Miksi organismit aloittivat sukupuolen sen sijaan, että pelkästään lisääntyisivät epäseksuaalisesti, kuten elämä teki miljardeja vuosia - ja yhä, yksisoluisten organismien ja joidenkin kasvien ja sienten tapauksessa - on vähän mysteeri. Seksuaalinen lisääntyminen kehittyi noin miljardi vuotta sitten tai enemmän, huolimatta tarvittavasta lisäenergiasta ja näennäisestä esteestä, joka on tarpeen löytää sopiva parikaveri. Vallitsevien teorioiden mukaan sukupuolesta tuli hallitseva lisääntymismuoto johtuen suuremman geneettisen monimuotoisuuden eduista, mikä antaa jälkeläisille mahdollisuuden sopeutua muuttuvaan ympäristöön ja pitää lajeja askeleen edellä vanhempien ruttoon kehittyneistä loisista.
Mutta uudessa PLOS Biology -julkaisussa tutkijaryhmä, jota johtavat Montpellierin yliopisto Ranskassa ja Deakinin yliopisto Australiassa, ehdottaa toista syytä, miksi elämä alkoi ja jatkoi seksiä: tarttuvien, syöpäsairauksien uhka.
"Ehdotamme, että sukupuolinen lisääntyminen kehittyy estämään tarttuvien itsekkykyisten neoplastisten huijareiden solujen tunkeutumista, jota jäljempänä kutsutaan tarttuviksi syöpäsoluiksi", Frederic Thomas, Montpellierin yliopiston evoluutiobiologi ja tutkimuksen pääkirjailija, sanoo sähköpostissa. "Tietojemme mukaan tämä valikoiva skenaario sukupuolen alkuperäisestä kehityksestä elämäpuussa on uusi."
Syöpä ei ollut ongelma varhaisimmille elämänmuodoille, prokaryooteille tai yksisoluisille organismeille, joilla ei ole solun ydintä, kuten bakteereille ja arhaalle. Nämä olennot lisääntyvät aseksuaalisesti, tekemällä kopion yksittäisestä kromosomistaan ja kloonaamalla ne itseensä.
Mutta asiat muuttuivat eukaryoottien evoluution myötä yli 2, 5 miljardia vuotta sitten. Nämä organismit sisältävät keskeisiä ytimiä, jotka kattavat niiden genomit joukossa kromosomeja. Eukaryoottiryhmät liittyivät toisiinsa muodostaen ensimmäiset monisoluiset organismit - kaiken maapallon monimutkaisen elämän edeltäjät, kasveista hyönteisiin ja matelijoihin nisäkkäisiin. Kun nämä organismit lisääntyvät, geneettinen materiaali saadaan aikaan kahdelta paristolta, jolloin syntyy geneettisesti ainutlaatuisia jälkeläisiä.
"Seksi näyttää seuranneen, suoraan edeltäneen tai tosiasiallisesti merkinneen siirtymistä eukaryoottiseen elämään", sanoo Iowan yliopiston biologian apulaisprofessori Maurine Neiman, joka tutkii sukupuolielinten lisääntymistä, mutta ei ollut mukana uudessa tutkimuksessa. Hänen mukaansa evoluutiobiologian suuri kysymys on miksi.
Seksi on todella monimutkaista ja tehotonta. Monien organismien on sijoitettava biologiset resurssit piirteisiin, jotka palvelevat yksinomaan perämiestä, kuten riikinkukkojen höyheniä. Jopa kopuraatio itsessään sisältää riskin. "Organismit ovat usein kirjaimellisesti kiinni toisiinsa, eikä siinä ole todellakaan hienoa tilannetta", Neiman sanoo. Ajatus siitä, että olento, joka on riittävän menestynyt lisääntymiskypsyyden saavuttamiseksi, haluaisi sekoittaa geneettisen kaavan, on myös outo. “Olet aika varma asia, jos olet kasvanut ja onnistunut. Miksi menisit tekemään vauva erilaiseksi kuin sinä? "
Sekoittamalla genetiikkaa seksuaalinen lisääntyminen tuottaa suuremman geneettisen monimuotoisuuden väestössä rajoittaen syöpäsolujen leviämistä väestön yksilöiden välillä. (Thomas et ai. / PLOS Biology 10.1371) Yksi johtava teoria tunnetaan Punaisen kuningattaren hypoteesina. Idea viittaa siihen, että kun monisoluinen elämä kehittyi, samoin loivat ja patogeenit, jotka sitä vaivasivat. Käyttämällä seksiä luomalla jälkeläisiä, joilla on ainutlaatuiset geneettiset piirteet, jotkut jälkeläisistä voivat saada vastustuskyvyn viroille, jotka muuten uhkaavat koko lajia. Seksuaalinen lisääntyminen on tapa pysyä askeleen eteenpäin evoluutioaseiden kilpailussa. (Hypoteesin nimi tulee Punaisen kuningattaren lausunnosta Alice: lle Lewis Carrollin teoksessa Katsekaapin läpi : "Nyt, täällä, kaikki juokseminen, jonka voit tehdä, pitää samassa paikassa." )
Uusi tutkimus ehdottaa, että syöpäsoluja voidaan pitää toisena loisen muotona. Kun varhaiset solut leimautuivat yhteen muodostamaan yksittäisiä eukaryoottisia organismeja, näiden organismien olisi pitänyt suojautua jäsensoluilta, jotka kieltäytyivät alistamasta itsensä kokonaisuudelle - ”sisäisille huijareiden soluille” tai syöpäsoluille. Varhaisten monisoluisten organismien olisi myös tarvinnut kehittää suojakeinoja muiden organismien pahanlaatuisia soluja tai tarttuvia syöpiä vastaan.
Sellaisilla varhaisilla immuunijärjestelmillä olisi ollut helpompi aika erottaa terveet solut ja pahanlaatuiset kasvaimet, tutkimuksen mukaan jos sukupuolinen lisääntyminen olisi luonut jälkeläisiä, jotka ovat geneettisesti erillisiä ympäröivistä organismeista. Syöpäsoluihin kohdistaminen olisi voinut luoda evoluutiopaineen omaksua sukupuolta, samanlainen kuin loisten ja muiden patogeenien aiheuttama paine.
"Pahanlaatuisilla soluilla - ainakin mielestämme - on sama merkitys evoluutiobiologiassa ja ekologiassa kuin muilla kuin itseisillä loisilla, ja siksi niitä pitäisi pitää yhtä tärkeinä kuin loisia ja mikrobiotaa", Thomas sanoo. "Syöpä ei ole vain tauti, se on evoluutiovoima."
New Orleansin yliopistossa sukupuolen kehitystä ja isäntä-lois-vuorovaikutusta tutkivan biologin Steve Johnsonin mukaan tämä ajatus voisi olla tehokas uusi tapa ajatella evoluutiota. "Mitä enemmän ajattelen sitä, uskon todella, että tämä voisi olla erittäin tärkeä uusi lähestymistapa", hän sanoo sähköpostissa. "Pidän etenkin heidän yhdistämisestä Punaisen kuningattaren mallintamiseen ajatukseen, että seksuaalinen lisääntyminen vähentää ainutlaatuista loista, tarttuvia syöpäsoluja."
"Voit ajatella syöpää kuin tätä itsekästä ilmiötä, joka kuolee yksilön mukana", Neiman lisää. ”Mutta entä jos ei? Kuinka se muuttaisi evoluutiomaisemaa? ”
Artikkelissa Thomas ja kollegat esittelevät joitain muutoksia evoluutiomaisemassa, joita he odottaisivat nähdäkseen, onko heidän hypoteesinsa oikea. Esimerkiksi tarttuvat syövät olisivat todennäköisesti harvinaisia seksuaalisesti lisääntyvissä lajeissa, ja näin on itse asiassa. Vain kourallinen esimerkkejä on olemassa, kuten Tasmanian paholaisen kasvovauriot ja leukemia joissakin simpukoissa.
Ryhmä ennustaa myös, että suurin osa epäseksuaalisesti lisääntyvistä lajeista olisi joko suhteellisen nuoria tai erityisesti syöpään vastustuskykyisiä. Ja todellakin, he huomasivat, että noin puolet tunnetuista aseksuaalisista suvusta on arvioitu olevan alle 500 000 vuotta vanhoja. "Jäljelle jäävä 50 prosenttia suvusta koostuu evoluutio-skandaaleista" organismeista, joiden tiedetään olevan resistenttejä perimää vaurioittaville aineille ", uusi lehti sanoo. Sellaiset organismit, Thomas sanoo, saattaisi olla tutkimuksen arvoinen saadakseen lisätietoja syövänsuojauksista lääketieteelliseen käyttöön.
Mutta sukupuolen alkuperää pidetään vaikeana ongelmana evoluutiobiologiassa. Neimanin mielestä uudessa teoriassa on elementtejä, jotka eivät aivan liity yhteen - ainakaan ei vielä. Esimerkiksi nykypäivän olentojen keskuudessa tarttuvien syöpien harvinaisuus ei tue tätä uutta teoriaa.
"Universumi, jossa syöpä selitti seksiä, edellyttäisi, että nämä tarttuvat syövät olivat todella melko yleisiä", Neiman sanoo. Hän ihmettelee myös yhtä teorian keskeisistä oletuksista, että vanhempien ja jälkeläisten geneettinen erottelu olisi tosiasiallisesti tekijä onnistuneessa torjunnassa syöpäinfektioiden torjumiseksi. "En ole varma, että se on testattu hyvin, ja se on erittäin tärkeä oletus."
Thomas myöntää, että hänen tiiminsä hypoteesi on vahvistettava kokeiluilla, joista tällä hetkellä puuttuu. "Ehdotamme asiakirjassa useita suuntaviivoja siihen, tyylikkäin vaihtoehto olisi käyttää eläinten kloonaamista arvioimaan aseksuaaliseen lisääntymiseen liittyviä syöpäsolujen leviämisriskiä", hän sanoo. Jos uusi sukupuolielinten lisääntymisen teoria on oikea, todennäköisyyden, että äiti siirtää syöpäsoluja jälkeläisilleen, tulisi olla suurempi, jos alkio on äidin istutettu klooni eikä geneettisesti erillinen alkio.
Ryhmä työskentelee myös kloonattujen hydra-aineiden, meren eliöiden kanssa, jotka voivat lisääntyä sekä seksuaalisesti että epäseksuaalisesti ympäristöolosuhteista riippuen. Deakinin yliopiston elämäntutkijan ja uuden tutkimuksen yhteistyökumppanin Thomas Madsenin mukaan tavoitteena on ”yrittää” saastuttaa ”terveet kloonihydrat syöpäsoluilla ja tutkia niiden evoluutiovastetta.” Jos uusi sukupuolen teoria on oikea, tartunnan saaneiden hydrien tulisi valita sukupuolinen lisääntyminen kuin seksuaalinen.
Mutta sukupuolen alkuperä on aina ollut sotkuinen, ja Neiman uskoo sen pysyvän sellaisena. "Uskon, että biologian monimutkaisuus ja pelkkä sotkuisuus vaativat usein niin kutsuttuja moniarvoisia tai moninaisia selityksiä", hän sanoo. "En usko, että tulee olemaan koskaan yleistä, tyylikästä, yksittäistä, yksinkertaista ratkaisua."
