Tener bebés en el suelo: ¿Es realmente necesario el sexo?

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Hüsna Öztoprak 1, Alexander Brandt 2,3, Marcel D. Solbach 4, Jens Bast 1 y Ina Schaefer 3*

1 Bast Lab, Instituto de Zoología, Universidad de Colonia, Colonia, Alemania2 *Schwander Lab, Departamento de Ecología y Evolución, Universidad de Lausana, Lausana, Suiza 3 *

Ecología Animal, Instituto de Zoología y Antropología Johann-Friedrich-Blumenbach, Universidad de Gotinga, Gotinga, Alemania

4Ecología Terrestre, Instituto de Zoología, Universidad de Colonia, Colonia, Alemania

Encontrar una pareja y tener sexo para tener bebés es una forma común de reproducirse. Sin embargo, observando más de cerca, vemos que la naturaleza ofrece muchas formas de reproducción. ¿Qué tal un mundo sin machos? Lo que al principio suena imposible es la realidad para muchos organismos que se reproducen asexualmente, es decir, sin tener sexo. Las hembras producen hijas que son clones de sí mismas, pr lo que no se requiere pareja y los machos son prescindibles. Un ejemplo de estas sociedades exclusivamente femeninas son varias especies de ácaros oribátidos, que viven en los suelos. Estos ácaros ya estaban en la tierra mucho antes que los dinosaurios. ¿Por qué se reproducen sin machos? ¿Tiene alguna ventaja la reproducción asexual? Sigue leyendo para aprender sobre la reproducción asexual y por qué los ácaros oribátidos son un organismo clave para investigar la pregunta “¿Por qué el sexo?.

REPRODUCCIÓN EN LOS ORGANISMOS DEL SUELO

Todos los organismos vivos se reproducen para generar nueva descendencia. Casi todos los organismos, incluídos los humanos, usan alguna forma de sexo para reproducirse. En la reproducción****sexual, un óvulo producido por una hembra y un espermatozoide producido por un macho se fusionan. El resultado es un zigoto que se desarrolla en un descendiente único. Cada descendiente es una mezcla de sus progenitores, ya que hereda la mitad del ADN de su madre y la otra mitad de su padre. La nueva descendencia crece, se convierte en adulto, encuentra una pareja y finalmente produce su propia descendencia. Este es el círculo de la vida.

Muchos tipos de organismos viven en el suelo, y tienen varios mecanismos distintos para reproducirse. Por ejemplo, las lombrices de tierra son hermafroditas, lo que significa que una lombriz tiene órganos reproductores tanto masculinos como femeninos. Las lombrices de tierra se reproducen de forma sexual, si dos lombrices se encuentran, intercambian espermatozoides que se fusionan con los óvulos de la otra lombriz (Figura 1A). Como tienen órganos sexuales tanto masculinos como femeninos, las lombrices de tierra no se tienen que preocupar de encontrar pareja del sexo opuesto porque siempre encuentran la pareja adecuada. Las lombrices de tierra pertenecen a un grupo de organismos del suelo denominado macrofauna que incluye animales mayores de 2 mm. La macrofauna son los gigantes del suelo en comparación con el resto de organismos del suelo.

La mayor parte de los organismos del suelo pertenecen al grupo de microfauna, que consiste en organismos más pequeños de 0,1 mm. La mayoría son organismos unicelulares llamados protistas. Son tan pequeños que un puñado de tierra contiene más protistas que humanos hay en todo el mundo. Para reproducirse, los protistas no necesitan encontrar pareja en absoluto. Algunos protistas se reproducen mediante un tipo de reproducción****asexual, haciendo copias exactas de sí mismos a través de un proceso llamado fisión****binaria. Primero, duplican todo su material genético, y luego una célula se divide en dos (Figura 1B). Si se repite varias veces, muchas copias idénticas de un individuo pueblan independientemente el suelo.

Otro grupo esencial de organismos del suelo es la mesofauna, que incluye a todos los animales del suelo que miden entre 0,1 y 2 milímetros de tamaño. La mesofauna del suelo incluye colémbolos y ácaros oribátidos. Estos organismos son muy comunes y juegan un papel muy importante en la red alimentaria del suelo. Trituran la materia orgánica muerta de las plantas, haciendo que los nutrientes estén disponibles para otros organismos, incluyendo bacterias y hongos, que luego son comidos por otros organismos subterráneos. Muchos ácaros oribátidos viven en poblaciones compuestas exclusivamente por hembras y lo ha sido así durante millones de años. No necesitan el sexo para reproducirse porque pueden poner huevos que se desarrollan sin ser fertilizados por un macho, en un proceso llamado partenogénesis (Figura 1C). Cada huevo contiene el ADN sólo de la madre, lo que significa que su descendencia son clones de la madre.

ASEXUAL VENTAJAS DE LA REPRODUCCIÓN ASEXUAL

Copiarse o clonarse a uno mismo parece ser mucho más fácil que encontrar pareja, pero hay aún más ventajas en la reproducción asexual. Si seguimos poblaciones sexuales y asexuales a lo largo del tiempo, observamos dos diferencias principales. Una hembra asexual sólo produce hijas, y esas hijas producen sólo hijas de nuevo cuando se reproducen. Las hembras sexuales, sin embargo, deben producir hijos para fertilizar los huevos, pero solo las hijas pueden producir descendencia. Eso quiere decir que incluso si hembras sexuales como asexuales producen el mismo número de descendientes, las hembras asexuales producen más hijas, y por tanto más descendientes para reproducirse.

Con el tiempo, la población asexual crece mucho más rápido y puede superar a la población sexual por una cuestión numérica (Figura 2). Los científicos lo llaman el “costo de los machos”. Además de proporcionar un mayor crecimiento poblacional, la reproducción asexual parace tener otras ventajas: no hay enfermedades de transmisión sexual, no hay pérdida de energía y no hay posibilidad de ser devorado por depredadores mientra se intenta encontrar pareja.

En este ejemplo, cada hembra produce dos descendientes. El tamaño de la población que se reproduce sexualmente permanece constante a lo largo del tiempo, ya que necesitan machos para fertilizar los óvulos de las hembras, pero ellos mismos no pueden tener descendencia. En la reproducción asexual, la hembra produce el doble de descendientes capaces de reproducirse (hembras), lo que lleva a un crecimiento exponencial de la población. (F0: generación parental, F1: primer conjunto de descendientes de los padres, F2: siguiente generación de descendientes de la generación F1).

¿CUÁL ES EL USO DEL SEXO SI LA REPRODUCCIÓN PUEDE SUCEDER SIN ÉL?

Si existen formas exitosas de reproducción asexual, ¿por qué los eucariotas se molestan en utilizar la compleja, arriesgada y costosa reproducción sexual? Más del 98% de todos los animales utilizan el sexo para reproducirse. Esto significa que la reproducción sexual debe tener claras ventajas sobre la reproducción asexual. Por lo tanto, los científicos intentan explicar los beneficios del sexo principalmente buscando posibles problemas si no se utiliza el sexo. Una desventaja que los científicos propusieron para la reproducción asexual tiene que ver con las mutaciones. Las mutaciones son cambios en el ADN que son una causa importante de diversidad entre los organismos. Ocasionalmente, las mutaciones son beneficiosas, a veces son my perjudiciales, y la mayoría de las veces son ligeramente dañinas. Cuando un organismo se copia a sí mismo todo el tiempo, las mutaciones ligeramente dañinas se van acumulando a lo largo de las generaciones, causando cada vez más daño. Una vez que se acumulan lo suficiente, estas mutaciones prodrían llevar a la extinción de la especie. Esto no ocurre en los organismos sexuales, porque las mutaciones dañinas de un progenitor pueden ser compensadas por el ADN no mutado del otro progenitor. Piensa en dos bicicletas, una con un neumático pinchado y otra con un pedal roto. Combinando partes de las dos, aún podrías tener una bicicleta funcional. Sería preferible tener una completamente funcional en lugar de dos semifuncionales. Algunos científicos sugieren que este mecanismo de reparación es una ventaja esencial de la reproducción sexual sobre la asexual.

Además, simplemente hacer copias o clones significa que un organismo permanecerá igual durante muchas generaciones. Esto lleva a problemas cuando el ambiente cambia. La disponibilidad de recursos como el alimento podría cambiar con el tiempo, por ejemplo, debido al cambio climático o la presencia de otros organismos que compiten por la comida. El alimento puede desarrollar una estrategia de defensa, como correr más rápido o volverse venenoso. Los parásitos también pueden ser un problema. Dado que todos los individuos en una población asexual son muy similares, no tendrán las pequeñas diferencias que podrían ayudarles a adaptarse lo suficientemente rápido al entorno siempre cambiante, por lo que eventualmente se extinguirían. Esto significa que la descendencia producida a través de la reproducción sexual tiene mayores posibilidades de supervivencia simplemente porque es diferente de los que vinieron antes. Esto parece decirnos que todos los organismos asexuales deberían extinguirse a largo plazo. Pero sabiendo que tantos organismos asexuales prosperan en el suelo, nos preguntamos si los organismos asexuales están realmente condenados a morir.

LOS GENES PROPORCIONAN INFORMACIÓN SOBRE LA REPRODUCCIÓN ASEXUAL

Nuestros grupos de investigación trabajan con ácaros oribátidos que viven en el suelo porque muchas especies asexuales han sobrevivido sin machos durante millones de años. Analizamos los genes de especies de ácaros oribátidos sexuales y asexuales porque los genes pueden decirnos lo que les sucedió a los organismos en el pasado. Imagina los genes como el libro de bitácora de un capitán, en el que se registraron cosas importantes que le sucedieron a un organismo en el pasado y se transmitieron a las generaciones futuras. Todavía podemos ver las desventajas de la reproducción asexual en estos libros de bitácora. Si comparamos los libros de bitácora de los ácaros oribátidos que se reproducen sexualmente con los que se reproducen asexualmente, podemos averiguar cuáles de los problemas mencionados anteriormente ocurrieron y cómo se resolvieron. Dado que estamos comparando dos especies de ácaros muy similares, la mayoría de los genes son muy parecidos. Sin embargo, con algunos genes podemos identificar ciertas diferencias que fueron causadas por las consecuencias de los diferentes modos de producción.

En contraste con lo que los científicos teorizaron, encontramos que las especies asexuales no acumulan más mutaciones dañinas que las especies sexuales (Figura 3) [1]. No necesitan combinar dos bicicletas rotas para obtener una bicicleta funcional, porque mantienen las bicicletas funcionales. También descubrimos que los ácaros asexuales mantienen la variabilidad en sus grandes poblaciones [2]. Los genes en líneas separadas de madre-hija son tan diferentes entre sí como los individuos que mezclan genes al reproducirse sexualmente. Por último, encontramos que los genes de dos (o más) poblaciones de ácaros oribátidos asexuales pueden ser tan variados como los genes de las especies sexuales. Esto significa que los ácaros oribátidos asexuales no permanencen iguales durante muchas generaciones, por lo que pueden adaptarse a nuevos entornos e incluso son capaces de divergir en nuevas especies [3].

Las especies asexuales son incluso mejores manteniendo genes saludables (indicados por la elegante bicicleta azul) que las especies sexuales (que aún tienen decentes bibicletas rojas decentes). Un diagrama de caja muestra el 50% central de los datos, cada uno con una línea en el medio que representa la mediana (centro de los datos). Las dos líneas fuera de la caja indican las observaciones más altas (máximo) y más bajas (mínimo). Las tres estrellas en la parte superior indican que este resultado es estadísticamente significativo, por lo que es muy poco probable observarlo por casualidad.

Los resultados de nuestra investigación parecen indicar que los ácaros oribátidos asexuales no tienen desventajas en comparación con los que se reproducen sexualmente. ¡Mantienen las mutaciones bajo control, mantienen la variabilidad genética y se adaptan con el tiempo, todo sin sexo!

¿POR QUÉ ESTO ES IMPORTANTE?

Hay muchas formas de producir descendencia, y no siempre incluyen sexo. En teoría, se espera que las especies asexuales se extingan. Sin embargo, en la naturaleza, hay varios organismos asexuales que han persistido a lo largo del tiempo. Deben existir formas de superar las desventajas de la asexualidad, como vimos en los ácaros oribátidos asexuales. Pero, ¿Cómo lo hacen? ¿Tienen mecanismos especiales que reparan las mutaciones? ¿Tienen que mantener un tamaño de población grande para conservar la variabilidad genética? ¿Es más fácil ser asexual si te alimentas de una fuente de animal muerto, que no puede desarrollar estrategias de defensa a las que debas adaptarte? Un desafío futuro será encontrar los mecanismos que la mayoría de los organismos asexuales tienen en común. Los científicos continúan trabajando con pares de organismos sexuales y asexuales relacionados para arrojar luz sobre la variedad de modos de reproducción e intentar responder a la pregunta: ¿Por qué el sexo es tan común?

GLOSARIO

Reproducción sexual

Modo reproductivo que requiere un óvulo femenino y un espermatozoide masculino. La descendencia es un individuo único que lleva la mitad de ADN de cada progenitor.

Zigoto

Un zigoto es un óvulo fertilizado, una célula que resulta de la fusión de un espermatozoide masculino con un óvulo femenino.

Hermafrodita

Un individuo que puede producir tanto óvulos como espermatozoides. Es tanto hembra como macho.

Protista

Organismos unicelulares que son eucariotas. Muchos se alimentan de bacterias y liberan el exceso de nitrógeno, proporcionando nutrientes esenciales para las plantas y otros organismos.

Reproducción asexual

Cualquier tipo de modo reproductivo que produce descendencia sin la fusión de óvulos y espermatozoides, también llamados gametos. La descendencia es idéntica al progenitor y/o entre sí.

Fusión binaria

na célula se divide en dos células de igual tamaño después de duplicar su material genético. Se producen dos individuos a partir de una sola célula progenitora, es decir, una célula hija y una célula progenitora.

Partenogénesis

Una forma de reproducción asexual en la que los descendientes se desarrollan a partir de un óvulo no fertilizado.

Eucariotas

Pueden ser animales, plantas u organismos unicelulares como protistas y hongos. Son células complejas, donde la información genética está organizada en un núcleo.

AGRADECIMIENTOS

Agradecemos a Mascha Gavrik sus valiosos comentarios del manuscrito.

REFERENCIAS

• Brandt, A., Schaefer, I., Glanz, J., Schwander, T., Maraun, M., Scheu, S., et al. 2017. Effective purifying selection in ancient asexual oribatid mites. *Nat. Commun.*8:873. doi: 10.1038/s41467-017-01002-8 - Palmer, S. C., and Norton, R. A. 1992. Genetic diversity in thelytokous oribatid mites (Acari; Acariformes: Desmonomata). *Biochem. Syst. Ecol.*20:219–31. doi: 10.1016/0305-1978(92)90056-J - Heethoff, M., Domes, K., Laumann, M., Maraun, M., Norton, R. A., and Scheu, S. 2007. High genetic divergences indicate ancient separation of parthenogenetic lineages of the oribatid mite Platynothrus peltifer(Acari, Oribatida).*J. Evol. Biol.*20:392–402. doi: 10.1111/j.1420-9101.2006.01183.x

CITA: Öztoprak H, Brandt A, Solbach MD, Bast J y Schaefer I (2021) Tener bebés en el suelo: ¿Es realmente necesario el sexo?. Front. Young Minds. 9:611659. doi: 10.3389/frym.2021.611659

EDITOR: Malte Jochum

MENTORES CIENTÍFICOS: Jessica Lee, Julia Rittenschober

CONFLICTO DE INTERESES: Los autores declaran que la investigación se llevó a cabo en ausencia de cualquier relación comercial o financiera que pudiera interpretarse como un posible conflicto de interés.

DERECHOS DE AUTOR © 2021 Öztoprak, Brandt, Solbach, Bast y Schaefer: Este es un artículo de acceso abierto distribuido bajo los términos de la Licencia de Atribución de Creative Commons (CC BY). Se permite el uso, distribución o reproducción en otros foros, siempre que se reconozca a los autores originales y a los propietarios de los derechos de autor, y que se cite la publicación original en esta revista, de acuerdo con las prácticas académicas aceptadas. No se permite el uso, distribución o reproducción que no cumpla con estos términos.

JÓVENES REVISORES

DANIELA, EDAD:13

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Me llamo Dario. Vivo en un pequeño pueblo de Austria. Está rodeado de naturaleza así que en mi tiempo libre me gustar salir a pasear a mis perros y trepar árboles. Mis padres son biólogos así que me interesé en la biología bastante pronto.

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Estoy en octavo de la escuela secundaria en Austria. Mis pasatiempos son montar a caballo, patinar y bailar. Tengo un gato muy viejo y pronto vamos a tener un perro. También me gusta quedar con mis amigos y escuchar música.

AUTORES

HÜSNA ÖZTOPRAK

Al principio, estudié biología para convertirme en un periodista científico. Durante mis estudios me dí rápido cuenta de que quería encontrar respuestas a mis propias preguntas, así que me convertí en investigador. Durante mi máster de investigación encontré y describí nueas especies de ameba testada. Me interesó cómo los organismos asexuales divergen en nuevas especies. así que comencé mi doctorado en la Universidad de Colonia, Alemania. Me gusta viajar y probar platos nuevos. En este momento quedarse en casa es lo más responsible que se puede hacer. Asi que cuando no estoy en el laboratorio, me quedo en casa y hago maratones de anime *h.oeztoprak@uni-koeln.de

ALEXANDER BRANDT

Soy un biólogo evolutivo en la Universidad de Lausana en Suiza. En mi investigación analizo principalmente genes utilizando un ordenador. Sin embargo, siempre disfruto obserando animales (del suelo, bajo el microscopio) cuando tengo tiempo libre en el laboratorio. Pasé mucho tiempo comparando cuántas mutaciones dañinas se han acumulado en ácaros oribátidos asexuales y sexuales durante su evolución. Por este trabajo, obtuve recientemente mi doctorado en la Universidad de Gotinga (¡de lo cual estoy realmente orgulloso!). En mi tiempo libre, me gusta ver documentales sobre dinosaurios, reunirme con amigos y toco la batería en una banda de rock.

MARCEL D. SOLBACH

Soy un estudiante de doctorado en biología en Colonia. He trabajado con varios microorganismos incluyendo microalgas, bacterias intracelulares en amebas, y actualmente con protistas como posibles patógenos de plantas. Cuando no estoy sentado en el laboratorio, trato de construir una carrera paralela como artista e ilustrador de fantasía, ¡de ahí que haya hecho las ilustraciones de este artículo! En mi tiempo libre me gusta jugar al baloncesto y nadar para evitar que mi cuerpo envejecido y dolorido se desmorone.

JENS BAST

De niño (y aún como adulto) siempre me han fascinado los animales, especialment elos gatos. Y los genes. Manipulé genéticamente mis primeras bacterias a los 17 años. Así fue como me adentré en la biología y comencé a preguntarme por qué las cosas en la naturaleza son como son. Utilizo mi pasión por los genes y los animales para intentar entender qué sucede en la evolución cuando se pierde el sexo. Disfruto trabajando con otros científicos para que podamos resolver juntos preguntas científicas. En mi tiempo libre me gusta cocinar y comer, viajar, hacer música y jugar.

INA SCHAEFER

La diversidad y singularidad del mundo natural me hicieron reflexionar sobre lo que consideramos normal y lo que es inusual. Por esta razón, me convertí en científico, porque se supone que la ciencia debe ser objetiva. Me fascina el entorno del suelo porque la vida en el suelo es muy diferente de nuestra experiencia cotidiana en la superficie en muchos aspectos. Sin embargo, como soy un humano grande y torpe que no puede ver ni moverse en el suelo, necesito investigar el ADN de los organismos del suelo para entender qué hacen y quiénes son.

TRADUCTORA

AINOA PRAVIA

FINANCIACIÓN (TRADUCCIÓN)

El equipo de Traducción de la Biodiversidad del Suelo agradece el apoyo del Centro Alemán para la Investigación Integrativa de la Biodiversidad (iDiv) Halle-Jena-Leipzig, financiado por la Fundación Alemana de Investigación (DFG FZT 118, 202548816).

CITATION (TRADUCCIÓN)

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Suggested citation: Öztoprak H, Brandt A, Solbach MD, Bast J and Schaefer I (2025) Having Babies in Soil: Is Sex Really Necessary? (Spanish translation: Ainoa Pravia). Translating Soil Biodiversity & Front. Young Minds. Originally published in 2021. doi: 10.3389/frym.2021.611659

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Figures

Figura 1: Resumen de los diferentes modos reproductivos descritos en el texto. (A) En el hermafroditismo, cada individuo posee órganos reproductivos tanto masculinos como femeninos; las lombrices de tierra se fertilizan entre sí y cada individuo pone huevos. (B) En la fisión binaria, una célula se divide en dos células de igual tamaño después de duplicar su material genético. Se producen dos individuos a partir de una sola célula progenitora. Este método es utilizado por muchos protistas, por ejemplo, las amebas. (C) La partenogénesis es una forma de reproducción asexual en la que una descendencia se desarrolla a partir de un óvulo no fertilizado. Algunos ácaros oribátidos se reproducen a través de la partenogénesis.