Durante mucho tiempo se ha creído que las especies compuestas exclusivamente por hembras son callejones sin salida evolutivos. Entonces, ¿cómo es posible que un pez extraordinario haya sobrevivido durante 100.000 años sin machos? La respuesta está revelando nuevos datos sobre cómo la naturaleza mantiene la salud de los genomas.
En los ríos de México y el sur de Texas nada un pez que no debería existir. En las cálidas y tranquilas aguas, se deja llevar por la corriente entre su cardumen de hembras, sus escamas plateadas rozando a los machos de especies emparentadas. Es allí donde elige pareja. Pero, en un giro evolutivo inusual, sus genes no influyen en su descendencia. Este robo biológico se conoce como ginogénesis, en la que utiliza el esperma del macho únicamente para estimular el desarrollo de los óvulos, pero desecha rápidamente su ADN. Solo produce hijas, cada una un clon de sí misma.
Este pez es el molly amazónico, llamado así por la tribu guerrera exclusivamente femenina de la mitología griega , y ha desconcertado a los científicos durante casi un siglo. La teoría evolutiva sugiere que las especies asexuales deberían extinguirse rápidamente, ya que, al no reproducirse sexualmente, se acumulan mutaciones dañinas en sus genomas con el tiempo. Sin embargo, esta especie exclusivamente femenina ha persistido durante unos 100.000 años . Según el pensamiento convencional, debería haber sido un fenómeno efímero en el árbol de la vida. Aun así, esta pequeña y discreta criatura perdura.
¿Cómo ha sobrevivido la molly amazónica cuando la teoría sugiere que debería estar extinta hace mucho tiempo? A medida que nuevas investigaciones comienzan a desentrañar este misterio , los científicos descubren que las especies asexuales pueden ser más resistentes de lo que se creía, desafiando la idea arraigada de que la vida sin reproducción sexual está condenada al fracaso.
Por qué el sexo importa
Para comprender por qué la supervivencia de la molly amazónica sin sexo es tan extraordinaria, conviene saber: ¿por qué existe el sexo?
«La reproducción sexual es una forma bastante extraña y complicada de reproducirse, ¿verdad?», afirma Edward Ricemeyer, biólogo computacional de la Universidad Ludwig Maximilian de Múnich, en Alemania, y coautor del nuevo estudio sobre la molly amazónica.
El sexo es costoso, explica Ricemeyer. Los individuos deben encontrar pareja y competir por ella, y cada progenitor aporta solo la mitad de su ADN. La reproducción suele ser desigual: las hembras de muchas especies invierten mucha más energía que los machos en la concepción, el parto, la incubación y la crianza de la descendencia.
La reproducción asexual, en cambio, suena mucho mejor. No hay necesidad de encontrar pareja (ni de lidiar con ella), y se pueden transmitir el 100% de los genes. Sin embargo, en todo el árbol de la vida, el sexo —la mezcla y recombinación de genes de diferentes individuos— es verdaderamente dominante.
«Si se observa el panorama general, el 99,9% es sexo», afirma Dave Speijer, biólogo evolutivo de la Universidad de Ámsterdam, en los Países Bajos, especializado en los orígenes de la reproducción sexual.
Imágenes de GettySegún Speijer, una de esas razones es que el sexo permite a las poblaciones explorar el «espacio de posibilidades» genético de forma más eficiente.
Durante la reproducción sexual, el ADN de ambos progenitores se recombina mediante un proceso llamado recombinación , lo que confiere a cada descendiente una combinación única de genes. Es similar a barajar y repartir una baraja de cartas: cada recombinación crea una nueva mano que la evolución pone a prueba. Esto significa que suele haber mayor diversidad genética dentro de las especies sexuales, ya que cada individuo posee una combinación diferente de genes —una mano de cartas única—, lo cual suele ser beneficioso para la supervivencia de la especie.
El sexo también ofrece protección. Sin esta reorganización genética, los genomas se enfrentan a una amenaza lenta e insidiosa llamada trinquete de Muller .
Cuando se copia el ADN, explica Speijer, «siempre hay errores». En las especies sexuales, estos errores pueden eliminarse del acervo genético, pero en las especies clonales, se transmiten una y otra vez. Se cree que, con el tiempo, estas mutaciones dañinas se acumulan como las muescas de un trinquete unidireccional, degradando el genoma poco a poco, hasta que la especie se extingue.
Según esta idea, las especies asexuales deberían tener una vida corta y estar condenadas a la decadencia genética. Sin embargo, algunas, como la molly amazónica, no solo sobreviven, sino que prosperan.
Por el contrario, la molly amazónica pertenece a un exclusivo grupo de especies formadas únicamente por hembras, condenadas a vivir sin padres, generación tras generación. Aún se debate cómo estos animales asexuales de larga vida parecen eludir el destino predicho por la teoría de Muller, pero algunas especies parecen haber permanecido genéticamente sanas durante millones de años sin señales evidentes de reproducción sexual.
Entra en escena el rotífero bdelloideo.
Alamy«Se les ha calificado de escándalo evolutivo», afirma Chiara Boschetti , destacada experta en rotíferos y profesora de zoología en la Universidad de Plymouth, en el Reino Unido.
Estas criaturas amorfas tienen el tamaño de un grano de arena, pero son sorprendentemente complejas, con cabeza, tracto digestivo y dos diminutos dedos. Presentes en ambientes de agua dulce de todo el mundo, forman parte de un pequeño grupo conocido como los «antiguos asexuales»: animales que han existido durante millones de años sin reproducirse sexualmente. En el caso del bdelloideo, decenas de millones de años sin machos, lo que hace que la historia de aproximadamente 100 000 años del molly amazónico parezca efímera.
«Francamente, no sabemos cómo han sobrevivido tanto tiempo», dice Boschetti.
Sin embargo, existen indicios. Uno de los más inusuales es su capacidad para adquirir ADN de su entorno , un proceso conocido como transferencia horizontal de genes. A diferencia de la mayoría de los animales, que heredan genes únicamente de sus padres, los bdelloideos «roban» material genético de organismos completamente ajenos, algo que generalmente solo se observa en formas de vida más simples, como las bacterias .
Pero, para Boschetti, eso no es lo más sorprendente. «Estos genes adquiridos horizontalmente se utilizan para sobrevivir», afirma.
Algunas están relacionadas con la supervivencia a la deshidratación, otras con la resistencia a los patógenos . «Se pueden secar, se pueden cocinar», dice, refiriéndose a su notable capacidad para soportar condiciones extremas e inusuales, desde los vuelos espaciales hasta permanecer congeladas durante 24.000 años en el permafrost siberiano .
Pero no está tan claro si este robo de ADN actúa como una alternativa a la reorganización genética del sexo.
«Probablemente esté creando diversidad», dice Boschetti, «pero aún no está del todo claro hasta qué punto los genes transferidos horizontalmente están contribuyendo a la asexualidad».
La transferencia horizontal de genes por sí sola probablemente no lo explique todo. Boschetti cree que los bdelloides podrían depender de un conjunto complejo de mecanismos para evitar mutaciones dañinas. Aun así, tras décadas de estudio, siguen siendo una especie de «caja negra» evolutiva, afirma.
Hasta hace poco, el secreto de la longevidad de la molly amazónica era igualmente misterioso. Ahora, un nuevo estudio ha arrojado luz sobre cómo lo consigue.
Un sistema de «copiar y pegar»
«A la teoría le faltaba una pieza», afirma Ricemeyer, coautora del estudio. «Y esa pieza era la conversión genética».
La conversión genética es una forma de reparación genética, y no es exclusiva de los peces molly amazónicos. Ocurre en muchos organismos, incluidos los humanos.
En especies con reproducción sexual como la nuestra, cada individuo suele portar dos copias de la mayoría de los genes: una de la madre y otra del padre. Cuando el ADN se daña, por ejemplo, por la radiación ultravioleta, las células a veces pueden usar una copia de un gen como plantilla para reparar la otra. Este proceso, conocido como conversión génica, se describe a menudo como un mecanismo de «copiar y pegar». Con el tiempo, puede hacer que las dos copias de un gen sean más similares entre sí.
En los humanos y la mayoría de los animales, este mecanismo actúa principalmente como un proceso secundario que repara silenciosamente el daño al ADN cuando este se produce. Pero en el pez molly amazónico, parece desempeñar un papel mucho más importante en el mantenimiento de su genoma.
Ricemeyer y su equipo utilizaron la secuenciación del genoma completo para comparar el ADN de los peces molly amazónicos a lo largo de las generaciones. Observaron que algunas secciones del ADN del molly parecían haber sido «sobrescritas» repetidamente, no mediante la recombinación genética del sexo, sino más bien por conversión génica, un proceso que actúa con mayor frecuencia en el molly que en la mayoría de los demás animales. En este caso, la conversión génica parece tener una función similar en el genoma del molly a la que tiene el sexo en el nuestro: ayudar a limitar la acumulación de mutaciones dañinas.
Imágenes de GettyPara comprender cómo una especie asexual pudo ser capaz de una conversión genética tan extensa, resulta útil remontarse al origen de la especie.
Como la mayoría de los animales asexuales, la molly amazónica surgió de un único encuentro fortuito. Las investigaciones sugieren que este evento ocurrió hace unos 100.000 años, cuando una molly atlántica hembra se apareó con una molly de aleta de vela macho.
A diferencia de la mayoría de los híbridos, como las mulas o los ligres, este cruce no dio como resultado descendencia infértil. En cambio, produjo un linaje capaz de reproducirse sin sexo. Así, ahora, cada molly amazónico porta material genético de dos especies ancestrales, lo que proporciona a la especie una gran variabilidad genética desde el principio, una ventaja biológica frente al efecto de la trinquete de Muller.
Esta doble herencia genética probablemente sea clave para la capacidad de la molly de realizar una conversión genética tan completa. Dado que sus especies progenitoras están bastante emparentadas, sus genes son lo suficientemente similares como para desempeñar en su mayoría las mismas funciones, pero lo suficientemente diferentes como para ofrecer una amplia gama de plantillas con las que trabajar.
Lo que resulta igualmente sorprendente es que este proceso de copiar y pegar parece ocurrir con más frecuencia en algunas partes del genoma que en otras.
«Los tipos de mutaciones que se consideran más graves, peligrosas y perjudiciales, son precisamente las que ocurren con mayor frecuencia en el genoma, según Ricemeyer. El resultado es una especie que, a pesar de haber estado 100.000 años sin reproducción sexual, parece gozar de una salud genética extraordinariamente buena.
Las implicaciones de este hallazgo van más allá de la molly amazónica. Comprender estas estrategias alternativas para lidiar con «errores» genéticos podría tener implicaciones más amplias para la biología humana. Después de todo, las mutaciones dañinas no son exclusivas de las especies asexuales.
«El cáncer es una enfermedad de mutaciones», afirma Ricemeyer. Si bien se muestra cauto al no exagerar las implicaciones de sus hallazgos, señala que cualquier avance en nuestra comprensión de las mutaciones genéticas —y de las estrategias de la naturaleza para afrontarlas— será útil a largo plazo.
En cuanto a otras especies longevas compuestas exclusivamente por hembras, Ricemeyer cree que la conversión genética es «muy probablemente parte de la historia también en otros organismos que se reproducen asexualmente».
Aún queda por ver si la molly amazónica ha desarrollado una alternativa verdaderamente estable al poder de reordenamiento genético del sexo. Los científicos todavía desconocen cuánto tiempo puede la conversión genética contener el efecto de Muller.
Pero para un pez que, según la teoría evolutiva, no debería existir, su estado de salud genética es sorprendentemente bueno.
«Creíamos que la reproducción sexual era la única forma adecuada de mantener un genoma sano… Pero ahora hemos descubierto que no, que también hay otra manera», afirma Ricemeyer. «Existe un camino diferente para llegar al mismo resultado».