La reproducción asexual suele dar lugar a una falta de diversidad genética. No para estas hormigas

La diversidad genética es esencial para la supervivencia de una especie. Una especie es bastante fácil de gestionar si se reproduce sexualmente; Un óvulo y un espermatozoide combinan material genético de dos organismos en uno, formando una descendencia genómicamente robusta con dos versiones diferentes del genoma de la especie.

Sin la combinación de diferentes composiciones genéticas, las especies que se reproducen asexualmente normalmente sufrirían una falta de diversidad que las condenaría a una estancia limitada en la Tierra. Uno de esos animales sería la hormiga asaltante clonal, que produce hija tras hija genéticamente idénticas directamente a partir de un óvulo no fertilizado mediante partenogénesis, un método de reproducción asexual en el que la descendencia hereda dos conjuntos de cromosomas genéticamente idénticos de su madre.

Con el tiempo, la herencia aleatoria de estos cromosomas en replicación interminable puede conducir a una pérdida catastrófica de la singularidad genética y, en última instancia, al colapso de la especie. Y, sin embargo, este insecto ciego y sin reina, originario de Bangladesh y que ahora se encuentra en entornos tropicales de todo el mundo, parece sobrevivir bien. ¿Cómo es eso posible?

Como descubrieron recientemente investigadores de la Universidad Rockefeller, la hormiga asaltante clonal no apuesta cuando transmite sus genes. En cambio, garantiza que la descendencia herede dos versiones diferentes 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 utilizada para producir espermatozoides y óvulos durante la reproducción en todos los animales, plantas y hongos. Sin embargo, en este animal, el proceso parece algo aleatorio, como informan. Naturaleza, Ecología y Evolución.

«Creemos que hemos descubierto cómo las hormigas asaltantes clonales evitan la pérdida de diversidad genética que de otro modo normalmente resultaría de la partenogénesis», dice el primer autor Kip Lacy, asociado graduado en el Laboratorio de Evolución y Comportamiento Social dirigido por Daniel Kronauer. «Quizás esta diversidad permita la supervivencia de la especie».

Trastornos asexuales

Las especies partenogenéticas son raras pero se encuentran en una variedad de organismos, incluidos reptiles, anfibios, nematodos, peces y aves. Las posibilidades de que existan a largo plazo son escasas. «Las especies completamente asexuales tienden a extinguirse muy rápidamente», dice Lacy.

«La reproducción clonal es un camino de sentido único hacia el deterioro», añade Kronauer. «Cada vez que hay una pequeña mutación nociva, no se puede eliminar del genoma, simplemente acumula más mutaciones con el tiempo».

El problema comienza con dos desafíos que las especies asexuales deben superar a nivel celular. La primera es que necesitan crear genomas diploides que contengan dos conjuntos de cromosomas para transmitirlos a su descendencia.

«Pero si eres una hormiga asaltante clonal», señaló Lacy, «no hay espermatozoides involucrados en la reproducción, entonces, ¿de dónde se obtienen los cromosomas adicionales?»

En segundo lugar, la descendencia debe tener una composición genética compatible con el desarrollo y la reproducción, que, en muchas especies asexuales, carece de dos conjuntos de cromosomas genéticamente idénticos.

Lacy se interesó en la partenogénesis durante sus estudios de posgrado en la Universidad de Georgia mientras estudiaba las hormigas rojas tropicales, algunas colonias que producen reinas asexualmente. Según descubrieron, estas hormigas habían perdido por completo su diversidad genética. Cuando se unió al laboratorio de Kronauer en 2019, trató de descubrir cómo la hormiga asaltante clonal podría evitar tales peligros.

madres e hijas

Durante la meiosis, los cromosomas se dividen y recombinan, dando como resultado nuevas combinaciones de copias de genes. Después de que ocurren estos eventos de cruce, los cromosomas se mezclan aleatoriamente a través de divisiones celulares.

En la reproducción partenogenética, una línea clonal se basa en dos conjuntos cromosómicos idénticos, «por lo que se esperaría perder mucha diversidad en cada ciclo», dice Kronauer. Esto hace que la sopa genética se vuelva aguada.

Para comprender por qué esto puede no ser cierto para las hormigas asaltantes clonales, los investigadores se centraron en pares de hormigas madre-hija y hermana-hermana. Para asegurarse de que tuvieran verdaderas parejas familiares, rastrearon hormigas transgénicas que emiten fluorescencia roja cuando se ven a través de un microscopio, un método innovador de manipulación genética desarrollado en el laboratorio de Kronauer por el investigador Taylor Hart. Estas parejas son los únicos animales que brillan en sus colonias.

Utilizando secuenciación genética de lectura vinculada, que permite la reconstrucción de secuencias cromosómicas completas, descubrieron que no se perdía diversidad genética de madre a hija. Sin embargo, los genomas hijos mostraron evidencia de cruces. En total, registraron 144 eventos de cruce y solo uno mostró pérdida de diversidad genética.

«Eso se debe a que los cromosomas recombinados siempre se heredan juntos», dice Lacy. «Esta coherencia explica cómo ha sobrevivido esta especie. En las hormigas asaltantes clonales, es un 800% más probable que ocurra de lo esperado en una tirada aleatoria de dados genéticos».

Una nueva técnica

Según Kronauer, esta técnica para mantener la diversidad genética nunca antes había sido documentada. Su existencia sugiere que hay más formas de lograr una herencia genética aleatoria de las que conocemos. Por ejemplo, una desviación bien conocida de la herencia aleatoria es cuando los genes «egoístas» promueven su propia transmisión sobre otros genes, esencialmente manipulando el juego a su favor.

Pero esta desviación no da como resultado la reproducción clonal de las hormigas asaltantes, que es «desinteresada» porque ningún gen tiene ventaja; Todas las copias de genes se heredan conjuntamente. No se sabe si esta estrategia de herencia altruista ocurre en otros animales, incluidas las especies que se reproducen sexualmente.

La investigación destaca la utilidad de estudiar especies con una biología reproductiva inusual, dice Lacy, y añade: «Si no hubiéramos estudiado estas hormigas asexuales, nunca habríamos aprendido sobre este modo de reproducción».