Tamanho do espermatozoide e do óvulo evoluiu a partir da competição

Recursos limitados levaram os gametas masculino e feminino a diferirem enormemente em tamanho e número

Espermatozoide e óvulo: tamanhos resultantes de competição e seleção natural. Crédito: Gerd Altmann por Pixabay

Na maioria dos animais vivos, os óvulos são muito maiores do que os espermatozoides. Em humanos, por exemplo, um único óvulo tem 10 milhões de vezes o volume de um espermatozoide.

Em um novo estudo, pesquisadores da Northwestern University (EUA) descobriram que a competição e a seleção natural geraram essa curiosa discrepância de tamanho. Seu trabalho foi publicado online na revista “Journal of Theoretical Biology”.

Usando modelagem matemática, os pesquisadores consideraram um momento muito precoce na evolução, quando as espécies primordiais se reproduziam usando fertilização externa. No modelo, células reprodutivas maiores, ou gametas, apresentavam uma vantagem competitiva porque poderiam conter mais nutrientes para um zigoto potencial. Gametas menores, no entanto, exigiam menos recursos para ser produzidos, o que colocava menos estresse sobre os pais.

Diferença quase inevitável

“Os organismos precisavam produzir os maiores gametas com mais provisões ou os menores gametas para usar o mínimo de recursos”, disse Daniel Abrams, da Northwestern University, autor sênior do estudo. “Acreditamos que essa diferença de tamanho é quase inevitável, com base em suposições plausíveis sobre como funciona a reprodução sexual e como funciona a seleção natural.”

Abrams é professor de ciências da engenharia e matemática aplicada na Escola de Engenharia McCormick da Northwestern. Joseph Johnson, doutorando no laboratório de Abrams, é o primeiro autor do artigo. Nathan White e Alain Kangabire, graduandos no laboratório de Abrams, são os coautores do artigo.

O modelo da equipe da Northwestern começa com isogamia, um estado primordial em que todos os gametas eram aproximadamente do mesmo tamanho e sexos distintos ainda não existiam. A equipe então desenvolveu e aplicou um modelo matemático simples para mostrar como a isogamia fez a transição para anisogamia, um estado em que os gametas se tornavam muito pequenos ou muito grandes – precursores de espermatozoides e óvulos associados aos sexos biológicos hoje.

Economia de recursos

No modelo, a anisogamia emergiu da competição para sobreviver em um ambiente com recursos limitados. Os gametas tinham maior probabilidade de sobreviver se tivessem uma vantagem em tamanho sobre seus vizinhos, levando a uma “corrida armamentista” que favorecia gametas cada vez maiores. Mas os organismos não podiam produzir muitas células sexuais sem precisar eles próprios de cada vez mais recursos. Eles poderiam, entretanto, economizar seus recursos produzindo muitos gametas minúsculos.

“No início da evolução, quando surgiu a reprodução sexual, os gametas eram simétricos. Mas é aqui que a simetria se quebra”, disse Abrams. “Acabamos com alguns organismos especializados em gametas grandes e outros especializados em gametas pequenos.”

Abrams disse que um mistério remanescente é por que algumas espécies isogâmicas ainda existem hoje. Alguns tipos de algas e fungos, por exemplo, se reproduzem assexuadamente ou com tipos de acasalamento simétrico.

“Existem diferentes teorias sobre como surgiu a anisogamia, desde Charles Darwin”, disse Abrams. “As questões da biologia evolutiva são muito difíceis de testar porque só podemos estudar as espécies que existem hoje. Não podemos ver como eram há bilhões de anos. O uso de modelos matemáticos pode gerar novos conhecimentos e compreensão.”

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