¿Por qué algunos animales tienen esperma 20 veces más largo que su cuerpo?

Todos los espermatozoides realizan el mismo trabajo básico: Fecundan los óvulos. Pero en un nuevo estudio, los investigadores han descubierto que el tamaño importa, y es en gran medida la hembra la que empuja a los espermatozoides a ser grandes o pequeños.

Los espermatozoides tienen una enorme variedad de tamaños. Por ejemplo, la avispa parasitoide Cotesia congregata produce pequeños nadadores que miden menos de una milésima de centímetro, mientras que las moscas de la fruta fabrican espermatozoides con colas de 6 cm que se enrollan fuertemente para caber dentro de sus diminutos cuerpos.

En el nuevo estudio, los investigadores se propusieron determinar cómo varía el tamaño de los espermatozoides entre las distintas especies y qué podría explicar las diferencias.

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"Tenemos todos estos estudios que muestran evidencias de que la selección natural empuja el tamaño del esperma en varias especies a ser más grande o más pequeño, pero queríamos tener una visión más amplia y buscar las tendencias entre las especies", dijo el autor principal Ariel Kahrl, un investigador postdoctoral en biología evolutiva en la Universidad de Estocolmo.

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Kahrl y sus colegas examinaron datos de 3.200 especies y descubrieron un principio rector que determina el tamaño del esperma en una especie: Las hembras con tractos reproductivos pequeños impulsan la producción de esperma más grande, y la necesidad de esparcir el esperma a lo largo y ancho reduce el esperma a través de escalas de tiempo evolutivas.

He aquí la razón. En su mayoría, los animales utilizan dos modos de reproducción sexual. Un grupo -que incluye a los mamíferos, los insectos y las aves- son fecundadores internos que llevan los huevos dentro de su cuerpo. Los fecundadores externos, por el contrario, expulsan sus huevos al medio ambiente y esperan lo mejor. Por lo general, estas especies viven en el agua, como los peces y los erizos de mar. En ambas modalidades, toneladas de espermatozoides compiten en una batalla real por el premio de fecundar el óvulo, pero los retos de cada modalidad ejercen una increíble presión evolutiva sobre el tamaño del esperma.

"Descubrimos que los fertilizadores externos tienden a tener espermatozoides realmente pequeños porque tienen que hacer una tonelada para llegar a los óvulos", dijo Kahrl. La fecundación externa requiere la expulsión de una nube de esperma, normalmente en el agua. A medida que los espermatozoides se dispersan, se diluyen, por lo que la mejor estrategia sería producir el mayor número posible de espermatozoides para maximizar la posibilidad de que al menos uno llegue a un óvulo. Dado que un animal tiene una cantidad limitada de energía para fabricar esperma, no puede permitirse hacerlos más grandes de lo necesario.

La situación es completamente distinta para los fecundadores internos. "Creemos que, en el caso de los fecundadores internos, el tracto reproductivo de la hembra influye en el modo en que los espermatozoides luchan entre sí", afirma el coautor del estudio, John Fitzpatrick, profesor adjunto de biología que también trabaja en la Universidad de Estocolmo. En la fecundación interna, los espermatozoides trabajan en un espacio reducido, por lo que la reproducción se convierte menos en una búsqueda del tesoro y más en un juego del rey de la colina. En esta situación, los más grandes pueden ser mejores para apartar a otros espermatozoides del camino, independientemente de que procedan del mismo padre o de diferentes padres potenciales.

"Algunas de estas especies fabrican espermatozoides enormes, y si los fabricas, no haces tantos", dijo Kahrl. "Estos machos enrollan su esperma como un ovillo y lo pasan".

Además de la fecundación interna y externa, los investigadores examinaron un tercer modo de reproducción más raro, llamado spermcasting. Por ejemplo, un mejillón de río podría expulsar esperma en un arroyo, y ese esperma recorrería las corrientes hasta ser recogido por una hembra estacionaria que se alimenta por filtración.

"Con el spermcasting, tienes este efecto de dilución porque los espermatozoides son expulsados al agua, pero cuando los espermatozoides entran en la hembra, evolucionan rápidamente bajo los mismos tipos de presiones que vemos en los fertilizadores internos", dijo Fitzpatrick a Live Science. Sin embargo, los espermatozoides de las hembras tienen nadadores más pequeños, de un tamaño similar al de los espermatozoides de los fecundadores externos, probablemente porque el hecho de expulsar los espermatozoides al agua incentiva la fabricación de más cantidad, lo que les obliga a ser pequeños. Pero una vez que esos espermatozoides son captados por la hembra, los más grandes tienden a ganar.

A pesar de ser fecundadores internos, los humanos no tienen espermatozoides monstruosos. En cambio, el esperma humano mide unos modestos 0,002 pulgadas (0,005 cm) de largo, dentro del rango observado en los fertilizantes externos. Esto se debe a que los animales con cuerpos más grandes tienen tractos reproductivos que permiten que los espermatozoides se extiendan de forma similar a como lo hacen los espermatozoides de los fecundadores externos.

Cuanto más pequeño es el tracto reproductivo, más grande es el esperma. Y en el caso de la mosca de la fruta, es lo más estrecho posible. "El esperma de la mosca de la fruta tiene 20 veces la longitud del cuerpo del animal", dijo Kahrl.

Los investigadores publicaron sus resultados el 21 de junio en la revista Nature Ecology & Evolution.