Estudiando la evolución de la unisexualidad en escarabajos

Jesús Gómez-Zurita Frau (IBE) nos habla del posible papel de la bacteria endosimbionte Wolbachia en la evolución de la unisexualidad de los escarabajos del género Calligrapha.

La bacteria Wolbachia utiliza diversas estrategias para manipular la reproducción de las cucarachas en su propio beneficio.

La bacteria Wolbachia utiliza diversas estrategias para manipular la reproducción de los escarabajos en su propio beneficio.

Jesús Gómez-Zurita Frau, investigador en el Instituto de Biología Evolutiva (IBE: CSIC-UPF), ha publicado recientemente un estudio sobre el posible papel de la bacteria endosimbionte Wolbachia en la evolución de la unisexualidad en escarabajos del género Calligrapha. En esta entrevista nos habla sobre la curiosa relación entre estos dos organismos.

 

Jesús Gómez-Zurita Frau, investigador de l’Institut de Biologia Evolutiva (IBE: CSIC-UPF).
Jesús Gómez-Zurita Frau, investigador en el Instituto de Biología Evolutiva (IBE: CSIC-UPF).

 

Háblanos sobre los escarabajos que estudias…

Se trata del género americano de escarabajo Calligrapha. Este incluye varias especies, un buen número de las cuales son unisexuales.

 

¿Quieres decir que se reproducen sin machos?

Exacto, de hecho, son especies constituidas únicamente por hembras que, mediante un proceso que se conoce como partenogénesis, ponen huevos de los que solo se desarrollan hijas.

 

¿Y cómo se explica esto, evolutivamente?

Esta es justamente la pregunta que llevo años intentando responder. La investigación que hemos hecho hasta ahora nos ha permitido demostrar que cada una de estas especies unisexuales es el producto evolutivo de la hibridación entre dos, o en algún caso hasta tres, especies diferentes.

La hibridación interespecífica normalmente produce descendencia infértil debido a desequilibrios genómicos. Pero si coincide con otro mecanismo que compense estos desequilibrios, como por ejemplo una duplicación genómica, se puede abrir la puerta a alternativas reproductoras como pensamos que ha sucedido en algunas especies de Calligrapha unisexuales, que son tetraploides (con el doble de ADN que las demás).

 

Así que la hibridación entre dos especies ligada a una duplicación del genoma podría explicar la aparición de estas especies unisexuales… 

No del todo. Aunque la hibridación interespecífica es una condición necesaria para el origen de la unisexualidad en la mayor parte de animales que se han estudiado, por sí sola no explica esta transición evolutiva en el mecanismo reproductor de estas especies.

Además, en el caso de Calligrapha, hay que tener en cuenta otro resultado que conocemos desde hace tiempo: a pesar de sus orígenes independientes, todas las especies unisexuales comparten un ancestro común por su ADN mitocondrial. En otras palabras, la historia de los genes nucleares en las especies unisexuales muestra claramente sus orígenes dispares, mientras que la de los genes mitocondriales sugiere que tienen un origen común – o bien que hay algún proceso selectivo que uniformiza este genoma al margen de la historia evolutiva de las especies.

 

¿Orígenes dispares de los genes nucleares, pero un único origen de los genes mitocondriales? ¡Qué complicado!

Esta paradoja fue justamente la que nos hizo hipotetizar que debía haber algún factor más allá de la hibridación interespecífica que explicara la unisexualidad en Calligrapha y este factor debía tener también una influencia sobre la historia evolutiva del ADN mitocondrial de estas especies.

Con estos elementos, el sospechoso número 1 sólo podía ser Wolbachia, una bacteria endosimbionte de insectos y nematodos, conocida por producir estos efectos en un buen número de organismos.

 

¿Por qué era Wolbachia la sospechosa? 

Lo primero que es importante tener en cuenta sobre la interacción entre la bacteria y su huésped es que sólo los escarabajos hembras son capaces de transmitir la infección a su descendencia. Las bacterias viven en el citoplasma de las células, dentro las mitocondrias, donde coexisten con el genoma mitocondrial. Esto explica por qué existe un vínculo tan marcado entre la transmisión de Wolbachia y la del ADN mitocondrial, ya que este último también tiene herencia exclusivamente materna – las mitocondrias de los espermatozoides se concentran en la base del flagelo, una parte que queda fuera del cigoto en la fecundación.

Como Wolbachia depende exclusivamente de las hembras para su transmisión, ha seleccionado una serie de estrategias con el fin de aumentar la eficacia de esta transmisión, en general a costa de los machos, que desde su perspectiva son un estorbo.

 

¿Nos puedes contar alguna?

Se conocen hasta cuatro formas, a cuál más maquiavélica, en que Wolbachia influye sobre la reproducción de sus huéspedes, y generalmente se basan en la eliminación a las bravas de este obstáculo, es decir, de los machos.

  1. Una de ellas es el proceso conocido como incompatibilidad citoplasmática y que determina que los machos infectados por Wolbachia son capaces de esterilizar a las hembras no infectadas con las que se emparejan, proporcionando una ventaja numérica a la descendencia de las hembras que sí llevan la bacteria.
  2. Otro mecanismo que emplean las bacterias es influir sobre el desarrollo de los embriones destinados a ser machos feminizándolos, y por tanto convirtiéndolos en vehículos apropiados para su transmisión.
  3. Un tercer mecanismo consiste directamente en asesinar a los embriones masculinos de una puesta para eliminar el problema de raíz.
  4. Y por último, la bacteria puede inducir los procesos necesarios para el desarrollo de huevos sin fecundar, huevos que darán lugar a hembras que podrán continuar reproduciéndose de esta manera mientras lleven el endosimbionte; en otras palabras, pueden inducir la partenogénesis.

 

¡Qué egoísta esta Wolbachia!

Bueno, la unisexualidad del huésped es el fin último orquestada por la bacteria, que manipula su reproducción en su propio beneficio, y esto puede sonar en efecto francamente egoísta. Pero hay datos que demuestran que la bacteria también puede contribuir positivamente sobre su huésped, como por ejemplo protegiéndolo contra otras infecciones, particularmente víricas, ayudando al desarrollo embrionario o proporcionando algún nutriente a las células.

 

«La bacteria Wolbachia utiliza diversas estrategias para manipular la reproducción de los escarabajos en su propio beneficio»

 

¿Y cuáles han sido los principales resultados de este último estudio? ¿Es Wolbachia la causante de la unisexualidad de estos escarabajos?

En nuestro estudio hemos encontrado dos resultados importantes sobre la interacción de estos organismos:

  1. Las infecciones por Wolbachia son muy frecuentes en Calligrapha, con casi un 85% de los ejemplares estudiados siendo positivos para la presencia de esta bacteria, independientemente de que sean de especies bisexuales o unisexuales.
  2. Hemos identificado tres cepas bien diferenciadas de la bacteria (wCallA, wCallB y wCallC) y hemos observado que predominan de forma muy marcada las dobles infecciones, es decir, cuando un individuo de Calligrapha es portador de Wolbachia, normalmente lo es de dos de las cepas, siendo una de ellas siempre wCallA. Las otras dos cepas no coexisten en ningún individuo y de hecho se mantienen separadas geográficamente.

Pero dada la ubicuidad de los endosimbiontes en cualquier especie de Calligrapha, independientemente de su modo reproductivo, no tenemos ninguna evidencia que relacione la infección por Wolbachia con la unisexualidad en Calligrapha.

Hay que decir, sin embargo, que aunque Wolbachia es ‘la vedette’ de los microorganismos manipuladores de la reproducción, no es el único, y tal vez otro tenga las respuestas sobre la unisexualidad de Calligrapha. Mientras tanto, ¡toca seguir investigando!

 

Sobre el autor/a
Maruxa Martínez-Campos es bióloga. Después de su doctorado en la Universidad de Cambridge se pasó al "otro lado" de la investigación y trabajó como editora en la revista de acceso abierto "Genome Biology". Hace más de 10 años que trabaja en el PRBB en comunicación y, más recientemente, en la integridad en la investigación. Cuando encuentra tiempo, escribe en "The science factor".

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