El tamaño de los óvulos y los espermatozoides evolucionó a partir de la competencia. Los recursos limitados llevaron a los gametos a diferir enormemente en tamaño y número.
En la mayoría de los animales vivos, los óvulos son mucho más grandes que los espermatozoides.
En los seres humanos, por ejemplo, un solo óvulo es 10 millones de veces el volumen de un espermatozoide.
En un nuevo estudio, los investigadores de Northwestern Engineering encontraron que la competencia y la selección natural impulsaban esta curiosa discrepancia de tamaño.
Utilizando modelos matemáticos, los investigadores consideraron un momento muy temprano en la evolución en el que las especies primordiales se reproducían mediante fertilización externa.
En el modelo, las células reproductoras más grandes, o gametos, presentaban una ventaja competitiva porque podían contener más nutrientes para un cigoto potencial.
Sin embargo, los gametos más pequeños requerían menos recursos para producirlos, lo que ejercía menos estrés sobre el padre.
“Los organismos necesitaban producir los gametos más grandes con la mayor cantidad de provisiones o los gametos más pequeños para usar la menor cantidad de recursos”, dijo Daniel Abrams, profesor de ciencias de la ingeniería y matemáticas aplicadas en la Escuela de Ingeniería McCormick y autor principal del estudio. “Creemos que esta diferencia de tamaño es casi inevitable, basándonos en suposiciones plausibles sobre cómo funciona la reproducción sexual y cómo funciona la selección natural”.
La investigación se publicó en línea en la revista Journal of Theoretical Biology . Joseph Johnson, candidato a doctorado en el laboratorio de Abrams, es el primer autor del artículo. Nathan White y Alain Kangabire, estudiantes de pregrado en el laboratorio de Abrams, fueron coautores del artículo.
El modelo del equipo de Northwestern comienza con la isogamia, un estado primordial en el que todos los gametos eran aproximadamente del mismo tamaño y aún no existían sexos distintos.
Luego, el equipo desarrolló y aplicó un modelo matemático simple para mostrar cómo la isogamia pasó a la anisogamia, un estado en el que los gametos se volvieron muy pequeños o bastante grandes, precursores de los espermatozoides y los óvulos asociados con los sexos biológicos en la actualidad.
En el modelo, la anisogamia surgió de la competencia para sobrevivir en un entorno con recursos limitados.
Los gametos tenían más probabilidades de sobrevivir si tenían una ventaja en tamaño sobre sus vecinos, lo que conducía a una “carrera armamentista” que favorecía a los gametos cada vez más grandes.
Pero los organismos no podrían producir muchas células sexuales sin necesitar más y más recursos por sí mismos.
Sin embargo, podrían ahorrar sus recursos produciendo muchos gametos diminutos.
“Al principio de la evolución, cuando surgió la reproducción sexual, los gametos eran simétricos. Pero aquí es donde se rompe esa simetría ”, dijo Abrams. “Terminamos con algunos organismos especializados en gametos grandes y otros especializados en gametos pequeños”.
Abrams dijo que un misterio restante es por qué algunas especies isogamistas todavía existen hoy.
Algunos tipos de algas y hongos, por ejemplo, se reproducen asexualmente o con tipos de apareamiento simétrico.
“Ha habido diferentes teorías sobre cómo surgió la anisogamia, desde Charles Darwin”, dijo Abrams. “Los problemas de la biología evolutiva son muy difíciles de probar porque solo podemos estudiar las especies que existen en la actualidad. No podemos ver cómo se veían hace miles de millones de años. El uso de modelos matemáticos puede generar nuevos conocimientos y comprensión”.
Referencia: “A dynamical model for the origin of anisogamy” by Joseph D. Johnson, Nathan L. White, Alain Kangabire and Daniel M. Abrams, 18 March 2021, Journal of Theoretical Biology.