La reproducción sexual es con diferencia el método reproductivo más común en eucariotas. Se estima que apareció hace unos 1.200 millones de años y desde entonces (coexistiendo con la reproducción asexual o no) se ha mantenido hasta nuestros días. No obstante, los motivos por los que ha prevalecido ante la reproducción asexual y cómo ha podido dar lugar a diferentes sexos no están tan claros. Por ello, son numerosas la teorías y experimentos que intentan dar explicación a su origen y evolución.
No se puede hablar de reproducción sexual sin hablar de meiosis. La meiosis es un proceso fundamental que permite reducir la carga genética de un individuo diploide (2n), produciendo 4 gametos. Si dos gametos (n) compatibles se unen, pasan a formar un nuevo individuo. Asimismo, en la meiosis tiene lugar la recombinación genética mediante entrecruzamientos en cromosomas homólogos, produciendo variabilidad en los gametos. Esto dota de una gran ventaja adaptativa a la reproducción sexual. Sin embargo, la reproducción sexual implica un gran coste energético y son necesarios dos individuos para llevarse a cabo. Teniendo esto en cuenta, la reproducción asexual puede resultar mucho más ventajosa, ya que a partir de un individuo aislado puede originarse una población rápidamente con un coste energético es menor.
En un estudio realizado por Jeremy C. Gray y Matthew R. Goddard (2011) en Saccharomyces cerevisiae donde una línea de individuos se reproducía sexualmente y dos asexualmente (1 por cada sexo), se puso de manifiesto cómo la reproducción sexual favorece una mayor capacidad adaptativa. Después de 300 generaciones en ambiente permisivo no se encontró diferencia entre las líneas, pero en ambiente estresante se observó como la línea con reproducción sexual se había adaptado mucho mejor, combinando las mutaciones beneficiosas y desligando estas de las perjudiciales.
La clave para entender el éxito de la reproducción sexual reside en el fenómeno de la interferencia clonal. De acuerdo con este fenómeno, estudiado en biología evolutiva, las mutaciones beneficiosas tardan mucho más tiempo en ser fijadas en poblaciones de organismos con estrategia de reproducción asexual. Esto es debido a que las mutaciones beneficiosas compiten entre sí en organismos con reproducción asexual, de esta forma es seleccionada la más beneficiosa, y para acumularse diferentes mutaciones tendrían que darse en el mismo linaje de forma sucesiva. Por el contrario, en organismos con reproducción sexual, mutaciones beneficiosas en individuos diferentes pueden combinarse en un único individuo por la fusión de gametos, o, desligarse mutaciones perjudiciales de las beneficiosas en los entrecruzamientos de la meiosis.
Representación gráfica del fenómeno de interferencia clonal. El sexo ayuda a la propagación de rasgos ventajosos a través de la recombinación. Los diagramas comparan la evolución de la frecuencia de alelos en una población sexual (1) y una población asexual (2). El eje vertical muestra la frecuencia y el eje horizontal muestra el tiempo. Una población contiene inicialmente los alelos independientes a y b. Dos alelos ventajosos de a y b aparecen al azar (A y B). La combinación ventajosa AB surge rápidamente con la recombinación (1), pero debe surgir independientemente en (2).
Ahora ya entendemos el porqué de la reproducción sexual, pero aún queda la incógnita del origen de los sexos. Ya en organismos unicelulares eucariotas se habla de tipos celulares, como en las levaduras (tipo α y tipo a) resultado de la diferente expresión de los genes del locus MAT (mating-type). En organismos pluricelulares con diferenciación celular, generalmente hablamos de un sistema de sexos masculino y femenino. Un buen ejemplo para entender cómo pudo pasar de un sistema de locus MAT a un sistema de sexos dimórfico es el estudiado en algas verdes del orden Volvocales, donde se incluye el género unicelular Chlamydomonas y el género de algas coloniales Volvox.
Alga volvox. Autor Frank Fox.
El género de algas Chlamydomonas presenta gametos iguales (isogamia) y también posee un sistema de regulación sexual de tipo MAT (llamado MT en este caso), dando lugar a tipos celulares + y -. En concreto el gen MID (minus dominance), un regulador que, de estar activo, bloquea la producción de las proteínas que producen células tipo +. Así, una célula haploide con MID activo sería tipo – y con MID inactivo tipo +. Un estudio llevado a cabo por James G. Umen (2014) describió cómo este gen MID, que Volvox heredó de Chlamydomona, evolucionó. Se estudiaron los transcriptomas de las especies C. reinhardtii y V. carteri y se observó como el gen MID activo (mid+) en V. carteri hace que las células se desarrollen con la capacidad de producir espermatozoides, mientras que en los casos que MID estaba inactivo (mid-) se bloquea la producción de estos, en beneficio del desarrollo de los óvulos en su lugar. Esta diferencia en los gametos se conoce como anisogamia (oogamia en particular). Además, el gen MID solo se expresa en las células reproductivas y no en toda la colonia. Todo ello permitió concluir a los investigadores que el gen MID, que en origen en Chlamydomonas era un simple regulador de ADN que determinaba el tipo celular, pasó a desarrollarse en Volvox como toda una ruta de desarrollo sexual. En definitiva, originando anisogamia y un sistema diferenciación de sexos en Volvox.
Izquierda: distintos tipos de isogamia. Derecha: distintos tipos de anisogamia.
