Inmaculada Concepción… en reptiles e insectos

El puente de diciembre y las fiestas de Navidad tienen en común que en ambas se celebra lo que llamamos la Inmaculada Concepción. El fenómeno biológico por el cual una hembra tiene descendencia sin que haya apareamiento con un macho se llama partenogénesis y, aunque no existe prueba alguna que demuestre su existencia en seres humanos, los nacimientos virginales son un fenómeno bastante extendido en el reino animal. En esta entrada veremos cómo ocurre este fenómeno tan increíble y algunas especies en las que se da.

¿QUE ES LA PARTENOGÉNESIS?

La partenogénesis es un tipo de reproducción asexual en la que la descendencia proviene de un óvulo sin fecundar. Al no haber fecundación (unión del material genético del óvulo con el del espermatozoide) la descendencia no presenta ADN del padre (si es que hay padre). Los hijos resultantes serán copias genéticas (clones) de la madre.

En la fecundación, al unirse el óvulo y el espermatozoide (ambos haploides, con n número de cromosomas cada uno) se obtendrá un  individuo con material genético único, fruto de la combinación del ADN del padre y de la madre (diploide, con dos copias de cada cromosoma, 2n cromosomas en cada célula). Los animales triploides (3n) o tetraploides (4n) se dan es especies híbridas asexuales, aunque en muchos casos no suelen ser viables. Imagen de Ehamberg.

En el caso de los animales partenogenéticos se tiene que suplir la falta de material genético paterno, ya que en muchas especies los individuos haploides no suelen ser viables. En estas especies se suele reestablecer la diploidía (2n cromosomas) mediante un proceso llamado automixis. Aun así, en algunas especies los individuos partenogénicos con genoma haploide son viables y no tienen ningún problema para sobrevivir.

Resulta imposible poner un ejemplo general de reproducción asexual, ya que ésta se encuentra muy extendida entre grupos de animales muy diferentes y los casos son muchos y muy diferentes entre sí. A continuación os presentamos unos cuantos ejemplos de diferentes estrategias utilizados por los animales para reproducirse asexualmente.

HAPLODIPLOIDÍA EN ABEJAS Y AVISPAS

La haplodiploidía es un fenómeno que se observa en dos órdenes de insectos, los himenópteros (abejas, hormigas y avispas) y los tisanópteros (trips o arañuelas). En este sistema de determinación sexual, si el óvulo es fecundado nacerán hembras diploides, mientras que si no es fecundado nacerán machos haploides.

Colonia de abejas carnolianas (Apis mellifera carnica), una subespecie de abeja de la miel del este de Europla. Foto de Levi Asay.

En la abeja de la miel, cuando una abeja reina se reproduce con un zángano (abeja macho), todos los individuos diploides (2n) se convertirán en hembras, con ADN combinado de la reina y el zángano. En cambio, los zánganos nacen por partenogénesis, en que un óvulo de la reina empezará a desarrollarse en un zángano haploide (n). Esto implica que los individuos de una colonia descendientes de una misma reina estén mucho más emparentados entre ellos que los hermanos normales (los zánganos llevan el 100% del ADN materno). Se cree que esto ayudó al desarrollo de conductas eusociales en los diferentes grupos de himenópteros.

PARTENOGÉNESIS CÍCLICA

Este tipo de partenogénesis se encuentra en diferentes grupos de invertebrados que pueden alternar entre la reproducción asexual y la reproducción sexual a lo largo de su ciclo vital, dependiendo de las condiciones ambientales.

Esquema del ciclo vital de un rotífero, en el que se alterna la reproducción asexual con partenogénesis en períodos de buenas condiciones ambientales, con la reproducción sexual con un macho haploide cuando las condiciones no son óptimas. Imagen extraída de Hanson et al. 2013.

Algunos grupos de invertebrados cómo los áfidos, presentan reproducción asexual partenogénica desde la primavera hasta principios de otoño, cuando las condiciones son favorables. En muchas poblaciones durante esta etapa sólo encontramos hembras que paren a más hembras.

Vídeo a cámara rápida en que se ve como con buenas condiciones ambientales los áfidos aprovechan para aumentar rápida y eficazmente el número de individuos asexualmente. Vídeo de Neil Bromhall.

Al llegar el otoño, las hembras partenogénicas empiezan a parir machos y hembras sexuales. Los dos sexos se producen por partenogénesis y llevan el 100% del ADN de la madre. Los individuos sexuados y alados se dispersan para evitar reproducirse con sus hermanos. Éstos copularan y las hembras pondrán huevos resistentes que pasarán el invierno. En primavera estos huevos darán comienzo a una nueva generación de hembras partenogenéticas que empezarán el ciclo de nuevo.

PARTENOGÉNESI AUTÉNTICA EN ESCAMOSOS

El único grupo de vertebrados en el que se observa partenogénesis auténtica es en los escamosos, con unas 50 especies de lagartos y una especie de serpiente siendo partenogénicos obligados. Estas especies son unisexuales, siendo todos los individuos hembras que se reproducen asexualmente sin la intervención de ningún macho. Además hay otras especies que, aun reproduciéndose sexualmente, pueden reproducirse asexualmente en ausencia de machos (partenogénesis facultativa).

Lagarto de cola látigo de la especie Cnemidophorus uniparens que, como su nombre indica, es una especie partenogénica en que todos los ejemplares son hembras. Foto de Ltshears.

Hay casos aislados de tiburones, serpientes y dragones de Komodo hembras en cautividad que se han reproducido sin que hubiese fecundación o cópula con un macho. Esto se conoce como partenogénesis accidental, ya que la alta mortalidad de la descendencia (sobreviviendo entre 1/100.000 y 1/millón) hace que probablemente se deba a un error del organismo, más que a un fenómeno adaptativo.

Cría de dragón de Komodo (Varanus komodoensis) nacida por partenogénesis accidental en el Zoo de Chester. Foto de Neil.

Las hembras de las especies realmente partenogénicas producen óvulos haploides (con n cromosomas) que se vuelven diploides (2n cromosomas) mediante dos ciclos de división consecutivos durante la meiosis (automixis). En las especies que presentan partenogénesis facultativa, la diploidía se consigue mediante la fusión del óvulo con un cuerpo polar haploide que se forma durante la meiosis.

Esquema de la formación de los cuerpos polares durante la ovogénesis, los cuales pueden ayudar a los reptiles partenogénicos a recuperar la diploidía. Esquema de Studentreader.

La partenogénesis auténtica es especialmente conocida en la serpiente ciega de brahmin (Ramphotyphlops brahminus) y en muchas especies de lagartijas. En estas especies las hembras generan clones de ellas mismas. Las especies de lagartijas partenogenéticas (igual que en muchos anfibios) probablemente se originaron por un fenómeno de hibridación entre dos especies sexuales. Muchos lagartos de cola látigo (géneros Cnemidophorus/Aspidoscelis) presentan especies unisexuales en las que no existen machos, fruto de un proceso de hibridación.

Ejemplar de serpiente ciega de brahmin (Ramphotyphlops braminus), el único ofidio unisexual conocido, en el que todos los individuos encontrados hasta la fecha son hembras. Foto extraída de Kaiser et al. 2011.

La especie Cnemidophorus uniparens es una lagartija partenogénica unisexual fruto de la hibridación entre C. inornatus y C. burti. El híbrido resultante se reprodujo de nuevo con C. inornatus, formando la especie triploide (3n) partenogénica C. uniparens. La presencia de genomas triploides, tetraploides, etc. es frecuente en reptiles unisexuales, ya que su origen híbrido hace que a veces los genomas no se puedan mezclar. Además, el tener más variedad cromosómica compensa la falta de recombinación genética.

En esta especie, aun siendo unisexual, también se observan conductas reproductoras parecidas a las de las especies sexuales. En C. uniparens se han obervado conductas sexuales en las que una hembra hace de macho y “monta” a otra hembra juntando sus cloacas. Se ha visto que las hembras que son montadas aumentan la cantidad de huevos que producen después de esta cópula simulada. Se cree que de un año a otro las hembras hacen turnos sobre cuáles montan y cuáles son montadas, alternando de un año a otro la cantidad de huevos  que producen.

Tres especies de lagartos de cola látigo. El de enmedio, Cnemidophorus neomexicanus es una especie unisexual partenogénica, resultado de la hibridación de dos especies bisexuales, C. inornatus (izquierda) y C. tigris (derecha). Foto de Alistair J. Cullum.

Aun siendo especies partenogénicas auténticas, muchos de estos escamosos mantienen la capacidad de incorporar ADN nuevo a la descendencia. Esto se debe a que si de vez en cuando no hay recombinación genética por la fusión del óvulo y el espermatozoide, se corre el riesgo de acumular mutaciones perjudiciales para la especie. Aun así, la partenogénesis permite a estas especies colonizar rápidamente un nuevo hábitat, ya que no es necesario que dos individuos se encuentren para reproducirse, y además el 100% de la población es capaz de producir descendencia.

Como veis, hay un gran número de animales que no necesita ni machos ni sexo para reproducirse. La existencia de un proceso similar en los seres humanos es muy improbable (por no decir imposible) que pueda ocurrir. Además, si hace unos 2000 años una mujer hubiese parido un hijo sin fecundación, probablemente éste hubiese sido una niña, ya que de ningún modo hubiese podido adquirir el cromosoma Y. De todas formas, esto no es motivo para no disfrutar de estas fiestas. ¡Feliz Navidad y feliz año nuevo a todos!

REFERENCIAS

Para la elaboración de esta entrada se han utilizado las siguientes fuentes:

• 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
• Imagen de portada de Pepper M, Doughty P, Fujita MK, Moritz C, Keogh JS.

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