Cómo surgió la reproducción sexual

Cromosomas X e Y

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La reproducción sexual es la forma de reproducción más extendida entre los seres vivos eucariotas, que incluyen a los pluricelulares. Después de miles de millones de años de reproducción asexual entre los procariotas, que para compartir información genética intercambian plásmidos (pequeños fragmentos de ADN), apareció de pronto un nuevo tipo de reproducción. Hay que suponer que, si tuvo éxito, es porque presentaba alguna ventaja sobre el otro procedimiento.

La reproducción sexual puede definirse como la alternancia entre dos ciclos vitales para un mismo tipo de organismo:

• Ciclo haploide, en el que cada célula tiene una sola copia de cada cromosoma.
• Ciclo diploide, en el que cada célula tiene dos copias de cada cromosoma.

En los eucariotas, el ciclo haploide es siempre unicelular; el ciclo diploide puede ser unicelular (en los eucariotas unicelulares) o pluricelular (en los pluricelulares). Los individuos del ciclo haploide se llaman gametos.

¿Por qué llegó a establecerse esta alternancia? Se cree que pudo ser consecuencia de la alternancia entre dos medios ambientes diferentes. Las células haploides y las diploides no tienen las mismas propiedades. Por ejemplo, las diploides son más voluminosas, pues tienen duplicados muchos orgánulos, por lo que la relación de la superficie al volumen suele ser más grande que en la célula haploide (alrededor de 1,25 veces mayor). Como la absorción de alimentos por las células depende de su superficie, las haploides tienden a crecer más deprisa que las diploides.

Estudiando eucariotas unicelulares primitivos se han encontrado diversos mecanismos de reproducción sexual que podrían representar etapas sucesivas en la evolución del sexo:

• Endomitosis: permite a un solo individuo pasar del ciclo haploide al diploide sin necesidad de unir su dotación genética con la de otro individuo.
• Singamia (fecundación): la unión de dos individuos haploides diferentes para formar un solo individuo diploide.
• Meiosis simple: forma de división celular que permite pasar de un individuo diploide a dos individuos haploides.
• Meiosis doble: forma de división celular en que primero se produce una endomitosis que da lugar a una célula tetraploide, que se divide para dar lugar a cuatro células haploides. El cruzamiento (crossing-over) entre cromosomas homólogos es especialmente fácil con este sistema.

El tipo de reproducción sexual casi exclusivo entre los eucariotas pluricelulares consta de una singamia, donde empieza el ciclo diploide, seguida por una meiosis doble, que da lugar al ciclo haploide. Entre eucariotas unicelulares hay otras combinaciones, como la endomitosis seguida por meiosis simple, o la singamia seguida por meiosis simple. Alguna de ellas podría haber servido de etapa intermedia antes de la aparición del modo de reproducción sexual típico que conocemos, pero no se conocen los mecanismos exactos ni las razones por las que la selección natural ha podido favorecer cada uno de los pasos intermedios.

Posible origen de la anisogamia

Otro problema pendiente es el origen de la anisogamia: por qué los gametos de la etapa haploide se han diversificado en dos tipos diferentes, que usualmente llamamos masculinos y femeninos. Incluso entre los eucariotas unicelulares isógamos (con los gametos iguales) estos se presentan en dos tipos morfológicamente indistinguibles (+/-) que sólo se fusionan cuando los dos gametos pertenecen a tipos diferentes, pero nunca cuando pertenecen al mismo tipo. Se ha sugerido que cada tipo podría generar una proteína complementaria con la del otro (proteínas macho y hembra) que se ensamblarían durante la fusión de las dos células. Inicialmente cada célula habría producido las dos proteínas y podría fusionarse con otra célula idéntica, pero quizá los dos genes se separaron en individuos diferentes y aparecieron dos tipos de células que sólo podían ensamblarse la una con la otra. No se sabe qué pudo dar ventaja selectiva a la versión separada sobre la ambivalente. Se ha sugerido que la diferenciación entre los dos tipos de gametos podría tener la ventaja de que los orgánulos celulares (como las mitocondrias) sólo se hereden de uno de ellos, evitando así conflictos intragenómicos, pero esta explicación no es segura.

Imágenes adaptadas del libro "The major transitions in evolution" by John Maynard Smith y Eörs Szathmáry, OUP 1997.

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Manuel Alfonseca