La danza delicadamente amanerada entre los óvulos perspicaces y los espermatozoides en competencia es más complicada de lo que los científicos alguna vez creyeron, y puede contener secretos sobre la evolución de nuevas especies.
En un artículo publicado en la revista naturalista estadounidensePresidente y Profesor de Ciencias Biológicas Don Levitan investiga un misterio de raíz en nuestra comprensión científica de la reproducción sexual: ¿Los espermatozoides compiten y los óvulos alguna vez tienen una opción?
Cuando se trata de erizos de mar al menos, la respuesta es sí.
Usando poblaciones de erizos de mar frente a la costa del Pacífico de Canadá, Levitan se propuso determinar el grado en que, entre los animales marinos que usan fertilización externa, los espermatozoides de múltiples machos compiten para fertilizar óvulos individuales. Los erizos de mar se consideran una buena especie modelo para los científicos, ya que buscan comprender mejor los organismos marinos porque los animales espinosos pueden ser fácilmente inducidos a desovar.
Eso los hace perfectos para el estudio de la fertilización y la compatibilidad.
«Los patrones de fertilización y la evolución de la compatibilidad reproductiva son procesos importantes para los organismos marinos», dijo Levitan. “Son mecanismos que pueden impulsar el desarrollo de nuevas especies”,
En la naturaleza, los erizos de mar liberan nubes de esperma y óvulos que fecundan mientras flotan en el agua. En este estudio, Levitan indujo a los machos a desovar y luego recolectó pequeños paquetes de agua de mar, suficiente para que una población de espermatozoides interactúe inmediatamente con un óvulo, en jeringas llenas de decenas de óvulos no fertilizados.
Posteriormente, Levitan realizó análisis de paternidad en los óvulos recién fertilizados para detectar la cantidad de espermatozoides masculinos individuales presentes en las muestras. Sus hallazgos desafiaron sus expectativas: el esperma de múltiples machos competía para fertilizar óvulos individuales, y los óvulos parecían estar eligiendo a su pareja preferida entre la multitud.
«Si bien esperábamos encontrar que los óvulos individuales generalmente se encuentran con el esperma de un solo macho, encontramos que los óvulos a menudo se encuentran simultáneamente con el esperma de más de un macho en el breve intervalo entre el contacto con el esperma y la fertilización», dijo Levitan. «Esta es la primera evidencia de que los espermatozoides de diferentes machos compiten por el mismo óvulo, lo que indica una oportunidad para que los óvulos tengan una opción».
Cuando los espermatozoides suspendidos en el océano buscan una pareja favorable, dependen de una capa superficial de proteínas de reconocimiento para unirse y fertilizar los óvulos receptivos.
De acuerdo con una comprensión tradicional de los procesos de selección, los espermatozoides con proteínas más efectivas deben seleccionarse sistemáticamente, mientras que los espermatozoides con proteínas menos efectivas, con su aptitud inferior para la fertilización, deben eliminarse rápidamente del acervo genético.
Sin embargo, a menudo ocurre que los espermatozoides con proteínas de reconocimiento menos efectivas tienen más probabilidades de fertilizar con éxito un óvulo.
«Es un poco desconcertante», dijo Levitan. «Uno pensaría que dentro de una especie, siempre se debe seleccionar la proteína más compatible. Entonces, ¿por qué vemos constantemente variaciones en la efectividad de estas proteínas en la población?»
La respuesta a esta pregunta podría encontrarse en una llamada y respuesta evolutiva entre espermatozoides temperamentales y óvulos.
En investigaciones anteriores, Levitan descubrió que las proteínas menos compatibles pueden verse favorecidas cuando los espermatozoides son tan abundantes que existe el riesgo de que múltiples espermatozoides fertilicen un óvulo, un proceso fatal llamado poliespermia. Debido a que es menos probable que los espermatozoides menos compatibles inunden y maten un óvulo, los óvulos pueden desarrollar superficies de menor compatibilidad para evitar la poliespermia. A su vez, los espermatozoides pueden evolucionar para adaptarse a estas nuevas superficies de óvulos. Esto puede producir una mezcla de tipos de compatibilidad de espermatozoides y óvulos que prepara el escenario para la competencia de espermatozoides y la elección de óvulos.
Cuando el esperma de varios machos llega a un óvulo al mismo tiempo, los óvulos pueden elegir el esperma cuyas proteínas de reconocimiento son las más adecuadas para una fertilización saludable. Este proceso de selección puede estimular la evolución de nuevas proteínas de reconocimiento, lo que eventualmente resulta en el aislamiento reproductivo y, en algunos casos, en la creación de nuevas especies por completo.
«La selección sexual dentro de una especie puede causar una variación en las proteínas de reconocimiento, y eso puede conducir a un apareamiento selectivo, en el que solo ciertos tipos se aparean con otros», dijo Levitan. «Si tiene un apareamiento selectivo y tiene una selección disruptiva, donde los individuos que se cruzan a un tipo diferente no les va muy bien, eso eventualmente puede generar aislamiento reproductivo y especiación».
Estos procesos son críticos para las especies marinas que utilizan la fertilización externa, el principal modo de reproducción en el océano. Pero Levitan cree que los científicos pronto descubrirán que la competencia entre espermatozoides y la elección de óvulos son igualmente importantes para los fertilizantes internos como los mamíferos.
«Este es el tipo de interacciones entre espermatozoides y óvulos que impulsan la divergencia entre las poblaciones, dentro de las poblaciones y entre las especies», dijo Levitan. «Lo que espero es generar interés en estas interacciones para que podamos comprender mejor qué tan generales son para las especies que se fertilizan tanto interna como externamente».
