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Perché la partenogenesi è così rara in natura

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Una delle caratteristiche principali degli organismi viventi è la loro capacità di riprodurre se stessi, cioè di riprodursi. E quando si parla di riproduzione inevitabilmente viene in mente la parola sesso. Questo perché la stragrande maggioranza degli organismi si riproducono sessualmente e ciò significa che sono necessari due individui complementari, che forniranno le loro informazioni genetiche per la formazione del nuovo individuo. Quando diciamo “la stragrande maggioranza” non esageriamo, poiché la riproduzione sessuale è dominante nella maggior parte degli esseri viventi, dalle alghe ai vertebrati.

Nella riproduzione sessuale, è normale che ogni individuo abbia due serie di cromosomi, uno per ciascun genitore e che denotiamo con n, o numero aploide. L’organismo adulto è diploide, o 2n , il che implica che se producesse gameti con le sue informazioni genetiche ( 2n ) che si unissero a quelle del suo partner sessuale ( 2n ), allora il nuovo individuo sarebbe tetraploide ( 4n ) e ne raddoppierebbe il numero di cromosomi in ogni generazione. Per evitare questo problema, le cellule sessuali – cioè i gameti – sono aploidi ( n ) e, unendosi, generano un individuo diploide, ma con il “costo” che ciascun genitore condivide con lui solo il 50% (in media) dei geni.

Ma esiste anche la possibilità che un individuo generi una copia di se stesso senza ricorrere all’apporto di geni di un altro individuo, che avrebbe una somiglianza genetica del 100% con la sua prole. Questa è conosciuta come riproduzione asessuata ed è una prerogativa delle femmine.

È difficile definire il sesso femminile se non esiste un sesso maschile con cui contrastarlo (e viceversa), ma quando la riproduzione asessuata evolve secondariamente, cioè quando compare in una linea evolutiva che si riproduce sessualmente, allora sono le femmine a che possono effettuare questo tipo di riproduzione, perdendo il sesso maschile.

Figlie identiche alle loro madri

La partenogenesi è un tipo di riproduzione asessuata che le femmine di alcune specie utilizzano per creare copie di se stesse. Le figlie sono copie identiche della madre, ad eccezione delle mutazioni che possono apparire in ogni generazione.

Prendiamo l’esempio di una femmina di cavalluccio acquatico, che arriva su un’isola in mezzo all’oceano, sopravvive ad un viaggio difficile e si ritrova sola, senza un maschio con cui riprodursi. In genere, questa colonizzazione non avrebbe avuto successo, poiché anche se la femmina deponesse le uova, queste non sarebbero fertili.

Ma se si verificasse una mutazione che permettesse alla femmina di duplicare i cromosomi nei suoi ovuli, allora l’embrione sarebbe diploide e potrebbe essere vitale. Si può generare una popolazione di femmine clonali, identiche tra loro, che si mantiene e cresce ad una velocità doppia rispetto a quella dei discendenti di una femmina sessuata, poiché ciascuna figlia della femmina partenogenetica sarebbe capace di deporre uova, ma solo la metà di esse può deporli.

Quindi, in teoria, le femmine partenogenetiche dovrebbero dominare quella popolazione, riproducendosi a un tasso doppio rispetto alle femmine sessuate. Questo è noto come “il doppio costo del sesso”. Affinché la riproduzione sessuale possa essere mantenuta, il sesso deve conferire vantaggi che superano la capacità di crescere rapidamente che hanno le femmine partenogenetiche.

I cloni della damigella delle Azzorre

L’esempio che abbiamo scelto non è finzione. Si ispira alla storia di una specie che è distribuita dal Canada meridionale al Brasile settentrionale, e si chiama Ischnura hastata.

Questa specie ha maschi e femmine in tutte le sue popolazioni, comprese le Isole Galapagos. Ma c’è un’eccezione: le Isole Azzorre, dove secondo degli studi tutte le popolazioni di tutte le isole sono costituite da femmine partenogenetiche, cloni, che hanno avuto un tale successo da essere la specie di damigella più comune in quell’arcipelago.

L’esempio di Ischnura hastata è ciò che è noto come partenogenesi geografica, il fatto che è più probabile che la partenogenesi si evolva e si mantenga nelle posizioni estreme (margini) della distribuzione geografica di una specie.

Nessuno sa con certezza perché nelle Isole Galapagos (o nei Caraibi) Ischnura hastata non sia partenogenetica, ma lo studio delle popolazioni delle Azzorre di questa specie mostra che la riproduzione asessuata può dare un chiaro vantaggio evolutivo.

E questa specie non è l’unico esempio di partenogenesi. Le popolazioni partenogenetiche sono conosciute in tutti gli ordini di insetti (cioè grandi gruppi come coleotteri, farfalle, mosche, cavallette, ecc.), sebbene siano una minoranza.

Tra i vertebrati, la partenogenesi si è evoluta ripetutamente, nei pesci, negli anfibi, nei rettili e, più raramente, negli uccelli, ma per quanto ne sappiamo non esiste alcuna specie di mammiferi partenogenetici.

Gli svantaggi della clonazione

La partenogenesi porta ad una riduzione della variabilità genetica nella prole. Ciò potrebbe rendere queste popolazioni più suscettibili all’attacco dei parassiti, poiché, non avendo quasi nessuna variabilità genetica, i parassiti potrebbero diffondersi più facilmente in tutta la popolazione, non avendo meccanismi di difesa diversificati (tutti gli individui sono uguali).

Questa ipotesi che mette in relazione la riproduzione sessuale con il vantaggio della variabilità genetica contro i parassiti è nota come ipotesi della Regina Rossa, alludendo a un passaggio di Alice nel Paese delle Meraviglie dove, per restare nello stesso posto, bisogna correre costantemente. Cioè, per non soccombere ai parassiti, è necessario che la variabilità genetica si generi continuamente, e solo la riproduzione sessuale può farlo. Questa sarebbe una buona ragione per cui la partenogenesi non è predominante in natura.

Le modalità con cui la riproduzione sessuale viene abbandonata dalla partenogenesi sono varie e dipendono molto dal tipo di organismo. Sembra esserci una certa predisposizione negli insetti, e infatti gli Imenotteri (l’ordine che comprende api, vespe e formiche) sono aplodiploidi, e quindi tutte le specie hanno la capacità di riprodursi per partenogenesi, pur producendo solo maschi.

Le uova non fecondate danno origine a maschi aploidi (per partenogenesi) e quelle fecondate producono femmine diploidi (per riproduzione sessuale). Le femmine di questi insetti hanno la capacità di scegliere il sesso della loro prole semplicemente fecondando o meno l’uovo, e lo fanno adattando il rapporto tra i sessi alle circostanze.

Ora sappiamo che alcuni organismi unicellulari che vivono all’interno di molti insetti possono causare la partenogenesi, consentendo alle femmine di imenotteri di produrre femmine da uova non fecondate e sono persino in grado di femminilizzare o uccidere embrioni che sarebbero maschi. Si tratta di un’altra sorprendente modalità di evoluzione della riproduzione asessuata, in questo caso attraverso l’infezione da parte di un microrganismo. E come tale l’infezione può essere curata eliminando l’agente infettivo con antibiotici, perdendo così la partenogenesi.

In conclusione, nonostante il sesso sia di natura dominante, numerose sono le circostanze che hanno portato all’evoluzione della riproduzione asessuata, attraverso la partenogenesi. È molto probabile che i parassiti e le circostanze ecologiche favoriscano le forme sessuali rispetto a quelle partenogenetiche, il che spiegherebbe perché la partenogenesi è rara.