7.- La Reproducción Sexual Costes y Beneficios Evolutivos Mertxe de Renobales Scheifler Colaboradora Académica Honorífica Dpto. Bioquímica y Biología Molecular Facultad de Farmacia Universidad del País Vasco / Euskal Herriko Unib. 1 Aulas de la Tercera Edad Curso 2017-2018
La Reproducción Sexual reproducción sexual y asexual biología básica inconvenientes de la reproducción sexual un poco de historia consecuencias algunas estrategias ventajas de la replicación sexual y los organismos asexuales? resumen bibliografía 2
La Reproducción Sexual objetivo de la reproducción pasar los genes a la siguiente generación o fabricar descendientes asexual y sexual los vemos desde el punto de vista de las células reproducción asexual: el organismo duplica su genoma y pasa una copia directamente al organismo hijo/a o bacterias y arqueas o plantas que se pueden reproducir por esquejes o algunos animales muy primitivos: hidra, corales o células eucariotas no reproductoras (ej: hígado, piel, etc) 3
4 Ejemplos Reproducción Asexual
La Reproducción Sexual sexo : en sentido amplio: intercambio de genes entre 2 organismos, o no necesariamente con fines reproductivos o transferencia horizontal/lateral de genes: adquisición de propiedades nuevas entre bacterias y arqueas: muy frecuente apareció hace más de 3000 millones de años entre bacterias y plantas, animales y plantas: apareció más recientemente pocos casos conocidos por ahora 5
en sentido estricto La Reproducción Sexual unión de los genomas de 2 organismos (masc. y feme.) para formar 1 célula diferente a las progenitoras que dará lugar a un organismo nuevo o el 99,9% de los organismos con células complejas (eucariotas) reproducción sexual en algún momento organismos con reproducción sexual o células no reproductoras (somáticas) o células reproductoras (germinales) óvulos y espermatozoides 6
La Reproducción Sexual reproducción sexual: biparental animales, plantas superiores en la mayoría de los organismos con 2 juegos de cromosomas (del parental femenino y del masculino) (organismos diploides) cada parental contribuye la mitad de los genes del nuevo individuo o no es gratis biológicamente hablando recursos: aporte energético (metabólico) desigual entre los parentales, tiempo enorme competencia entre todos los fabricantes para hacerlo a costa de otros 7 o ofrece ventajas evolutivas y presenta también problemas importantes
Biología Básica células complejas (eucariotas) núcleo, varios cromosomas, orgánulos (mitocondrias, etc) ciclo vital de una célula 8 http://www.infobiologia.net/2012/11/ciclo-celular-celulas-eucariotas.html
Biología Básica duplicación de una célula compleja (mitosis) 9 https://espaciociencia.com/division-celular-la-mitosis-la-meiosis/
Biología Básica reproducción asexual de una célula compleja (mitosis) de 1 célula surgen 2 células idénticas el ADN de la célula original se transmite al 100% a la otra célula y quedan 2 células idénticas o pueden acumular mutaciones en levaduras, por ejemplo, la reproducción asexual dura 1 hora (mientras que la sexual, unas 8 h) 1 levadura asexual 3 h 8 asexuales 1 levadura sexual 1 sexual 10 al final: predominan las asexuales
Biología Básica formación de las células reproductoras: gameto femenino y gameto masculino meiosis - recombinación haploides 2n - diploide n n n n 11 https://es.wikipedia.org/wiki/meiosis
Biología Básica formación de células reproductoras: 12 los cromosomas que son pareja (homólogos) se intercambian fragmentos recombinación 1 célula original con 2 juegos de cromosomas (diploide) produce 4 células diferentes (gametos) o cada una sólo tiene 1 juego de cromosomas (haploide) o cada célula tiene una combinación de genes diferente crea variabilidad en humanos (y otros mamíferos): o los 4 óvulos tendrán 1 cromosoma X o los 4 espermatozoides 2 tendrán 1 cromosoma Y 2 tendrán 1 cromosoma X
Biología Básica la reproducción sexual un gameto femenino y un gameto masculino se unen para formar una única célula genéticamente distinta de sus progenitores n n 2n 13 https://es.slideshare.net/alberkar/la-reproduccin-sexual-en-animales-2008-9
Inconvenientes de la Reproducción Sexual 2 organismos para producir 1 cada parental contribuye la mitad de los genes (en vez del genoma completo: reproducción asexual) coste de los machos sólo la hembra produce descendientes directamente nº individuos en una población: o nº de hembras + 1 macho nº de descendientes de la hembra original es mayor si sólo produce hembras http://evolutionbiology.com/evolutionary-principles/the-paradox-ofsexual-reproduction/ 14
Inconvenientes de la Reproducción Sexual destruye combinaciones buenas de genes (recombinación) varón inteligente recibe una propuesta de procrear un hijo de una mujer muy bella: o imagínese, tener un hijo con su inteligencia y mi belleza o y si hereda mi belleza y su inteligencia? tiempo necesario para encontrar la pareja 15 tamaño de la población o la reproducción asexual es más frecuente en las poblaciones de animales que viven en la profundidad del océano abundancia relativa de los 2 sexos
Un poco de historia primeros animales con reproducción sexual hace 600 M años - hacia las 21:20 h o corales: fertilización externa en el mar https://www.livingoceansfoundation.org/education/portal/course/reproduction/ 16 tiburones hace unos 400 M años o hacia las 22 h o fertilización interna pene o en varias especies la hembra pare crías vivas o participación del macho: producción de esperma https://cienciatoday.com/como-nacen-tiburones/
Un poco de historia hace unos 370 M años hacia las 22:15 h animales en tierra anfibios fecundación externa, en medio acuático https://es.slideshare.net/naya110/reproduccion-en-anfibios 17 reptiles hace 310-320 M años o evolución del huevo cáscara dura puesta en tierra firme mamíferos placentarios (humanos, entre otros) o hace unos 130 M años (hacia las 23:15 h) o placenta membranas del huevo o cría se desarrolla dentro del cuerpo de la hembra https://evolution.berkeley.edu/evolibrary/news/110901_earlymammals
Consecuencias competencia entre los sexos por el coste de la reproducción hembra: coste muy alto de la reproducción o óvulo grande, con nutrientes o gestación / puesta de huevos o cuidados parentales a la cría o recurso limitante para éxito reproductor del macho macho: coste bajo o espermatozoides pequeños, muchos o no aceptan ser inseminados, no gestación 18 caracteres sexuales secundarios y estrategias
Algunas Estrategias machos competir entre ellos por las hembras comportamientos para atraer a las hembras o rituales de cortejo o colores brillantes, canto, tamaño de la cornamenta, etc peligro de ser atacado por predadores o colaboración en el cuidado de la cría suministrar alimento a la madre y la cría protección frente a otros machos comportamientos para asegurar que su esperma es el que fertiliza a la hembra o eliminar el esperma del macho anterior antes de depositar el suyo: grillos, caballito del diablo o conflictos sexuales 19 https://en.wikipedia.org/wiki/sperm_competition
hembras 20 Algunas Estrategias selección de machos (caracteres secundarios) o caracteres secundarios: colores, canto, cornamenta selección de esperma o aves: almacenamiento de esperma eligen el esperma del macho que prefieren https://culturacientifica.com/2017/11/11/naukas-pro-2017-inma-estevez-la-produccion-animal/ T. Birkhead, La Sabiduría de las Aves., Libros del Jata, 2017, Capítulo 2 o insectos: abejas macho tapón para impedir copulación con otros machos contraataque de hembra: expulsa el tapón estro período de fertilidad y receptividad sexual o manifiesto en la mayoría de los mamíferos o humanos: oculto
Ventajas de la Reproducción Sexual genera variabilidad genética en condiciones adversas https://www.the-scientist.com/?articles.view/articleno/40333/title/the-sex-paradox/ levaduras: adaptación más rápida a los cambios Con abundante comida - reproducción asexual Cuando escasea la comida - reproducción sexual genera variabilidad genética 21
Ventajas de la Reproducción Sexual adaptación a nuevas situaciones rotíferos agua dulce o reproducción asexual en baja densidad o rep. sexual a alta densidad Ambientes homogéneos reproducción asexual Ambientes heterogéneos (tipos de alimentos, concentración salina), alta densidad reproducción sexual: a largo plazo los linajes sexuales tuvieron mayor éxito reproductivo 22
Ventajas de la Reproducción Sexual evolución de parásitos caracolillos de agua dulce (Potamopyrgus antipodarum) Hipótesis: Los parásitos evolucionan para infectar el genotipo más frecuente (sexual o asexual) La reproducción sexual produce caracolillos resistentes a los parásitos 23 o 1994: predominan los asexuales. Los parásitos evolucionan y empiezan a infectarlos sexuales o 2001 (7 generaciones): los parásitos evolucionan y empiezan a infectan a los sexuales
Y los organismos asexuales? están destinados a la extinción? entre los organismos eucariotas los que se reproducen asexualmente sobre todo duran poco tiempo rotíferos bdeloideos: animales sin reproducción sexual agua dulce y tierra húmeda o 0.5 mm hace 80 millones de años más de 450 especies perdieron la capacidad de reproducción sexual hace varios millones de años no se han extinguido! 24 cómo lo hacen????
Y los organismos asexuales? rotíferos bdeloideos (cont.) cuando les atacan los parásitos se desecan o el viento los lleva a otro lugar, se hidratan y siguen viviendo sin parásitos o al desecarse adquieren ADN del entorno bacterias, hongos, otros bdeloideos 7-10% de ADN de otros organismos transferencia génica para adquirir variabilidad 25
Y los organismos asexuales? las bacterias y arqueas reproducción exclusivamente asexual Conjugación Transformación Transducción aceptan ADN de especies relacionadas o NO relacionadas variabilidad genética 26
Cómo ha evolucionado? por ahora no se sabe hace 1.800 y 1.500 M de años el antepasado de todos los organismos eucariotas hongo patógeno Cryptococcus neoformans forma esporas con 1 sola copia de cada cromosoma o todas son idénticas, con el mismo genoma o cuando se combinan para formar una célula con 2 copias de cada cromosoma se crean mutaciones variabilidad genética!! pudo originarse la reproducción sexual a partir de un organismo que se cruzó consigo mismo sin tener desde el principio 2 sexos - y creó diversidad genética así? 27 M Scudellari, The Sex Paradox, The Scientist 2014, https://www.thescientist.com/?articles.view/articleno/40333/title/the-sex-paradox/
Resumen la reproducción sexual permite a las especies: o adaptarse rápidamente a ambientes cambiantes escasez de alimentos, o diferentes tipos presencia de parásitos temperaturas etc. o mediante la generación de suficiente variabilidad genética en las crías diferentes linajes seguimos sin saber con exactitud porqué existe el sexo 28
Bibliografía M. Soler (ed.), Evolución - la base de la biología. Proyecto Sur de Ediciones, 2002. Capítulo 9 http://evolutionbiology.com/evolutionary-principles/the-paradox-of-sexualreproduction/ http://eva.udelar.edu.uy/pluginfile.php/397514/mod_resource/content/2/6.sel eccionsexual20134d.pdf The evolution of sex PBS documentary: https://www.youtube.com/watch?v=8isbvtfssm4 The Sex Paradox The Scientist 2014- https://www.thescientist.com/?articles.view/articleno/40333/title/the-sex-paradox/ 29