Sexo
Definición
Los organismos de muchas especies están especializados en variedades masculinas y femeninas, cada una conocida como sexo. La reproducción sexual implica la combinación y mezcla de rasgos genéticos: células especializadas conocidas como gametos se combinan para formar descendientes que heredan rasgos de cada padre. Los gametos producidos por un organismo definen su sexo: los machos producen gametos pequeños (por ejemplo, espermatozoides o espermatozoides en animales, polen en semillas) mientras que las hembras producen gametos grandes (óvulos o óvulos). Los organismos individuales que producen gametos masculinos y femeninos se denominan hermafroditas. Los gametos pueden ser idénticos en forma y función (conocidos como isogamia), pero, en muchos casos, ha evolucionado una asimetría tal que existen dos tipos diferentes de gametos (heterogametos) (conocidos como anisogamia).Las diferencias físicas a menudo están asociadas con los diferentes sexos de un organismo; estos dimorfismos sexuales pueden reflejar las diferentes presiones reproductivas que experimentan los sexos. Por ejemplo, la elección de pareja y la selección sexual pueden acelerar la evolución de las diferencias físicas entre los sexos.
Entre los humanos y otros mamíferos, los machos suelen tener cromosomas XY, mientras que las hembras suelen portar cromosomas XX, que forman parte del sistema de determinación del sexo XY. Otros animales tienen diferentes sistemas de determinación del sexo, como el sistema ZW en aves, el sistema X0 en insectos y varios sistemas ambientales, por ejemplo en crustáceos. Los hongos también pueden tener sistemas de apareamiento alélico más complejos, con sexos que no se describen con precisión como masculinos, femeninos o hermafroditas.
Visión de conjunto
Una de las propiedades básicas de la vida es la reproducción, la capacidad de generar nuevos individuos y el sexo es un aspecto de este proceso. La vida ha evolucionado de etapas simples a otras más complejas, y también lo han hecho los mecanismos de reproducción. Inicialmente, la reproducción fue un proceso de replicación que consiste en producir nuevos individuos que contienen la misma información genética que el individuo original o padre. Este modo de reproducción se llama asexual, y todavía es utilizado por muchas especies, particularmente unicelulares, pero también es muy común en organismos multicelulares, incluidos muchos de los que tienen reproducción sexual. En la reproducción sexual, el material genético de la descendencia proviene de dos individuos diferentes. Como la reproducción sexual se desarrolló a través de un largo proceso de evolución, existen productos intermedios. Las bacterias, por ejemplo, se reproducen asexualmente, pero se someten a un proceso mediante el cual una parte del material genético de un donante individual se transfiere a otro receptor.
Sin tener en cuenta los productos intermedios, la distinción básica entre reproducción asexual y sexual es la forma en que se procesa el material genético. Por lo general, antes de una división asexual, una célula duplica su contenido de información genética y luego se divide. Este proceso de división celular se llama mitosis. En la reproducción sexual, existen tipos especiales de células que se dividen sin duplicación previa de su material genético, en un proceso llamado meiosis. Las células resultantes se llaman gametos y contienen solo la mitad del material genético de las células parentales. Estos gametos son las células que están preparadas para la reproducción sexual del organismo. El sexo comprende los arreglos que permiten la reproducción sexual, y ha evolucionado junto con el sistema de reproducción,
En organismos complejos, los órganos sexuales son las partes que están involucradas en la producción y el intercambio de gametos en la reproducción sexual. Muchas especies, tanto plantas como animales, tienen especialización sexual, y sus poblaciones se dividen en individuos masculinos y femeninos. Por el contrario, también hay especies en las que no hay especialización sexual, y las mismas personas contienen órganos reproductores masculinos y femeninos, y se llaman hermafroditas. Esto es muy frecuente en las plantas.
Evolución
La reproducción sexual primero probablemente evolucionó hace aproximadamente mil millones de años dentro de eucariotas unicelulares ancestrales. La razón de la evolución del sexo y la (s) razón (es) por las que ha sobrevivido hasta el presente, todavía son materia de debate. Algunas de las muchas teorías plausibles incluyen: que el sexo crea variación entre la descendencia, el sexo ayuda a difundir rasgos ventajosos, que el sexo ayuda a eliminar rasgos desventajosos y que el sexo facilita la reparación del ADN de la línea germinal.
La reproducción sexual es un proceso específico de eucariotas, organismos cuyas células contienen un núcleo y mitocondrias. Además de los animales, plantas y hongos, otros eucariotas (por ejemplo, el parásito de la malaria) también participan en la reproducción sexual. Algunas bacterias usan la conjugación para transferir material genético entre las células; aunque no es lo mismo que la reproducción sexual, esto también da como resultado la mezcla de rasgos genéticos.
La característica definitoria de la reproducción sexual en eucariotas es la diferencia entre los gametos y la naturaleza binaria de la fertilización. La multiplicidad de tipos de gametos dentro de una especie se consideraría una forma de reproducción sexual. Sin embargo, no se conoce ningún tercer tipo de gameto en plantas o animales multicelulares.
Si bien la evolución del sexo data de la etapa procariota o eucariota temprana, el origen de la determinación del sexo cromosómico puede haber sido bastante temprano en los eucariotas (ver evolución de la anisogamia). El sistema de determinación sexual ZW es compartido por aves, algunos peces y algunos crustáceos. La mayoría de los mamíferos usa la determinación del sexo XY, pero también algunos insectos y plantas ( Silene latifolia ). La determinación del sexo X0 se encuentra en la mayoría de los arácnidos, insectos como el pececillo de plata (Apterygota), las libélulas (Paleoptera) y los saltamontes (Exopterygota), y algunos nematodos, crustáceos y gasterópodos.
No se comparten genes entre el ZW aviar y los cromosomas XY de mamíferos, y de una comparación entre el pollo y el humano, el cromosoma Z apareció similar al cromosoma 9 autosómico en humanos, en lugar de X o Y, sugiriendo que la determinación del sexo ZW y XY los sistemas no comparten un origen, pero los cromosomas sexuales se derivan de los cromosomas autosómicos del ancestro común de las aves y los mamíferos. Un artículo de 2004 comparó el cromosoma Z del pollo con los cromosomas X del ornitorrinco y sugirió que los dos sistemas están relacionados.
Reproducción sexual
La reproducción sexual en eucariotas es un proceso mediante el cual los organismos forman descendencia que combina rasgos genéticos de ambos padres. Los cromosomas se transmiten de una generación a otra en este proceso. Cada célula de la descendencia tiene la mitad de los cromosomas de la madre y la mitad del padre. Los rasgos genéticos están contenidos en el ácido desoxirribonucleico (ADN) de los cromosomas: al combinar uno de cada tipo de cromosomas de cada progenitor, se forma un organismo que contiene juego duplicado de cromosomas. Esta etapa de doble cromosoma se denomina "diploide", mientras que la etapa de un solo cromosoma es "haploide". Los organismos diploides pueden, a su vez, formar células haploides (gametos) que contienen al azar uno de cada uno de los pares de cromosomas, a través de la meiosis. La meiosis también involucra una etapa de cruce cromosómico, en qué regiones de ADN se intercambian tipos de cromosomas emparejados, para formar un nuevo par de cromosomas mixtos. El cruce y la fertilización (la recombinación de conjuntos individuales de cromosomas para formar un nuevo diploide) dan como resultado que el nuevo organismo contenga un conjunto diferente de rasgos genéticos de cualquiera de los padres.
En muchos organismos, la etapa haploide se ha reducido a solo gametos especializados para recombinar y formar un nuevo organismo diploide; en otros, como las plantas criptogámicas, los gametos son capaces de someterse a la división celular para producir organismos haploides multicelulares. En cualquier caso, los gametos pueden ser externamente similares, particularmente en tamaño (isogamia), o pueden haber desarrollado una asimetría tal que los gametos son diferentes en tamaño y otros aspectos (anisogamia). Por convención, el gameto más grande (llamado óvulo o óvulo) se considera femenino, mientras que el gameto más pequeño (llamado espermatozoide o espermatozoide) se considera macho. Un individuo que produce gametos exclusivamente grandes es femenino, y uno que produce gametos exclusivamente pequeños es masculino. Un individuo que produce ambos tipos de gametos es un hermafrodita;
Animales
La mayoría de los animales que se reproducen sexualmente pasan su vida como diploides, con la etapa haploide reducida a los gametos de una sola célula. Los gametos de los animales tienen formas masculinas y femeninas: espermatozoides y óvulos. Estos gametos se combinan para formar embriones que se desarrollan en un nuevo organismo.
El gameto masculino, un espermatozoide (producido en los vertebrados dentro de los testículos), es una pequeña célula que contiene un solo flagelo largo que lo impulsa. Los espermatozoides son células extremadamente reducidas, que carecen de muchos componentes celulares que serían necesarios para el desarrollo embrionario. Están especializados en motilidad, buscan un óvulo y se fusionan con él en un proceso llamado fertilización.
Los gametos femeninos son óvulos (producidos en vertebrados dentro de los ovarios), grandes células inmóviles que contienen los nutrientes y los componentes celulares necesarios para un embrión en desarrollo. Las células de huevo a menudo se asocian con otras células que apoyan el desarrollo del embrión, formando un huevo. En los mamíferos, el embrión fertilizado se desarrolla dentro de la hembra, recibiendo nutrición directamente de su madre.
Los animales suelen ser móviles y buscan un compañero del sexo opuesto para el apareamiento. Los animales que viven en el agua pueden aparearse utilizando la fertilización externa, donde los huevos y los espermatozoides se liberan y combinan dentro del agua circundante. La mayoría de los animales que viven fuera del agua, sin embargo, usan fertilización interna, transfiriendo los espermatozoides directamente de las hembras para evitar que los gametos se sequen.
En la mayoría de las aves, tanto la excreción como la reproducción se realizan a través de una única abertura posterior, llamada cloaca, las aves macho y hembra tocan la cloaca para transferir el esperma, un proceso llamado "beso cloacal". En muchos otros animales terrestres, los machos utilizan órganos sexuales especializados para ayudar al transporte de esperma, estos órganos sexuales masculinos se llaman órganos intromitentes. En humanos y otros mamíferos, este órgano masculino es el pene, que ingresa en el tracto reproductivo femenino (llamado vagina) para lograr la inseminación, un proceso llamado relación sexual. El pene contiene un tubo por el cual viaja el semen (un fluido que contiene esperma). En los mamíferos femeninos, la vagina se conecta con el útero, un órgano que apoya directamente el desarrollo de un embrión fertilizado dentro (un proceso llamado gestación).
Debido a su movilidad, el comportamiento sexual de los animales puede implicar sexo coercitivo. La inseminación traumática, por ejemplo, es utilizada por algunas especies de insectos para inseminar a las hembras a través de una herida en la cavidad abdominal, un proceso perjudicial para la salud de la hembra.
Plantas
Al igual que los animales, las plantas han desarrollado gametos masculinos y femeninos especializados. Dentro de las plantas de semillas, los gametos masculinos están contenidos dentro de capas duras, formando polen. Los gametos femeninos de las plantas de semillas están contenidos dentro de los óvulos; una vez fertilizados con polen, estos forman semillas que, como los huevos, contienen los nutrientes necesarios para el desarrollo de la planta embrionaria.
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Los conos hembra (izquierda) y macho (derecha) son los órganos sexuales de los pinos y otras coníferas.
Muchas plantas tienen flores y estos son los órganos sexuales de esas plantas. Las flores son generalmente hermafroditas, produciendo gametos masculinos y femeninos. Las partes femeninas, en el centro de una flor, son los pistilos, cada unidad consiste en un carpelo, un estilo y un estigma. Una o más de estas unidades reproductivas pueden fusionarse para formar un solo pistilo compuesto. Dentro de los carpelos hay óvulos que se convierten en semillas después de la fertilización. Las partes masculinas de la flor son los estambres: estos consisten en largos filamentos dispuestos entre el pistilo y los pétalos que producen polen en anteras en sus puntas. Cuando un grano de polen cae sobre el estigma en la parte superior del estilo de un carpelo, germina para producir un tubo de polen que crece a través de los tejidos del estilo hacia el carpelo,
En los pinos y otras coníferas, los órganos sexuales son conos de coníferas y tienen formas masculinas y femeninas. Los conos femeninos más familiares suelen ser más duraderos y contienen óvulos. Los conos machos son más pequeños y producen polen que es transportado por el viento para aterrizar en conos hembra. Al igual que con las flores, las semillas se forman dentro del cono femenino después de la polinización.
Debido a que las plantas son inmóviles, dependen de métodos pasivos para transportar granos de polen a otras plantas. Muchas plantas, incluidas las coníferas y las hierbas, producen polen ligero que transporta el viento a las plantas vecinas. Otras plantas tienen polen más pesado y pegajoso que está especializado en el transporte de insectos. Las plantas atraen a estos insectos o animales más grandes como colibríes y murciélagos con flores que contienen néctar. Estos animales transportan el polen a medida que se mueven hacia otras flores, que también contienen órganos reproductores femeninos, lo que resulta en la polinización.
Hongos
La mayoría de los hongos se reproducen sexualmente, teniendo tanto una etapa haploide como diploide en sus ciclos de vida. Estos hongos son típicamente isógamos, carecen de especialización masculina y femenina: los hongos haploides crecen en contacto entre sí y luego fusionan sus células. En algunos de estos casos, la fusión es asimétrica, y la célula que dona solo un núcleo (y no el material celular que la acompaña) podría considerarse "macho". Los hongos también pueden tener sistemas de apareamiento alélico más complejos, con otros sexos que no se describen con precisión como masculinos, femeninos o hermafroditas.
Algunos hongos, incluida la levadura de panadería, tienen tipos de apareamiento que crean una dualidad similar a los roles masculinos y femeninos. Las levaduras con el mismo tipo de apareamiento no se fusionarán entre sí para formar células diploides, solo que la levadura portará el otro tipo de apareamiento.
Muchas especies de hongos superiores producen hongos como parte de su reproducción sexual. Dentro de la seta se forman células diploides, que luego se dividen en esporas haploides. La altura del hongo ayuda a la dispersión de esta descendencia sexualmente producida.
Determinación del sexo
El sistema sexual más básico es aquel en el que todos los organismos son hermafroditas, produciendo gametos masculinos y femeninos; esto es cierto para algunos animales (por ejemplo, los caracoles) y la mayoría de las plantas con flores. En muchos casos, sin embargo, la especialización del sexo ha evolucionado de tal manera que algunos organismos producen solo gametos masculinos o solo femeninos. La causa biológica de un organismo que se desarrolla en un sexo u otro se llama determinación sexual.
En la mayoría de las especies con especialización sexual, los organismos son machos (que producen solo gametos masculinos) o femeninas (producen solo gametos femeninos). Las excepciones son comunes, por ejemplo, el gusano redondo C. elegans tiene un hermafrodita y un sexo masculino (un sistema llamado androdioecy).
A veces, el desarrollo de un organismo es intermedio entre el hombre y la mujer, una condición llamada intersexual. Algunas veces, las personas intersexuales se llaman "hermafroditas"; pero, a diferencia de los hermafroditas biológicos, los individuos intersexuales son casos inusuales y no son típicamente fértiles en los aspectos masculino y femenino.
Genético
En los sistemas genéticos de determinación del sexo, el sexo de un organismo está determinado por el genoma que hereda. La determinación genética del sexo generalmente depende de cromosomas sexuales asimétricos heredados que tienen características genéticas que influyen en el desarrollo; el sexo puede ser determinado ya sea por la presencia de un cromosoma sexual o por la cantidad que tiene el organismo. La determinación genética del sexo, debido a que está determinada por el surtido de cromosomas, por lo general da como resultado una proporción 1: 1 de descendencia masculina y femenina.
Los seres humanos y otros mamíferos tienen un sistema de determinación sexual XY: el cromosoma Y tiene factores responsables de desencadenar el desarrollo masculino. El "sexo predeterminado", en ausencia de un cromosoma Y, es femenino. Por lo tanto, los mamíferos XX son hembras y XY son machos. En los humanos, el sexo biológico está determinado por cinco factores presentes en el nacimiento: la presencia o ausencia de un cromosoma Y (que determina el sexo genético del individuo ), el tipo de gónadas, las hormonas sexuales, la anatomía reproductiva interna (como el útero en las mujeres) y los genitales externos.
La determinación del sexo XY se encuentra en otros organismos, incluida la mosca común de la fruta y algunas plantas. En algunos casos, incluso en la mosca de la fruta, es el número de cromosomas X el que determina el sexo en lugar de la presencia de un cromosoma Y (ver más abajo).
En las aves, que tienen un sistema de determinación del sexo ZW, ocurre todo lo contrario: el cromosoma W lleva los factores responsables del desarrollo femenino, y el desarrollo predeterminado es el masculino. En este caso, los individuos ZZ son hombres y ZW son mujeres. La mayoría de las mariposas y polillas también tienen un sistema de determinación sexual ZW. En los sistemas de determinación del sexo XY y ZW, el cromosoma sexual que porta los factores críticos es a menudo significativamente más pequeño, llevando poco más que los genes necesarios para desencadenar el desarrollo de un sexo dado.
Muchos insectos usan un sistema de determinación de sexo basado en la cantidad de cromosomas sexuales. Esto se llama determinación del sexo X0: el 0 indica la ausencia del cromosoma sexual. Todos los otros cromosomas en estos organismos son diploides, pero los organismos pueden heredar uno o dos cromosomas X. En los grillos de campo, por ejemplo, los insectos con un solo cromosoma X se desarrollan como machos, mientras que los que tienen dos se desarrollan como hembras. En el nematodo C. elegans, la mayoría de los gusanos son autofecundadores de hermafroditas XX, pero ocasionalmente las anomalías en la herencia cromosómica dan lugar regularmente a individuos con solo un cromosoma X. Estos individuos X0 son machos fértiles (y la mitad de sus descendientes son machos).
Otros insectos, incluidas las abejas melíferas y las hormigas, usan un sistema haplodiploide de determinación del sexo. En este caso, los individuos diploides son generalmente mujeres, y los individuos haploides (que se desarrollan a partir de huevos no fertilizados) son hombres. Este sistema de determinación del sexo resulta en proporciones de sexos altamente sesgadas, ya que el sexo de la descendencia se determina mediante la fertilización en lugar de la variedad de cromosomas durante la meiosis.
No genético
Para muchas especies, el sexo no está determinado por rasgos heredados, sino por factores ambientales experimentados durante el desarrollo o más adelante en la vida. Muchos reptiles tienen determinación del sexo dependiente de la temperatura: la experiencia de los embriones a temperatura durante su desarrollo determina el sexo del organismo. En algunas tortugas, por ejemplo, los machos se producen a temperaturas de incubación más bajas que las hembras; esta diferencia en las temperaturas críticas puede ser tan pequeña como 1-2 ° C.
Muchos peces cambian de sexo a lo largo de su vida, un fenómeno llamado hermafroditismo secuencial. En el pez payaso, los peces más pequeños son machos, y el pez dominante y más grande en un grupo se convierte en hembra. En muchos wrasses ocurre lo contrario: la mayoría de los peces son inicialmente hembras y se vuelven machos cuando alcanzan cierto tamaño. Los hermafroditas secuenciales pueden producir ambos tipos de gametos a lo largo de su vida, pero en cualquier punto dado son femeninos o masculinos.
En algunos helechos, el sexo predeterminado es el hermafrodita, pero los helechos que crecen en el suelo que previamente ha apoyado a los hermafroditas están influenciados por hormonas residuales para desarrollarse en cambio como masculinos.
Dimorfismo sexual
Muchos animales y algunas plantas tienen diferencias en tamaño y apariencia entre los sexos masculino y femenino, un fenómeno llamado dimorfismo sexual. Las diferencias de sexo en los humanos incluyen, generalmente, un tamaño más grande y más vello corporal en los hombres; las mujeres tienen senos, caderas más anchas y un mayor porcentaje de grasa corporal. En otras especies, las diferencias pueden ser más extremas, como las diferencias en la coloración o el peso corporal.
Los dimorfismos sexuales en animales a menudo se asocian con la selección sexual: la competencia entre individuos de un sexo para aparearse con el sexo opuesto. Las cornamentas en el venado macho, por ejemplo, se usan en combate entre machos para obtener acceso reproductivo a las hembras de venado. En muchos casos, el macho de una especie es más grande que la hembra. Las especies de mamíferos con dimorfismo de tamaño sexual extremo tienden a tener sistemas de apareamiento altamente poligínicos, presumiblemente debido a la selección para el éxito en la competencia con otros machos, como los elefantes marinos. Otros ejemplos demuestran que es la preferencia de las mujeres la que impulsa el dimorfismo sexual, como en el caso de la mosca de los ojos de acechamiento.
Otros animales, incluidos la mayoría de los insectos y muchos peces, tienen hembras más grandes. Esto puede estar asociado con el costo de producción de óvulos, que requiere más nutrición que la producción de espermatozoides: las hembras más grandes pueden producir más óvulos. Por ejemplo, las arañas viudas negras del sur hembra suelen tener el doble de longitud que los machos. Ocasionalmente este dimorfismo es extremo, con los hombres reducidos a vivir como parásitos dependientes de la hembra, como en el rape. Algunas especies de plantas también exhiben dimorfismo en el que las hembras son significativamente más grandes que los machos, como en el musgo Dicranum y la hepática Sphaerocarpos . Existe alguna evidencia de que, en estos géneros, el dimorfismo puede estar ligado a un cromosoma sexual, o a la señalización química de las mujeres.
En las aves, los machos a menudo tienen una apariencia más colorida y pueden tener características (como la larga cola de pavos reales masculinos) que parecen poner al organismo en desventaja (por ejemplo, los colores brillantes parecerían hacer que un ave sea más visible para los depredadores). Una explicación propuesta para esto es el principio de desventaja. Esta hipótesis dice que, al demostrar que puede sobrevivir con tales desventajas, el macho está anunciando su aptitud genética a las hembras, rasgos que también beneficiarán a las hijas, que no se verán afectadas por esas desventajas.