Immaculada Concepció… en rèptils i insectes

El pont de desembre i les festes de Nadal tenen en comú que ambdues celebren el que anomenem la Immaculada Concepció. El fenòmen biològic pel qual una femella té descendencia sense que hi hagi aparellament amb un mascle s’anomena partenogènesi i, tot i que no hi ha cap prova que en demostri l’existència en éssers humans, els naixements virginals són un fenòmen força estès en el regne animal. En aquesta entrada veurem com ocorre aquest fenòmen tant increíble i algunes espècies en les que es dóna.

QUÈ ÉS LA PARTENOGÈNESI?

La partenogènesi és un tipus de reproducció asexual en la que la descendència prové d’un òvul sense fecundar. Al no haver-hi fecundació (unió del material genètic de l’òvul amb el de l’espermatozou) la descendencia no presentarà ADN del pare (si és que hi ha pare). Els fills resultants seràn còpies genètiques (clons) de la mare.

En la fecundació, al ajuntar-se l’òvul i l’espermatozou (ambdós haploides, amb n nombre de cromosomes cadascun) s’obtindrà un individu amb material genètic únic, fruit de la combinació de l’ADN del pare i de la mare (diploide, amb dues còpies de cada cromosoma, 2n cromosomes a cada cèl·lula). Els animals triploides (3n) o tetraploides (4n) es donen en espècies híbrides asexuals, tot i que en molts casos no solen ser viables. Imatge de Ehamberg.

En el cas dels animals partenogènics s’ha de suplir la falta de material genètic patern, ja que en moltes espècies els individus haploides no solen ser viables. En aquestes espècies es sol reestablir la diploidia (2n cromosomes) mitjançant un procés anomenat automixis. En algunes espècies però, els individus partenogènics amb genoma haploide són viables i no tenen cap problema per sobreviure.

Resulta impossible posar un exemple general de reproducció asexual,  ja que aquesta es troba molt estesa entre grups d’animals molt diferents i els casos són molts i molt diferents entre sí. A continuació us presentem uns quants exemples de diferents estratègies utilitzades pels animals per a reproduïr-se asexualment.

HAPLODIPLOIDIA EN ABELLES I VESPES

La haplodiploidia és un fenòmen que s’observa en dos ordres d’insectes, els himenòpters (abelles, formigues i vespes) i els tisanòpters (trips o xinxes del mal temps). En aquest sistema de determinació sexual, si l’òvul és fecundat naixeran femelles diploides, mentre que si no és fecundat naixeran mascles haploides.

Colònia d’abelles carnolianes (Apis mellifera carnica), una subespècie d’abella de la mel de l’est d’Europa. Foto de Levi Asay.

En l’abella de la mel, quan l’abella reina es reprodueix amb un abellot (abella mascle), tots els individus diploides (2n) es convertiran en femelles, amb ADN combinat de la reina i l’abellot. En canvi, els abellots neixen per partenogènesi, en que un òvul de la reina es començarà a desenvolupar en un abellot haploide (n). Això implica que els individus d’una colònia descendents d’una mateixa reina estiguin molt més emparentats entre ells que els germans normals (els abellots porten el 100% del ADN matern). Això es creu que va ajudar al desenvolupament de conductes eusocials en els diferents grups d’himenòpters.

PARTENOGÈNESI CÍCLICA

Aquest tipus de partenogènesi es troba en diferents grups d’invertebrats que poden alternar entre la reproducció asexual i la reproducció sexual al llarg del seu cicle vital, depenent de les condicions ambientals.

Esquema del cicle vital d’un rotífer, en el que s’alterna la reproducció asexual amb partenogènesi en períodes de bones condicions ambientals, amb la reproducció sexual amb un mascle haploide quan les condicions no són òptimes. Imatge extreta de Hanson et al. 2013.

Alguns grups d’invertebrats com els àfids, presenten reproducció asexual partenogènica desde la primavera fins a principis de tardor, quan les condicions són favorables. En moltes poblacions durant aquesta etapa només hi trobem femelles que pareixen més femelles.

Vídeo a càmera ràpida en que es veu com quan hi ha bones condicions ambientals els àfids aprofiten per augmentar ràpida i eficaçment el nombre d’individus asexualment. Vídeo de Neil Bromhall.

Al acostar-se la tardor, les femelles partenogèniques comencen a parir mascles i femelles sexuals. Els dos sexes es produeixen per partenogènesi i porten el 100% de l’ADN de la mare. Els individus sexats i alats es dispersen per evitar reproduïr-se amb els seus germans. Aquests copularan i les femelles pondran ous resistents que passaran l’hivern. A la primavera aquests ous donaran lloc a una nova generació de femelles partenogèniques que tornaran a començar el cicle.

PARTENOGÈNESI AUTÈNTICA EN ESCAMOSOS

L’únic grup de vertebrats en que s’observa partenogènesi autèntica és en els escamosos, amb unes 50 espècies de llangardaixos i una espècie de serp sent partenogènics obligats. Aquestes espècies són unisexuals, essent tots els individus femelles que es reprodueixen asexualment sense la intervenció de cap mascle. A més hi han bastantes espècies que, tot i reproduïr-se sexualment, poden reproduïr-se asexualment en absència de mascles (partenogènesi facultativa).

Llangardaix cua de fuet de l’espècie Cnemidophorus uniparens que, com el seu nom indica, és una espècie partenogènica en que tots els exemplars són femelles. Foto de Ltshears.

Hi ha casos aïllats taurons, serps i dragons de Komodo femelles en captivitat que s’han reproduït sense que hi hagués fecundació o còpula amb un mascle. Això però, es coneix com a partenogènesi accidental, ja que la alta mortalitat de la descendència (sobrevivint entre 1/100.000 i 1/milió) fa que probablement es degui a un error de l’organisme, més que no pas a un fenòmen adaptatiu.

Cria de dragó de Komodo (Varanus komodoensis) nascuda per partenogènesi accidental al Zoo de Chester. Foto de Neil.

Les femelles de les espècies realment partenogèniques produeixen òvuls haploides (amb n cromosomes) que es tornen diploides (2n cromosomes) mitjançant dos cicles de divisió consecutius durant la meiosi (automixis). En les espècies que presenten partenogènesi facultativa, la diploidia s’aconsegueix mitjançant la fusió de l’òvul amb un cos polar haploide que es forma durant la meiosi.

Esquema de la formació dels cossos polars durant la oogènesi, els quals poden ajudar als rèptils partenogènics a recuperar la diploïdia. Esquema de Studentreader.

Partenogènesi autèntica és especialment coneguda en la serp cega de brahmin (Ramphotyphlops brahminus) i en moltes espècies de sargantanes. En aquestes espècies les femelles generen clons d’elles mateixes. Les espècies de sargantanes partenogèniques (igual que en molts amfibis) probablement es van originar per un fenòmen d’hibridació entre dues espècies sexuals. Molts llangardaixos cua de fuet (gèneres Cnemidophorus/Aspidoscelis) presenten espècies unisexuals en que no existeixen mascles, fruit d’un procés d’hibridació.

Exemplar de serp cega de brahmin (Ramphotyphlops braminus), l’únic ofidi unisexual conegut, en el que tots els individus trobats fins ara són femelles. Foto extreta de Kaiser et al. 2011.

L’espècie Cnemidophorus uniparens és una sargantana partenogènica unisexual fruit de l’hibridació entre C. inornatus i C. burti. L’híbrid resultant es va reproduïr de nou amb C. inornatus, formant l’espècie triploide (3n) partenogènica C. uniparens. La presència de genomes triploides, tetraploides, etc. és freqüent en rèptils unisexuals, ja que el seu origen híbrid fa que a vegades els genomes no es puguin barrejar .A més, el tindre més varietat cromosòmica compensa la manca de recombinació genètica.

En aquesta espècie, tot i ser unisexual, també s’observen conductes reproductores semblants a les de les espècies sexuals. En C. uniparens s’han observat conductes sexuals en les que una femella fa de mascle i “monta” a una altra femella, ajuntant les seves cloaques. S’ha vist, que les femelles que són muntades augmenten la quantitat d’ous que produeixen després d’aquesta còpula simulada. Es creu que d’un any a l’altre les femelles fan torns sobre quines munten i quines són muntades, alternant d’un any a l’altre la quantitat d’ous que produeixen.

Tres espècies de llangardaixos cua de fuet. El del mig, Cnemidophorus neomexicanus és una espècie unisexual partenogènica, resultat de l’hibridació de dues espècies bisexuals, C. inornatus (esquerra) i C. tigris (dreta). Foto de Alistair J. Cullum.

Tot i ser espècies partenogèniques autentiques, molts d’aquests escamosos mantenen la capacitat de incorporar ADN nou a la descendència. Això es dèu a que si no hi ha recombinació genètica per la fusió de l’òvul i l’espermatozou de tant en tant, es corre el risc de acumular mutacions perjudicials per a l’espècie. Tanmateix, la partenogènesi permet a aquestes espècies colonitzar ràpidament un nou hábitat, ja que no és necessari que dos individus es trobin per a reproduïr-se, i a més el 100% de la población és capaç de produïr descendència.

Com veieu, hi ha un gran nombre d’animals que no necessiten ni mascles ni sexe per reproduïr-se. La existencia d’un procés similar en els éssers humans és força improbable (per no dir impossible) que pugui passar. A més, si fa uns 2000 anys una dona hagués parit un fill sense fecundació, probablement aquest hagués sigut una nena, ja que de cap manera hagués pogut adquirir el cromosoma Y. Tot i així, això no és motiu per no disfrutar d’aquestes festes. Molt bon Nadal i feliç any nou a tothom!

REFERÈNCIES

Per a la realització d’aquesta entrada s’han utilitzat les següents fonts:

• Halliday & Adler (2007). La gran enciclopedia de los Anfibios y Reptiles. Editorial Libsa.
• Masó & Pijoan (2011). Anfibios y Reptiles de la Península Ibérica, Baleares y Canarias. Ediciones Omega.
• http://news.nationalgeographic.com/news/2012/09/120914-virgin-birth-parthenogenesis-snakes-science-biology-letters/
• https://www.researchgate.net/publication/280691646_Parthenogenesis_Birth_of_a_New_Lineage_or_Reproductive_Accident
• https://www.researchgate.net/publication/228471514_The_Caucasian_rock_lizard_Lacerta_rostombekovi_a_monoclonal_parthenogenetic_vertebrate
• http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC348299/
• http://animals.mom.me/reproductive-cycle-whiptail-lizards-3166.html
• Imatge de portada de Pepper M, Doughty P, Fujita MK, Moritz C, Keogh JS.