Mitad niño, mitad niña

La determinación del sexo en los animales es una cuestión que involucra un reto de dos opciones: macho o hembra, pero ¿por qué existen organismos que pueden tener ambos sexos en un mismo cuerpo?  Y  con esto  no me refiero a los hermafroditas, cuya mezcla de los dos sexos a menudo inicia y termina en los genitales, sino a una división de cuerpo entero, verdaderas quimeras que, de forma científica, se denominan ginandromorfos.

¿Qué son los ginandromorfos? 

Los ginandromorfos son animales que nacen con una asimetría bilateral, es decir, un lado se desarrolla con las características del macho y del otro lado con las características típicas de la hembra, el nombre proviene de  gina=hembra, andro=macho, morfo=forma [1]. Es posible distinguirlos porque muchas especies presentan dimorfismo sexual, es decir diferencias entre la hembra y el macho.

El primer registro de un ginandromorfo fue en el siglo XVIII con una  langosta que fue presentada como un espécimen sorprendente a la Real Sociedad de Inglaterra, desde entonces se han añadido cangrejos, gusanos, mariposas, abejas, víboras y varias especies de aves fig.1 [2].  Es difícil precisar que tan comunes son, se estima que 1 en 10 000 y 1 en 1 000 000 animales desarrollan esta condición [3].

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Fig. 1. Organismos ginandromorfos que se distinguen por su dimorfismo sexual bilateral. 1. Langosta (www.thenatureanimals.com). Cardenal (Foto crédito Larry P Ammann http://www.angelfire.com). Escarabajo (Crédito: Colorado Museum of Natural History futurism.com

¿Cómo se determina el sexo?

Para empezar debemos recordar que biológicamente el sexo se determina por una combinación de cromosomas. Tomemos el ejemplo de los seres humanos, todos poseemos dos tipos de células: las células somáticas y las células sexuales. Las primeras conforman todas las células de nuestro cuerpo (células de la sangre, de hígado, neuronas, etc), excepto por dos tipos de células: los espermatozoides y los óvulos, que corresponden a las células sexuales fig.2.

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Fig 2. Descripción de los cromosomas en las células somáticas y sexuales en el ser humano.

Las células somáticas tienen 46 cromosomas incluyendo dos cromosomas sexuales: los hombres tienen un cromosoma Y y uno X (XY) y las mujeres dos cromosomas X (XX).

Por otra parte, las células germinales tienen únicamente 22 cromosomas más un cromosoma sexual. En los óvulos siempre serán estos 22 cromosomas más el cromosoma X. En el lado masculino, por otra parte, habrá algunos espermatozoides que tengan el cromosoma X y otros el cromosoma Y (No existen diferencias morfológicas entre los espermatozoides X y los Y, algo que anteriormente se creía [4]).

En el caso de las aves, algunos peces, crustáceos, insectos y reptiles; la hembra es la que determina el sexo de la descendencia. Las células somáticas de los machos tienen dos cromosomas denominados Z (ZZ) y las hembras un cromosoma Z y uno W (ZW). En el caso de las células germinales, algunos óvulos serán Z y otros serán W, por tanto al fusionarse con el cromosoma Z del macho, será el óvulo el que determinará el sexo de los hijos fig.3 [5].

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Fig.3 El macho posee los mismos cromosomas sexuales, es homomórfico. El óvulo de la hembra es la que determina el sexo de los hijos, ya que es heteromórfica, al igual que el espermatozoide en los hombres.

¿Cómo se relaciona esto con los ginandromorfos?

Enfocándonos en el caso de las aves, antes se pensaba que para que surgieran estás quimeras, uno de los cromosomas sexuales se tenían que perder, es decir si algunas células con los cromosomas WZ si perdían el cromosoma W, en lugar de tener características femeninas tendrían masculinas (la pérdida de un cromosoma sexual parece ser que si está involucrado en el desarrollo de insectos ginandromorfos).

Sin embargo en 2010 se publica un estudio donde se demuestra que gallinas ginandromorfas tienen todos sus cromosomas sexuales normales y completos [6].  Entonces…

¿Cómo se forman los ginandromorfos?

Una de las hipótesis más antiguas que se ha postulado se relaciona con un desarrollo atípico de las células sexuales femeninas.

Cuando un óvulo se forma,  esta célula descarta la mitad de sus cromosomas, en una “bolsa de DNA” denominada cuerpo polar durante un proceso llamado meiosis. Sin embargo en casos raros, el óvulo puede mantener el cuerpo polar así como su propio núcleo [3].

Si ambos pronúcleos son fertilizados y la célula comienza a dividirse, cada parte del cuerpo comenzará a dividirse con su propio sexo.

Pero vayamos, por partes. Primero, la meiosis es un proceso único de células germinales en las que a partir de una célula con su juego completo de cromosomas produce cuatro células con la  mitad de los cromosomas.

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Fig.4 Izquierda. Oogenesis de la gallina. Primero se parte de una célula con 78 cromosomas llamada oocito primario que, bajo dos rondas de división, forma 4 células con la mitad de los cromosomas iniciales, es decir 39. Entre estas células se encuentran el óvulo maduro que se usa en la fecundación (También puede existir un óvulo W). Derecha. Fotografía real de un óvulo maduro y los tres cuerpos polares de una mujer.

La meiosis para formar óvulos se denomina oogénesis y, para esto se parte de una célula llamada oocito primario, que se caracteriza por tener su juego completo de cromosomas (en el caso de las gallinas es de 78 cromosomas).

Es un proceso de dos pasos:

  • El primer paso es llevar a cabo una primera división (o meiosis I) y formar dos células: el oocito secundario y el primer cuerpo polar.
  • Posteriormente hay otra división (meiosis II) dónde finalmente  se forman 4 células, cada una  con la mitad de los cromosomas iniciales (39): un  óvulo maduro, que es el que se une al espermatozoide durante la fecundación,  y tres cuerpos polares, que son simplemente células más pequeñas, con menor cantidad de citoplasma y que por lo regular son desechados y degradados 4.

La hipótesis, entonces es que ciertos factores ambientales provocan fluctuaciones hormonales que alteran el proceso normal de división y se bloquea la segregación del primer cuerpo polar, un fenómeno que provoca la formación de quimeras en aves fig.5 [1,3,7].

Existen por tanto 4 pronúcleos en el ovulo que pueden fácilmente ser fecundado por diferentes espermas. Por tanto ambas células ZW y ZZ coexistirán en el embrión quimérico después de la fertilización. Es de esta forma que los individuos ginandromorfos tienen los tipos celulares específicos tanto de machos como de hembras, debido a la retención de los cuerpos polares [7].

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Fig.5 Comparación en la formación de un gallo y un organismo ginandromorfo. El proceso de la derecha representa el proceso normal, dónde el cuerpo polar es eliminado y solamente se produce el óvulo maduro, que cuando es fecundado por el esperma produce un macho (ZZ). Del lado izquierda es una hipótesis para la formación de ginandromorfos, dónde los cuerpos polares se retienen y coexisten ambas células con los cromosomas masculinos y femeninos. Es posible que la mitad de los pronúcleos retenidos pueden ser degradados y solamente un par de pronucleos maternal y paternal se fusionen. Meiosis I (primera división). MII=Meiosis II (segunda división), CP=cuerpo polar, representado de color amarillo de los círculos más pequeños, también pueden tener el cromosoma Z.

Otra información que se ha obtenido empleando como modelo pinzones cebras ginandromórfico es que esta asimetría no es solamente superficial, sino que a nivel cerebral,  en el hemisferios derecho (masculino) crece un circuito neuronal necesario para los cantos de cortejo, mientras que el lado izquierdo (femenino) no [8].

Por otra parte, en 2010 investigadores usaron tres gallinas ginandromorfas  y demostraron que esta asimetría aplica para todos los tejidos y huesos que conforman el cuerpo ginandromórfico, los del macho son más largos y densos respectos a los de la hembra fig. 6 [6]

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Fig.6 Gallina ginandromórfica. Del lado derecho el aves es hembra, con un tamaño un poco menor, sin un desarrollo marcado de carúncula (carnosidad en el cuello y cabeza) y sin espolón. Del lado izquierda se encuentra la parte masculina con una musculatura más prominente, mayor tamaño, carúncula y espolón. Se muestran los cromosomas sexuales masculinos (ZZ) y femeninos (ZW) en ambos lados del cuerpo [1].

 Otras razones para que surjan los ginandromorfos

-Fertilización de dos óvulos seguidos de su fusión

-Coxistencia de cromosomas sexuales masculinos y femeninos por mutaciones o mala distribución de cromosomas [9].

-Otra posible explicación de índole ambiental es que los humanos han hecho a los ginandromorfos más comunes, por ejemplo un investigador que trabajaba con mariposas del género Lycaeides, nunca había visto ginandromorfa hasta antes del 2011 del desastre nuclear Fukushima Daiichi en Japón fig. 7 [10], cosa semejante de mariposas ginandromorfas encontradas después del  desastre de Chernóbil en Ucrania [11]

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Fig. 7. Mariposas ginandromorfas del género Lycaeides muestreadas en el norte de América. La posible explicación causal del desarrollo de estas mariposas es que quizá la radiación Fukushima Daiichi alcanzó el poniente de EUA [10].

¿Hay mamíferos ginandromorfos?

 Para los mamíferos como nosotros, parece ser que lo más importante para determinar el sexo son las hormonas sexuales viajando a través de nuestra sangre. En el momento de la fecundación y la distribución de los cromosomas, se determina el desarrollo de las gónadas y el fenotipo  masculino o femenino de las células somáticas será impuesto por las hormonas. Esto es  lo que  podría explicar porque no vemos mamíferos ginandromorfos  fig.8.

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Fig.8. Representación de un humano ginandromorfo por Conrad Lycosthenes (1557). Quizá trato solamente de simbolizar a gemelos unidos. Tomado de http://images.fineartamerica.com/images/artworkimages/mediumlarge/1/human-gynandromorph-transgender-1557-paul-d-stewart.jpg

En suma, el estudio de los organismos ginandromorfos permite elucidar preguntas sobre la determinación del sexo en seres vivos dónde las hormonas sexuales parecer ser que juegan un papel secundario y, en cambio,  cada célula somática posee una identidad sexual independiente.

Además de entender fenómenos como la “habilidad” para controlar el sexo de la descendencia, dependiendo de las condiciones ambientales, lo que resulta importante en los programas de rescate o reproducción de especies.

Fuentes de consulta

[1] Clinton M., D. Zhao, S. Sandi and D. MacBride. 2012. Evidence for avian cell autonomous sex identity (CASI) and implications for the sex-determination process? Chromosome Res 20:177–190

[2] F. Nicholls. 1729. An Account of the Hermaphrodite Lobster Presented to the Royal Society. 36(407-416): 290-294.

[3] Robson D. 2015. These animals are male on one side and female on the other. Dosponible en : http://www.bbc.com/earth/story/20150916-these-animals-are-male-on-one-side-and-female-on-the-other. Fecha de consulta: 2 de enero de 2017.

[4] Grant V. 2006. Entrenched misinformation about X and Y sperm. BMJ. 332(7546): 916.

[5] Scitable by Nature. Disponible en: http://www.nature.com/scitable/definition/zz-zw-system-217. Fecha de consulta: 3 de enero de 2017

[6] Zhao D.,  D. McBride,  S. Nandi, H. McQueen,  M. McGrew,  P. Hocking, P. Lewis, H. Sang and M. Clinton. 2010.Somatic sex identity is cell autonomous in the chicken. 464 (11): 237-242.

[7] Tagirov M, Rutkowska J. 2013. Chimeric embryos—potential mechanism of avian offspring sex manipulation. Behav Ecol. 24:802–805

[8] Arnold AP (1997) Sexual differentiation of the zebra finch songsystem: positive evidence, negative evidence, null hypotheses and a paradigm shift. J Neurobiol 33:572–584

[9] Szász E. amd B. Rosivall. 2015 The chimeric embryo hypothesis as a mechanism of avian sex ratio manipulation? Comment on Tagirov and Rutkowska. Behavioral Ecology 00(00): 1–3.

[10] Jahner J.,  L. Lucas, J. Wilson and M. Foriste. 2015.Morphological Outcomes of Gynandromorphism in LycaeidesButterflies (Lepidoptera: Lycaenidae). Journal of Insect Science 15:1-8

[11] Dantchenko A., T. Emmel and a. Surakov. 1995. Nuclear pollution and gynandromorphic butterflies in Southern Russia. Holarctic lepidóptera 2(2): 77-79.

[12] Brian D. and R. Motz. 2014. Observations of a Bilateral Gynandromorph Northern Cardinal (Cardinalis cardinalis). The Wilson Journal of Ornithology, 126(4):778-781.

PALABRAS CLAVE

GINANDROMORFO,  QUIMERAS, OOGENESIS, CUERPO POLAR, MEI

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