06 Sexo
El sexo representa un enigma tanto evolutivo como genético. Muchos organismos son perfectamente capaces de procrear por sí mismos. La reproducción asexual es suficientemente buena para la mayor parte de las células del cuerpo humano; por ejemplo, las células somáticas que constituyen órganos como el hígado y los riñones se dividen como si fueran microorganismos asexuales. La única excepción la constituyen nuestras células germinales, que conforman los espermatozoides y los óvulos (gametos) y que, en última instancia, dan lugar a la aparición de nuevos seres humanos.
La reproducción asexual permite que muchos organismos dupliquen su genoma completo en su descendencia, generando o aceptando unos pocos errores aleatorios en el mecanismo de copia. Sin embargo, el sexo implica que únicamente la mitad de la población puede llevar la descendencia en su seno, lo que reduce la tasa de reproducción. Sólo la mitad de los genes de cada progenitor alcanza a sus hijos o hijas. Todas estas cuestiones son negativas en lo que se refiere a la selección natural y, sin embargo, el sexo no solamente permanece, sino que prospera: es el sistema reproductivo utilizado por la mayor parte de la vida visible.
La supervivencia del sexo, a pesar de todas sus desventajas aparentes, puede quedar explicada por lo que ocurre a nivel genético y por lo que significa respecto a la evolución. Las mutaciones aleatorias no son el único elemento que estimula la selección natural y la deriva genética. El sexo también puede causar variaciones al combinar los conjuntos de genes en cada ocasión. Este proceso, denominado cruzamiento o recombinación, arroja repetidamente el código de la vida hacia nuevas formas que pueden transmitirse a las generaciones futuras, y se potencia cualquiera que demuestre ser especialmente ventajosa, como ocurre con las mutaciones beneficiosas.
Meiosis y mitosis La mayoría de las células del cuerpo humano son diplomáticos y poseen un conjunto completo de 46 cromosomas dispuestos en dos grupos de 23 pares. Cuando estas células somáticas se dividen en las fases de crecimiento corporal o en los procesos de curación de las heridas y las lesiones, copian su genoma completo mediante un proceso denominado mitosis. Se duplican todos los pares de cromosomas y los dos conjuntos se separan a medida que las células se dividen físicamente, de manera que, al final, cada conjunto de cromosomas acaba perteneciendo a cada una de las células hijas. El resultado es la aparición de dos nuevas células diploides, cada una de las cuales posee 46 cromosomas idénticos a los de la célula progenitora.
Las células germinales, es decir, los óvulos y los espermatozoides, utilizan otro método para la división celular, la meiosis. Durante la meiosis, las células precursoras diploides que constituyen los gametos duplican su ADN y después lo reparten por igual en cuatro células hijas, cada una de las cuales posee 23 cromosomas. En los hombres, las células hijas se convierten en un óvulo al tiempo que las otras tres se eliminan, debido a que representan «cuerpos polares».
Las células de este tipo se denomina haploides y poseen una copia de cada cromosoma, en vez del par de cada cromosoma que presentan las células diploides. Cuando los dos tipos de gametos se fusionan y generan un embrión, se restablece el conjunto de 46 cromosomas en el que cada uno de los progenitores aporta las copias de cada cromosoma.
Entrecruzamiento La fusión del material genético procedente de dos individuos permite la variación al crear combinaciones diferentes de cromosomas. Sin embargo, la composición real del cromosoma que alcanza cada espermatozoide y cada óvulo es única.
Cuando los cromosomas emparejados se alinean durante la meiosis, intercambian material genético. Las dos cadenas del ADN (una procedente de la madre y otra del padre) se entremezclan y después se fragmentan en los puntos en los que contactan. Más tarde, cada segmento se fusiona con el que tiene más cerca y, así, los genes se «entrecruzan» entre los cromosomas. El resultado es un gameto que posee un conjunto de cromosomas único y que representa una amalgama de los genes paternos y maternos.
Este proceso de entrecruzamiento significa que, al tiempo que cada gameto obtiene una copia de cada gen, la combinación de los alelos es única. El espermatozoide de un hombre va a poseer cromosomas que contienen fragmentos de material genético procedente de cada uno de sus progenitores. Así, los genes están en un proceso continuo de ensamblado que origina composiciones ligeramente diferentes, al tiempo que la recombinación puede incluso fusionarlos y crear nuevos genes.
Parentesco genético
La recombinación explica la cantidad de ADN que compartimos con nuestra familia, y también por qué somos genéticamente diferentes de nuestros hermanos. La mitad de nuestro material genético procede de nuestra madre y la otra mitad de nuestro padre, debido a que fuimos concebidos a partir de gametos provenientes de nuestros dos progenitores. Sin embargo, aunque podríamos considerar que el 50% de nuestro ADN es igual que el de nuestros hermanos, estas cifras son sólo valores promedio. La aleatoriedad de la recombinación hace que, en teoría, sea posible que heredemos un conjunto de alelos completamente diferente del de nuestros hermanos, aunque desde el punto de vista estadístico esta posibilidad es improbable.
La recombinación también permite que los científicos cartografíen la localización de los genes en los cromosomas utilizando el concepto de ligamiento genético, que ya se introdujo en el capítulo 3. Tal como señaló T. H. Morgan, los genes que están próximos entre sí en el interior de los cromosomas tienden a ser heredados juntos, y la razón es el fenómeno de entrecruzamiento. Los cromosomas no intercambian los genes individualmente, sino como parte de bloques de tamaño mayor. Si un mismo bloque o «haplotipo» contiene dos genes, éstos están vinculados y, así, los individuos que poseen uno de ellos también tienden a poseer el otro.
«La aplicación del método “sexual” a la lectura de un libro implicaría que tendríamos que comprar dos ejemplares, arrancar todas las páginas de ambos y elaborar uno nuevo combinando la mitad de las páginas de cada uno de los libros, decidiendo aleatoriamente de cuál de ellos tomar una página y cuál desechar.»
Mark Ridley
Una razón para explicar el sexo En las especies con reproducción sexual, la meiosis y la recombinación hacen que cada individuo posea un genotipo propio, y esta variación extra puede tener un fundamento adaptativo. En la reproducción asexual, las mutaciones se transmiten de manera invariable a la descendencia, incluso las que son perjudiciales. Esta característica da lugar a un efecto denominado «trinquete de Muller» (véase el recuadro) que hace que el genoma tienda a presentar un deterioro de su calidad a medida que transcurre el tiempo. Mediante el fenómeno de entrecruzamiento, el sexo hace que los descendientes sean diferentes de sus progenitores.
La variedad genética a que da lugar el sexo también significa que los microorganismos y los parásitos tienen más dificultades para extenderse en poblaciones completas de una sola vez. Esta diversidad aumenta la probabilidad de que algunos individuos manifiesten un cierto grado de resistencia genética, de manera que siempre hay sujetos que sobreviven a las nuevas epidemias y que pueden tener descendientes que también posean cierta inmunidad.
El trinquete de Muller
Cuando un organismo se reproduce asexualmente, todo su genoma queda copiado en su descendencia. Hermann Muller se dio cuenta de que este método se acompañaba de una desventaja importante: si se produce un error en el proceso de copia que da lugar a una mutación perjudicial, ésta se transmite siempre a todos los descendientes. Lo mismo ocurriría cada vez que aparecieran mutaciones nuevas, de manera que, con el paso del tiempo, el material genético global de dicho organismo se deterioraría. Muller comparó este proceso con un trinquete cuyos dientes permiten el movimiento en una sola dirección.
El sexo y la recombinación sortean el trinquete de Muller debido a que consiguen que no todas las mutaciones de un progenitor se transmitan a sus descendientes. Muchos organismos asexuales, como las bacterias, han desarrollado otros métodos para intercambiar genes con objeto de evitar los efectos negativos de su sistema de reproducción.
Cronología:
1910: Morgan demuestra los fundamentos cromosómicos de la herencia
1913: Morgan y Alfred Sturtevant (1891-1970) describen el entrecruzamiento y elaboran el primer mapa genético
1931: Harriet Creighton (1909-2004) y Barbara McClintock (1902-1992) demuestran el fundamento físico del entrecruzamiento
1932: Muller describe la utilidad del entrecruzamiento para contrarrestar el «trinquete de Muller»
La idea en síntesis: el sexo hace que los individuos sean genéticamente únicos