradores [2] se propusieron testar experimentalmente esta hipótesis criando en laboratorio poblaciones de gusanos nematodos con y sin parásitos bacterianos que coevolucionasen con ellos.

La "hipótesis de la Reina Roja" fue propuesta en 1973 por el biólogo evolucionista Leigh Van Valen. Se denomina así por la carrera entre la Reina Roja y Alicia en el libro de Lewis Carrol "Alicia a través del espejo". En esta carrera, Alicia y la Reina Roja corren todo lo rápido que pueden, pero nunca llegan a ningún sitio [5]. Desde el punto de vista evolutivo, entre las especies y sus parásitos se produce el mismo efecto que entre Alicia y la Reina Roja, ambas especies evolucionan continuamente pero su éxito reproductivo permanece igual ya que cada "mejora" de una especie es contrarrestada por la "mejora" de sus competidores y parásitos [4].


Posteriormente, esta analogía de Van Allen fue ampliada por otros biólogos para justificar evolutivamente la existencia del sexo. Entre huéspedes y parásitos se produce una coevolución, de tal manera que las variantes genéticas raras del huésped que le proporcionen una ventaja evolutiva sobre el parásito, son seleccionadas favorablemente, por lo que al pasar las generaciones, se volverán comunes. Pero el parásito también evoluciona para contrarrestar esta ventaja y "ponerse a la altura" del huésped y no ser eliminado, por lo que nuevas variantes raras del huésped que le den ventaja sobre el parásito volverán a ser seleccionadas positivamente. Y así el ciclo de mutación del huésped-selección positiva-mutación del parásito-mutación del huésped se repite ad infinitum. Esta selección continua en el huésped se ve favorecida enormemente por la reproducción sexual, ya que si no, se produciría más lentamente y podría no soportar la presión selectiva del parásito, lo que diezmaría su fitness -éxito reproductivo- y lo podría llevar a la extinción. La recombinación genética que se produce en la reproducción sexual permite al huésped generar nuevas y raras combinaciones alélicas en su descendencia que si se reprodujera de manera asexual.

Morran y colaboradores utilizaron el nematodo Caenorhabditis elegans, y su parásito bacteriano natural, Serratia marcescens, para testar esta hipótesis experimentalmente. La elección de C. elegans es perfecta porque presenta los dos tipos de reproducciones, la sexual y la asexual. Los científicos encontraron que en poblaciones criadas sin parásitos la reproducción sexual se producía en un escaso 20 % de los individuos, mientras que en poblaciones criadas con parásitos, esta se disparaba al 80-90 % de los individuos.

En un nuevo experimento, los investigadores sometieron a las poblaciones de C. elegans a parásitos que sin evolucionar, es decir, que en cada nueva generación de C. elegans, los científicos los infectaban con la cepa original de parásitos. En este caso la reproducción sexual se mantenía siempre en el 20 % original. Al no necesitar la reproducción sexual para sobrevivir, C. elegans "elegía" la reproducción asexual, mucho menos costosa y no necesitada de machos. Es decir, no es la presencia de los parásitos lo que hace necesaria la reproducción sexual, es la necesidad de "escapar" a la evolución de los parásitos para no extinguirse lo que obliga a la existencia del sexo (Figura1).

Si los investigadores permiten al gusano nematodo huésped (H) y su parásito (p) coevolucionar (serie de la parte superior de fotos), se producen altas tasas de reproducción sexual que se mantienen (gráfico de la derecha línea granate). Si utilizan poblaciones de parásitos congelados para infectar cada nueva generación del huésped con una cepa fija, no evolucionada y ancestral del parásito (p0 serie inferior de fotos), las tasas de reproducción sexual disminuyen (gráfica línea verde) hasta niveles de población sin parásito (gráfica línea roja).

Morran y sus colaboradores siguieron con los experimentos. Si utilizaban mutantes de C. elegans que eran asexuales obligados y dejaban evolucionar libremente a los parásitos, los C. elegans se extinguían en 20 generaciones. Y si infectaban a las cepas originales de C. elegans con parásitos evolucionados, las asexuales morían rápidamente, y los que se reproducían sexualmente lograban sobrevivir con mucha dificultad al principio, pero luego conseguían mantenerse con una tasa normal de reproducción.

Todos estos resultados demuestran fehacientemente la "hipótesis de la Reina Roja" y justifican la existencia de la reproducción sexual: Las dos especies evolucionan continuamente, simplemente para mantenerse en el mismo lugar, y el huésped necesita la reproducción sexual para poder hacerle frente a la evolución del parásito.[6]

El sexo -y la existencia de machos- es necesario para que la evolución y, por lo tanto, la adaptación a un entorno cambiante, se produzca más rápidamente y poder así evitar la extinción.

Referencias
1. J. Maynard Smith The Evolution of Sex (Cambridge Univ. Press, Cambridge, 1978).
2. Morran LT, Schmidt OG, Gelarden IA, Parrish RC 2nd, & Lively CM (2011). Running with the Red Queen: host-parasite coevolution selects for biparental sex. Science (New York, N.Y.), 333 (6039), 216-8 PMID: 21737739
3. W. D. Hamilton Oikos 35, 282 (1980).
4. L. Van Valen Evol. Theory 1, 1 (1973).
5. L. Carroll Through the Looking-Glass and What Alice Found There (Macmillan, London, 1871)
6. Brockhurst, M. A. (2011). Sex, death, and the red queen. Science, 333(6039), 166-167.