Zašto su se organizmi počeli seksati, umjesto da se jednostavno aseksualno razmnožavaju kao što je to činio milijun godina - i još uvijek to čini u slučaju jednostaničnih organizama i nekih biljaka i gljivica - pomalo je misterija. Seksualna reprodukcija razvila se prije milijardu i više godina, unatoč dodatnoj potrebnoj energiji i naizgled ometanju potrebe da se nađe odgovarajuća supruga. Prevladavajuće teorije drže da je seks postao dominantan oblik reprodukcije zahvaljujući prednostima veće genetske raznolikosti, omogućavajući potomstvu da se prilagodi promjenjivom okruženju i održi vrste jedan korak ispred parazita koji su evoluirali za kugu roditelja.
No, u novom radu PLOS Biology, tim znanstvenika pod vodstvom Sveučilišta u Montpellieru u Francuskoj i Sveučilišta Deakin u Australiji sugerira još jedan razlog zbog kojeg je život započeo i nastavio se seksati: prijetnja od transmisivnih, kanceroznih slobodnih tovara.
"Predlažemo da se seksualna reprodukcija razvija kako bi se spriječila invazija transmisivnim sebičnim neoplastičnim varalicama, od danas se nazivaju transmisivne stanice karcinoma", kaže Frederic Thomas, evolucijski biolog sa Sveučilišta u Montpellieru i vodeći autor studije, piše u e-mailu. "Koliko znamo, ovaj je selektivni scenarij za početnu evoluciju seksa preko stabla života nov."
Rak nije bio problem za najranije životne oblike, prokariote ili jednostanične organizme kojima nedostaje stanično jezgro, poput bakterija i arheja. Ta se stvorenja reproduciraju aseksualno, čineći kopiju svog jedinstvenog kromosoma i u osnovi se kloniraju.
Ali stvari su se promijenile evolucijom eukariota prije više od 2, 5 milijardi godina. Ti organizmi sadrže središnje jezgre koje obuhvaćaju njihove genome u skupu kromosoma. Skupine eukariota udružile su se u obliku prvih višećelijskih organizama - prethodnika cjelokupnog složenog života na Zemlji, od biljaka do insekata i gmizavaca do sisavaca. Kad se ti organizmi razmnožavaju, genetskom materijalu doprinose dva prijatelja, stvarajući genetski jedinstveno potomstvo.
"Čini se da je seks pratio, neposredno prethodio ili zapravo označio prijelaz u eukariotski život", kaže Maurine Neiman, izvanredni profesor biologije na Sveučilištu Iowa, koji proučava seksualnu reprodukciju, ali nije bio uključen u novo istraživanje. Kaže, veliko pitanje u evolucijskoj biologiji je zašto.
Seks je doista kompliciran i neučinkovit. Mnogi organizmi moraju ulagati biološke resurse u svojstva koja služe jedinom cilju privlačenja partnera, kao što je perje pauna. Čak i sam čin kopulacije nosi rizik. "Organizmi su često doslovno spojeni, a to zapravo i nije sjajna situacija", kaže Neiman. Ideja da se stvorenje dovoljno uspješno za postizanje reproduktivne zrelosti želi pobrkati s genetskom formulom također je neobično. "Ti si nekako sigurna stvar ako si odrastao i bio uspješan. Zašto biste otišli i napravili dijete drugačijim od vas? "
Spajajući genetiku, seksualna reprodukcija stvara veću genetsku raznolikost u populaciji, ograničavajući prijenos stanica raka kod pojedinaca u populaciji. (Thomas i dr. / PLOS Biology 10.1371) Jedna vodeća teorija poznata je kao hipoteza Crvene kraljice. Ideja sugerira da se kako se razvijao višećelijski život, tako su razvijali i paraziti i patogeni koji su ga napadali. Upotrebom seksa za stvaranje potomstva s jedinstvenim genetskim osobinama, neki potomci mogu steći otpornost na kukce koji bi inače prijetili cijelim vrstama. Seksualna reprodukcija služi kao način da ostane korak ispred evolucijske utrke oružja. (Naziv hipoteze dolazi od izjave Crvene kraljice Alice u knjizi Lewisa Carrolla Kroz ogledalo : "Eto, vidite, potrebno vam je sve što možete učiniti kako biste se zadržali na istom mjestu." )
Nova studija sugerira da se stanice raka mogu smatrati drugim oblikom parazita. Kako su se stare stanice spojile u jedinstvene eukariotske organizme, ti bi se organizmi morali zaštititi od stanica članica koje se nisu htjele podrediti cjelini - "unutrašnjim varalicama" ili stanicama raka. Rani višećelijski organizmi također bi trebali razviti obranu protiv invazije malignih stanica drugih organizama ili prenosivih karcinoma.
Takav rani imunološki sustav imao bi lakšu razliku između zdravih stanica i zloćudnih bolesti, tvrdi studija, ako bi seksualna reprodukcija stvorila potomstvo koji se genetski razlikuje od okolnih organizama. Ciljanjem stanica karcinoma moglo se stvoriti evolucijski pritisak da prigrli seks, sličan pritisku parazita i drugih patogena.
"Maligne stanice - barem prema našem mišljenju - imaju isti značaj u evolucijskoj biologiji i ekologiji kao i ne-samo-paraziti i stoga ih treba smatrati važnim kao parazite i mikrobiotu", kaže Thomas. "Rak nije samo bolest, već i evolucijska sila."
Ova ideja mogla bi biti moćan novi način razmišljanja o evoluciji, prema Steveu Johnsonu, biologu koji proučava evoluciju spola i interakcije domaćin-parazit na Sveučilištu u New Orleansu. "Što više razmišljam o tome, doista vjerujem da bi ovo mogao biti vrlo važan novi pristup", kaže on u e-poruci. "Posebno mi se sviđa njihovo povezivanje crvene kraljice s idejom da seksualna reprodukcija smanjuje jedinstvenu vrstu parazita, prenosive stanice raka."
"O raku možete razmišljati kao o sebičnom fenomenu koji umire s pojedincem", dodaje Neiman. "Ali što ako to nije učinio?" Kako bi to promijenilo evolucijski krajolik? "
Thomas i njegovi kolege u radu iznose neke od promjena evolucijskog krajolika za koje bi očekivali da će vidjeti je li njihova hipoteza tačna. Na primjer, prijenosni karcinom vjerojatno bi bio rijedak u seksualno reproducirajućim vrstama, a to je zapravo slučaj. Postoji samo nekoliko primjera, poput Tasmanskih vražjih lezija lica i leukemije u nekim školjkama.
Tim također predviđa da bi većina vrsta koje se razmnožavaju aseksualno bile relativno mlade ili su posebno prilagođene da se odupru raku. I doista su otkrili da se procjenjuje da je polovina poznatih aseksualnih loza stara manje od 500 000 godina. "Preostalih 50 posto rodova sastoji se od evolucijski skandaloznih" organizama za koje se zna da su otporni na mutagene, kaže novi rad. Takve organizme, kaže Thomas, moglo bi biti vrijedno proučavati kako bi saznali više o njihovim antikancerogenim zaštitima za medicinsku upotrebu.
Ali postoji razlog što se porijeklo seksa smatra teškim problemom u evolucijskoj biologiji. Prema Neimanovoj procjeni, postoje elementi nove teorije koji se ne sagledavaju - barem još ne. Na primjer, rijetkost prenosivih karcinoma među stvorenjima danas možda ne podržava ovu novu teoriju.
"Svemir u kojem je rak objašnjavao seksom zahtijevao bi da su ti zarazni karcinomi zaista prilično česti", kaže Neiman. Ona se također pita o jednoj od glavnih pretpostavki teorije da bi genetska različitost roditelja i potomstva zapravo bila faktor uspješne borbe protiv karcinoma. "Nisam siguran da je dobro testiran i to je vrlo ključna pretpostavka."
Thomas priznaje da hipotezu svog tima treba potvrditi eksperimentiranjem, što u ovom trenutku nedostaje. "Predlažemo u radu nekoliko uputa za to, najelegantnije bi bilo korištenje kloniranja životinja za procjenu rizika od prijenosa stanica raka povezanih s aseksualnom reprodukcijom", kaže on. Ako je nova teorija seksualne reprodukcije točna, vjerojatnost da će majka prenijeti stanice raka svom potomstvu trebala bi biti veća ako je embrij implantirani klon majke, a ne genetski različit zametak.
Tim također radi s kloniranom hidrom, morskim organizmima koji se mogu reproducirati i seksualno i aseksualno, ovisno o okolišnim uvjetima. Prema Thomasu Madsenu, životnom znanstveniku na Sveučilištu Deakin i koautoru nove studije, cilj je "pokušati" zaraziti "zdrave klonske hidre stanicama raka i istražiti njihov evolucijski odgovor." Ako je nova teorija spola tačna, zaraženi hidre trebali bi odabrati seksualnu reprodukciju preko aseksualnih osoba.
Ali podrijetlo seksa uvijek je bilo neuredno, a Neiman vjeruje da će tako i ostati. "Mislim da će složenost i samo nered biologije često zahtijevati ono što nazivamo pluralističkim ili višestrukim objašnjenjima", kaže ona. "Mislim da nikada neće postojati općenito, elegantno, jedinstveno i jednostavno rješenje."
