Los óvulos pueden elegir el esperma más indicado, desafiando la ley de Mendel

Índice

• ¿Es la fertilización algo aleatorio?
• Selección sexual a nivel celular

¿Es la fertilización algo aleatorio?

La fertilización aleatoria debería conducir a proporciones específicas de combinaciones de genes en la descendencia, pero un nuevo estudio ha encontrado dos ejemplos que indican que la fertilización puede estar lejos de ser aleatoria: Ciertos emparejamientos de genes de gametos son mucho más probables que otros. Después de descartar explicaciones alternativas obvias, concluyeron que la fertilización no fue aleatoria en absoluto. Es decir, parece que el óvulo sí tiene algo que decir en lo que a la selección del espermatozoide se refiere.

La hipótesis de este equipo de estudio es que el óvulo podría atraer esperma con genes específicos y viceversa, lo que significaría que el óvulo no es la célula sumisa y dócil que los científicos pensaron durante mucho tiempo que era. Ahora los investigadores 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.
 

Selección sexual a nivel celular

La idea de la selección sexual es tan antigua como el mismo Charles Darwin. En El origen de las especies, escribió sobre la vistosa cola del pavo real y las gigantescas astas del alce como ejemplos de rasgos que evolucionaron para ayudar a los machos a mostrar su atractivo como compañeros de las hembras. Durante el siglo siguiente, los biólogos se centraron en todos los aspectos de la selección sexual que operaban en los eventos que conducían a la cópula. Después del apareamiento, la hembra tomó su decisión y la única competencia fue entre los espermatozoides que nadaban hacia el óvulo.

Esta es una visión masculina de la biología reproductiva femenina en la que el óvulo no hace nada más que esperar pacientemente mientras que los espermatozoides se mueven velozmente para lograr la concepción.

Sin embargo, a partir de la década de 1970, la ciencia comenzó a socavar ese estereotipo. William Eberhard, ahora ecólogo del comportamiento en el Instituto Smithsonian de Investigaciones Tropicales, documentó todas las formas en que las hembras pueden afectar qué machos fertilizan sus huevos incluso después del apareamiento.

En aquellas especies en las que la fecundación ocurre fuera del cuerpo, las hembras a menudo cubren sus huevos con un líquido ovárico espeso y rico en proteínas. Los experimentos realizados en 2013 por Matthew Gage de la Universidad de East Anglia en Inglaterra mostraron que este fluido contiene señales químicas para ayudar a atraer la especie correcta de esperma. Cuando expusieron huevos de salmón y trucha a mezclas de esperma de ambas especies, la propia especie de los huevos fertilizó con éxito el 70 por ciento de las veces, significativamente más de lo esperado por casualidad. El esperma se comportó de manera diferente en diferentes fluidos ováricos. De hecho, nadaron más rectos en su propio fluido.

Los fertilizantes internos tienen sus propios métodos de lo que Eberhard denominó "elección femenina críptica". Algunos tractos reproductivos femeninos son laberínticos, completos con falsos comienzos y callejones sin salida que pueden obstaculizar a todos menos a los espermatozoides más fuertes. Algunas hembras, incluidas muchas especies de reptiles, peces, aves y anfibios, que copulan con más de un macho (que los biólogos estiman que son la gran mayoría de las especies) pueden almacenar esperma durante meses, incluso años, alterando el entorno de almacenamiento para aumentar las probabilidades de 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 a favor del mejor macho.

Sin embargo, todas estas estrategias brindan a las hembras oportunidades solo para seleccionar el esperma de diferentes machos. Dentro de una eyaculación, qué espermatozoide fertiliza el óvulo todavía parecía dejarse al azar.

De hecho, la aleatoriedad de la fertilización está implícita en el principio de segregación, la primera ley de la genética que se remonta a Gregor Mendel. Los padres portan dos copias de cada gen, que se dividen aleatoriamente en gametos que portan una sola copia. Si ambos padres son heterocigotos, lo que significa que portan dos versiones alternativas del mismo gen, entonces la mitad de su descendencia también sería heterocigota. Una cuarta parte de la descendencia sería homocigota con dos copias de una versión, y la cuarta parte restante sería homocigota con la otra versión.

Sin embargo, estas probabilidades funcionan solo si la fertilización es aleatoria. Si el óvulo o el espermatozoide 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, el investigador principal, en 2005, cuando comenzó esta investigación y empezó a preguntarse si las leyes de Mendel podrían estar equivocadas.

Para ello investigó cómo las interacciones entre dos genes (Apobec1 y Dnd1) afectaban los riesgos de cáncer testicular, una de las formas de cáncer más hereditarias. Cuando Nadeau y su estudiante de doctorado Jennifer Zechel criaron ratones hembra que portaban una copia normal y una copia mutante de Dnd1 con machos heterocigotos Apobec1, todo parecía seguir las reglas de Mendel. Pero cuando invirtieron la reproducción (una hembra heterocigota Apobec1 se apareó con un macho heterocigoto Dnd1), las cosas se pusieron raras: descubrieron que solo el 27 por ciento de la descendencia esperada portaba copias del mutante Apobec1, mutante Dnd1 o ambos, en comparación con el 75 por ciento que esperaban ver.

Nadeau sabía que esto podía deberse a varios motivos. Si un óvulo fertilizado terminara con dos copias mutadas de un gen recesivo, el embrión resultante podría morir al principio del desarrollo. Tales 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 de camada estándar y no encontraron evidencia de que los embriones estuvieran muriendo temprano después de la fertilización.

Tal vez, razonó Nadeau, el problema residía en el esperma, no en el óvulo. Por lo tanto, crió ratones macho con y sin la mutación con 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. Eliminaron todas las causas posibles de estas proporciones inestables de genotipos de descendencia... excepto una: que durante la fertilización, el óvulo y el esperma estaban genéticamente sesgados en contra del genotipo mutante.

Buscaron más ejemplos proporciones de descendencia inexplicables con la fertilización genéticamente sesgada como respuesta.

Todo ello le llevó a escribir su hipótesis en "¿Pueden los gametos cortejar?", un artículo publicado en octubre en Genetics. En él hablaba de cómo las ideas preconcebidas ha hecho que no se viera que el papel femenino en la reproducción es más activo de lo que generalmente se supone.

No obstante, no hay todavía pruebas que muestran si esto es realmente así y cómo se produce, aunque hay varias hipótesis.

La primera implica 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 juegan un papel importante en la fertilización, y él cree que las anomalías en ciertos genes de señalización pueden alterar la cantidad de espermatozoides y óvulos que se atraen entre sí.

Una hipótesis en competencia se basa en el hecho de que los espermatozoides a menudo están presentes en el tracto reproductivo femenino antes del conjunto final 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.