La reproducción asexual generalmente conduce a una falta de diversidad genética. No es así para estas hormigas.

16 de julio de 2024

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por la Universidad de Rockefeller

La diversidad genética es esencial para la supervivencia de una especie. Es lo suficientemente fácil de mantener si una especie se reproduce sexualmente; un óvulo y un espermatozoide combinan material genético de dos criaturas en uno solo, formando una descendencia genómicamente robusta con dos versiones distintas del genoma de la especie.

Sin esa combinación de diferentes patrones genéticos, las especies que se reproducen asexualmente suelen sufrir de una falta de diversidad que puede condenarlas a una existencia limitada en la Tierra. Uno de esos animales debería ser la hormiga asaltante clonal, que produce hijas una tras otra genéticamente idénticas directamente a partir de un óvulo no fertilizado mediante partenogénesis, un método de reproducción asexual en el cual la descendencia hereda dos juegos de cromosomas genéticamente idénticos de su madre.

Con el tiempo, la herencia aleatoria de estos cromosomas de forma incesante debería llevar a una pérdida catastrófica de distinción genética y al colapso eventual de la especie. Y sin embargo, este insecto ciego sin reina, nativo de Bangladesh y ahora presente en entornos tropicales de todo el mundo, parece estar sobreviviendo bastante bien. ¿Cómo es posible eso?

Como descubrieron recientemente los investigadores de la Universidad de Rockefeller, la hormiga asaltante clonal no se arriesga cuando se trata de transmitir sus genes. En cambio, asegura que la descendencia herede dos versiones distintas de todo su genoma, preservando en gran medida la diversidad genética presente en el antiguo fundador de cada línea clonal.

En teoría, esto no debería funcionar: se cree que los cromosomas se mezclan aleatoriamente durante la meiosis, el tipo de división celular utilizado para producir células de esperma y óvulos durante la reproducción en todos los animales, plantas y hongos. Sin embargo, en este animal, el proceso parece estar lejos de ser aleatorio, como informaron en Nature Ecology & Evolution.

'Creemos que hemos descubierto cómo las hormigas asaltantes clonales evitan la pérdida de diversidad genética que suele resultar rutinariamente de la partenogénesis', explica el primer autor Kip Lacy, becario de posgrado en el Laboratorio de Evolución Social y Comportamiento, dirigido por Daniel Kronauer. 'Tal vez esta diversidad permita la supervivencia de la especie'.

Las especies partenogenéticas son raras pero se encuentran en una variedad de formas de vida, incluidos reptiles, anfibios, nematodos, peces y aves. Sus posibilidades de existencia a largo plazo son escasas. 'Las especies puramente asexuales tienden a extinguirse bastante rápido', dice Lacy.

'Reproducirse clonalmente es una especie de callejón sin salida hacia la deterioración', agrega Kronauer. 'Cada vez que hay una mutación levemente perjudicial, no puedes eliminarla del genoma, lo que simplemente acumulará más mutaciones con el tiempo'.

El problema comienza con dos desafíos que las especies asexuales deben superar a nivel celular. El primero es que necesitan crear genomas diploides, que contienen dos juegos de cromosomas, para transmitir a su descendencia.

'Pero si eres una hormiga asaltante clonal', señala Lacy, 'no hay esperma involucrado en la reproducción, entonces ¿de dónde sacarás un juego extra de cromosomas?'

El segundo es que la descendencia debe tener una composición genética compatible con el desarrollo y la reproducción, algo que muchas especies asexuales, cargadas con dos juegos de cromosomas genéticamente idénticos, no poseen.

Lacy se interesó en la partenogénesis durante sus estudios de maestría en la Universidad de Georgia mientras estudiaba la hormiga de fuego tropical, algunas colonias de las cuales producen asexualmente reinas. Como descubrió, estas hormigas habían perdido casi por completo su diversidad genética. Cuando se unió al laboratorio de Kronauer en 2019, intentó averiguar cómo la hormiga asaltante clonal podría evitar tales problemas.

Durante la meiosis, los cromosomas se rompen y se recombinan, lo que resulta en nuevas combinaciones de copias de genes. Después de que ocurren estos llamados eventos de entrecruzamiento, los cromosomas se mezclan aleatoriamente a través de divisiones celulares.

En la reproducción partenogenética, una línea clonal toma dos conjuntos de cromosomas idénticos, 'por lo que se espera que se pierda mucha diversidad durante cada ciclo', según Kronauer. Es similar a diluir la sopa genética.

Para comprender cómo esto puede no ser cierto para las hormigas asaltantes clonales, los investigadores se centraron en pares de madre-hija y hermana-hermana. Para asegurarse de que tuvieran dúos familiares reales, rastrearon hormigas transgénicas que brillaban de color rojo cuando se observaban a través de un microscopio, un método innovador de manipulación genética desarrollado en el laboratorio de Kronauer por la investigadora Taylor Hart. Estos pares eran los únicos animales en sus colonias que brillaban.