Francis en #rosavientos: Descubren peces sierra nacidos de hembras vírgenes

Por Francisco R. Villatoro, el 13 junio, 2015. Categoría(s): Biología • Ciencia • Eureka (La Rosa de los Vientos) • Noticias • Recomendación • Science ✎ 2

Dibujo20150606 frequency vs internal relatedness smalltooth sawfish - cell press - sciencedirect com

Ya está disponible el audio del podcast de Eureka, mi sección en La Rosa de los Vientos de  Onda Cero. Como siempre, una transcripción, unos enlaces y algunas imágenes.

Investigadores estadounidenses han descubierto crías de una especie de pez sierra nacidas por partenogénesis, una forma de reproducción en la que no es necesaria la fecundación del óvulo por un espermatozoide de un macho. En concreto, por partenogénesis automíctica, en la que una meiosis normal da lugar a la formación de un ovocito y tres corpúsculos polares, produciéndose la fertilización del ovocito por uno de los corpúsculos polares de la propia hembra, en lugar de un espermatozoide de un macho. El resultado es un partenote que se puede considerar un pseudoclón de la madre. Hasta ahora, este proceso no se había observado en ningún vertebrado nacido en libertad (aunque sí en cautividad). El proceso conlleva una pérdida de la diversidad genética, pero cerca del 3% de los peces sierra estudiados en Florida fueron fruto de la partenogénesis. En peligro de extinción, esta forma de reproducción no sexual puede ayudar a mantener a la especie, pero no será suficiente para salvarla.

El artículo es Andrew T. Fields, Kevin A. Feldheim, Gregg R. Poulakis, Demian D. Chapman, «Facultative parthenogenesis in a critically endangered wild vertebrate». Current Biology 25: R439-R447, 01 Jun 2015, doi: 10.1016/j.cub.2015.04.018. Más información divulgativa en «Descubren peces sierra nacidos sin reproducción sexual,» Agencia SINC, 01 Jun 2015; Javier Sampedro, «Nacimiento virgen: sin sexo ni palomas,» Ciencia, El País, 01 Jun 2015; EFE, «Descubren una población de peces sierra hembra que se reproduce sin sexo,» Ciencia, ABC, 02 Jun 2015;

Sobre la partenogénesis automíctica recomiendo leer el estupendo artículo de Carlos Lobato Fernández, «Genética de tronos (VI): Tyrion Lannister y el sexo de los dragones,» Naukas, 12 May 2014 (la partenogénesis automíctica se ha observado en varanos, dragones de Komodo). También recomiendo Almudena M. Castro, «El parto virgen de los pulgones,» Naukas, 15 Abr 2015; Amazings, «Y la virgen dio a luz sin conocer macho alguno…,» Naukas, 09 May 2012; Miguel Artime, «Historia de una boa asexual,» Naukas, 04 Nov 2010;

Dibujo20150606 normal fertilisation - parthenogenesis - hugh fletcher

 

Según los autores del Nuevo Testamento, Jesucristo nació de la virgen María por un nacimiento virginal, como fue predicho por muchos profetas del Antiguo Testamento. ¿Biológicamente es posible un nacimiento virginal en humanos? Se llama partenogénesis a la reproducción asexual a partir de un óvulo no fecundado (por cierto, parthenos en griego significa vírgen). Se da tanto en el reino vegetal como en el animal. La partenogénesis fue descubierta en pulgones (hemípteros) en 1740 por el biólogo suizo Charles Bonnet y en abejas (himenópteros) en 1845 por el apicultor polaco Jan Dzierżon; la teoría actual de la partenogénesis se la debemos al biólogo inglés Richard Owen, que la publicó en 1849. Que una hembra puede reproducirse a sí misma sin necesidad de la presencia de un macho es muy útil en ciertas circunstancias. El resultado de la partenogénesis es un clon de la madre. Jesús no pudo nacer de forma partenogenética porque hubiera sido una mujer (un clon de su madre). En mamíferos la partenogénesis no se da forma natural, pero se puede inducir en laboratorio. Ya en 1936 se indujo con éxito la partenogénesis en un conejo; también se puede inducir en ratones y monos, pero suele resultar en un desarrollo anormal. En el desarrollo del feto se produce una impronta genética, se desactivan ciertos genes o bien en el cromosoma materno o bien en el paterno para que el desarrollo proceda normalmente. El desarrollo de un mamífero creado por partenogénesis presenta anormalidades que producen un aborto. La partenogénesis es común entre los animales invertebrados, pero muy poco frecuente en los vertebrados. Hasta ahora sólo se había observado en vertebrados en situaciones de cautividad, en las que no pueden aparearse. Esta semana se publica el primer caso de partenogénesis observado en vertebrados en su hábitat natural. Algunas hembras de una población de peces sierra en Florida (EE.UU.) han comenzado a reproducirse sin sexo. El estudio se publicó el pasado martes en la revista científica Current Biology.

Dibujo20150606 model depicting automictic parthenogenesis - salmonboa com

Esta reproducción asexual en los peces sierra da lugar a hembras, ¿biológicamente es imposible que nazcan machos por este método? Como hemos dicho antes la partenogénesis es una forma de reproducción asexual en la que un óvulo sin fecundar inicia la división celular (o segmentación) para la formacion del blastocito que dará lugar al embrión que se desarrollará en un nuevo ser (llamado partenote). Hay dos tipos básicos de partenogénesis la diploide y la haploide. En la partenogénesis diploide, no se da la meiosis y el huevo se forma por mitosis. El resultado es un clon de la madre que lleva exactamente sus mismos cromosomas. Se ha observado en cautividad en algunos reptiles y peces (gecko, dragón de Komodo y pez martillo). Sin embargo, en la partenogénesis haploide, se produce una meiosis del óvulo antes de la mitosis, lo que produce un huevo con células haploides, que tienen la mitad de los cromosomas de la madre. Esta partenogénesis ocurre en las abejas (himenópteros), las hembras (reina y obreras) son diploides, pero los machos (zánganos) son haploides. Las células de todos los vertebrados son diploides (salvo los gametos) por lo que sólo se puede dar la partenogénesis diploide, que produce un clon de la madre, siendo imposible que se produzca un macho. Existe una variante de esta partenogénesis haploide, la automíctica. Tras la meiosis normal que da lugar a la formación de un ovocito se forman tres corpúsculos polares. La fertilización del ovocito por uno de los corpúsculos polares de la propia hembra, en lugar de un espermatozoide de un macho, da lugar a un pseudoclón de la madre. Hasta ahora, este proceso no se había observado en ningún vertebrado nacido en libertad. Para los científicos de la Universidad Stony Brook de Nueva York ha sido toda una sorpresa el hallazgo inesperado en un estuario de Florida de un grupo de peces sierra (Pristis pectinata) hembras que se habían reproducido por partenogénesis. Los análisis de ADN revelaron que alrededor del 3 por ciento de los peces estudiados eran producto de esta inusual reproducción asexuada. Estos peces se encontraban en perfecto estado. Como la población de estos peces sierra es pequeña y está menguando debido a la sobrepesca y a la pérdida de su hábitat costero, se cree que la partenogénesis podría alargar su existencia o retardar su extinción.

Dibujo20150606 sexual reproduction - meiosis - genetic diversity - source pearson education

El sexo es necesario para la evolución de las especies porque genera diversidad genética. ¿Qué función evolutiva puede tener la partenogénesis en los peces sierra? Hasta ahora, los únicos vertebrados que habían nacido por partenogénesis habían sido criados en cautividad. Desde un punto de vista evolutivo, el problema que surge es que las crías tienen la mitad de la diversidad genética de las madres y suelen morir. POr ello se pensaba que la partenogénesis no era eficaz para contribuir a la proliferación de una especie en su entorno natural. Hay unos pequeños animales acuáticos llamados rotíferos que se reproducen son partenogenéticos y han sobrevivido durante millones de años sin sexo. En laboratorio se usan como animal modelo experimental. No se sabe por qué los rotíferos son partenogéneticos. Se cree que una de las ventajas del sexo es la reducción de los llamados «parásitos genéticos» (elementos transferibles del ADN). Se trata de pedazos de ADN que se multiplican a sí mismos y pueden causar un daño genético. Esta hipótesis parece explicar que los rotíferos sean partenogenéticos. Quizás la partenogénesis es mucho más habitual de lo que se pensaba en la población de animales silvestres, sobre todo en poblaciones pequeñas o en declive. Serán necesarias futuras investigaciones para confirmar la presencia de otros ejemplares partenogenéticos en poblaciones de animales que se encuentren en riesgo de extinciónActualmente, los individuos viven casi exclusivamente en el sureste de Florida. Los análisis masivos de ADN son claves en este tipo de estudios.

Dibujo20150606 family relativeness - source Jeffrey S Rosenthal

Estos peces sierra de Florida están usando la partenogénesis para tratar de evadir la extinción. ¿Se sabe si podrán salvarse gracias a este reproducción asexual? Andrew Fields y sus colegas de la Universidad de Stony Brook, New York (EE.UU.) afirman en su artículo que la partenogénesis no será suficiente para salvar a los peces sierra de diente pequeño (Pristis pectinata) de su extinción. Esta especie está en peligro extremo de extinción, con una población que diezmada hasta menos del 5% de su tamaño en el año 1900. Estos peces alcanzan el medio metro de longitud y son endémicos del suroeste de Florida. En el estudio publicado en la revista Current Biology se recogieron (y fueron deuvueltos al agua) 190 individuos entre los años 2004 y 2013. Se realizó un análisis genético de su ADN para determinar el grado de variedad genética de cada individuo. Estas técnicas permiten calcular el parentesco de un individuo consigo mismo. Cuando las poblaciones se reducen hasta el riesgo de extinción, los dos progenitores tienden a ser primos o incluso hermanos, porque no es fácil encontrar otra pareja por los alrededores. Un parentesco interno (IR, por internal relatedness) de 0,25 quiere decir los padres eran primos; uno de 0,50 que eran hermanos. Los científicos de Stony Brook encontraron siete peces sierra con un valor (IR) cercano a la unidad: sus dos juegos de cromosomas son idénticos. Por tanto no provienen de padre y madre, sino solo de la madre. La hipótesis de los científicos es que estos casos de partenogénesis son adaptativos, un último intento de las hembras por superar la escasez de machos. Quizás la partenogénesis esté mucho más extendida en el mundo animal de lo que creemos. Pero no olvidemos que el proceso es imposible (en rigor estadístico, extremadamente improbable) en humanos. Se cree en primates el aborto natural del feto ocurre en todos los casos.

Sobre las matemáticas del parentesco te recomiendo leer a Jeffrey S. Rosenthal, «The mathematics of your next family reunion,» +plus magazine, 22 Nov 2011.

Por cierto, ¿por qué las gallinas ponen huevos sin ser fecundadas por un gallo? Un huevo no fecundado no puede dar lugar a un pollito. Sólo si el gallo fecunda a la gallina saldrá un huevo, que al ser incubado durante 21 días, dará lugar a un pollito. Más información divulgativa en «¿Por qué las gallinas ponen huevos?,» 3Tris3Tigres, 12 Feb 2012.

 

 



2 Comentarios

  1. Es curioso que varios de los casos de partenogénesis se den en «tiburones raros» como este pez sierra o el tiburón martillo (en 2001 nació en un Zoo de Nebrasca un tiburón martillo sin padre).
    Desde nuestro punto de vista cotidiano la reproducción sexual es la forma más natural (y divertida sin duda) de reproducirse. Sin embargo, desde el punto de vista del gen (o replicador) que es la unidad sobre la que actúa la selección natural la reproducción sexual es un puro derroche de recursos: busca pareja, gasta recursos y tiempo en ello, arriesga tu vida ante depredadores y competidores, peligro de contagio de enfermedades, ritos de apareamiento, fracaso en la búsqueda de pareja, etc, etc). Es muchísimo más fácil y rápido hacer copias de los genes por mitosis y crear miles de clones de si mismos. Así que ¿por que el sexo y la meiosis? Sin sexo no hay diversidad genética, ni evolución ni resistencia a los parásitos pero todo esto, a corto plazo, a los genes les importa un pimiento así que ¿Por qué? Hay varias hipótesis pero creo que la respuesta final aún no está clara: quizás «un punto sin retorno» a partir del cual ya no es posible la reproducción asexual.
    Existen hipótesis fascinantes que podrían explicar la partenogénesis y otros fenómenos «extraños»: a los genes de los órganos que están fuera del núcleo como los genes mitocondriales no les interesa la reproducción sexual ya que ellos solo pasan a la generación posterior a través de los óvulos de la madre, para ellos los machos son «inútiles». Este hecho, puede producir que, a lo largo de la evolución, cualquier mutación en los genes mitocondriales que favorezca la interrupción o la modificación de la meiosis y que el descendiente sea una hembra sea favorecida. De esta forma la partenogénesis sería un «ataque» de los genes mitocondriales al normal funcionamiento de la maquinaria celular con el único propósito de aumentar su capacidad de reproducción (que es el objetivo final de todos los genes). ¿No es increíble?

  2. Según leo en wikipedia la partenogénesis es frecuente en heteronotia binoei, también vi a este animal en un documental de la2 en que se contaba que la reproducción asexual les daba la ventaja de que con un solo ejemplar hembra que llegara fortuitamente a algún islote remoto podían colonizarlo (viven en islas del pacífico y Australia). Esta es una ventaja insuperable de este tipo de reproducción y un motivo para que exista evolutivamente hablando.

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