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La competencia y la selección natural impulsan la discrepancia de la talla de la célula de la esperma y de huevo

En la mayoría de los animales vivos, las células de huevo son sumamente más grandes que las células de esperma. En seres humanos, por ejemplo, un único huevo es 10 millones de veces el volumen de una célula de esperma.

En un nuevo estudio, los investigadores de la Universidad Northwestern encontraron que la competencia y la selección natural impulsaron esta discrepancia curiosa de la talla.

Usando el modelado matemático, los investigadores consideraban una época muy temprano en la evolución cuando la especie primordial se reprodujo con la fertilización externa. En el modelo, células reproductivas más grandes, o los gametos, presentaron una posición competitiva porque podrían esperar más alimentos para un zygote potencial. Gametos más pequeños, sin embargo, requirieron menos recursos hacer, que pusieron menos tensión en el padre.

Organismos necesarios para producir los gametos más grandes con la mayoría de las víveres o los gametos más pequeños de utilizar los menos recursos. Creemos que esta diferencia de la talla es casi inevitable, sobre la base de suposiciones plausibles sobre cómo la reproducción sexual trabaja y cómo la selección natural trabaja.”

Daniel Abrams, estudia al autor mayor, Universidad Northwestern

La investigación fue publicada ayer por la noche en línea (15 de abril) en el gorrón de la biología teórica.

Abrams es profesor de las ciencias de ingeniería y de las matemáticas aplicadas en la escuela del noroeste de McCormick de la ingeniería. José Johnson, candidato del Ph.D. en el laboratorio de Abrams, es el primer autor del papel. El blanco y Alain Kangabire, estudiantes universitarios de Nathan en el laboratorio de Abrams, coauthored el papel.

El modelo de las personas del noroeste comienza con el isogamy, un estado primordial en el cual todos los gametos eran áspero el mismo tamaño y no existieron los sexos distintos todavía. Las personas después desarrolladas y aplicadas un modelo matemático simple para mostrar cómo el isogamy transitioned al anisogamy, un estado donde los gametos cualquiera llegaron a ser muy pequeños o muy grandes -- los precursores a la esperma y a los huevos se asociaron a los sexos biológicos hoy.

En el modelo, el anisogamy emergió de la competencia de sobrevivir en un ambiente con los recursos limitados. Los gametos eran más probables sobrevivir si tenían un filo de tamaño sobre sus vecinos, llevando a una “carrera de armamentos” que favorecía gametos más grandes y más grandes. Pero los organismos no podrían producir muchas células de sexo sin la necesidad cada vez más de los recursos ellos mismos. Podían, sin embargo, salvar sus recursos produciendo muchos gametos minúsculos.

“Temprano en la evolución cuando emergió la reproducción sexual, gametos eran simétrico. Pero aquí es adonde esa simetría se rompe,” Abrams dijo. “Terminamos hacia arriba con algunos organismos que se especializan en gametos grandes y otros que se especializan en pequeños gametos.”

Abrams dijo que un misterio restante es porqué todavía existen un ciertas especies del isogamist hoy. Algunos tipos de algas y de hongos, por ejemplo, se reproducen asexual o con los tipos de apareamiento simétricos.

“Ha habido diversas teorías sobre cómo emergió el anisogamy, yendo hasta el final de nuevo a Charles Darwin,” Abrams dijo. Las “entregas en biología evolutiva son muy duras de probar porque podemos estudiar solamente las especies que están alrededor hoy. No podemos ver lo que parecían mil millones hace de años. Usando modelos matemáticos puede rendir nuevo discernimiento y la comprensión.”

Source:
Journal reference:

Johnson, J. D., et al. (2021) A dynamical model for the origin of anisogamy. Journal of Theoretical Biology. doi.org/10.1016/j.jtbi.2021.110669.