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Animal genitalia: birds and fish

The function of the reproductive system is apparently simple: to transmit the genes to the next generation. Why does it has so different and curious shapes in all kinds of animals? Would not  be enough with a simple sperm-emitting channel and a simple receiver? Find out in this post different shapes and reproductive strategies of birds and fish. If you want to learn about amphibia, reptile and mammal genitalia, click here.

ANIMALS’ SEX LIFE

Animals have different breeding strategies. In elementary school we learned that the fertilization can be:

  • External (outside the female’s body)
  • Internal (inside the female’s body)

And according to where the embryo develops the species are:

  • Oviparous: in an egg hatching outside the mother’s body (most fish, amphibians and reptiles)
  • Ovoviviparous: in an egg that hatch inside the mother’s body (sharks, vipers, boas…)
  • Viviparous: in a womb inside the body of the mother.

In high school we learned that there are strategists species:

  • r-strategists: they do not care for the offspring, which suffers a high mortality at birth. To compensate, they lay lots of eggs. They are usually short-live animals that quickly reach sexual maturity (invertebrates, fish, amphibians …)
  • K-strategists: they dedicate more energy to the care of the breeding, reason why they assure their survival and therefore the number of offspring in each laying or delivery is lower. Usually they are animals of longer life (dog, elephant, human …).

But if we analyze the reproduction in detail, it is not as simple as this. The sexual life of invertebrates is full of unlikely strategies to ensure fertilization, but we will talk about them another time and now we will focus on birds and fish.

THE EVOLUTION OF GENITALIA

The reproductive organs seem to have been the most diverse and most rapidly changed throughout evolution, giving rise to structures of almost every shape and size imaginable. If we believe that the only function is to give sperm, to receive it and to transport it to the ovule, we may be surprised by such diversity. In fact, the reproductive apparatus does much more than that and that is why the anatomy is so different between different animal groups.

Some insects, for example, use their penis for courtship, others use it to make sound and transmit vibrations to the female during mating. If the female likes the music, she will allow the male to take care of her offspring. Females also have adaptations to administer the sperm, like some flies, that can keep the sperm of different males in different receptacles of his reproductive apparatus.

Penis with bristles of the beetle Acanthoscelides obtectus. Source

The use of the penis in courtship and mating by the male and the administration of sperm in females would be two reasons that would explain the complexity of animal genitalia. The competition to ensure that a male’s sperm is actually the one that fertilizes all the female eggs would be another, with strategies as radical as plugging the ducts of the female once inseminated so that no other male can access it.

We will focus on this article on the genitals of fish and birds, do not miss the following post on amphibians, reptiles and mammals.

FISH GENITALIA

Although in most fish the fertilization is external, some have structures or pseudopenises to put the sperm inside the female.

SHARKS AND RAYS

They have the pelvic fins modified into two appendages called pterigopods or claspers, with which they introduce the sperm into the female.

Male shark (left) and female shark (right). Source

During copulation only one is used, which is filled with water thanks to a structure called siphon to expel it under pressure mixed with the sperm. According to the species, the young can be born from the mother’s body or from an egg.

Birth of a shark and fertilized egg. Source

POECIILIDAE FISH

Fish of the family Poeciliidae (guppys, mollys, platys, xhipos…), well known in aquarism, have the anal fin modified in a copulatory structure called gonopodium. They do not lay eggs, but the offspring are born directly from the mother’s body.

Male and female guppy. Source

PRIAPIUM FISH

It is a family of fish (Phallostethidae) that present the copulatory organ under the head. They mate face to face with the female, a thing almost unique in animals that live underwater. With the priapium they are anchored to the female and fertilize the eggs internally for a longer time than usual in other species.

Phallostethus cuulong male, discovered in Vietnam.. Source

Other curiosities in fish are possession of both sexes (hermaphroditism) or sex change, as in clown fish.

LOPHIIFORMES FISH

The best known representative of the Lophiiformes is the monkfish. In this order of fish, males are much smaller than females and they latch to females with their teeth, because of the difficulty of finding a mate in the abyssal bottoms. As time passes by, the male is physically fused to the female. He loses its eyes and its internal organs, except the testicles. A female may have six or more males (pairs of testicles) fused in her body.

Lophiiforme with a fused male. Source

BIRD GENITALIA

Most bird species (97%) do not have a penis and fertilization is performed with cloaca-cloaca contact (cloacal kiss, or cloacal apposition), a conduit that is used both as a reproductive and excretory system.

Left: urogenital apparatus of the male: F) testis, B) vas deferens, A) kidney, E) ureter, C) urodeum of the sewer. Right: urogenital apparatus of the female: A) ovary with mature follicle, F) infundibulum, E) oviduct, B) kidney, C) ureter, D) cloacal urodeum.Source

There are different hypotheses by which birds are believed to have lost their penis during evolution (since their reptilian ancestors did have it): to lighten the weight during flight, to avoid infections, by chance during the evolutionary process or to the females had better control over whom to reproduce. It seems that the latter would be the most accepted, since for example ducks fly long distances and have large and heavy penises.

But some birds do have a penis, which unlike mammals and reptiles, goes into erection by filling it with lymph, not blood.

WATERFOWL GENITALIA

Ducks, geese and swans are among the few birds that have a penis. The vagina of the ducks is shaped like a spiral clockwise, so when the male penetrates the female with his penis also spiral counterclockwise, if she is not interested flexes his vaginal muscles and penis leaves her body.

Vagina (left) and penis (right) of Mallard (Anas platyrhynchos).Source

The vertebrate with the longest penis in proportion to its body is precisely a duck, the Argentine diving duck (Oxyura vittata). He keeps it rolled up inside, but in erection he can be twice as long (42.5 cm) as his body (20 cm).

Oxyura vittata male with penis out. Unknown author

Duck penises, in addition to their different sizes and curvatures, can be smooth or have spines or furrows. This variability is due to the competitive pressure to overcome the females’ vagina. Both genitals are a clear example of coevolution. If you want to know more about coevolution visit this post.

Vaginas with blind ducts, penises with spines to extract sperm from previous copulations… ducks have a real “war” for reproductive control. In monogamous species such as geese and swans, the reproductive apparatus is not so complex, but in more promiscuous species, such as ducks, they are more complex and with longer penises so that it can be guaranteed that the male who has fertilized the eggs is the one who will take care of the chicks.

RED-BILLED BUFFALO WEAVER GENITALIA

This African passerine (Bubalornis niger) has a pseudopenis 1.5 cm long. It does not have blood vessels nor spermatozoa, reason why apparently its function is to give pleasure to the female and to favor the attraction of the male. Males in colonies have longer pseudopenises than those living alone, so the evolution of this appendix could also be explained by male-male competition.

Red-billed buffalo weaver. Photo by Reg Tee

OSTRICHES AND RELATIVES

African ostriches (Sthrutio camelus) are from the Ratites family, which also includes kiwis, rheas (American ostriches), tinamous, emus and cassowaries. All of them have a penis, and except for tinamu, they are running birds.

Ostriches about to mate. Source

The genitalia of the cassowary are really very peculiar. We have already discovered in this post how exceptional this animal is. Both sexes have a phallic appendage, but it is not connected to any reproductive organ. In the case of males, it is invaginated in a sort of “vaginal cavity”. At the moment of the copulation, it comes out (as if we turned out the finger of a glove), but the sperm leaves the cloaca, that is, from the base of this pseudopenis, not from the tip. In the case of females, the phallic appendage (sometimes referred to as clitoris) is a little smaller than in males.

Cassowaries mating. You can watch the video here

These male-female characteristics have given rise to rituals and beliefs in the folklore of New Guinea. They consider the cassowary an androgynous creature of mixed genders, therefore powerful because they have the attributes of both sexes. The remote Bimin-Kuskusmin tribe (Central New Guinea) celebrates rituals where intersexual people are considered representatives of these animals, so they are revered and powerful. On the other hand, Mianmin people tells stories about a human woman with a penis that became a cassowary.

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REFERENCES

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Genitales animales: aves y peces

La función del aparato reproductor es aparentemente simple: transmitir los genes a la siguiente generación. ¿Por qué pues presenta formas tan distintas y curiosas en todo tipo de animales? ¿No sería suficiente con un simple canal emisor de esperma y un simple receptor? Descubre en este artículo las diferentes formas y estrategias reproductivas de aves y peces. Si quieres conocer las de anfibios, reptiles y mamíferos visita este artículo.

LA VIDA SEXUAL DE LOS ANIMALES

Los animales presentan diferentes estrategias de reproducción. En primaria aprendimos que la fecundación (encuentro de los gametos masculinos -espermatozoides- y femeninos -óvulos-) puede ser:

  • Externa (fuera del cuerpo de la hembra)
  • Interna (dentro del cuerpo de la hembra)

Y según donde se desarrolla el embrión las especies son:

  • Ovíparas: en un huevo que eclosiona fuera del cuerpo de la madre (la mayoría de peces, anfibios y reptiles)
  • Ovovivíparas: en un huevo que eclosiona dentro de la madre (tiburones, víboras, boas…)
  • Vivíparas: en un útero dentro del cuerpo de la madre.

En secundaria aprendimos que hay especies estrategas de la:

  • r: no cuidan de la descendencia, que sufre una elevada mortalidad nada más nacer. Para compensar, ponen muchísimos huevos. Suelen ser animales de vida corta que alcanzan rápidamente la madurez sexual (invertebrados en general, peces, anfibios…)
  • K: dedican más energía al cuidado de la cría, por lo que aseguran su supervivencia y por lo tanto el número de crías en cada puesta o parto. Suelen ser animales de vida más larga (perro, elefante, humano…).

    Estratega de la r (ostra, 500.000.000 de huevos por año) VS estratega de la K (gorila, 1 cría cada 5 años). Fuente

Pero si analizamos con detalle la reproducción, no es tan simple como esto. La vida sexual de los invertebrados está llena de estrategias inverosímiles para asegurar la fecundación, pero hablaremos de ellas en otra ocasión y nos centraremos ahora en aves y peces.

LA EVOLUCIÓN DE LOS GENITALES

Los órganos reproductores aparentemente son de los que más han variado y más rápidamente a lo largo de la evolución, dando lugar a estructuras de casi todas las formas y tamaños imaginables. Si creemos que la única función es dar esperma, recibirlo y transportarlo hasta el óvulo nos puede llegar a sorprender tal diversidad. En realidad, el aparato reproductor hace mucho más que eso y es por ello que la anatomía es tan distinta entre diferentes grupos animales.

Algunos insectos por ejemplo, utilizan su pene para el cortejo, en otros lo utilizan para hacer sonido y transmitir las vibraciones  a la hembra durante el apareamiento. Si a la hembra le gusta la música, permitirá al macho cuidar de su prole. Las hembras también tienen adaptaciones para administrarse el esperma, como algunas moscas, que pueden guardar el de diferentes machos en distintos receptáculos de su aparato reproductor.

Pene con púas del escarabajo Acanthoscelides obtectus. Fuente

La utilización del pene en el cortejo y apareamiento por parte del macho y la propia administración del esperma en las hembras serían dos razones que explicarían la complejidad de formas de genitales animales. La competencia para asegurar que el esperma de un macho sea realmente el que fertiliza todos los huevos de la hembra, sería otra, con estrategias tan radicales como taponar los conductos de la hembra una vez inseminada para que ningún otro macho pueda acceder a ella.

Nos centraremos en este artículo en los genitales de peces y aves, no te pierdas el siguiente artículo sobre anfibios, reptiles y mamíferos.

GENITALES EN PECES

A pesar de que en la mayoría de peces la fecundación es externa, algunos poseen estructuras o pseudopenes para dipositar el esperma dentro de la hembra.

TIBURONES Y RAYAS

Tienen las aletas pélvicas modificadas en dos apéndices llamados pterigopodios o claspers, con los que introducen el esperma en la hembra.

Tiburón macho (izquierda) y tiburón hembra (derecha). Fuente

Durante la copulación sólo se utiliza uno, que se llena de agua gracias a una estructura llamada sifón para expulsarla a presión mezclada con el esperma. Según la especie, las crías pueden nacer del cuerpo de la madre o bien de un huevo.

Nacimiento de un tiburón y huevo fertilizado. Fuente

PECES POECÍLIDOS

Los peces  de  la familia Poeciliidae (guppys, mollys, platys, xhipos…), bien conocidos en acuarismo, tienen la aleta anal modificada en una estructura copuladora llamada gonopodio.  No ponen huevos sino que nacen las crías directamente del cuerpo de la madre.

Diferencia entre guppy macho y hembra. Fuente

PECES PRIAPIUM

Se trata de una familia de peces (Phallostethidae) que presentan el órgano copulador debajo de la cabeza. Se aparean cara a cara con la hembra, un caso casi único en animales que viven bajo el agua. Con el priapium se anclan a la hembra y fertilizan los óvulos internamente durante un tiempo más largo que lo habitual en otras especies.

Macho del Phallostethus cuulong, descubierto en Vietnam. Fuente

Otras curiosidades en peces son la posesión de ambos sexos (hermafroditismo) o el cambio de sexo, como en los peces payaso.

PECES LOFIFORMES

El representante más conocido de los Lophiiformes es el rape. En este orden de peces, los machos tienen un tamaño muy inferior a la hembra y se adhieren a ella con los dientes. Dada la dificultad de encontrar pareja en los fondos abisales, con el tiempo el macho queda fusionado físicamente a la hembra. Pierde los ojos y sus órganos internos excepto los testículos. Una hembra puede llevar seis o más machos (pares de testículos) fusionados en su cuerpo.

Lophiiforme con macho fusionado. Fuente

GENITALES EN AVES

La mayoría de las especies de aves (97%) no tienen pene y la fecundación se realiza con el contacto cloaca-cloaca (beso cloacal, u aposición cloacal), conducto que se utiliza tanto como aparato reproductor y excretor.

Izquierda: esquema del aparato urogenital del macho: F) testículo, B) conducto deferente, A) riñón, E) uréter, C) urodeum de la cloaca. Derecha: esquema del aparato urogenital de la hembra: A) ovario con folículo maduro, F) infundíbulo, E) oviducto, B) riñón, C) uréter, D) urodeum de la cloaca. Fuente

Hay diferentes hipótesis por las que se cree que las aves perdieron el pene durante la evolución (ya que sus antepasados reptilianos sí que lo poseían): para aligerar el peso durante el vuelo, para evitar infecciones, por casualidad durante el proceso evolutivo o para que las hembras tuvieran un mejor control sobre quien reproducirse. Parece que ésta última sería la más aceptada, ya que por ejemplo los patos vuelan largas distancias y poseen penes grandes y pesados.

Pero algunas aves sí que tienen pene, que a diferencia de los mamíferos y reptiles, entra en erección al llenarse de linfa, no de sangre.

GENITALES DE LAS AVES ACUÁTICAS

Patos, gansos y cisnes son de las pocas aves que presentan pene. La vagina de los patos tiene forma de espiral en el sentido de las agujas del reloj, de tal manera que cuando el macho penetra la hembra con su pene también espiral en sentido antihorario, si a ella no le interesa flexiona sus músculos vaginales y el pene sale de su cuerpo.

Vagina (izquierda) y pene (derecha) de ánade real o azulón (Anas platyrhynchos). Fuente

El vertebrado con el pene más largo en proporción a su cuerpo es precisamente un pato, el pato zambullidor argentino (Oxyura vittata). Lo guarda enrollado en su interior, pero en erección puede ser el doble de largo (42,5 cm) que su cuerpo (20 cm).

Macho de Oxyura vittata con el pene fuera. Autor desconocido

Los penes de los patos, además de sus diferentes tamaños y curvaturas, pueden ser lisos o tener espinas o surcos. Esta variabilidad es debida a la presión competitiva para superar la vagina de las hembras. Ambos aparatos genitales pues, son un claro ejemplo de coevolución. Si quieres saber más sobre la coevolución visita este artículo.

Vaginas con conductos ciegos, penes con espinas para extraer esperma de cópulas anteriores… la de las ánades es una verdadera “guerra” por el control reproductivo. En especies monógamas como gansos y cisnes, los aparatos reproductores no son tan complejos, pero en especies más promiscuas, como los patos, son más complejos y con penes más largos para que se pueda garantizar que el macho que ha fertilizado los óvulos es quien cuidará también de los polluelos.

GENITALES DEL BUFALERO PIQUIRROJO

Este paseriforme africano (Bubalornis niger) tiene un pseudopene de 1,5 cm. No posee vasos sanguíneos ni espermáticos, por lo que al parecer su función es la de dar placer a la hembra y favorecer la atracción del macho por parte de la hembra. Los machos en colonias tienen pseudopenes más largos que los que viven solos, por lo que la evolución de este apéndice también se podría explicar por competencia macho-macho.

Bufalero piquirrojo. Foto de Reg Tee

GENITALES DE AVESTRUCES Y PARIENTES

Los avestruces africanos (Sthrutio camelus) son de la familia Ratites, que también incluye a los kiwis, ñandúes (avestruces americanos), tinamúes (martinetas o mal llamadas perdices), emúes y casuarios. Todos ellos poseen pene, y excepto los tinamúes, se caracterizan por ser aves  corredoras.

Avestruces a punto de aparearse. Fuente

Los genitales del casuario son realmente muy peculiares. Ya descubrimos en este artículo lo excepcional que es este animal, pero sus genitales merecen un capítulo a parte. Ambos sexos poseen un apéndice de aspecto fálico, pero no está conectado a ningún órgano reproductor. En el caso de los machos, está invaginado hacia dentro en una especie de “cavidad vaginal”. En el momento de la cópula, sale al exterior (como si girásemos el dedo de un guante), pero el esperma sale de la cloaca, es decir, de la base de este pseudopene, no de la punta. En el caso de las hembras, el apéndice fálico (a veces referido como clítoris) es un poco más pequeño que en los machos.

Casuarios apareándose. Mira el vídeo aquí

Estas característícas macho-hembra han dado lugar a rituales y creencias en el folclore de Nueva Guinea. que lo consideran una criatura  andrógina o de géneros mezclados, por lo tanto poderosa por tener los atributos de ambos sexos. La remota tribu Bimin-Kuskusmin (Nueva Guinea Central), celebra rituales donde a las personas intersexuales se las considera representantes de estos animales, por lo que son reverenciadas y poderosas. Por otro lado, la gente Mianmin cuenta historias sobre una mujer humana con un pene que se transformó en un casuario.

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REFERENCIAS