La gran mayoría de los animales necesitan aparearse para tener descendencia. Pero un pequeño subgrupo de animales puede tener crías sin aparearse. Este proceso, llamado partenogénesis, permite que criaturas como las serpientes de cascabel o las abejas melíferas tengan los denominados «nacimientos virginales». La palabra «partenogénesis» procede de dos lexemas griegos que significan literalmente «creación virgen».
Estos fenómenos pueden sorprender a quienes cuidan de los animales. Entre los ejemplos figuran un tiburón cebra llamado Leonie, que vivía con otros tiburones hembra en el Reef HQ Aquarium de Australia y que dejó atónitos a sus cuidadores en 2016 cuando eclosionaron crías vivas de tres de sus huevos. Unos años antes, en el Zoo de Louisville, en Kentucky, una pitón reticulada llamada Thelma -que nunca había visto siquiera a una pitón macho- puso seis huevos que acabarían convirtiéndose en seis jóvenes serpientes sanas. Y en 2006, en el Zoo de Chester, en Inglaterra, un dragón de Komodo llamado Flora logró una hazaña similar, desconcertando a sus cuidadores.
Dragón de Komodo, un ejemplo de partenogénesis en vertebrados. Fuente: Wikimedia Commons
Cómo Funciona la Partenogénesis
La reproducción sexual consta de dos ingredientes: un óvulo y un espermatozoide. Cada uno proporciona la información genética necesaria para crear un organismo vivo. En cambio, en la partenogénesis el cuerpo halla una forma única de remplazar los genes que suele aportar el esperma.
Partenogénesis
Los ovarios producen óvulos mediante un proceso complejo llamado meiosis, en el que las células se multiplican, se reorganizan y se separan. Estos óvulos solo contienen la mitad de los cromosomas de la madre, con una copia de cada cromosoma. (Estas se denominan células haploides; las células que contienen dos copias cromosómicas se denominan células diploides.)
El proceso de la meiosis también genera un subproducto: células más pequeñas llamados corpúsculos polares, diferentes del óvulo fértil. En una versión de la partenogénesis denominada automixis, un animal puede combinar un corpúsculo polar con un óvulo para producir crías. Este proceso, que se ha documentado en tiburones, mezcla ligeramente los genes de la madre para generar crías que son similares a la madre, pero no clones exactos.
En otra forma de la partenogénesis, la apomixis, las células reproductivas se multiplican mediante la mitosis, un proceso en el que la célula se duplica para crear dos células diploides, una especie de copipega genético. Como estas células nunca se someten al proceso de mezcla de genes de la meiosis, las crías producidas de esta forma son clones de su progenitor, genéticamente idénticas. Esta forma de partenogénesis es más habitual en plantas.
Tipos de Partenogénesis: Automixis y Apomixis. Fuente: Wikimedia Commons
Determinación del Sexo en la Partenogénesis
En la mayoría de los organismos que se reproducen del primer modo, por automixis, las crías suelen recibir dos cromosomas X de su madre. Los dos cromosomas X, el almacén genético primario vinculado al sexo, solo producen crías hembra.
Pero en casos raros, animales como los áfidos pueden producir crías macho fértiles que son genéticamente idénticas a su madre salvo por la falta de un segundo cromosoma X. Estos machos suelen ser fértiles, pero como solo son capaces de producir esperma que contiene cromosomas X, todas sus crías serán hembras.
Distribución de la Partenogénesis en el Reino Animal
Durante millones de años, los animales se han reproducido mediante la partenogénesis, que surgió en los organismos más pequeños y simples. En animales más avanzados, como los vertebrados, los científicos creen que la capacidad de reproducirse de forma asexual apareció como último recurso para especies que vivían en condiciones adversas. Esto podría explicar por qué la partenogénesis es posible en tantas especies desérticas e insulares.
La mayoría de los animales que procrean mediante la partenogénesis son invertebrados pequeños, como las abejas, las avispas, las hormigas y los áfidos, que pueden alternar entre la reproducción sexual y asexual. La partenogénesis se ha observado en más de 80 especies de vertebrados, casi la mitad de las cuales son peces o lagartos. Es raro que los vertebrados complejos como los tiburones, las serpientes y los lagartos grandes recurran a la reproducción asexual, por eso Leonie y los otros animales desconcertaron a los científicos.
Como es difícil saber con qué frecuencia se da la partenogénesis en estado silvestre, muchos de los «primeros» casos de reproducción asexual se han documentado en animales en cautividad. Para los vertebrados, ya sea en el medio natural o en cautividad, estos «partos virginales» son fenómenos raros desencadenados por condiciones inusuales.
Diversidad de lagartos, algunos de los cuales se reproducen por partenogénesis. Fuente: Wikimedia Commons
Limitaciones en Mamíferos
No se conoce ningún mamífero que se reproduzca de este modo porque, a diferencia de organismos más simples, los mamíferos dependen de un proceso denominado impronta genética. Como si fuera un sello molecular, la impronta etiqueta qué genes son de la madre y cuáles son del padre. En mamíferos como los humanos, esto quiere decir que determinados genes se activan o se desactivan según el progenitor contribuyente. Si solo hubiera un único progenitor, algunos genes no se activarían, lo que imposibilitaría tener crías viables.
Sin embargo, la partenogénesis se ha inducido de forma experimental en varios mamíferos, como los conejos.
Partenogénesis Obligatoria y Estrategias de Supervivencia
En algunos casos muy raros, las especies de animales se reproducen solo mediante partenogénesis. Una de esas especies es el lagarto Aspidoscelis uniparens, que son solo hembras. En determinados insectos, salamandras y platelmintos, la presencia de esperma sirve para desencadenar la partenogénesis. Los espermatozoides ponen en marcha el proceso penetrando en el óvulo, pero más adelante el esperma se degenera y deja solo los cromosomas maternos. En este caso, el esperma solo desencadena el desarrollo de un óvulo, pero no realiza ninguna aportación genética.
La capacidad de reproducirse de forma asexual permite que los animales transmitan sus genes sin gastar energía en buscar pareja y también pueden sustentar a una especie en condiciones difíciles. Si un dragón de Komodo llega a una isla deshabitada, por ejemplo, la hembra puede crear una población a través de la partenogénesis.
Sin embargo, como cada individuo será genéticamente idéntico, las madres dragones de Komodo y sus hijas serían más vulnerables a las enfermedades y los cambios ambientales que un grupo genéticamente variado.
Avances Científicos Recientes: Partenogénesis en Mamíferos por Edición Genética
Por primera vez se consigue obtener descendencia a partir de una sola hembra en mamíferos. El abordaje ha implicado una combinación de dos técnicas: la partenogénesis y la edición genética. La partenogénesis, que en griego significa “creación virgen”, es una forma de reproducción asexual que sucede de forma natural en algunas plantas y animales, pero no en mamíferos, y consiste en que el ovocito femenino sin fecundar duplica su material genético y comienza a desarrollarse como un embrión.
En mamíferos, la inducción artificial de la partenogénesis no había sido exitosa (hasta ahora) debido al fenómeno de la impronta genética, según el cual hay determinados genes inactivados en el gameto femenino y otros inactivados en el gameto masculino. Esta inactivación selectiva se consigue mediante determinados grupos químicos que actúan sobre el ADN, por lo que es una forma de regulación epigenética (del griego epi, en o sobre, -genética). La combinación de estos dos patrones característicos del sexo es necesaria para que el individuo resultante de la fecundación sea viable. En la partenogénesis, la dotación genética viene solo de la hembra, por lo que falta la impronta genética masculina. Esta carencia, había impedido hasta ahora que los pseudoembriones obtenidos por partenogénesis, llamados partenotes, pudieran evolucionar hasta el nacimiento.
Es aquí donde entra la edición genética, que se ha aplicado en este experimento para superar esta dificultad y lograrlo finalmente. Los científicos han utilizado una técnica similar a CRISPR que, en lugar de cambiar unas letras del ADN por otras, realiza cambios químicos sobre esas letras, activando o desactivando ciertos genes. Así, tras activar la partenogénesis en ovocitos de ratón, se aplicó esta herramienta de edición genética para integrar artificialmente en el genoma el patrón de impronta masculino. Así, los ovocitos empezaron a desarrollarse como un embrión. En un primer experimento, 192 embriones obtenidos por este medio se implantaron posteriormente en hembras de ratón subrogadas para continuar su desarrollo logrando nacer finalmente solo tres de ellos. Solo uno sobrevivió tras nacer, el cual llegó a la edad adulta y pudo reproducirse de forma normal.
Aunque la eficacia del proceso ha sido extremadamente baja, el estudio supone una prueba de concepto de que el nacimiento de individuos generados por partenogénesis en mamíferos es posible, es decir, puede obtenerse descendencia a partir de una sola madre, sin necesidad de un padre. Debe aclararse que la descendencia obtenida por este método será exclusivamente de hembras.
En 2004 ya se había conseguido obtener ratones sin necesidad de esperma ni reproducción sexual, pero en este caso se usaron dos ovocitos, uno que funcionaba como tal y otro que imitaba la aportación genética de un espermatozoide. Cabe remarcar que este trabajo se ha desarrollado exclusivamente en ratones. Ningún embrión humano se ha utilizado en la investigación ni se espera que esta aplicación pueda ser usada en humanos por el momento ni en un futuro próximo.
El equipo demuestra que la edición genética de un óvulo sin fecundar permite a los mamíferos generar crías Científicos chinos han conseguido que una ratona tenga hijos vivos a partir de un óvulo no fecundado gracias a la edición genética. Se trataría del primer mamífero que consigue gracias a esta técnica la reproducción asexual, conocida como partenogénesis. Este término griego significa “creación virgen” y se refiere a la capacidad de algunos animales y plantas para reproducirse a partir de sus propias células reproductivas sin necesidad de material genético del macho.
Los científicos chinos han usado una técnica de edición genética muy similar a CRISPR. En este caso no se trata de cambiar unas letras de ADN por otras, sino de realizar cambios químicos sobre esas letras. Estos cambios epigenéticos -sobre el genoma- pueden activar o desactivar ciertos genes. Los autores del estudio han usado esa herramienta de edición genética para imitar la impronta genética en siete puntos distintos del genoma de un óvulo que ya tenía dos copias de cada gen.
Los científicos chinos implantaron 192 embriones de este tipo en tantas otras hembras. Solo una de ellas pudo dar a luz a un ratón sano que sobrevivió, aunque pesó menos de lo normal -otros dos murieron después del parto-. Los investigadores resaltan que “la partenogénesis en mamíferos se puede conseguir a través de la regulación epigenética”, escriben en su estudio, publicado en la revista de la Academia Nacional de Ciencias de EE UU.
Tipos de Partenogénesis
La partenogénesis (del griego παρθένος parthenos = virgen + γένεσις génesis = generación) es una forma de reproducción basada en el desarrollo de células sexuales femeninas no fecundadas, que se da con cierta frecuencia en platelmintos, rotíferos, tardígrados, crustáceos, insectos, anfibios y reptiles, más raramente en algunos peces y, excepcionalmente en aves. La partenogénesis fue descubierta por Charles Bonnet. Jan Dzierzon fue el primero en descubrir la partenogénesis de los zánganos de las abejas. Consiste en la segmentación del óvulo sin fecundar, puesta en marcha por factores ambientales, químicos, descargas eléctricas, etc. El producto, llamado partenote, no podrá llevar cromosomas específicamente masculinos.
Un buen ejemplo de la partenogénesis natural es la que se produce en los insectos, principalmente en los himenópteros sociales, como las hormigas y las abejas, y también en otros órdenes, como los Phasmatodea, donde incluso se conocen especies que sólo se reproducen partenogenéticamente. En estas especies, el huevo se desarrolla haya sido o no fecundado. Si se desarrolla partenogenéticamente, da nacimiento exclusivamente a individuos haploides que son entonces machos, si es fecundado, nacen hembras (diploides). En otras especies, la reproducción partenogenética ocurre por influencias de las condiciones externas. La partenogénesis de estos grupos es diferente al de los insectos, siempre se encuentran poblaciones de hembras que se reproducen sin necesidad de ser fecundadas por machos. Se trata de un proceso de reproducción asexual.
Se da la partenogénesis con bastante frecuencia en algunas especies de gecko como el Heteronotia binoei; se conocen casos de partenogénesis en ofidios como la Ramphotyphlops braminus.
- Partenogénesis ameiótica o diploide: no existe meiosis y el huevo se forma por mitosis y por tanto es diploide. Puede considerarse como reproducción asexual, al no existir células haploides. Este tipo se conoce en algunos platelmintos, rotíferos, crustáceos, insectos y anfibios. Una modificación de ésta es la que se da en algunos insectos, en los cuales, sí se produce una meiosis, pero luego el ovulo "n" resultante, recombina con su propio corpúsculo polar, también "n", formando de nuevo una célula diploide.
- Partenogénesis meiótica o haploide: se forma un óvulo haploide por meiosis que se desarrolla sin ser fecundado. Se da en algunos platelmintos, rotíferos, anélidos, insectos (abejas, avispas, insectos palo y hormigas), peces, anfibios y reptiles. Aunque no existe singamia, se produce meiosis, y por tanto recombinación, por lo que se puede considerar un medio de reproducción sexual.
- Arrenotoquia: tipo de partenogénesis en la cual la progenie es masculina. Es el caso de todas las subespecies de Apis mellifera, excepto Apis mellifera capensis, y en los demás miembros de la familia Apidae y muchos de Formicidae.
- Telitoquia: tipo de partenogénesis en la cual la progenie es femenina.
- Anfitoquia o Deuterotoquia: tipo de partenogénesis por la cual la descendencia está constituida por individuos de ambos sexos.
El Origen de la Partenogénesis
Cómo apareció la partenogénesis en los seres vivos es todo un desafío. Pero lentamente, la investigación científica va desvelando este misterio. Un agente causante de la partenogénesis es un bacteria que pertenece a la orden Rickettsiales denominada Wolbachia que induce a la partenogénesis de artrópodos y nemátodos; esta bacteria se especula que ingresó en el ADN (ácido desoxirribonucleico) de estos animales modificándolo. Mosher, 2007.
Reproducción Asexual vs. Sexual
La mayoría de las formas de vida que existen en la Tierra se reproducen sexualmente, esto es, mediante la combinación de la información genética de los dos progenitores de distinto sexo. En estos casos, las células reproductoras, llamadas gametos, se fusionan para formar una célula embrionaria diploide, esto es, con un número doble de cromosomas. Sin embargo, la naturaleza a veces tiene sus caprichos, y algunos animales (entre los que se incluyen, sobre todo, gusanos platelmintos, tardígrados, crustáceos, insectos anfibios y reptiles) tienen la particularidad de que no necesitan a los machos para reproducirse: son las hembras las que realizan una copia exacta de sus cromosomas, lo que en algunas ocasiones se traduce en una copia exacta de sí mismas. Este proceso se conoce como partenogénesis, y, aunque no es tan común en el reino animal, es igual de efectiva, y a veces, menos contraproducente.
Para entender cómo funciona la reproducción asexual, resulta muy útil compararla con la sexual. En esta, los gametos masculinos y femeninos (células haploides, por tanto, con un solo juego de cromosomas) se combinan entre sí para dar lugar a células embrionarias diploides, esto es, con dos pares de cromosomas. Ello explica, por ejemplo, que nuestras células somáticas (las que no son sexuales) cuenten con un total de 46 cromosomas, esto es, el resultado de combinar los 23 pares de cromosomas de los gametos).
"Por qué motivo querría la naturaleza originar células diferentes?", se preguntan Adrián Villalba y Daniel Pellicer en la obra Embriología humana, un viaje al origen de la vida. "Si todos los óvulos o espermatozoides que produce un individuo fuesen idénticos, todos los hijos de dos progenitores determinados sería iguales. [...] Para generar cromosomas con combinaciones de genes que no existen en la célula original, la naturaleza utiliza un mecanismo llamado recombinación homóloga, que consiste en barajar cada par de cromosomas (el heredado del padre y de la madre) hasta conseguir nuevos cromosomas resultantes de esa mezcla.
Sin embargo, en algunas especies animales, el proceso de división celular se lleva a cabo de un modo distinto: no solo se duplican los cromosomas, sino que también intervienen unos corpúsculos subcelulares llamados ‘cuerpos polares’ que se generan durante la formación de las células sexuales. Cuando esto sucede, esta forma de reproducción por partenogénesis, llamada automixis, tiene una ventaja inesperada, pues restaura parte de las características de las células diploides, esto es, las que tienen dos juegos de cromosomas. Eso precisamente provoca que no se conserve más de la mitad de la diversidad genética de la madre.
Y esto tiene un claro efecto en términos de diversidad genética, pues limita la pérdida de heterocigosidad, que es el fenómeno que se produce como consecuencia de la pérdida de una de las copias de un gen determinado, que es lo que ocurre cuando estos animales se reproducen por partenogénesis, esto es, duplicando el propio material genético, sin aporte del de la pareja reproductora.
Existe otra forma de partenogénesis llamada apomixis, en la que las células reproductoras se multiplican mediante mitosis (el característico proceso de división del núcleo de las células somáticas). En consecuencia, las crías producidas de este modo resultan ser clones exactos de su progenitor, una copia idéntica que, sin embargo, tiene una clara desventaja: son genéticamente menos diversos que sus progenitores, y esto puede ser claramente contraproducente.
Estrategias para Ganar Diversidad Genética
Otra estrategia para ganar diversidad es la de duplicar el número de cromosomas antes de producir la meiosis, el proceso de división celular por el que se producen los gametos, que, como hemos comentado antes, tienen solo un juego de cromosomas. Es la que lleva a cabo el lagarto corredor del género Aspidoscelis. Sus óvulos desarrollan embriones sin ser fecundados, pero antes de que estos sucedan, las células de la hembra duplican el número de cromosomas. Así, cada óvulo recibe un juego completo, como si de una célula diploide se tratase. Y esto tiene una recompensa, pues obtienen una mayor variabilidad y amplitud genética, casi comparable a la que hubiera tenido cualquier lagarto nacido a partir de reproducción sexual.
Aspidoscelis uniparens, un lagarto que se reproduce por partenogénesis. Fuente: Wikimedia Commons
Casos Notables de Partenogénesis
- Yoko, una cría de tiburón sin padre conocido: El acuario de Shreveport, en Luisiana, vivió recientemente un acontecimiento insólito. La eclosión del huevo de uno de sus ejemplares de tiburón marrajo (Isurus oxyrinchus) es siempre una buena noticia. Lo que no resulta tan normal es que haya sido fecundado, teniendo en cuenta que ninguna de las hembras del tanque había tenido contacto con un macho en los últimos tres años.
- Cóndores de California, partenogénesis sin supervivencia: En 2013, la entonces investigadora de la Alianza para la Vida Salvaje del Zoo de San Diego, Leona Chemnitz, descubrió algo insólito en este parque estadounidense: dos de los pichones macho de cóndor californiano (Gymnogyps californianus) tenían ADN que no coincidía con el de sus progenitores. En este caso, sin embargo, la partenogénesis no fue demasiado beneficiosa, pues para cuando los científicos y otros colegas publicaron el hallazgo en 2021, aquellas atípicas crías ya hacía tiempo que habían muerto.
- Cocodrilos, la pista del jurásico: En ocasiones, los cocodrilos suelen poner huevos estériles que no se fecundan ni se desarrollan. Sin embargo, en 2018, un ejemplar de un zoo de Costa Rica dio una sorpresa inusual. Como si de una escena de Parque Jurásico se tratase, uno de los huevos parecía tener vida, algo que confirmaron los biólogos. Decidieron colocarlo en una incubadora hasta la eclosión. Aunque, lamentablemente, la cría nació muerta. A pesar del trágico desenlace, los investigadores del parque publicaron un estudio en la revista especializada Biology Letters de la Royal Society en el que informaron que aquella cría había nacido por partenogénesis, pues solo contenía material genético de la madre.
El Proceso Celular de la Partenogénesis
Para que ocurra la partenogénesis, se debe desarrollar con éxito una cadena de eventos celulares. En primer lugar, las hembras deben ser capaces de crear óvulos (oogénesis) sin la estimulación de los espermatozoides o el apareamiento. En segundo lugar, los huevos producidos por las hembras deben comenzar a desarrollarse por sí mismos, formando un embrión en etapa temprana. Cada paso de este proceso puede fallar fácilmente, particularmente el paso dos, que requiere que los cromosomas del ADN dentro del óvulo se dupliquen, asegurando un complemento completo de genes para la descendencia en desarrollo.
Factores que Desencadenan la Partenogénesis
Los eventos que desencadenan este método reproductivo no se comprenden completamente, pero parecen incluir cambios ambientales. En las especies que son capaces tanto de la reproducción sexual como de la partenogénesis, como los áfidos, los factores estresantes como el hacinamiento y la depredación pueden hacer que las hembras cambien de la partenogénesis a la reproducción sexual, pero no al revés.
Beneficios y Determinación del Sexo
Aunque la partenogénesis espontánea parece ser rara, brinda algunos beneficios a la hembra que puede lograrlo. El sexo de la descendencia partenogenética se determina por el mismo método que se determina en la especie misma.
Manipulación Genética y Partenogénesis en Mamíferos
La ciencia lleva tiempo intentando recrearlo de forma artificial en mamíferos (y aplicarlo en ámbitos como la investigación o la medicina), pero hasta hace muy poco se creía imposible. Ahora, un grupo de científicos chinos acaba de lograrlo en ratones gracias a la manipulación genética. Los resultados se han publicado en la revista ' Proceedings of the National Academy of Sciences ' (PNAS).
En resumen, la partenogénesis es un fascinante proceso reproductivo asexual que permite a ciertos animales reproducirse sin necesidad de espermatozoides. Aunque es más común en invertebrados, se han documentado casos en vertebrados y, gracias a la edición genética, se ha logrado inducir en mamíferos, abriendo nuevas posibilidades en la investigación y la medicina.