La evolución del sexo: enseñanzas de un hongo filamentoso

La evolución del sexo es uno de los temas más apasionantes dentro de la biología evolutiva. Hoy en día, muchos enigmas continúan siéndolo y las teorías siguen discutiéndose y poniéndose a prueba. Por ejemplo, no es claro porque existen solo dos géneros en aquellos organismos que presentan reproducción sexual. Bueno, para empezar no es claro cómo y porqué surgió la reproducción sexual. Es decir, cuáles fueron las condiciones que propiciaron dicha novedad evolutiva ni qué ventajas –y desventajas- confirieron a los primeros organismos sexuados. Las ventajas de la recombinación genética salen a la luz siempre que se habla de las ventajas evolutivas de la reproducción sexual. Mediante la recombinación genética, que ocurre a través de la reproducción sexual, es posible acelerar la adaptación por medio de la selección de los genomas afortunados; mientras que por el mismo proceso los genomas menos afortunados pueden ser eliminados. Sin embargo, el problema es que hay una proporción de genomas potencialmente exitosos que también son eliminados en el azaroso proceso de la selección natural. Una solución a dicho problema podría ser que los individuos hicieran copias idénticas de sí mismos  cuando sus genomas fueran exitosos (reproducción asexual) y que cambiaran a la reproducción sexual cuando su adecuación estuviera disminuyendo. Lo anterior existe y se denomina sexualidad facultativa y, de hecho, es considerada como un estado ancestral de la reproducción sexual exclusiva. El sexo asociado a la adecuación o FAS por sus siglas en ingles (fitness-associated-sex), por lo tanto, puede permanecer y preservarse debido a que básicamente es posible tener lo mejor de dos mundos: reproducción asexual si las cosas van bien y reproducción sexual cuando el panorama se complica. Tanto más si los costos del sexo pudieran ser reducidos. Si, la sexualidad es un mecanismo costoso. Primero, a través de la reproducción sexual se pueden perder genotipos exitosos al “dividirse” y mezclarse mediante la meiosis. Segundo, la descendencia producida sexualmente toma más tiempo que, digamos, la producción de clones. Aunque en un medio desfavorable esta desventaja del sexo podría no ser tal si de cualquier manera la reproducción asexual se desacelerara. Tercero, en algunos organismos los costos se incrementan ante el riesgo de contraer enfermedades y, cuando es el caso, podrían haber costos involucrado en el subsecuente cuidado parental. Es por lo anterior, que la reproducción sexual facultativa es de interés para aquellos que quieren entender mejor cómo, porqué y en qué condiciones la reproducción sexual es ventajosa. Entenderlo podría ayudarnos a entender mejor por qué el sexo apareció en este planeta. Por suerte para los curiosos, la reproducción sexual facultativa es relativamente común. Por ejemplo, esta presente en el alga Chlamydomonas reinhardtii y en Saccharomyces cerevisiae, la levadura ampliamente utilizada en la producción de pan, cerveza y vino. En ambas especies, los individuos transitan de la reproducción asexual a la sexual cuando se encuentran en medios poco favorables, como aquellos caracterizados por niveles bajos de nutrientes esenciales. De particular interés para los teóricos del sexo son aquellas especies que parecen ser más flexibles en las condiciones en las que presentan un tipo de reproducción u otro y que por ello permiten estudiar los pormenores de la reproducción sexual asociada con la adecuación. Tal es el caso de Aspergillus nidulans un hongo filamentoso que se encuentra en los suelos del mundo entero.

Entre los curiosos en el tema contamos con Sijmen Schoustra y Howard D. Rundle que junto con Rola Dali y Rees Kassen, todos de la Universidad de Ottawa en Canadá, publicaron recientemente en la revista Current Biology un estudio sobre la reproducción sexual facultativa en Aspergillus nidulans.

 Aspergillus nidulans. Imagen tomada de aquí.

 Este equipo de investigadores se interesaron en comprobar si el hecho de que ciertas especies, al encontrarse en ambientes poco favorables, cambiaban de la cómoda y prolífica reproducción asexual a la tortuosa y riesgosa reproducción sexual porque dicho cambio implicaba una ventaja en términos de adecuación o si el cambio ocurría como una simple consecuencia de que los individuos se encontraran en dichos ambientes. Es decir, los medios poco favorables podrían ser detonadores de cambios en el tipo de reproducción sin que ello implicara –necesariamente- ventajas en términos de adecuación.

Para su estudio utilizaron montones de cajas de petri con cultivos de 53 genotipos diferentes de Aspergillus nidulans en medios de agar con tres diferentes niveles de estrés. Como factor de estrés, el equipo canadiense añadió a algunos medios de cultivo cantidades no letales del fungicida fludioxonil. Dicho fungicida ocasionó que la reproducción asexual se desacelerara sin eliminar por completo a los hongos. Como medida de adecuación consideraron la tasa de crecimiento del micelio y midieron la inversión sexual en términos de la densidad de fructificaciones sexuales por área de micelio. Schoustra y su equipo encontraron que los diferentes genotipos presentaron tasas de crecimiento diferentes en diferentes medios. En algunos cultivos algunas variantes fueron exitosas mientras que en uno o dos de los otros medios dichas variantes se desarrollaron de forma pobre. Sin embargo, hubo una tendencia –en la mayoría de los genotipos- a reproducirse sexualmente en aquellos medios donde cada genotipo sufría más las condiciones del medio, es decir, donde crecía más lentamente. En otras palabras, la asignación de recursos a la reproducción sexual ocurrió en función de qué tan bien adaptado estuvo un genotipo en particular a su ambiente y no únicamente como una respuesta al estrés ambiental al que fueron sometidos. Aspergillus nidulans produce más esporas por la vía sexual cuando le está yendo peor. Asemejando con ello el hipotético estado transicional de la reproducción asexual a la sexual. Pero como en una trama digna de Sherezada, la historia no termina ahí. Aún cuando el experimento del grupo canadiense nos acerca a la comprensión de la evolución de la sexualidad facultativa -y por tanto de la sexualidad per se-, es importante señalar que cada genotipo de Aspergillus fue puesto a prueba en la soledad de su cajita de petri. Entonces, otra parte interesante de la historia vendrá cuando se hagan pruebas experimentales para verificar si aquellos genotipos que optaron por la reproducción sexual pueden –y bajo qué circunstancias- invadir a otros genotipos preferente o exclusivamente asexuales. Artículos de referencia:

Sijmen Schoustra, Howard D Rundle, Rola Dali and Rees Kassen (2010). Fitness-Associated Sexual Reproduction in a Filamentous Fungus Current Biology, 20, 1350-1355 DOI: 10.1016/j.cub.2010.05.060

Clifford Zeyl (2010). Evolutionary Genetics: Desperate Times Call for More Sex Current Biology, 20 DOI: 10.1016/j.cub.2010.06.008