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Research News

Benefits of Sexual Reproduction Lie in Defense Against Parasites

Indiana University graduate student describes research student of New Zealand freshwater snails that reproduceither sexually or asexually to determine if sexual reproduction offers advantages in parasite-rich environments

dabbling Ducks forage in the shallow Region of Lake Alexandrina, New Zealand.,

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28 de octubre de 2009

desde la época de Darwin, los biólogos han tratado de entender las ventajas de la reproducción sexual. Esto no es trivial porque hay claras desventajas para el sexo.

a diferencia de los organismos sexuales, los asexuales no necesitan una pareja para reproducirse, pueden reproducirse clonalmente y pueden producir el doble de descendencia femenina., Si no hubiera ventajas para el sexo, y si tanto los individuos sexuales como los asexuales estuvieran compitiendo por los recursos, los asexuales tomarían el control en solo unas pocas generaciones.

a pesar de esto, la mayoría de los organismos eucariotas se reproducen sexualmente, y el gran misterio es que las poblaciones sexuales-asexuales mixtas ocurren en la naturaleza.

durante más de 20 años, este enigma ha sido explorado por mi asesor, Curtis Lively en la Universidad de Indiana, y sus estudiantes y colegas. Nuestro laboratorio ha encontrado apoyo para una hipótesis de que el sexo es beneficioso en ambientes ricos en parásitos.,

La hipótesis de la Reina Roja

la hipótesis de la Reina Roja propone que los parásitos virulentos se adaptan para infectar a los huéspedes genéticamente comunes, evitando que los asexuales se vuelvan demasiado abundantes (lo común es malo). El sexo produce individuos genéticamente únicos que pueden evitar la infección (raro es bueno), y por lo tanto son favorecidos por la selección natural.

la hipótesis lleva el nombre de un pasaje en «Through the Looking Glass»de Lewis Carroll. La Reina Roja y Alicia corren sobre colinas y valles, pero siempre permanecen en el mismo lugar., Asimismo, según la hipótesis, el cambio genético en una población es necesario para mantener el status quo. Las frecuencias de los huéspedes asexuales aumentan (colinas) y disminuyen (valles) en respuesta a la adaptación del parásito, mientras que los huéspedes sexuales pueden evitar estos altibajos coevolucionarios.

en última instancia, estas dinámicas a lo largo de generaciones impiden una toma de control asexual y mantienen la coexistencia de asexuales y sexuales.,

adaptación de parásitos locales

Potamopyrgus antipodarum es un caracol de Agua Dulce De Nueva Zelanda que se reproduce sexual o clonalmente, y no cambia de modo durante su vida. Como población, los caracoles pueden ser asexuales o mezclas de individuos asexuales y sexuales.

en 1987, mientras comparaba poblaciones mixtas de caracoles con poblaciones totalmente asexuales, Lively encontró que las primeras estaban más infectadas por un parásito de gusano esterilizante., Este fue el primer indicio de que una alta tasa de infección parasitaria en la población de caracoles promueve la coexistencia de poblaciones sexuales y asexuales.

desde entonces, varios experimentos han demostrado que estos parásitos son más capaces de infectar caracoles del mismo lago que de diferentes lagos. Esto sugiere que los parásitos están adaptados para infectar mejor a los caracoles solo en la población mixta local, una predicción de la hipótesis de la Reina Roja.,

la asociación entre la adaptación del parásito y la reproducción sexual en los caracoles llevó a Lively, a nuestras colaboradoras, Lynda Delph y Jukka Jokela, y a mí a investigar tal patrón dentro de Alexandrina y Kaniere lakes en Nueva Zelanda.

en cada lago, Los Caracoles sexuales y los parásitos son comunes en los márgenes de aguas poco profundas, y los hábitats profundos (más de cuatro metros de profundidad) están dominados por asexuales no infectados. Planteamos la hipótesis de que los Sexuales tenían una ventaja sobre los asexuales en las aguas poco profundas debido a la coevolución de los parásitos, pero no en las profundidades donde los parásitos están ausentes.,

sin embargo, una explicación alternativa es que los caracoles de aguas poco profundas son susceptibles, en general. Tuvimos que determinar si los caracoles de aguas poco profundas eran susceptibles específicamente a los parásitos locales del mismo lago o a todos los parásitos, independientemente de su ubicación. La Reina Roja predeciría lo primero porque los parásitos locales tendrían la mejor oportunidad de coevolucionar con los caracoles.

Los parásitos son abundantes en aguas poco profundas debido al comportamiento de forrajeo de los patos., Las larvas de parásitos deben ser ingeridas por los patos para completar el ciclo de vida de los parásitos (los patos se comen accidentalmente a los caracoles infectados). Los patos no se alimentan en hábitats profundos, por lo que los parásitos solo pueden completar su ciclo de vida en hábitats poco profundos. Parece que hay más selección de los caracoles y parásitos en las zonas poco profundas, ya que en las profundidades, los caracoles y los parásitos rara vez se encuentran entre sí.

nuestro diseño experimental fue simple: tomar caracoles de aguas poco profundas y profundas y exponerlos a parásitos recolectados en los mismos lagos y en lagos diferentes. Encontramos dos resultados interesantes.,

primero, los caracoles de aguas poco profundas estaban más infectados por parásitos del mismo lago que los caracoles de aguas profundas, lo que sugiere que los parásitos coevolucionan solo con los caracoles en los hábitats poco profundos. Los caracoles de aguas profundas no participan en las interacciones coevolucionarias a pocos metros de distancia.

en segundo lugar, ni los caracoles de aguas someras ni de aguas profundas eran susceptibles a parásitos de lagos diferentes. Por lo tanto, solo los parásitos locales (es decir, coevolving), y no los parásitos de cualquier lugar, pueden infectar a los caracoles poco profundos.,

común es malo, raro es bueno

de nuestro experimento, encontramos apoyo para la hipótesis de la Reina Roja y demostró su aplicación a pequeñas escalas espaciales en la naturaleza. Se demostró que los parásitos se adaptan a las poblaciones de caracoles donde conviven sexuales y asexuales en aguas poco profundas.

en un estudio relacionado, Lively y Jokela demostraron que a medida que los parásitos se adaptan para infectar caracoles asexuales en aguas poco profundas, de hecho favorecen el sexo, como predijo la hipótesis de la Reina Roja. Los caracoles que eran genéticamente comunes y altamente infectados por parásitos eran raros., Los caracoles que eran genéticamente poco comunes y anteriormente resistentes a los parásitos se volvieron comunes e infectados. Mientras tanto, los caracoles sexuales persistían en las aguas poco profundas. Esta fue la primera vez que alguien demostró que la dinámica de la Reina Roja mantenía la reproducción sexual.

a pesar de los costos de reproducción sexual, parece tener uso contra parásitos. Los organismos sexuales son genéticamente raros y, en consecuencia, los parásitos no pueden adaptarse a ellos., La evidencia de los caracoles de Nueva Zelanda muestra que la adaptación del parásito para infectar a los individuos asexuales comunes impide que los asexuales eliminen a los Sexuales de la población.

Más investigación en otros organismos con ambos modos reproductivos beneficiaría enormemente nuestra comprensión de las ventajas del sexo y la dinámica subyacente a la coexistencia asexual-sexual.

para más información, vea el comunicado de prensa de la Universidad de Indiana.Kayla King, Universidad de Indiana, [email protected]

Este artículo entre bastidores fue proporcionado a LiveScience en asociación con la Fundación Nacional de Ciencias.,

Kayla King, estudiante de posgrado de la Universidad de Indiana, diseca caracoles bajo el microscopio.
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Curtis Lively y Jukka Jokela bucean para recoger caracoles en el lago Alexandrina, Nueva Zelanda.
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se muestran un caracol infectado (arriba) y un caracol no infectado (abajo) removidos de sus conchas.,
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