Los óvulos eligen a los espermatozoides

Índice

• ¿Es el óvulo el que elige al espermatozoide?
• Selección sexual a nivel celular
• Los infractores de la ley mendeliana

 

¿Es el óvulo el que elige al espermatozoide?

Cuando se produce la eyaculación dentro de la vagina, millones de espermatozoides corren hacia el óvulo que está esperando en la línea de meta. Muchos ni siquiera salen de la línea de salida, debido a la falta o deformación de las colas y otros defectos. Otros carecen de energía para terminar el largo viaje a través del tracto reproductivo femenino, o se enredan en un líquido pegajoso destinado a impedir que pasen todos, excepto a los nadadores más fuertes. Para los pocos que llegan al final, el ganador será aquel que sea más rápido. Mientras, el óvulo esperará pasivamente a que un espermatozoide entre en él. O al menos eso es lo que pensaban los científicos hasta ahora.

Joe Nadeau, científico principal del Pacific Northwest Research Institute, está desafiando este dogma sobre la fertilización aleatoria. Nadeau ha encontrado dos ejemplos en su laboratorio que indican que ciertos pares de genes de gametos son mucho más probables que otros. Después de descartar explicaciones alternativas obvias, solo pudo concluir que la fertilización no era en absoluto aleatoria. "Es el equivalente de gameto a elegir una pareja", dijo Nadeau.

Su hipótesis se basa en que el óvulo podría atraer espermatozoides con genes específicos y viceversa, lo que implica que no es la célula sumisa y dócil que los científicos pensaron que era. Ahora, los científicos lo ven como un jugador igual y activo en la reproducción, agregando capas de control evolutivo y selección a uno de los procesos más importantes de la vida.

"La anatomía reproductiva femenina es más críptica y difícil de estudiar, pero existe un creciente reconocimiento del papel femenino en la fertilización", dijo Mollie Manier, bióloga evolutiva de la Universidad George Washington.

Selección sexual a nivel celular

La idea de la selección sexual es tan antigua como el mismo Charles Darwin. En su famoso libro Sobre el origen de las especies, escribió sobre la llamativa cola del pavo real y las gigantescas astas de los alces como ejemplos de rasgos que evolucionaron para ayudar a los machos a mostrar su atractivo como pareja para ser seleccionados por las hembras. Desde ese momento, muchos biólogos se centraron en todos los aspectos de la selección sexual que operaban en cada momento hasta llevar a la copulación. Después de aparearse, la hembra había hecho su elección, y la única competencia era entre los espermatozoides que nadaban hasta el óvulo.

Por eso, los investigadores tenían la idea de que los óvulos eran pasivos, mientras que los espermatozoides eran activos. A partir de la década de 1970, sin embargo, la ciencia comenzó a socavar ese estereotipo. William Eberhard, ecologista del comportamiento en el Instituto Smithsonian de Investigaciones Tropicales, documentó todas las formas en que las hembras pueden afectar a los machos que fertilizan sus huevos incluso después del apareamiento, una larga lista que aún no ha sido estudiada del todo debido a las dificultades para hacer investigaciones dentro del aparato reproductor femenino.

En aquellas especies en las que la fertilización ocurre fuera del cuerpo, las hembras a menudo cubren sus huevos con un fluido ovárico espeso y rico en proteínas. Los experimentos realizados en 2013 por Matthew Gage, de la Universidad de East Anglia (Inglaterra) demostraron que este fluido contiene señales químicas para ayudar a atraer la especie correcta de esperma. Cuando expusieron los huevos del salmón y la trucha a mezclas de esperma de ambas especies, la propia especie de los huevos fertilizó con éxito el 70%, mucho más de lo que se esperaba por casualidad.

“Los espermatozoides se comportaron de manera diferente en diferentes fluidos ováricos. En realidad, nadaron más recto en su propio fluido ", dijo Gage.

Los fertilizantes internos tienen sus propios métodos de lo que Eberhard denominó "elección femenina críptica". Algunos tractos reproductivos femeninos son laberínticos para obstaculizar a todos, excepto al esperma más fuerte. Algunas hembras, incluidas muchas especies de reptiles, peces, aves y anfibios, que copulan con más de un macho pueden almacenar esperma durante meses, incluso años, alterando el entorno de almacenamiento para apilar las probabilidades para favorecer a un macho sobre otro. Muchas aves hembras, incluidas las gallinas domésticas, pueden expulsar esperma después del apareamiento, lo que les permite sesgar la fertilización en favor del mejor macho.

Así, todas estas estrategias brindan a las hembras la oportunidad de seleccionar el esperma de diferentes machos. Sin embargo, dentro de una eyaculación, el espermatozoide que fertilizó el óvulo aún parecía haber sido dejado al azar.

De hecho, la aleatoriedad de la fertilización está implícita en el principio de segregación, la primera ley de la genética de Mendel. Los padres llevan dos copias de cada gen, que se dividen aleatoriamente en gametos que llevan solo una copia. Sin embargo, estas probabilidades solo funcionan si la fertilización es aleatoria. Si el óvulo o el esperma pueden influir de alguna manera en la identidad del otro gameto involucrado en la fertilización, entonces esas proporciones podrían ser muy diferentes. Esta sorprendente diferencia fue lo que llamó la atención de Nadeau en 2005. Cuando comenzó a analizar la herencia de dos genes, en particular en ratones, las probabilidades estaban fuera de lugar. En su laboratorio de Seattle, comenzó a preguntarse: ¿Podría haberse equivocado Mendel?

Los infractores de la ley mendeliana

Nadeau no se había propuesto interrogar a Mendel. En cambio, quería saber cómo las interacciones entre dos genes (Apobec1 y Dnd1) afectaban los riesgos del cáncer testicular, una de las formas de cáncer más hereditarias. Cuando Nadeau y su estudiante de doctorado Jennifer Zechel criaron ratones hembras que portaban una copia normal y una mutante de Dnd1 con machos Apobec1 heterocigotos, todo parecía seguir las reglas de Mendel. Pero cuando revirtieron la reproducción (un heterocigoto Apobec1 hembra apareado con un heterocigoto Dnd1 macho), las cosas se pusieron raras: encontraron que solo el 27 por ciento de la descendencia esperada portaba copias del Apobec1 mutante, el Dnd1 mutante o ambos, en comparación con el 75 por ciento.

Como investigadora que había pasado varias décadas estudiando la herencia, Nadeau estaba al tanto de innumerables factores que podrían afectar los índices de Mendel. Si un óvulo fecundado terminara con dos copias mutadas de un gen recesivo, el embrión resultante podría morir temprano en el desarrollo. Estas mutaciones letales embrionarias alterarían la proporción de homocigotos a heterocigotos, pero también reducirían el número promedio de crías de ratón en cada camada. Sin embargo, todos los ratones de Zechel y Nadeau tenían tamaños estándar de camada, y no encontraron evidencia de que los embriones estuvieran muriendo temprano después de la fertilización.

Tal vez, razonó Nadeau, el problema estaba en el esperma, no en el óvulo. Por lo tanto, crió ratones machos con y sin la mutación en hembras sanas libres de mutaciones y no encontró diferencias en la fertilidad de los machos, algo que se habría vuelto obvio si la mutación estuviera afectando la formación de espermatozoides. Paso a paso, Nadeau y su equipo eliminaron todas las causas posibles de estas proporciones extrañas de genotipos de descendientes... excepto uno: que, durante la fertilización, el óvulo y el esperma estaban sesgados genéticamente contra el genotipo mutante.

Seguramente, alguien más debe haber visto esto, razonó Nadeau, por lo que buscó en la literatura científica. Aunque pudo encontrar muchos ejemplos de proporciones de descendencia inexplicables, nadie había estudiado seriamente la fertilización genéticamente sesgada como respuesta.

"Hemos sido cegados por nuestras ideas preconcebidas. Es una manera diferente de pensar acerca de la fertilización con implicaciones muy diferentes sobre el proceso de fertilización", dice Nadeau.

Otros científicos, como Manier de la Universidad George Washington, dicen que la hipótesis de Nadeau es intrigante e incluso plausible, pero señalan que nadie tiene ninguna evidencia sobre cómo podría suceder. Nadeau está de acuerdo y señala dos posibilidades.

La primera involucra el metabolismo de las vitaminas B, como el ácido fólico, que forman importantes moléculas de señalización en el esperma y el óvulo. La investigación en el laboratorio de Nadeau ha demostrado que estas moléculas desempeñan un papel desmedido en la fertilización, y cree que las anomalías en ciertos genes de señalización pueden alterar la cantidad de esperma y óvulo que se atraen entre sí.

Una hipótesis competitiva se basa en el hecho de que los espermatozoides a menudo están presentes en el tracto reproductivo femenino antes del último conjunto de divisiones celulares que producen el óvulo. Las señales del esperma podrían influir en estas divisiones celulares y sesgar la identidad de la célula que se convierte en el óvulo.

Cualquiera que sea el mecanismo, este trabajo desafía la visión estándar de la fisiología femenina como pasiva durante la fertilización.