¿Cuantos sexos hay?

¿Cuántos sexos hay?

Como continuación de la última entrada de la semana pasada, ha surgido en clases una interesante pregunta:
¿ Cuantos sexos existen? en principio pensamos que la mayoría de las especies presentan solo dos sexos, pero voy a comentaros el interesante caso de Tetrahymena thermophila que es un protozoo que desde hace 50 años se usa como ejemplo para estudiar diversos procesos biológicos y entre ellos el ciclo sexual de estos seres unicelulares. También es famoso porque fue el organismo donde se descubrió la función de los telómeros en la mitosis. En condiciones ecológicas adecuadas T. thermophila se reproduce de forma asexual, pero si las condiciones ambientales cambian como por ejemplo una disminución de nutrientes o determinados cambios ambientales como disminución de  la temperatura establece un mecanismo de reproducción sexual y busca otros individuos para tener descendencia.

T. thermophila

Asi podemos ver que los mecanismos de intercambio sexual son una respuesta evolutiva al siempre cambiante y distinto medio ambiente..

Sexo en Tetrahymena thermophila. Este protozoo posee dos núcleos. El núcleo somático y el núcleo germinal. En el esquema se muestra el apareamiento (1) entre una Tetrahymena de tipo sexual II y otra de tipo sexual VI inducido por condiciones de hambruna (starvation). Cuando los dos protozoos se aparean lo que hacen es fusionar los núcleos germinales haploides para formar un "núcleo de fertilización" diploide (2). Este núcleo de fertilización llevará a cabo dos rondas de mitosis, dando lugar a cuatro nucleos diploides idénticos, que se diferenciaran en dos núcleos somáticos poliploides y dos núcleos germinales diploides. Antes de la separación de los conjugantes, el núcleo parental somático y uno de los núcleos germinales será degradado. Cuando los conjugantes se separen(3) cada núcleo somático diferenciado tendrá entre 8 a 16 copias de cada cromosoma. El sexo será determinado al azar entre las siete opciones posibles. Cuando se restauran unas condiciones en las que no hay escasez de nutrientes (4) las células entran en fase vegetativa y se reproducen asexualmente (5). Origen de la imagen: Cervantes et al. Sup Mat.

Una de las propiedades más interesantes de este protozoo es que tiene siete sexos (o tipos sexuales).Pienso que si en la especie humana algunos individuos tienen problemas para intercambiar sus genes con los individuos del otro sexos, en este protozoo ponerse de acuerdo 7 sexos diferente puede ser un autentica locura. Pero tranquilos, la reproducción sexual no funciona de la manera tradicional a como estamos acostumbrados

Si observamos en un microscopio a  T. thermophila no presentan diferencias apreciables para distinguir sexos. Entonces ¿cómo reconocen y diferencian que el otro individuo pertenece a otro sexo diferente?

La manera de reconocerse tiene que ver con algo que comentamos cuando estudiamos las membranas celulares. Las membranas celulares están formadas por lípidos y proteínas esencialmente. Se puede decir que cada membrana debido a que las proteínas son especificas de cada ser vivo, hace que se reconozcan diferencias químicas en la superficie membranal. . Si las moléculas de superficie son las mismas eso indica que ambos protozoos son del mismo sexo y cada uno se va por el otro lado . Si las moléculas de superficie son distintas, pues la relación sigue adelante y al final acaban intercambiando núcleos germinales y teniendo descendencia en forma de una célula especializada llamadas protozooitos.

Los protozoos ciliados como es  T. thermophila tienen dos núcleos uno somático encargado del día a día celular, es decir de la transcripción de ADN en ARN y el control celular y otro germinal que se encarga de replicarse cuando la célula va a dividirse o va a aparearse con otro individuo.

El sexo viene marcado por unos genes que se localizan en un locus llamado locus mat (en inglés matting significa apareamiento).

El núcleo somático contiene en el locus mat un par de genes ordenados . Cada uno de esos genes codifica para una proteína que contiene un dominio transmembranal, conservado en todos los sexos, y un segmento específico que determina el "tipo sexual". Estas proteínas son las que permiten el reconocimiento de protozoos del mismo sexo o de sexos distintos. Si es del mismo sexo entonces no hay apareamiento. Cuando se mira el genoma del núcleo germinal lo que se encuentra en el locus mat es algo muy distinto. No hay un par de genes, sino un agrupamiento incompleto de pares de genes que representan cada uno de los potenciales “tipos sexuales”. Es decir, en el núcleo somático está determinado el sexo del protozoo, pero en el núcleo germinal está la información para los siete sexos.



Cuando este protozoo se aparea con otro protozoo de un tipo sexual distinto, lo que ocurre es que se destruye el núcleo vegetativo de ambos progenitores y los dos núcleos germinales se fusionan, creándose un zigoto. Como no tiene núcleos vegetativos, ya no hay “tipo sexual” de ningún tipo. Pero como se crea un nuevo núcleo vegetativo a partir del núcleo germinal, es en ese momento cuando se determina el tipo sexual de manera aleatoria. Es decir, las nuevas T. thermophila pueden tener cualquiera de los siete sexos, independientemente del sexo de los padres.

Os recomiendo que visiteis la página del podscast  del microbio de donde he sacado parte de la información y que es muy interesante.

¿Para que sirve el sexo?

Siempre me he preguntado en las clases de Biologia porque el aparato reproductor esta siempre al final del temario. Seguramente en un orden lógico de las funciones vitales tradicionales de un ser vivo, nutrición, relación y reproducción esta e sla última citada. ocasionalmente he escuchado que la reproducción es una de las funciones que en una primera reflexión no necesita el ser vivo para poder vivir, pero si la especie para continuar existiendo como tal en la tierra. Estos días en las clases de 3 de ESO y 1º de bachillerato hemos estado explicando, el aparato reproductor: su anatomia y su funcionamiento. De maneras concreta en la especia humana en 3 de ESO y desde el punto de vista de la anatomia comparada en animales, en 1º de Bachillerato.

La primavera, ya dice el dicho la sangre altera y entre ardores primaverales, adolescencia y clases reproductivas del profesor, el tema despierta más interes que otros aparatos o sistemas relacionados con la nutrición o la relación.

Luego no nos engañemos: algo tiene la sexualidad para despertar nuestro interes en los seres vivos y mas en concreto en la especie humana. Si no sirve para nuestra propia supervivencia, ¿Por que somos capaces de arriesgar nuestro tiempo, esfuerzo e incluso capacidad de adaptación al medio para  tratar de reproducirnos? Nuestro sistema límbico (nuestros instintos), nuestras hormonas nos llevan a tratar de deshojar la margarita y buscar al otro sexo. Es cierto que en nuestro caso y tambien en muchos otros animales, la busqueda del sexo es para obtener placer, pero no nos engañemos: al final de un modo u otro la selección natural esta intentando de algun modo que nos reproduzcamos y que nos sigamos conservando como especie.

Sobre este tema se me ocurren diversas y  creo que interesantes cuestiones:

1º Como digo en el encabezado de esta entrada ¿ Para que sirve el sexo? sabemos y conocemos de muchas especies que tienen mecanismos reproductivos de tipo asexual. Las bacterias ese reino tan versatil adaptativamente leva millones de años usando de este mecanismo reproductivo. Claro que la reproducción asexual tiene un pequeño problema y es qu eno genera variabilidad genética, es decir diferencias en los individuos de esa especie y eso es un problema a la hora de hablar de adaptaciones al siempre cambiante medio natural. Si todos nosotros fueramos clones de un solo individuo, cualquier enfermedad, mutación o alteración podría desencadenar la extinción masiva de esa especie formada por individuos clónicos. ¿ y entonces las bacterias? bueno quizás ellas han buscado otros mecanismos de untercambio genético: como son mecanismos de intercambio de fragmentos de su cromosoma bacteriano en lo que llamamos mecanismos de trasformación bacteriana.

mecansimos de división asexual bacteriana

mecanismo conjugación bacteriana: intecambio de material genético bacteriano

En el  libro Qué es el sexo, Lynn Margulis y Dorion Sagan sostienen que el sexo –ese magnífico invento de la evolución- no es otra cosa que una variante más, y muy eficiente, de los mecanismos que el universo crea para cumplir con la Segunda Ley de la Termodinámica. Hay casi tantos enunciados de la Segunda Ley como especialistas en el tema, pero todos trasmiten la idea de que en un sistema aislado, pase lo que pase, la entropía aumentará. Así el calor fluye de los cuerpos más calientes a los más fríos, y las moléculas se difunden de las concentraciones mayores a las menores. Un sistema que evoluciona hacia el equilibrio adopta el estado molecular más desordenado consistente con las condiciones a las que está sometido. En el equilibrio todo es completamente homogéneo y nada interesante puede suceder.

Sin embargo el sexo es muy divertido, y tiene un enorme potencial en la generación de sistemas altamente ordenados como lo son las réplicas autosimilares. Esta aparente contradicción surge al no reconocer los límites del sistema considerado. Los organismos sexuales, la vida misma, constituyen un sistema abierto. Para cerrarlo no podemos dejar de considerar al sol, fuente primordial de energía de la biósfera.

Los autores citan la definición der Eric D. Schneider, que dice que la naturaleza tiende a reducir gradientes (diferencias de toda clase, no sólo de temperatura, sino de presión, concentración química, etc.) y a partir de allí revelan las aristas más inesperadas y no menos apasionantes del sexo.

La cantidad de entropía que genera la vida sexual a su alrededor, desde la degradación de la materia a la disipación de calor, es largamente superior a la que generaría una biomasa equivalente asexuada. La muerte, por ejemplo, es una consecuencia de la aparición del sexo. La vida asexuada de las bacterias no contempla la posibilidad de la muerte, que -en cambio- se torna necesaria en un plan de evolución sexual como el adoptado por los organismos superiores.

La reproducción debe ser sexual o, de lo contrario, puede significar la extinción de cualquier especie,. Una reproducción asexual no garantiza el intercambio genético necesario para el desarrollo y la evolución de las especies.

La reproducción asexual consiste en que los organismos por sí solos sean capaces de desprender una célula o un trozo de su cuerpo y que éstos, por procesos mitóticos (la mitosis es la división del núcleo celular con la consecuente segregación cromosómica en dos núcleos hijos) puedan formar un individuo genéticamente idéntico a él. Por lo tanto, este tipo de reproducción se lleva a cabo con un único progenitor y sin la intervención de las denominadas células sexuales o gametos.

Las teorías evolucionistas dicen que los organismos asexuados pueden en principio prosperar y desarrollar la especie, pero su capacidad de adaptación –derivada de la recombinación genética característica de la reproducción sexual- es limitada.

 Un ser vivo muy adaptado a su medio y en un medio con pocas variaciones, en principio no necesitaría mecanismos de reproducción sexual, pero ¿y si el medio cambia? o si existen variaaciones ecológicas o geológicas fuertes, entonces esa especie tendría pocos mecanismos de variabilidad y tasas d emutación suficiente para tener mecanismos adaptativos.

La incapacidad de adaptarse a entornos desconocidos conlleva el riesgo de la extinción, aseguran los investigadores. Esto se debe a una simple razón: si una especie no puede sobrevivir en medios a los que no está acostumbrada, no podrá tampoco adaptarse a los cambios que se produzcan en el medio en el que vive.

Aunque la reproducción asexual puede aportar ciertas ventajas a las especies a corto plazo, a largo plazo, por el contrario, es una causa segura de desaparición: cuando el medio que habitan se trasnforme, no podrán seguir viviendo en él porque no podrán asumir biológicamente sus cambios ni tendrán recursos genéticos para dar el salto cualitativo imprescindible para la adaptación.

Aparentemente, las reproducción asexual es más económica y rentable para las especies, a pesar de lo cual la fórmula que ha tenido mayor éxito evolutivo ha sido la reproducción sexual.

No está claro para la biología evolutiva la razón de este comportamiento de las especies, pero aparentemente está relacionado con el aumento de la innovación evolutiva en los seres que se reproducen sexualmente.

La innovación evolutiva se produce debido al intercambio aleatorio de material genético, que incrementa las posibilidades de adaptación y supervivencia, al mismo tiempo que posibilita la eliminación de genes perjudiciales, cosa que no ocurre en la reproducción asexual.

BIBLIOTECAS Y GENOMA

En lo que fue este viernes pasado la ultima clase de Biología del curso de 2º de Bachillerato, estuvimos hablando de un tema muy de actualidad: el famoso proyecto genoma humano.

El Proyecto Genoma Humano es un programa internacional de colaboración científica cuyo objetivo es obtener un conocimiento básico de la dotación genetica humana completa. Esta informacion genetica se encuentra en todas las celulas del cuerpo, codificada en el ADN. El programa pretende identificar todos los genes del núcleo de la celula humana, establecer el lugar que los genes ocupan en los cromosomas del núcleo y determinar mediante secuenciación la información genética codificada por el orden de las bases químicas del ADN.

Bibioteca del genoma Humano impresa en papel

El objetivo último de la representación y secuenciación del genoma es asociar rasgos humanos específicos y enfermedades heredadas con genes situados en lugares precisos de los cromosomas. Cuando se termine, el proyecto Genoma Humano proporcionará un conocimiento sin precedentes de la organizacion esencial de los genes y cromosomas humanos. Promete revolucionar el tratamiento y la prevención de numerosas enfermedades humanas.

Una de las reflexiones que hicimos fue que ventajas y desventajas puede tener conocer nuestro código genético. Para un Biólogo como yo, conocer nuestro genoma, es como encontrar la piedra Rosetta y poder empezar a descifrar los jeroglíficos egipcios. El problema como siempre en ciencia es de las palicaciones que se puedan hacer de nuestro conocimiento. Estuvimos hablando en clase, de algo tan interesante como poder hacer un diagnostico previo de enfermedades de origen genético y poder remediarlas, sería fantástico, pero también terrible si eso nos llevara a seleccionar a los individuos en función de su genoma. Sería ya un nuevo tipo de discriminación mucho mas terrible...Esto me lleva a recomendaros una película que trata este tema que se llama Gattaca 1997.

 El título de la película es una secuencia de ADN. La simbología genética es omnipresente, el principal exponente de esto es la gran escalera espiral del apartamento del protagonista o el segundo nombre de Jerome, Eugene con la misma raíz griega que eugenesia. Los individuos "No válidos" son aquellos que no han sido mejorados genéticamente y, según la filosofía del sistema instaurado en la película, despojados de cualquier futuro prometedor.

Vincent, el protagonista del film, fue concebido por sus padres en el modo tradicional -sin ningún tipo de manipulación científica- pero al nacer las pruebas médicas indican que tiene una predisposición genética a sufrir un mal cardíaco que podría terminar con su vida a la temprana edad de 30 años.

También os recomiendo el  libro de Aldous Huxley  Un mundo feliz, en lo referente a la manipulación genética, creando válidos e inválidos, a los que se les preasignara un trabajo u otro por su condición genética. 

Entre las diferentes opiniones de clase, aqui os resumo lo que salio de ventajas y desventajas de conocer nuestro genoma y sus aplicaciones. Fue una clase muy interesante sobre Bioética.

Ventajas :
• Como conocimiento científico es innegable su significación para la humanidad.
• Garantizará una medicina predictiva – preventiva.
• Permitirá y potenciará el desarrollo de la genoterapia.
• Permitirá el diagnóstico prenatal y la localización de portadores de genes alterados.
Desventajas :
• Imposibilidad de que todos los países puedan hacer uso del conocimiento científico.
• Serios conflictos éticos:
• Problemas en mercado de trabajo.
• Discriminación por código genético.
• Mercantilización de los resultados .
• Comparaciones entre códigos genéticos y comportamiento social.
• Diagnóstico presintomático de enfermedades antes de contar con la posibilidad de tratamiento. 

Por último todo esto me viene a hacer reflexionar que el genoma de cada ser humano es único, cada uno de nosotros somos no un libro, sino una biblioteca entera que como las bibliotecas humanas de papel hay que conservar, cuidar y preservar, no sea que ocurra como la Biblioteca de Alejandría que cuando fue arrasada, desaparecio con ella muchas de las obras del conocimiento de nuestra antiguedad clásica. 

 A veces pienso en otra novela y película que es Fahrenheit 451. El título hace referencia a la temperatura en la escala de Fahrenheit (°F) a la que el papel de los libros se inflama y arde, equivalente a 233º C. El arguemnto trata de un futuro en el que los bomberos se encargan no de apagar fuegos sino de quemar los libros. Montag el protagonista es un bombero. En la sociedad imaginada por la novela, de carácter distópico, los bomberos tienen la misión de quemar libros ya que, según el gobierno, leer impide ser felices porque llena de angustia; al leer, los hombres empiezan a ser diferentes cuando deben ser iguales, lo que es el objetivo del gobierno, que vela por que los ciudadanos sean felices para que así no cuestionen sus acciones y los ciudadanos rindan en sus labores. 

Encuentro cierto paralelismo entre lo que hablamos en clase de Bioética y los fotogramas últimos de esta película en la que unos hombres se ocultan de la sociedad imperante y de los bomberos encargados de quemar los libros, para ser cada uno la memoria oral de cada libro, recitando fragmentos de ese libro para que no se olviden por parte de la humanidad. Asi pienso que cada uno de nosotros bibliotecas de genes somos como esos refugiados de esta película que cada uno de ellos es único como ser humano y como recuerdo vivo de un libro que asi no puede ser quemado.

Lysenko: la genética y el lamarkismo

Estos días hablando de mejora genética con los alumnos de 2º de Bachillerato me vino a la mente la historia de Lysenko, la primera vez, que escuche su historia, fue estudiando genética en 3º de carrera en León. El profesor nos conto uno de sus curiosos experiementos: Lysenko que era partidiario d ela teoria Lamarkiana y negaba la existencia de los genes, para mejora la producción agrícola decidio cruzar palntas de nabo que solo se aprovechaba el tallo subterráneo con uan variedad de coles que solo se aprovechaba las hojas y crear una variedad de cruce util en ambos sentidos. El problema es que la planta que resultó tenía las hojas del nabo y el tallo del nabo con lo cual era poco útil desde el punto de vista agrícola.

"el gen es una parte mítica de las estructuras vivientes que en las teorías reaccionarias, como el Mendelismo-Veysmanismo-Morganismo, determina la herencia. Los cientificos soviéticos bajo el mando de Lysenko probaron científicamente que los genes no existen en la naturaleza."

Esta frase de Lysenko resume su pensamiento

Trofim Denisovich Lysenko
(Foto D.P. Sovfoto, vía
Wikimedia Commons)

Lysenko sabía poco de herencia y genética, pero creía en la evolución según la teoría lamarckiana.

Para hablar de Lysenjo antes tenemos que comentar algo de Jean-Baptiste Lamarck que fue un  naturalista francés de fines del siglo XVIII y principios del XIX que fue uno de los primeros que postularon la idea de la evolución de las especies, propuso la hipótesis de que la evolución se realizaba mediante la herencia de los caracteres adquiridos, es decir, que si un animal estiraba el cuello para comer hojas más verdes, su descendencia tendría cuellos más largos que los progenitoresr, y este proceso,con el  paso del tiempo, hacía que aparecieran las jirafas. Experimentos posteriores demostraron que los caracteres adquiridos no se heredan, yposteriormente después de la muerte de Lamarck, Darwin, propondría su teoría de la evolución, basada en la variación natural de las especies.



 La "ciencia" de Lysenko era prácticamente inexistente. Sus teorías  se trataban de una mezcla de lamarquismo y varias formas confusas de darwinismo; la mayoría del trabajo de Lysenko consistía en las, así llamadas, "instrucciones prácticas" para la agricultura, tales como enfriar el grano antes de plantarlo. Las afirmaciones exageradas de Lysenko sobre su capacidad de obtener cultivos abundantes y en clima adverso, y sus afirmaciones sobre híbridos absurdos (llegó a afirmar que podía hacer que plantas de trigo produjeran semillas de centeno y cebada) entusiasmaron a Stalin tanto como su capacidad retórica. Aunque científicamente defectuosas en varios niveles, las pretensiones de Lysenko deleitaban a los periodistas soviéticos y a los funcionarios agrícolas, ya que aceleraban el trabajo de laboratorio y lo abarataban considerablemente. Las teorías de Lysenko eran producto de la filosofía política del estalinismo más brutal y no de la práctica de la ciencia. Y sus técnicas se aplicaban por decreto en el campo soviético y sin haberlas probado científicamente. Esto, junto con la colectivización forzada del campo que implantó Stalin, ocasionó muchas hambrunas.




Cuando en 1935 fue puesto al frente de la Academia de Ciencias Agrícolas de la URSS, Trofim Lysenko empezó una larga purga de científicos de ideas «incorrectas» o «perjudiciales». El más importante biólogo soviético y padre de la genética rusa, además de feroz crítico de Lysenko, Nikolai Vavilov, murió de hambre en las cárceles de la policía política, la NKVD, en 1943, después de tres años de confinamiento por orden de Lysenko. La genética desapareció como disciplina en la URSS y la biología, la herencia y la medicina se vieron contaminadas con sus ideas descabelladas.

Las "ideas" de Lysenko no sólo prendieron en la URSS, sino que fueron retomadas por el gobierno chino, de Mao Tse Tung, y la misma receta soviética (colectivización por decreto y lysenkoísmo) fue lanzada por Mao como "El Gran Salto Adelante" con el mismo resultado : la terrible hambruna china de 1958-1961 que mató a entre 30 y 40 millones de personas.



En 1964, el físico nuclear Andrei Sakharov, hoy Premio Nobel, dijo finalmente en la Asamblea General de la Academia de Ciencias que Lysenko era: responsable del vergonzoso atraso de la biología soviética y de la genética en particular, de la divulgación de visiones seudocientíficas, de aventurerismo, de la degradación del aprendizaje y por la difamación, despido, arresto, incluso muerte, de muchos científicos genuinos. Lysenko fue destituido, pero no se le criticó oficialmente ni dejó de ser "verdad consagrada por el gobierno" sino hasta la muerte de Nikita Kruschev, en 1965, cuando una comisión oficial fue a investigar su granja experimental, demostrando que no tenía ni una gota de ciencia por ningún lado. Finalmente, Lysenko cayó en desgracia.

Trofim Denisovich Lysenko murió en 1976.


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EL GRAFENO

El grafeno es una sustancia formada por carbono puro dispuesto en una estructura hexagonal y cuyas propiedades más destacadas son las siguientes:

·         Es muy flexible

·         Es transparente

·         Conductividad térmica y eléctrica altas.

·         Elasticidad y dureza elevadas.

·         (Sobre todo) Muy alta dureza: 200 veces mayor que la del acero, casi igual a la del diamante. 

·         Reacción química con otras sustancias para producir compuestos de diferentes propiedades. Esto lo dota de gran potencial de desarrollo.

·         Soporte de radiación ionizante.

·         Gran ligereza, como la fibra de carbono, pero más flexible.

·          se calienta menos al conducir los electrones.

·         Para una misma tarea que el silicio, menor consumo de electricidad.

·         Generación de electricidad al ser alcanzado por la luz.

·         Se puede dopar introduciendo impurezas para cambiar su comportamiento primigenio de tal manera que se pueda hacer que no repela el agua o que incluso mejore todavía más la conductividad.

·         Cuando una lámina de grafeno recibe algún daño que quiebra su estructura produciendo un agujero consigue atraer átomos de carbono situados en las proximidades para así reparar los huecos (se autorepara)

                                        

En España hay que destacar a Grupo Antolín  que ha logrado posicionarse como referente mundial y líder en Europa en la fabricación de grafeno de alta calidad debido al Centro I+D+i de Villafría y en una planta piloto construida en este complejo, se ha desarrollado un novedoso proceso que permite obtener industrialmente este material, que se extrae del grafito común, que es 200 veces más resistente que el acero y que posee unas excepcionales características mecánicas de elasticidad y ligereza, así como una gran conductividad eléctrica y térmica . la obtención de dicha sustancia es muy difícil y costosa, y Grupo Antolín ha llegado a obtener grafeno a partir de nano-fibras de carbono, mecanismo único y propio de Grupo Antolín , lo que hace que este grafeno producido en Burgos sea exportado a todos los lugares del mundo, contando con el apoyo de la Junta de Castilla y León que ha invertido junto con el Grupo Antolín. 

Carlos Guijarro Miravalles. Alumno de 2º de Bachillerato