Zakaj so se organizmi začeli seksati, namesto da bi se razmnoževali preprosto aseksualno, kot je življenje minilo več milijard let - in to še vedno velja za enocelične organizme ter nekatere rastline in glive - je skrivnost. Spolno razmnoževanje se je razvijalo pred približno milijardo let ali več, kljub dodatni potrebni energiji in navidezni oviranosti, da bi morali poiskati primernega partnerja. Prevladujoče teorije trdijo, da je spol postal prevladujoča oblika razmnoževanja zaradi koristi večje genske raznolikosti, ki je omogočila potomcem, da se prilagodijo spreminjajočemu se okolju in ohranjajo vrste za korak pred paraziti, ki so se razvili za kugo v starših.
Toda v novem prispevku PLOS Biology skupina znanstvenikov, ki sta jo vodila Univerza v Montpellieru v Franciji in Univerza Deakin v Avstraliji, nakazuje še en razlog, da se je življenje začelo in seksala: grožnja prenosljivih, rakavih prostega nakladalcev.
"Predlagamo, da se spolno razmnoževanje razvije, da prepreči invazijo s transmisivnimi sebičnimi neoplastičnimi goljufijami, odtlej jih imenujemo transmisivne rakave celice, " v e-sporočilu piše Frederic Thomas, evolucijski biolog z univerze v Montpellieru. "Kolikor vemo, je ta selektivni scenarij za začetni razvoj seksa čez drevo življenja nov."
Rak ni bil težava za najzgodnejše oblike življenja, prokariote ali enocelične organizme, ki nimajo celičnega jedra, na primer bakterije in arheje. Ta bitja se razmnožujejo aseksualno in naredijo kopijo svojega edinstvenega kromosoma in se v bistvu klonirajo.
A stvari so se spremenile z evolucijo evkariotov pred več kot 2, 5 milijarde let. Ti organizmi vsebujejo osrednja jedra, ki obsegajo njihove genome v naboru kromosomov. Skupine evkariotov so se združile in tvorile prve večcelične organizme - predhodnike vsega zapletenega življenja na Zemlji, od rastlin do žuželk in plazilcev do sesalcev. Ko se ti organizmi razmnožujejo, gensko gradivo prispevata dva prijatelja, ki ustvarita gensko edinstveno potomstvo.
"Zdi se, da je seks spremljal, neposredno pred njim ali dejansko zaznamoval prehod v evkariontsko življenje, " pravi Maurine Neiman, izredni profesor za biologijo na univerzi v Iowa, ki preučuje spolno razmnoževanje, vendar ni bil vključen v novo študijo. Veliko vprašanje v evolucijski biologiji, pravi, je, zakaj.
Seks je resnično zapleten in neučinkovit. Številni organizmi morajo vlagati biološke vire v lastnosti, ki služijo edinemu namenu privabljanja mate, na primer perje pava. Celo samo dejanje kopulacije nosi tveganje. "Organizmi so pogosto dobesedno zlepljeni in to v resnici ni super, " pravi Neiman. Nenavadno je tudi zamisel, da bi se bitje, ki je dovolj uspešno za doseganje reproduktivne zrelosti, zapletlo z gensko formulo. »Nekako si prepričana, če si odrasla in bila uspešna. Zakaj bi šel in naredil otroka, ki se razlikuje od tebe? "
S kombiniranjem genetike spolno razmnoževanje povzroča večjo gensko raznolikost v populaciji, kar omejuje prenos rakavih celic med posamezniki v populaciji. (Thomas et al. / PLOS Biology 10.1371) Ena vodilnih teorij je znana kot hipoteza Rdeče kraljice. Ideja kaže, da se je z razvojem večceličnega življenja tako pojavilo tudi zajedavce in patogene, ki so ga zaboleli. Z uporabo seksa za ustvarjanje potomcev z edinstvenimi genetskimi lastnostmi lahko nekateri potomci pridobijo odpornost na hrošče, ki bi sicer ogrožale celotne vrste. Spolno razmnoževanje služi kot korak pred evolucijsko dirko orožja. (Ime hipoteze izvira iz izjave Rdeče kraljice do Alice v filmu Lewisa Carrolla Skozi ogledalo: "Zdaj, vidite, traja vse, kar lahko naredite, da se zadržite na istem mestu." )
Nova študija kaže, da lahko rakave celice štejemo za drugo obliko parazita. Ker so se zgodnje celice združile v enotne evkariontske organizme, bi se morali ti organizmi varovati pred celicami članic, ki se nočejo podrediti celotnemu - "notranjim goljufijskim celicam" ali rakom. Zgodnji večcelični organizmi bi prav tako morali razviti zaščito pred napadi malignih celic iz drugih organizmov ali prenosljivih rakov.
Takšen zgodnji imunski sistem bi lažje razlikoval med zdravimi celicami in malignimi boleznimi, trdi študija, če bi spolno razmnoževanje ustvarilo potomce, ki bi se genetsko razlikovali od okoliških organizmov. Ciljno usmerjanje rakavih celic bi lahko ustvarilo evolucijski pritisk za prevzem seksa, podobno pritisku parazitov in drugih patogenov.
"Maligne celice - vsaj po našem mnenju - imajo v evolucijski biologiji in ekologiji enak pomen kot nesebični zajedavci, zato jih je treba šteti za pomembne kot parazite in mikrobioto, " pravi Thomas. "Rak ni samo bolezen, temveč evolucijska sila."
Ta ideja bi lahko pomenila nov način razmišljanja o evoluciji, meni Steve Johnson, biolog, ki preučuje evolucijo spola in interakcij med gostitelji in zajedavci na Univerzi v New Orleansu. "Bolj ko razmišljam o tem, resnično verjamem, da bi to lahko bil zelo pomemben nov pristop, " pravi v elektronskem sporočilu. "Še posebej mi je všeč njihovo povezovanje modelov Rdeče kraljice z idejo, da spolno razmnoževanje zmanjšuje edinstveno vrsto parazita, prenosljive rakave celice."
"O raku si lahko mislite kot o sebičnem pojavu, ki s posameznikom umre, " doda Neiman. "Ampak kaj, če ne? Kako bi to spremenilo evolucijsko pokrajino? "
V prispevku Thomas in sodelavci navajajo nekatere spremembe evolucijske pokrajine, za katere bi pričakovali, da bodo njihove hipoteze pravilne. Prenosljivi raki bi bili na primer verjetno redki pri spolno razmnoževalnih vrstah, in to je v resnici tako. Obstaja le nekaj primerov, kot so Tasmanian vražje obrazne lezije in levkemija v nekaterih školjkah.
Skupina tudi napoveduje, da bi bila večina aseksualno razmnoževalnih vrst sorazmerno mlada ali pa je posebej prilagojena za odpor proti raku. In res so ugotovili, da je približno polovica znanih aseksualnih rodov starih manj kot 500.000 let. "Preostalih 50 odstotkov rodov je sestavljeno iz evolucijsko škandaloznih" organizmov, za katere je znano, da so odporni na mutagene, pravi nov dokument. Takšne organizme, pravi Thomas, bi bilo vredno preučiti, če bi izvedeli več o njihovi protirakavi zaščiti za medicinsko uporabo.
A obstaja razlog, da se v seksu v evolucijski biologiji pojavlja seks. Po Neimanovi oceni obstajajo elementi nove teorije, ki se še ne seštevajo - vsaj še ne. Na primer redkost prenosljivih rakov med današnjimi bitji morda ne podpira te nove teorije.
"Vesolje, v katerem je rak razlagal spol, bi zahtevalo, da bi bili ti nalezljivi raki res precej pogosti, " pravi Neiman. Sprašuje se tudi o eni izmed osrednjih predpostavk teorije, da bi bila genetska prepoznavnost staršev in potomcev dejansko dejavnik uspešnega boja proti rakavi okužbi. "Nisem prepričan, da je bil dobro preizkušen, in to je zelo ključna predpostavka."
Thomas priznava, da je treba hipotezo svoje ekipe potrditi z eksperimentiranjem, kar na tej točki primanjkuje. "V prispevku predlagamo več smeri, najelegantnejša bi bila uporaba kloniranja živali za oceno tveganja za prenos rakavih celic, povezanega z aseksualno razmnoževanjem, " pravi. Če je nova teorija spolnega razmnoževanja pravilna, bi morala biti verjetnost, da mati prenese rakave celice svojemu potomcu, večja, če je zarodek materni implantirani klon, namesto gensko ločenega zarodka.
Ekipa sodeluje tudi s klonirano hidro, morskimi organizmi, ki se lahko razmnožujejo tako spolno kot aseksualno, odvisno od okoljskih razmer. Po besedah Thomasa Madsena, življenjskega znanstvenika z univerze Deakin in soavtorja nove študije, je cilj "poskusiti 'okužiti' zdrave klonske hidre z rakavimi celicami in raziskati njihov evolucijski odziv." Če je nova teorija spola pravilna, okuženi hidri bi morali izbrati spolno razmnoževanje nad aseksualnimi.
Toda izvor seksa je bil vedno zmešan in Neiman verjame, da bo tako tudi ostalo. "Mislim, da bo zapletenost in zgolj zmeda biologije pogosto zahtevala tisto, čemur pravimo pluralistična ali večkratna razlaga, " pravi. "Mislim, da nikoli ne bo splošne, elegantne, enotne in preproste rešitve."
